同济大学道路与铁道工程实验第11组实验报告(共22页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上高速公路SMA沥青混合料设计姓名：*、*、*学号：*、*、*学院：交通运输工程学院2017年5月28日星期日第11组实验报告设计资料SMA即沥青玛蹄脂碎石混合料。SMA路面是按照内摩擦角最大的原则，以间断级配的粗集料形成相互嵌挤的矿料骨架，然后按照空隙率较小的原则，以沥青玛蹄脂填充骨架的空隙，形成一种骨架密实结构。它具有抗高温、低温稳定性，良好的水稳定性，良好的耐久性和表面功能（抗滑、车辙小、平整度高、噪音小、能见度好）。SMA路面耐久性好，故养护工作少，使用寿命长，综合经济效益和环境效益好。由于我国高等级路面较多使用SMA级配，本次研究将制备SMA-13级配的试件，

2、SMA-13沥青混合料一般由粗细集料、矿粉、沥青、纤维等材料按一定比例组成，各种材料在不同程度上对沥青混合料的路用性能有一定的影响。因此需要对材料的相关参数进行检测，确保材料的性质符合规范要求，进而确定沥青混合料的配合比。实验项目要求相关实验简介及器材T 03042005 粗集料密度及吸水率试验（网篮法）（天平或浸水天平、吊篮、溢流水槽、烘箱、毛巾、温度计、标准筛、盛水容器（如搪瓷盘）、其他：刷子等）T 03302005 细集料密度及吸水率试验（天平：称量1kg感量不大于0.1g、饱和面干试模、捣棒、烧杯、容量瓶、烘箱、纯净水、其他：干燥机、吹风机（手提式）、浅盘、铝质料勺、玻璃棒、温度计等）

3、T 07022011 沥青混合料试件制作方法(击实法)根据试验标准T0702，制作标准马歇尔试件，高度63.5mm1.5mm，总质量控制在约1200g左右，使用SBS改性沥青，粗级料:5-15mm、细级料:0-3mm、矿粉、木质素纤维，于拌和锅中，干拌10s，加入沥青拌90s，加入矿粉再拌90s，配置热拌SMA沥青混合料，置入模具中正反面各打75次成形试件。试件成形，放置室温冷却24小时后，根据试验标准T0705使用水中重法分别测干质量、水中质量、表干质量，在测水中质量前，需将试件于常温水泡5-15分钟左右。量完体积质量参数，将试件浸于60度水中泡30-40分钟后，进行马歇尔试验，测算稳定度、

4、流值。（自动击实仪、试验室用沥青混合料拌和机、试模、脱模器、烘箱、天平或电子抨、布洛克菲尔德黏度计、温度计、其他：电炉或煤气炉、沥青熔化锅、拌和铲、标准筛、滤纸(或普通纸)、胶布、卡尺、秒表、粉笔、棉纱等）T 07052011 压实沥青混合料密度试验(表干法)（浸水天平或电子天平、网篮、溢流水箱、试件悬吊装置、秒表、毛巾、电风扇或烘箱）T 07092011 沥青混合料马歇尔稳定度试验（沥青混合料马歇尔试验仪、恒温水槽、真空饱水容器、烘箱、天平、温度计、卡尺、其他：棉纱、黄油）T 07192011 沥青混合料车辙试验根据试验标准T0719，以目标油石比，拌合沥青混合料，倒入模具，用车辙板试样成形

5、机制作三个车辙板后，常温静置24小时以上；放入车辙试验仪试验动稳定度，以42次/min速率辙一小时，纪录最后15分钟的动稳定度(mm/次)。（车辙试验机、恒温室、台枰）T 0729-2000 沥青混合料冻融劈裂试验根据试验标准T0729，以目标油石比制作马歇尔试件8个，随机分成两组，每组四个试件，其中一组置于常温不动，另一组做真空饱水后，以塑料袋密封置入-18度冰箱16小时，再置于60度恒温水箱中24小时，最后与置于常温的试件一同放入25度水中，以待试验。使用材料强度试验仪作横向劈裂试验，纪录极限破坏强度。（试验机、恒温冰箱、恒温水槽、压条：上下各一根、劈裂试验夹具、其他：塑料袋、卡尺、天平、

6、记录纸、胶皮手套等）T 0732-2011 沥青混合料谢伦堡析漏试验根据试验标准T0732，将拌合好的沥青混合料倒入已秤过重量的空烧杯中，放置170度烘箱一个小时，取出后直接将沥青混合料倒入空排中(不拍烧杯底部)，测沾附于烧杯内部沥青，与烧杯的总质量，计算损失百分率。（烧杯：800mL、烘箱、小型沥青混合料拌和机、玻璃板、天平：感量不大于0.1g、其他：手铲、棉纱等）T 0733-2011 沥青混合料肯塔堡飞散试验根据试验标准T0733，用目标油石比制作八个马歇尔试件，脱模后分成两组做分别坐浸水飞散、标准飞散试验，浸水飞散试验为置入60度恒温水保存24小时，常温保存24小时；标准飞散试验为置入

7、20度水箱中，放置20小时。试件泡水完毕后，置入洛杉矶磨耗试验仪进行飞散试验，每分钟转动30圈，共转动300圈后，取出最大块的试件碎片测量质量，计算前后磨损百分率。（洛杉矶磨耗试验机、恒温水槽、烘箱、天平或电子称：用于称量矿料的感量不大于0.5g，用于称量沥青的感量不大于0.1g、插刀或大螺丝刀、温度计：分度值1、其他：电炉或煤气炉、沥青熔化锅、拌和铲、标准筛、滤纸（或普通纸）、胶布、卡尺、秒表、粉笔、棉纱等）1. 矿料参数测定根据公路工程集料实验规程（JTG 42-2005）56以及公路工程沥青及沥青混合料实验规程（JTG/E20-2011）55中的实验方法对粗、细集料进行密度测试，结果如表

8、3.2所示。式中：𝜌𝑎粗集料表观密度，g/cm3 𝜌𝑠粗集料饱和面干密度，g/cm3 𝑚𝑎试样烘干后的质量，g𝑚𝑤试样在水中的质量，g𝑚𝑓饱和面干试样的质量，g𝜌𝑤水在4 时的密度值，1g/cm3 𝛼𝑇试验时水温对水相对密度影响的修正系数式中：𝜌𝑎细集料表观密度，g/cm3 𝑚0试样烘干后的质量，g𝑚1水和容量

9、瓶的总质量，g𝑚2试样、水和容量瓶的总质量，g𝜌𝑤水在4 时的密度值，1g/cm3 𝛼𝑇试验时水温对水相对密度影响的修正系数T0304-2005粗集料密度及吸水率实验（网篮法）T0328-2005细集料表观密度实验（容量瓶法）T0352-2000矿粉密度实验（李氏比重瓶）2. 矿料级配设计本次研究采用小档配料，即用沥青混凝土标准集料筛将每一档集料都筛分出来，再按照目标级配进行配料。目标级配与规范规定的中值级配相近，筛孔通过率以及级配曲线如下：SMA-13级配通过率SMA-13选用级配上下限曲线T0302-2005粗

10、集料及集料混合料的筛分实验、T0327-2005细集料筛分实验：粒径0-3mm的集料500.00克 粒径3-5mm的集料500.02克 粒径5-15mm的集料500.72克根据本组筛分的结果，决定使用粗集料 5-15mm 、细集料 0-3mm 、矿粉配 制 SMA -13 沥青混合料。以油石比 6% 制作三组不同级配的马歇尔试件， 制作三组不同级配的马歇尔试件， 每组级配各层筛网余百分率应符合规范要求，经 excel 表页内计算 后，选出三组级配成如下 :三组级配组成各组级配累计通过百分率由上表可以发现，我们设计的三组级配都满足规范中SMA的要求。根据上述级配置作马歇尔试件，完成冷却 24 小

11、时后，置于水中测 量干重、水中表，依照下式 计算空隙率、 矿料间隙率、 沥青饱和度体积参数，测试流值稳定等验结果为第一组级配据满足规范各项要求，决定以第二组级配 (粗级料 5-15mm 78%) 制作寻找 目标油石比试件。式中：沥青混合料试件的空隙率，%；沥青混合料试件的毛体积相对密度，无量纲；沥青混合料试件的最大理论相对密度，无量纲；式中：沥青混合料试件的矿料间隙率，%；沥青混合料试件的毛体积相对密度，无量纲；合成矿料的合成毛体积相对密度，无量纲；各档集料总质量占沥青混合料总质量的百分比，%。式中：沥青混合料试件的沥青饱和度，%；沥青混合料试件的矿料间隙率，%；沥青混合料试件的空隙率，%；各

12、组级配质量参数编号高度1高度2高度3平均高度空气重ma水中重mw表干重mf吸水率K1-164.056464.164.051131.3647.21142.30.022K1-263.3963.4263.463.411128.8646.21139.90.022K1-363.763.7563.6563.731130.2646.81141.10.022K1-463.6163.563.7263.611129.7646.51140.70.022K1-561.661.561.761.591139.1662.111420.006K1-665.6465.6565.5665.621171.4672.21182.30

13、.021K1-762.1161.9861.0162.011155.9673.71159.20.007K1-861.9162.8561.961.881157.2679.91171.90.030K1-964.0564.1264.1064.091150.9661.71156.20.011K1-1063.0563.0163.0063.021155.3687.11160.20.010K1-1163.1763.1263.163.131155.46921172.10.035K1-1262.9662.9862.9662.91145.8665.81148.60.006根据表干法测得的相关数据代入上式中可以得到三

14、组级配的体积参数，如下表：各组级配体积参数对12个试件分别编号并进行马歇尔稳定度测试，实验结果如下表：各组级配马歇尔试件稳定度及流值分析上面两表中数据可见，级配1矿料间隙率VMA偏大，表明级配偏粗；级配3空隙率偏小、沥青饱和度偏高，表明集料偏细，而级配2的各项指标均接近设计要求值，虽然空隙率偏大，但是可以通过提高沥青用量进行调节。调整后各档用量及级配见下表：3.确定最佳油石比本次马氏成型不同油石比单个试件各材料的用量如下表：实验数据如下表（油石比5.7%的试件编号为1、2、3、4；油石比6.0%的试件编号为5、6、7、8；油石比6.3%的试件编号为9、10、11、12）：数据处理和计算结果如下

15、表：油石比与马歇尔试验各项技术指标的关系a. OAC1计算:在曲线图上求取相应于密度最大值、稳定度最大值、目标空隙率(或中值)、沥青饱和度范围的中值的沥青用量a1、a2、a3、a4。按下式取平均值作为OAC1OAC1=(a1+a2+a3+a4)/4b. OAC2计算:根据规范标准，计算出各类参数(不包含矿料间隙率VMA)皆符合规范的油石比上下限，取平均作为OAC2；根据此次试验情况，在试验范围内，油石比6.2%以下皆符合规范规定，无法使用OAC2计算最佳油石比。考虑到VV宜控制在3%-4%，VMA不小于17%所以我们确定6.20%作为最终油石比。4.SAM混合料配合比设计性能检验成型20个试件

16、，4个冻融、4个不冻融、4个浸水、4个不浸水、4个飞散。本次马氏成型单个试件各材料的用量如下表：4.1沥青混合料谢伦堡析漏实验实验目的：本方法用以检测沥青结合料在高温状态下从沥青混合料中析出多余的自由沥青数量，供检验沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）、排水式大空隙沥青混合料（OGFC）或沥青碎石类混合料的最大沥青用量使用。本次析漏实验单个试件各材料的用量如下表：实验步骤：(1) 根据实际使用的沥青混合料的配合比，对集料、矿粉、沥青、纤维稳定剂等按T 0702的方法用小型沥青混合料拌和机拌和混合料。拌和时纤维稳定剂应在加入粗细集料后加入，并适当干拌分散，再加入沥青拌和至均匀。每次只能拌和一个试件。一

17、组试件分别拌和4份，每1份约为1kg。第1锅拌和后即予废弃不用，使拌和锅黏附一定量的沥青结合料，以免影响后面3锅油石比的准确性。当为施工质量检验时，直接从拌和机取样使用。(2) 洗净烧杯，干燥，称取烧杯质量m0，准确至0.1g。(3) 将拌和好的1kg混合料，倒入800mL烧杯中，称烧杯及混合料的总质量m1，准确至0.1g。(4) 在烧杯上加玻璃板盖，放入1702烘箱中，当为改性沥青SMA时宜为185，持续60min1min。(5) 取出烧杯，不加任何冲击或振动，将混合料向下扣倒在玻璃板上，称取烧杯以及黏附在烧杯上的沥青结合料、细集料、玛蹄脂等的总质量m2，准确至0.1g。数据分析：沥青析漏损

18、失按式（T 0732-1）计算。式中： m1 烧杯质量（g）；m2 烧杯及试验用沥青混合料总质量（g）；m3 烧杯及黏附在烧杯上的沥青结合料、细集料、玛蹄脂等总质量（g）；Dm沥青析漏损失（%）。本次析漏实验的实验数据及计算结果如下表：三次平行实验沥青析漏损失的平均值为0.002%80%，符合规范要求。4.3冻融劈裂实验根据公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20-2011)的相关规定，我们采用规程中的T0729-2000沥青混合料冻融劈裂试验来评价荫青混合料的水稳定性。试验温度为25，加载速率为50mm/min。实验步骤（1）按本规程T0702方法制作圆柱体试件。用马歇尔击实仪班回击

19、实各50次。（2）按本规程规定的方法测定试件的直径及高度，准确至0.1mm。试件尺寸应符合直径在101. 6mm0.25mm、高63. 5mm1. 3mm的要求。在试件两侧通过圆心画上对称的十字标记。（3）按本规程规定的方法测定试件的密度、空障率等各项物理指标。（4）将第二组试件按本规程T0717标准的饱水试验方法真空饱水，在真空度为97.3 -98. 7kPa（730 -740mmHg）条件下保持15min; 然后打开阀门，恢复常压，试件在水中放置0.5h。（5）取出试件放入塑料袋中，加入约10ml的水，扎紧袋口，将试件放人恒温冰箱(或家用冰箱的冷冻室) ，冷冻温度为-18 2，保持16h1

20、h。（6）将试件取出后，立即放入已保温为60 0.5的恒温水槽中，撤去塑料袋，保温24h。（7）将第一组与第二组全部试件浸入温度为250.5的恒温水槽中不少于2h水温高时可适当加入冷水或冰块调节。保温时试件之间的距离不少于10mm。（8）取出试件立即按规程T0716用50mm/min的加载速率进行劈裂试验，得到试验的最大荷载。数据分析劈裂抗拉强度按下式计算上述式中:一一未进行冻融循环的单个试件的劈裂抗拉强度(MPa) ;一一单个试件的试验荷载值(N) ;h一一每个试件的高度(mm) 。冻融劈裂抗拉强度比按下式计算式中:TSR一一冻融劈裂试验强度比(%) ;一一冻融循环后第二组有放试件劈裂抗拉强

21、度平均值(MPa) ;一一未冻融循环的第一组有效试件劈裂抗拉强度平均值(MPa)。冻融劈裂实验数据及计算结果如下表所示：根据JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范中的沥青混合料水稳定性检验技术要求，普通沥青混合料在干旱与半干旱地区的冻融劈裂实验的残留稳定度不小于70%，潮湿与半潮湿地区的浸水马歇尔实验残留稳定度不小于75%。三次平行实验冻融劈裂试验强度比的平均值为75.44%，符合规范要求。4.4高温稳定性实验本次车辙板成型单块板各材料的用量为本次析漏实验单个试件各材料的用量的十倍。实验步骤（1）按公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20-2011)T0703 用轮碾成型法分

22、别制作含有5%以及不含铁氧体的沥青混合料车辙试验试块。（2）试件成型后，连同试模一起在常温条件下放置的时间为24h。（3）将试件连同试模一起，置于已达到试验温度601的恒温室中，保温不少于5h，也不得超过12h。在试件的试验轮不行走的部位上，粘贴一个热电偶温度计（也可在试件制作时预先将热电偶导线埋人试件一角），控制试件温度稳定在600.5。（4）将试件连同试模移置于轮辙试验机的试验台上，试验轮在试件的中央部位，其行走方向烦与试件碾压或行车方向一致。开动车辙变形自动记录仪，然后启动试验机，使试验轮往返行走，时间约lh，或最大变形达到25mm时为止。试验时，记录仪自动记录变形曲线及试件温度。数据分

23、析车辙试验采用的指标为动稳定度即：式中:DS-一拥青混合料的动稳定度(次/mm; 一一对应于时间t1 的变形量(mm) ;一一对应于时间t2 的变形量(mm) ;一一试验机类型系数，由柄连杆驱动加载轮往返运行方式为1. 0;一一试件系数，试验室制备宽300mm 的试件为1. 0;N一一试验轮往返碾压速度，通常为42次/mm。车辙实验数据如下表：根据规范要求SMA混合料在改性沥青的条件下动稳定度要不小于3000；而此次三块板的平均动稳定度为36393000，所以满足规范要求，高温稳定性符合。4.5沥青混合料标准肯塔堡飞散试验实验目的：本方法用以评价由于沥青用量或黏结性不足，在交通荷载作用下，路面

24、表面集料脱落而散失的程度，以马歇尔试件在洛杉矶试验机中旋转撞击规定的次数，沥青混合料试件散落材料的质量的百分率表示。标准飞散试验可用于确定沥青路面表面层使用的沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）、排水式大空隙沥青混合料、抗滑表层混合料、沥青碎石或乳化沥青碎石混合料所需的最少沥青用量。实验步骤：（1）将试件放入恒温水槽中养生。对标准飞散试验，在200.5恒温水槽中养生20h。对浸水飞散试验，先在600.5恒温水槽中养生48h，然后取出后在室温中放置24h。（2）对标准飞散试验，从恒温水槽中取出试件，用洁净柔软的毛巾轻轻擦去试件的表面水，称取逐个试件质量0 m ，准确至0.1g；对浸水飞散试验，称取放置

25、24h 后的每个试件质量0 m ，准确至0.1g。（3）立即将一个试件放入洛杉矶试验机中，不加钢球，盖紧盖子（一次只能试验1 个试件）。（4）开动洛杉矶试验机，以3033r/min 的速度旋转300 转。（5）打开试验机盖子，取出试件及碎块，称取试件的残留质量。当试件已经粉碎时，称取最大一块残留试件的混合料质量1 m 。（6）重复以上步骤，一种混合料的平行试验不少于3 次。数据分析：沥青混合料的飞散损失按式（T 0733-1）计算。式中：沥青混合料的质量损失（%）； M0:实验前质量； M1:试验后残留质量。数据处理根据规范，肯塔堡飞散实验混合料损失吗，在使用改性沥青的条件下，必须不小于15，

26、而本次测得的质量损失为3.515,所以满足规范要求。4.6低温抗裂性实验根据公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20-2011)的相关规定，我们采用规程中的T0715-2011沥青混合料弯曲试验来测试沥青混合料的低温抗裂性能。试验温度为-100.5，加载速率为50mm/min。实验步骤（1）来用本规程T0703 沥青混合料轮碾成型的板块状试件，用切割法制作棱柱体试件，试件尺寸应符合长250mm2.0mm、宽30mm2.0mm、高35mm2.0mm的要求。（2）将试件置于规定温度的恒温水槽中保温不少于45min，直至试件内部温度达到试验温度0.5为止。（3）将试验机环境保温箱达到要求的试

27、验温度0.5。将试验机梁式试件支座准确安放好，测定支点间距为200mm0.5mm，使上压头与下压头保持平行，并两侧等距离，然后将其位置固定。（4）将试件从恒温水槽中取出立即对称安放在支座上，试件上下方向应与试件成型时方向一致。（5）在梁跨下缘正中央安放位移测定装置，支座固定在试验机上。位移计测头支于试件跨中下缘中央或两侧(用两个位移计)。选择适宜的量程，有效量程应大于预计最大挠度的1. 2倍。（6）将荷载传感器、位移计与数据采集系统或X-Y记录仪连接，以X轴为位移，Y轴为荷载，选择适宜的量程后调零。跨中挠度可采用LVDT位移传感器测定。当以高精密度电液伺服试验机压头的位移作为小梁挠度时，可以由

28、加载速率及X-T记录仪记录的时间求得挠度。为正确记录跨中挠度曲线，当采用50mm/min速率加载时，X-T 记录仪的X轴走纸速度(或扫描速度)根据试验温度确定。（7）开动压力机以规定的速率在跨径中央施以集中荷载，直至试件破坏。记录仪同时记录荷载-跨中挠度曲线。数据分析上述式中: 一一试件破坏时的抗弯拉强度(MPa) ;一一试件破坏时的最大弯拉应变() ;一一试件破坏时的弯曲劲度模量(MPa) ;b一一跨中断面试件的宽度(mm) ;h一一跨中断面试件的高度(mm) ;L一一试件的跨径(rnm) ;一一一试件破坏时的最大荷载(N) ;d一一试件破坏时的跨中挠度(mm) 。实验数据如下表所示：根据规

29、范可知，改性沥青混合料的破坏应变在冬严寒区不小于3000，在冬寒区不小于2800，在冬冷区和冬温区不小于2500。本次实验结果符合规范要求。5.结论本次SMA-13设计结果如下:采用级配粗级料(5-15mm)78%、细级料(0-3mm)10%、矿粉12%、油石比6.2%时，此次配合比设计可满足高速公路路面设计要求。根据沥青混合料的性能测试实验中可以得到，高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、析漏试验和飞散实验都满足规范的要求。所以本次设计的SMA沥青混合料满足要求。宁可累死在路上，也不能闲死在家里！宁可去碰壁，也不能面壁。是狼就要练好牙，是羊就要练好腿。什么是奋斗？奋斗就是每天很难，可一年一年却越来越容易。不奋斗就是每天都很容易，可一年一年越来越难。能干的人，不在情绪上计较，只在做事上认真；无能的人！不在做事上认真，只在情绪上计较。拼一个春夏秋冬！赢一个无悔人生！早安！献给所有努力的人.专心-专注-专业