05瀝青面層混合料

1、1,第5章 瀝青面層材料,2,高等筑路材料,馬 濤 PO:02583790551 Email：mataoseu,3,本章內容要點,瀝青瑪蹄脂碎石SMA 1.SMA概述 2.SMA的特點 3.SMA的配合比設計 4.SMA的材料選擇 5.SMA的性能 6.SMA的施工工藝,再生瀝青混合料RAP 1.國內外研究概況 1.1國外研究概況 1.2國內研究概況 2.再生瀝青混合料設計 2.1舊料摻配設計 2.2新?lián)讲牧显O計 2.3工藝性能設計,4,一、瀝青瑪蹄脂碎石（SMA）,5,1.1 SMA的起源,起源： 起源于20世紀60年代的德國，最初的名稱為Splitmastixap

2、halt（20世紀90年代傳入美國后稱為Stone Mastrix Asphalt，縮寫為SMA）。中文名為“瀝青瑪蹄脂碎石混合料” 最初作為一種強度很高的瀝青路面罩面材料，以抵抗帶釘輪胎造成的各種路面損壞。 德國1984年版瀝青路面工程補充技術規(guī)范及準則中將SMA列為德國標準的路面材料。,6,1.2SMA在國外的應用情況,20世紀60年代起源于德國； 從80年代起在歐洲推廣，許多國家列入規(guī)范； 90年代初引入美國，多個州修筑了試驗路； NCAT(National Center for Asphalt Technology)于1998年底完成了有關混合料設計的研究項目； NAPA(Nation

3、al Asphalt Pavement Association)于1999年出版了SMA設計與施工指南； 2000年列入AASHTO規(guī)范。,7,1.3SMA在國內的應用情況,1992年開始引入SMA； 交通部成立了SMA推廣課題組，進行專題研究；（沈金安研究員） 推廣課題組于1997年提出了SMA推廣建議書； 1999年6月SMA路面施工技術指南； 至今已有十多個省市修筑了SMA試驗路和高速公路實體工程。,8,1.3SMA在國內的應用情況,江蘇省 SMA在江蘇的應用始于1995年，在寧連、寧通公路上修筑了SMA試驗路； 1998年以來對SMA路面進行了大量研究，先后在寧揚、寧合、寧杭等老路改造

4、項目上成功地應用了改性/普通瀝青的SMA16/13； 2000年開始在淮江高速公路等新建公路應用； 至今總里程已約2000多公里。,9,10,11,三種瀝青混合料,AC-16,AK-16B,SMA-16,12,SMA芯樣,13,SMA與AC路面的對比,AC,SMA,14,2 SMA的特點,2.1構成： SMA是按照內摩擦角最大的原則，以間斷級配的粗集料形成相互嵌擠的礦料骨架； 然后按照空隙率較小的原則，以瀝青瑪蹄脂填充骨架的空隙，形成一種骨架密實結構的瀝青混合料。,15,2 SMA的特點,嵌擠的骨架（嵌擠密實）高溫穩(wěn)定性好，抗車轍能力強 粗集料多（4.75mm以上7080）路表粗糙抗滑、行車安

5、全 礦粉多（0.075mm通過率10左右） 瀝青用量多（高1以上）抗裂性、耐久性好 細集料少 空隙率較小（34）抗水害、耐老化,16,2 SMA的特點,2.2級配曲線,兩“多”（粗集料、礦粉）； 一“少”（細集料）。,17,2 SMA的特點,2.2級配曲線(0.45次方曲線),SMA13的級配通過“級配禁區(qū)”（Superpave中的概念）的下方。,18,3.SMA的配合比設計,3.1配合比設計的原則 3.2配合比設計的標準 3.3配合比設計的步驟 3.4配合比設計的檢驗,19,3.1配合比設計的原則,使用強度高、立方體狀集料 選擇適當?shù)募壟浔ＷC粗集料間相互嵌擠 使用較多的瀝青，空隙率為4% V

6、MA 17 滿足析漏、飛散要求（瀝青用量） 滿足高溫和低溫性能要求 滿足水穩(wěn)性要求,20,3.2配合比設計的標準,21,兩點說明,一般規(guī)定： SMA混合料的配合比設計采用馬歇爾試件的體積設計方法進行，馬歇爾試驗的穩(wěn)定度和流值并不作為配合比設計接受或者否決的唯一指標。 材料選擇： 除已有成功經驗證明使用非改性的普通瀝青能符合使用要求者外，SMA宜采用改性石油瀝青，且采用比當?shù)爻Ｓ脼r青更硬標號的瀝青。,22,3.3配合比設計的步驟,馬歇爾擊實儀,馬歇爾試驗儀,23,3.3配合比設計的步驟（1） -確定最佳設計級配,3.3.1設計初試級配 確定分界篩孔：公稱最大粒徑等于或小于9.5mm的SMA混合料

7、，以2.36mm作為粗集料骨架的分界篩孔；公稱最大粒徑等于或大于13.2mm的SMA混合料，以4.75mm作為粗集料骨架的分界篩孔。 設計初試級配：在工程設計級配范圍內，調整各種礦料比例，設計3組不同粗細的初試級配， 3組級配的粗集料骨架分界篩孔的通過率處于級配范圍的中值、中值3%附近，礦粉數(shù)量均為10%左右。,24,3.3配合比設計的步驟（1） -確定最佳設計級配,3.3.2計算各種礦料密度(注意概念的講解) 計算初試級配的礦料合成毛體積相對密度sb、合成表觀相對密度sa、有效相對密度se。,25,礦料的有效相對密度se（SMA）,26,3.3配合比設計的步驟（1） -確定最佳設計級配,3.

8、3.3計算粗集料骨架混合料的平均毛體積相對密度CA,粗集料骨架：,礦料：,27,3.3配合比設計的步驟（1） -確定最佳設計級配,3.3.4計算初試級配搗實狀態(tài)下的粗集料骨架間隙率VCADRC ,式中：VCADRC搗實狀態(tài)下粗集料骨架間隙率，%； CA粗集料骨架的平均毛體積相對密度； S粗集料骨架的松方毛體積相對密度。,28,3.3配合比設計的步驟（1） -確定最佳設計級配,3.3.5預估油石比Pa或瀝青用量Pb 根據(jù)合成礦料毛體積相對密度sb選擇初試瀝青油石比或瀝青用量： 合成礦料毛體積相對密度sb 最小油石比 ( g/cm3 ) ( % ) 2.9 5.9 2.8 6.1 2.7 6.3

9、2.6 6.5,29,3.3配合比設計的步驟（1） -確定最佳設計級配,3.3.6成型馬歇爾試件 按初試油石比和級配成型馬歇爾試件，一組馬歇爾試件的數(shù)目不得少于46個。 用表干法測定SMA馬歇爾試件的毛體積相對密度f。,30,3.3配合比設計的步驟（1） -確定最佳設計級配,3.3.7計算SMA混合料的最大理論相對密度t 纖維部分不得忽略,式中：se礦料的有效相對密度； Pa瀝青混合料的油石比，%； a瀝青結合料的表觀相對密度； Px纖維用量，以礦料質量的百分數(shù)計，%； x纖維穩(wěn)定劑的密度，由供貨商提供或由比重瓶實測得到。,31,3.3配合比設計的步驟（1） -確定最佳設計級配,3.3.8計算

10、SMA馬歇爾混合料試件中的粗集料骨架間隙率VCAmix （與VCADRC對比）,式中：PCA瀝青混合料中粗集料的比例，即大于4.75mm的顆粒含量，%； ca粗集料骨架的平均毛體積相對密度，由式（3.3.3）確定； f瀝青混合料試件的毛體積相對密度，由表干法測定；,32,3.3.9相關指標的計算,試件空隙率:,試件有效瀝青飽和度:,試件礦料間隙率:,式中：VV試件的空隙率，%； VMA試件的礦料間隙率，%； VFA試件的有效瀝青飽和度(有效瀝青含量占VMA的體積比例)，%； f按B.5.8測定的試件的毛體積相對密度，無量綱； t瀝青混合料的最大理論相對密度，按B.5.9的方法計算或實測得到，無

11、量綱； Ps各種礦料占瀝青混合料總質量的百分率之和，即Ps=100-Pb，%； sb礦料的合成毛體積相對密度，按式(B.5.3)計算。,33,3.3配合比設計的步驟（1） -確定最佳設計級配,3.3.10確定最佳設計級配 最佳設計級配必須滿足下列兩個條件： VCAmix17 當有1組以上的級配同時符合要求時，以粗集料骨架分界集料通過率大（偏細）且VMA較大的級配為設計級配。,34,3.3配合比設計的步驟（2） -確定設計瀝青用量,對于選擇的最佳設計級配，以初試瀝青用量、初試瀝青用量0.20.4制作3個油石比的SMA馬歇爾試件； 測試馬歇爾穩(wěn)定度、流值，計算VCAmix、VV、VMA、VFA等技

12、術指標； 按設計空隙率，確定最佳油石比，并檢查對應的技術指標是否滿足要求。,35,3.4配合比設計的檢驗,高溫穩(wěn)定性檢驗（動穩(wěn)定度） 低溫抗裂性能檢驗（低溫彎曲破壞應變） 水穩(wěn)定性試驗 馬歇爾殘留穩(wěn)定度比 凍融劈裂殘留強度比 謝倫堡析漏試驗 肯塔堡飛散試驗,36,車轍試驗動穩(wěn)定度,37,高溫穩(wěn)定性,38,低溫抗裂性,39,水穩(wěn)定性,40,謝倫堡析漏試驗,試驗目的：確定SMA混合料的最大瀝青用量。（施工中的流淌問題） 溫度要求：普通瀝青SMA試驗溫度為170 ，改性瀝青185。 測試方法：燒杯法 析漏試驗的結合料損失： 對于非改性瀝青，結合料損失不超過0.2%； 對于改性瀝青，結合料損失不超過0

13、.1%。,41,謝倫堡析漏試驗,42,肯塔堡飛散試驗,試驗目的：確定SMA混合料的最小瀝青用量。 溫度要求：標準飛散試驗200.5 ； 測試方法：采用洛杉磯磨耗試驗機旋轉撞擊馬歇爾試件（不加鋼球，以3033r/min的速度轉300轉），測定馬歇爾試件的飛散量。 飛散試驗的混合料損失： 對于非改性瀝青，混合料損失不超過20%； 對于改性瀝青，混合料損失不超過15%。,43,肯塔堡飛散試驗,44,最適宜的瀝青用量,45,4.SMA的材料選擇,4.1 改性瀝青（SBS） 4.2 粗集料 4.3 細集料 4.4 礦粉 4.5 纖維 4.6 抗剝落劑,46,4.5纖維添加劑,主要目的：SMA的瀝青用量較

14、高，為了防止施工時混合料中瀝青析漏，需要在混合料中加入穩(wěn)定劑。 纖維種類：纖維的種類很多，如木質素纖維、礦物纖維、玻璃纖維、有機纖維等。研究表明，木質素纖維吸油量最大、防析漏效果最好。木質素纖維中又以松散的絮狀纖維分散性、穩(wěn)定性最佳。 添加方式：建議使用絮狀纖維，并采用自動添加的方式。 纖維摻量：木質素纖維的摻量不宜低于0.3%，礦物纖維的摻量不宜低于0.4%（均按瀝青混合料的總質量計）。,47,5.SMA 的性能,5.1高溫性能 5.2低溫性能 5.3水穩(wěn)定性 5.4疲勞性能,48,5.1高溫性能,SMA的高溫穩(wěn)定性要明顯優(yōu)于AC的高溫穩(wěn)定性。,49,5.2低溫性能,SMA的低溫彎拉模量低于

15、AC，表明其低溫柔韌性較好。,50,5.3水穩(wěn)定性,SMA的水穩(wěn)定性要低于AC類，但能達到馬歇爾殘留穩(wěn)定度80%的要求。,51,5.4疲勞性能,SMA的疲勞性能明顯優(yōu)于AC。,52,6.SMA 施工工藝,6.1 拌和 6.2 運輸 6.3 攤鋪 6.4 碾壓 6.5 施工控制,53,6.1 拌和,粗細集料的儲存,54,6.1 拌和,拌和時間和次序 由于使用了纖維，拌和時間延長； 應采用自動纖維添加裝置； 拌和次序：,55,拌和過程示意圖,56,拌和機示意圖,57,拌和樓,58,6.2 運輸,大噸位自卸車 加蓋棉被、氈布 不宜用柴油作隔離劑 攤鋪現(xiàn)場待卸車不少于5輛,59,混合料的運輸,60,6

16、.3 攤鋪,確保攤鋪溫度 攤鋪速度均衡 松鋪系數(shù)較小（1.11.15),61,62,兩種離析現(xiàn)象,級配離析 混合料級配存在明顯的粗、細集料分離現(xiàn)象。這是通常意義上的離析。 這種離析一般會導致明顯的粗、細集料帶，引起級配的偏差，影響路面的使用性能。 一般通過運輸車移動裝料、攤鋪機的螺旋布料來減小級配離析的不利影響。,溫度離析 在攤鋪的混合料表面不同區(qū)域，存在溫差較大的現(xiàn)象。 這種離析最易導致碾壓不密實、路表不平整。 一般通過加強運輸車的保溫措施、攤鋪機的加熱和螺旋布料、壓路機的及時碾壓來逐步減小溫度離析的影響。,63,改性瀝青的正常施工溫度,64,6.4 碾壓,雙鋼輪壓路機，812噸 緊跟、慢壓

17、、高頻、低幅 壓路機速度不超過5km/h 防止過度碾壓 不宜使用膠輪壓路機 壓實后的空隙率6%,65,高頻低幅與低頻高幅,66,振動壓實,67,兩個“試金石” ,能否在高溫狀態(tài)下用振動壓路機碾壓而不產生推擁是鑒別真正的SMA的重要標志。 表面是否有足夠的構造深度又基本上不透水是鑒別真正的SMA的重要標志。,68,縱向接縫的處理1（涂抹粘層）,69,縱向接縫的處理2（碾壓）,70,6.5 施工控制,SMA的施工除了應建立健全的質量管理、監(jiān)理體系及進行完善的施工組織設計外，應特別重視以下幾個環(huán)節(jié)： （1）定期檢查機械設備 （2）穩(wěn)定料源 （3）嚴格控制級配 （4）嚴格控制各項施工溫度,71,（1）

18、定期檢查機械設備,施工機具，對于計量、溫控設備要做到經常標定，對于傳送、轉動、篩分裝置每天都要檢修、保養(yǎng)，及時排除設備故障。,72,（2）穩(wěn)定料源,SMA的級配范圍較窄，比普通的瀝青混合料對材料的規(guī)格、質量要求嚴格。生產中必須有穩(wěn)定的礦料來源，每一批進料都要及時篩分，及時調整用料比，這樣SMA的級配才能得到保證。,73,（3）嚴格控制級配,大量試驗及資料表明，對于SMA13，4.75mm篩孔通過率有著重要意義，為保證粗集料間形成相互嵌擠的骨架結構，4.75mm篩孔通過量宜控制在30%以下。,74,（4）嚴格控制各項施工溫度,SBS改性瀝青對溫度比較敏感，溫度過高會導致改性劑焦化，溫度過低時粘度

19、大不易施工。因而，應按照要求控制好瀝青加熱溫度、拌和溫度、攤鋪溫度及碾壓溫度等，使其在合理的范圍內。,75,二、再生瀝青混合料（RAP）,76,1.1國外研究概況,（1）1915年 Warren Brothers 進行了舊瀝青層塊的加熱與重新利用（工廠內）； （2）1956年后，美國州際公路網絡的形成和原油價格的上漲，促成了瀝青路面再生技術的發(fā)展；1974年、1981年、1985年，美國的再生瀝青混合料分別為5000t、350萬t、2億t（占全部混凝土的50%）； （3）90年代后，美、德等國舊瀝青混凝土的再生利用率都在90以上，1994年美國各州使用回收舊瀝青而節(jié)約的費用達3億美元； （4）

20、日本從1976年開始對舊瀝青路面材料進行再生利用，1993年，全日本舊瀝青路面材料的再生利用率為78，2000年再生利用率已達到90。,77,1.1國外研究概況,（5）原聯(lián)邦德國瀝青路面再生技術的研究與應用處于領先水平，1978年，瀝青路面舊料回收利用率已接近100，并率先將再生瀝青混合料應用于高速公路的路面維護； （6）1979年前蘇聯(lián)出版了舊瀝青混凝土再生混合料技術準則，提出了適于各種條件下再生利用的方法，其中規(guī)定再生瀝青混合料只可用于高級路面的基層和低級路面的面層； （7）在節(jié)省費用方面，比利時的統(tǒng)計表明，再生瀝青混合料比普通瀝青混合料節(jié)省直接費用在12左右；日本的統(tǒng)計資料顯示是510。

21、在服務壽命方面，美國認為，就地熱再生為48年，廠拌熱再生路面1020年，就地冷再生路面1015年。,78,1.1國外研究概況,（8）1997年國際經合組織調查了14個國家的路面材料再生利用情況，發(fā)表了道路工程再生利用戰(zhàn)略白皮書，其中瀝青路面再生利用的基本情況為： 舊瀝青路面材料的再生利用率為75%100%； 熱再生技術應用最為普遍，再生材料主要用于路面面層結構，極少用作回填材料和其他用途； 不論是集中廠拌還是就地方法，冷再生技術推廣程度較低； 就地熱再生技術得到較多國家采用，但只有少數(shù)國家推廣程度較高。,四種再生技術,79,1.2國內研究概況,20世紀50到70年代，我國曾在不同程度上利用過舊

22、瀝青材料，但一般只用于輕交通道路、人行道或道路的墊層； 70年代初期，湖南省公路部門將乳化瀝青加入舊渣油表處面層材料，并分別用拌和法和層鋪法修筑了試驗路，證明了舊路材料再生利用的技術可行性和經濟可行性； 1982年，交通部設立瀝青渣油路面再生利用課題，對舊瀝青路面的再生機理、設計方法與工藝等進行了研究； 1983年建設部下達了“廢舊瀝青混合料再生利用”研究項目； 90年代中后期，早期建成的大量高等級瀝青路面陸續(xù)進入大修或改建階段，對瀝青路面舊料的再生技術研究正逐步深入化、系統(tǒng)化。如，2000年沈大高速公路營口段瀝青路面再生試驗；黃曉明等針對克拉瑪依AH-70瀝青研制出A、B型再生劑等。,80,

23、2.再生瀝青混合料（RAP）設計,2.1舊料摻配設計 2.2新?lián)讲牧显O計 2.3工藝性能設計,81,2.1 RAP舊料摻配設計,（1）再生瀝青混合料類型 再生瀝青混合料類型 澳大利亞規(guī)范指出，除非有特別的設備、工藝，熱再生瀝青混合料不適合用作瀝青瑪蹄脂碎石（SMA）和開級配瀝青混合料（OGFC等）； 熱再生瀝青混合料一般通常用作普通密級配瀝青混合料。 再生瀝青混合料粘結劑 根據(jù)再生瀝青混合料特點、應用層次、使用地區(qū)的氣候和交通情況等進行選取。,82,2.1 RAP舊料摻配設計,（2）舊料摻配率設計 A.只添加新瀝青進行復合（針入度指標）,式中：Pmix復合瀝青的針入度，0.1mm； PRecy

24、舊瀝青的針入度，0.1mm； PVirgin新瀝青的針入度，0.1mm； a舊瀝青占新舊瀝青總量的比例。,83,設舊料瀝青含量為CRAP，再生瀝青混合料設計瀝青含量為CMIX；舊料質量為MRAP，新骨料與新瀝青質量為MNEW，則有：,式中：Pr舊料摻配率，；,將代入即得復合再生瀝青針入度要求的舊料摻配率Pr：,84,2.1 RAP舊料摻配設計,（2）舊料摻配率設計 B.添加新瀝青與再生劑共同復合（針入度指標）,式中：K1、K2與再生劑和舊瀝青有關的回歸系數(shù)； a再生劑占再生劑與舊瀝青總量之比。,如果再生劑與舊瀝青的復合瀝青針入度與再生瀝青（設計）針入度相同，那么由式可解出將舊瀝青復合再生到設計

25、針入度的再生劑用量。,85,如果復合瀝青針入度與再生瀝青（設計）針入度不同，此時應從經濟角度和利于噴灑角度，選擇適合的再生劑摻量a，代入式得出再生劑復合瀝青的針入度PMIX。,式中：MReju添加再生劑的質量； MRecy舊料中舊瀝青質量； a再生劑摻量。,式則可變換為：,結合式 ，并將PMIX代替式中的PRecy，即可得到此時的舊料摻配率Pr：,86,2.2 RAP新?lián)讲牧显O計,（1）新骨料的級配 新添骨料分計篩余為再生瀝青混合料集料設計篩余與回收舊料篩余之差：,11,由新骨料分計篩余經過簡單計算即可得到新骨料的設計級配通過率。,式中：Ssi第i級篩孔上新骨料分計篩余，。,87,2.2 RA

26、P新?lián)讲牧显O計,（2）再生劑的摻量 為便于舊料摻配，取再生劑用量占舊料質量的外摻比率為CReju，則：,12,再生劑用量占再生瀝青混合料質量比例MReju為：,13,14,88,2.2 RAP新?lián)讲牧显O計,（3）新瀝青的標號和用量 A.不摻加再生劑時,15,新瀝青針入度標號：,新瀝青摻量：,16,89,2.2 RAP新?lián)讲牧显O計,（3）新瀝青的標號和用量 B.摻加再生劑時,17,新瀝青針入度標號：,18,如果再生劑已將舊瀝青針入度復合到再生瀝青設計針入度標號PMix，則,如果再生瀝青由再生劑、舊瀝青和新瀝青綜合復合而成，設摻量為CReju的再生劑復合舊瀝青后的針入度為PMix，則由式和式12得

27、新瀝青的針入度為：,90,2.2 RAP新?lián)讲牧显O計,（3）新瀝青的標號和用量 B.摻加再生劑時,19,新瀝青摻量：,根據(jù)新瀝青摻量的定義，結合式16，可得：,91,RAP舊料摻配設計匯總,92,RAP材料配比設計匯總,匯總有問題,93,2.3 RAP工藝性能設計,（1）馬歇爾設計參數(shù) A.再生粘結劑用量預估 根據(jù)混合料適用層面、地區(qū)氣候條件以及設備水平等因素確定； 在此基礎上，按0.5遞增和遞減，將再生瀝青粘結劑分成56個等級，每級制備46個試件。,94,2.3 RAP工藝性能設計,（1）馬歇爾設計參數(shù) B.馬歇爾試件材料組成,RAP舊料質量：,再生劑質量：,新瀝青質量：,新集料質量：,以上各式中：Gm再生混合