橡胶沥青混凝土的工程性能和设计简介.pptx

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1、第一章 橡胶沥青混凝土简介1.1沥青橡胶简介1.2沥青橡胶混凝土简介1.2.1橡胶混合料类型1.2.2混合料组份1.3橡胶沥青混凝土的工程特性及其优点1.3.1橡胶沥青的工作机理1.3.2沥青混凝土的工程优越性1.4应用现状及前景共34张 第1张第1页/共34页1.1沥青橡胶简介将废旧橡胶加工成粉状与沥青混合使普通沥青的性能得到改善的胶黏剂称为橡胶改性沥青。橡胶改性沥青的生产方法从工艺上可分为湿法和干法两大类。干法在沥青黏结剂加入之前,将橡胶屑作为填料直接加入到烘干的集料中,它用粗颗粒的橡胶屑作为集料的一部分加入到断级配的矿料中,以达到改善路面行驶性能的目的。湿法 在任何一种组份尚未加入到沥青

2、混合料之前,先将橡胶屑加入到基质沥青中进行拌和改性的方法。一般工程应用多指此法。共34张 第2张第2页/共34页1.2 橡胶沥青混凝土简介1.2.1 橡胶混合料类型通过干法或湿法工艺生产的沥青混合料，称为橡胶沥青混合料。开级配混合料由高用量橡胶沥青与单一粒径碎石为主的集料拌合而成。具有良好的抗滑、防溅水、降噪音和持久稳定性，是高速公路和城市快速道路的理想表面层材料。间断级配混合料由中间粒径间断级配与橡胶沥青拌合而成。具有较好的表面构造、密水性、抗剪切稳定性。共34张 第3张第3页/共34页连续级配曲线A：各种粒径的集料分布均匀，因其具有良好的压实性能，工程中属良好级配开级配曲线B：集料粒径集中

3、在某一粒径范围内，即集料粒径相差不大断级配曲线C：该曲线下的集料粒径在某几个粒径范围内 小于某一粒径的集料重量百分比粒径连续级配曲线A开级配曲线B断级配曲线C粒径累计曲线粒径累计曲线共34张 第4张第4页/共34页1.2.2 混合料组份(ingredient)沥青混合料的组份主要有：胶粉、基质沥青、粗集料、细集料、填料和外掺剂。胶粉（Crumb Rubber）多为斜交胎、子午胎或天然橡胶含量高的废旧轮胎生产的胶粉。在保证易于碾压成型，同时满足使用性能要求的前提下，可尽量选用较粗的橡胶粉。公路用胶粉粒径多在30-80目之间。注：目表示物料能通过1英寸*1英寸内有个网孔的筛网。30目的筛分粒径为0

4、.6，80目的筛分粒径为0.18，,200目的筛分粒径为0.075。以此类推，目数越大，说明物料粒度越细；目数越小，说明物料粒度越大共34张 第5张第5页/共34页沥青（asphalt）主要是公路用基质沥青，一般为70和90号沥青。与其相关的试验指标主要有：针入度、延度、黏度、闪点、流值、劲度模量等。粗集料（coarse aggregate）工程中常见的有碎石、破碎砾石、筛选砾石、钢渣、矿渣等，其中以机制玄武岩细集料最为常见。细集料（fine aggregate）包括天然砂、机制砂、石屑等。填料（filler）沥青混合料的矿粉必须采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉或粉

5、煤灰，也可以采用水泥。共34张 第6张第6页/共34页1.3 橡胶沥青混凝土的工程特性及其优点1.3.1橡胶沥青的作用机理将基质沥青加热到一定的温度后，将胶粉混合拌入。让橡胶屑在高温沥青中得到充分溶胀,并与沥青中的轻质油分发生作用,形成一种凝胶状物质。通过这种工艺生产出的橡胶沥青不仅稠度大,而且各项性能指标都得到很大提高。主要表现在：高温稳定性、低温柔韧性、抗老化性、抗疲劳性、抗水损坏性等性能。共34张 第7张第7页/共34页1.3.2沥青混凝土的工程优越性由于橡胶沥青比基质沥青的工程性能更加优异，所以沥青混合料的工程性能随之提高。其优越性主要表现在以下几个方面：共34张 第8张第8页/共34

6、页共27张 第9张1.提高沥青混合料的耐久性和抗疲劳寿命。2.改善高温抗永久变形能力（车辙、拥包）。3.改善抵抗路面产生疲劳裂缝和反射裂缝的能力，这是由于高的粘结剂含量、沥青膜厚度和良好的弹性所致。4.改善抗低温裂缝的能力。橡胶的弹性模量随温度升高而增大温度降低弹性增加第9页/共34页5.提高了薄层罩面的耐久性和使用性能，降低了路面成本。6.降低噪声，改善了行驶舒适性。7.行驶安全性。由于橡胶沥青中炭黑的存在，使得路面能长期保持黑色，与路面标线形成明显对比，提高了驾驶人员的警惕性。另外，橡胶沥青混凝土与轮胎的摩擦力比沥青混凝土大，有效缩小制动距离。共34张 第10张 路面空隙吸声、橡胶颗粒或粉

7、末减震，集料和橡胶粒径越大，效果越好第10页/共34页1.4 应用现状及前景美国以及其他欧美国家已在这方面做了大量的理论研究和工程试验，理论和施工技术已经相当成熟，并出台了相应的标准和规范。目前，国内这方面的研究仍旧很少，尚无任何国家标准和行业规范。仅有交通部科学研究院制定的设计指南和个别地方标准。橡胶沥青混凝土由于其良好的工程性能、环保、低成本、高安全性能，在国外已被大量用于高速公路、一级公路等各种等级的公路中，并被证实工程效果显著。国内现在也大量开展相关方面的理论研究和工程实践，橡胶沥青混凝土势必有广阔的发展前景。共34张 第11张第11页/共34页共34张 第12张重载交通路面城市道路隧

8、道入口做应力吸收层第12页/共34页第二章 橡胶沥青混凝土试验2.1参考规范2.2橡胶沥青混合料试验2.2.1常见试件制作方法2.2.2沥青混合料试验共34张 第13张第13页/共34页参考规范公路沥青路面设计规范（JTGD50-2006）公路沥青路面施工技术规范（JTGF40-2004）公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTGE20-2011）橡胶沥青及混合料设计施工技术指南天津市废轮胎胶粉改性沥青路面技术规程（DB/T29-161-2006）共34张 第14张第14页/共34页 2.2 橡胶沥青混合料试验由于工程材料物理力学性质的不均匀性，大多数的工程设计要通过试验确定其工程性能。此外，材

9、料试验可为进一步设计的提供依据，控制工程质量，并对理论研究、设计、施工技术等做出评估和验证。加之，橡胶沥青混凝土方面的设计无相关规范标准可依，使得设计更加依赖于工程试验。下面主要以沥青混凝土为依据，介绍了常用试件的制作方法和混合料试验。共34张 第15张第15页/共34页2.2.1常见试件制作方法击实法（T 0702-2011）适用于标准击实法或大型击实法制作沥青混合料试件，用于标准马歇尔试验，间接抗拉试验（马歇尔试验），或大型马歇尔试验。试件尺寸：101.6mm63.5mm152.4mm95.3mm（大型试件）试件数量：集料公称粒径小于26.5mm时不小于4个，大于26.5mm时不少于6个。

10、试验仪器及用具：标准击实仪（大型击实仪）、沥青混合料拌和机、试摸、脱模器、烘箱等。共34张 第16张第16页/共34页轮碾法（T 0703-2011）适用于轮碾法制作沥青混合料试件，以供实验室进行沥青混合料物理力学性质试验，试样为板块形。此试件可用切割机制成棱柱体试件或用取芯机钻取试样。试件尺寸：长300mm宽300mm厚50100mm。试件数量：大于3个。试验仪器及用具：轮碾成型机、沥青混合料拌和机、试模、切割机（钻孔取芯机）、烘箱、击实锤等。共34张 第17张第17页/共34页静压法(T 0704-2011)适用于静压法制作沥青混合料试件，以供实验室进行沥青混合料物理力学性质试验，试样为圆

11、柱形。试件尺寸：100mm100mm（抗压试验）100mm200mm（三轴试验）试件数量：集料公称粒径小于26.5mm时不小于4个，大于26.5mm时不少于6个。试验仪器及用具：压力机、沥青混合料拌和机、各种试模、烘箱、台秤等。共34张 第18张第18页/共34页2.2.2橡胶沥青混合料试验橡胶沥青混合料的常规试验主要包含以下几个方面的性能试验及试验所得参数：高温稳定性检验车辙试验（T0719-1993）与时间有关的变形量、动稳定度三轴压缩试验（T0718-2001）抗剪强度水稳定性检验浸水马歇尔试验（T0709-2000）稳定度、流值、马歇尔模数浸水（真空保水）残留稳定度冻融劈裂试验（T07

12、29-2000）冻融劈裂抗拉强度比低温抗裂性检验弯曲试验（T0715-2001)最大拉应变、弯曲劲度模量、弯拉强度、由马歇尔试验得到的荷载变形曲线中，最大荷载对应的最大变形量为流值，最大荷载为稳定度稳定度与流值的比值冻融后的劈裂抗拉强度与未冻融试件的劈裂抗拉强度的比值共34张 第19张第19页/共34页变形性能弯曲蠕变试验（T0728-2001）蠕变弯拉应力、梁底弯拉应力、蠕变劲度模量（蠕变柔量）、蠕变速率抗压回弹模量和抗压强度单轴压缩试验（T0713-2000）抗压强度、抗压回弹模量单轴压缩试验（T0714-1993）抗压强度、破坏时的压应变、压缩破坏劲度模量、弹性劲度模量劈裂强度劈裂试验（

13、T0716-2011）劈裂抗拉强度、破坏拉伸应变、破坏劲度模量注 以上试验后面的编号对应于公路工程沥青及沥青混合料试 验规程（JTG E20-2011）中各编号的试验。共34张 第20张第20页/共34页第三章 设计简介3.1沥青混凝土设计流程3.1.1与混合料相关的设计参数3.1.2橡胶混凝土设计流程3.2橡胶混凝土设计流程共34张 第21张第21页/共34页3.1 沥青混凝土设计流程3.1.1 与混合料相关的设计参数现行国内沥青混凝土设计规范为公路沥青路面设计规范（JTGD50-2006）。路面结构设计采用双圆均布垂直荷载作用下的弹性层状连续体系理论进行计算。高速公路、一级公路、二级公路的

14、路面结构，以路表回弹弯沉值、沥青混凝土层的层底拉应力及半刚性材料层的层底拉应力为设计指标。三四级公路路面结构以路面表面设计弯沉值为设计指标。相关设计参数如下：沥青混合料的抗压回弹模量E可由单轴压缩试验（T0713-2000）测得沥青混合料的劈裂抗拉强度可由劈裂试验（T0716-2011）测得共34张 第22张第22页/共34页 在设计中，往往要考虑沥青混凝土面层（面层一般不止一层）、基层、垫层、土基的物理力学性能的不同。故采用以下弹性层状体系来模拟结构层体系。路面荷载及计算点选取如下图：土基垫层基层面层共34张 第23张第23页/共34页沥沥青青混混凝凝土土设设计计流流程程图图根据公路等级、路

15、面和基层类型及Ne设计弯沉值土基类型划分，确定土基回弹模量气象资料、材料调查及混合料试验拟定路面结构方案收集调查交通量并计算累计标准轴载确定材料抗压回弹模量按设计弯沉值计算或验算厚度确定容许拉应力计算层底拉应力验算防冻厚度进行技术经济比较，确定采用的路面结构变更结构是否计算弯拉应力是否验算防冻厚度是否有下一个结构是否加厚度是否调整材料配合比，提高 进行劈裂试验、极限抗拉强度是否是否否是是是否否共34张 第24张第24页/共34页橡胶混凝土设计流程橡胶混凝土仍无相应的规范和标准，仅有橡胶沥青及混合料设计施工技术指南作为设计施工指导，故设计基本流程与沥青混凝土相差无几，仅在配合比设计上有所出入。针

16、对不同的设计施工阶段，橡胶混凝土配合比设计又分为理论配合比设计、目标配合比设计、和生产配合比设计。下面是橡胶沥青混合料的配合比设计流程。共34张 第25张第25页/共34页橡胶沥青混凝土级配设计流程图橡胶沥青混凝土级配设计流程图共34张 第26张第26页/共34页对于橡胶沥青混合料的设计，油石比的确定就显得至关重要了。通常，油石比要通过橡胶沥青混合料马歇尔试验来确定，并采用其中的设计孔隙率作为橡胶沥青混合料的最佳油石比的确定依据。橡胶沥青胶合剂中胶粉的内掺量不应小于25%，且应符合相关规范要求。共34张 第27张第27页/共34页第四章橡胶沥青的制备橡胶混合料的制备主要包括两个环节：橡胶沥青胶

17、合剂的制备和橡胶沥青混合料的制备。其中前一个环节制备条件和工艺要求较高，故需做详细的说明；而后一个环节与普通的沥青混凝土无明显的差异，仅作简略简绍。4.1制备工艺Step1：基质沥青、橡胶粉等原材料的添加；Step2：基质沥青、橡胶粉等原材料的预混；Step3：橡胶沥青的反应过程；Step4：橡胶沥青质量监控。共34张 第28张第28页/共34页第四章 橡胶沥青混凝土的制备流程4.1制备工艺4.2橡胶沥青加工的基本设备4.3橡胶沥青加工前的准备4.4橡胶沥青的加工参数4.5橡胶沥青的存储共34张 第29张第29页/共34页4.2橡胶沥青加工的基本设备基质沥青的存储罐；橡胶粉的添加设备；基质沥青

18、与橡胶粉等原材料的预混罐；橡胶沥青的反应罐（应具备搅拌功能）；橡胶沥青加工设备的加温和控温系统；橡胶沥青质量的监控设备。共34张 第30张第30页/共34页4.3 橡胶沥青加工前的准备首先，加工橡胶沥青前，橡胶沥青加工设备中的计量装置应进行专门标定，并贴有计量标签。对于固定式的加工设备，按计量有效期年限的频率进行标定，对于移动式设备，每个工程开工前均需要标定。计量标定的主要仪器或传感器有：所有的称重设备传感器、温度传感器、流量计、搅拌器的转速。其次，在正式生产前，橡胶沥青设备应进行必要的试生产，检查设备的运转情况。共34张 第31张第31页/共34页4.4 橡胶沥青的加工参数Table.8 橡胶沥青加工参数4.5橡胶沥青的存储橡胶沥青原则上应在24h内使用完毕。当由于不可抗力，如需临时存储时，应将橡胶沥青的温度降到145155范围内存储，存储时间一般不超过3d。共34张 第32张加工方法反应温度反应时间间歇式搅拌法1801904560min第32页/共34页Thans for your attention高东东2013.05.06第33页/共34页34感谢您的观看。第34页/共34页