沥青混凝土
沥青混凝土(Bituminous Concrete)俗称沥青砼,是经人工选配具有一定级配组成的矿料(碎石或轧碎砾石、石屑或砂、矿粉等)与一定比例的路用沥青材料,在严格控制条件下拌制而成的混合料1。
沥青混凝土由于良好的防渗性能与变形适应性,在土石坝中得到了越来越广泛的应用,主要应用于路面2。
基本信息
- 中文名
沥青混凝土
- 外文名
Bituminous concrete
- 别名
沥青砼1
- 配料
矿料、沥青
- 制备工艺
在集中地点用机械拌制
- 用途
修筑公路路面
发展历程
据考古资料,印加帝国在15世纪已采用天然沥青修筑沥青碎石路。英国在1832~1838年之间,用煤沥青在格洛斯特郡修筑了第一段煤沥青碎石路;法国于1858年在巴黎用天然岩沥青修筑了第一条地沥青碎石路。
而现代铺路常用的HMA(热拌沥青混凝土),早期研究归功于Warren Brothers公司的Frederick J.Warren,约在1903年,Warren Brothers公司将沥青混合料申报成专利产品,明确这种材料是由沥青结合料、石子、砂组成,成份中明确规定,集料的最大尺寸不超过3英寸。
1912年,Kansas的Topeka联邦法院裁定,允许制造不侵犯Warren公司专利的沥青混合料,但是这种混合料的集料最大尺寸不超过0.5英寸。
这些裁定对于沥青混合料的应用有着深远的影响,它促使了由较小集料组成的密级配混合料的大量使用,特别是1943年Bruce G.Marshall提出的马歇尔设计方法,由于其简单实用的设计方法,相对较小集料组成的密级配混合料在全世界范围内得到迅速推广,影响至今。
上世纪八十年代,同样是位于美国中部的Kentucky,由于路面车辙问题严重,开始研究大粒径的沥青混合料,要求矿料在2英寸筛子的通过率为100%,1英寸筛余量至少大于10%,称为K-Base级配,并采用大型马歇尔击实仪。
主要性质
沥青混合料的强度主要表现在两个方面。一是沥青与矿粉形成的胶结料的粘结力;另一是集料颗粒间的内摩阻力和锁结力。矿粉细颗粒(大多小于0.075毫米)的巨大表面积使沥青材料形成薄膜,从而提高了沥青材料的粘结强度和温度稳定性;而锁结力则主要在粗集料颗粒之间产生。选择沥青混凝土矿料级配时要兼顾两者,以达到加入适量沥青后混合料能形成密实、稳定、粗糙度适宜、经久耐用的路面。配合矿料有多种方法,可以用公式计算,也可以凭经验规定级配范围,中国采用经验曲线的级配范围。沥青混合料中的沥青适宜用量,应以试验室试验结果和工地实用情况来确定,一般在有关规范内均列有可资参考的沥青用量范围作为试配的指导。当矿料品种、级配范围、沥青稠度和种类、拌和设施、地区气候及交通特征较固定时,也可采用经验公式估算。
基本分类
沥青混凝土按所用结合料不同,可分为石油沥青的和煤沥青的两大类;有些国家或地区亦有采用或掺用天然沥青拌制的。
按所用集料品种不同,可分为碎石的、砾石的、砂质的、矿渣的数类,以碎石采用最为普遍。按混合料最大颗粒尺寸不同,可分为粗粒(35~40毫米以下)、中粒(20~25毫米以下)、细粒(10~15毫米以下)、砂粒(5~7毫米以下)等数类。
按混合料的密实程度不同,可分为密级配、半开级配和开级配等数类,开级配混合料也称沥青碎石。其中热拌热铺的密级配碎石混合料经久耐用,强度高,整体性好,是修筑高级沥青路面的代表性材料,应用得最广。
各国对沥青混凝土制订有不同的规范,中国制定的热拌热铺沥青混合料技术规范,以空隙率10%及以下者称为沥青混凝土,又细分为Ⅰ型和Ⅱ型,Ⅰ型的孔隙率为3(或2)~6%,属密级配型;Ⅱ型为6~10%,属半开级配型;空隙率10%以上者称为沥青碎石,属开级配型;混合料的物理力学指标有稳定度、流值和孔隙率等。
制造工艺
热拌的沥青混合料宜在集中地点用机械拌制。一般选用固定式热拌厂,在线路较长时宜选用移动式热拌机。冷拌的沥青混合料可以集中拌和,也可就地路拌。沥青拌和厂的主要设备包括:沥青加热锅、砂石贮存处、矿粉仓、加热滚筒、拌和机及称量设备、蒸汽锅炉、沥青泵及管道、除尘设施等,有些还有热集料的重新分筛和贮存设备(见沥青混合料拌和基地)。拌和机又可分为连续式和分批式两大类。在制备工艺上,过去多采用先将砂石料烘干加热后,再与热沥青和冷的矿粉拌和。又发展一种先用热沥青拌好湿集料,然后再加热拌匀的方法,以消除因集料在加热和烘干时飞灰。采用后一种工艺时,要防止残留在混合料中的水分影响沥青混凝土使用寿命,最好能同时采用沥青抗剥落剂,以增强抗水能力。