沥青路面材料研究

1、2013.01道路工程1 中交第一公路勘察设计研究院中交第一公路勘察设计研究院 沥青路面面层材料沥青路面面层材料 （专题汇报）（专题汇报） 窦启亮窦启亮 2013.012013.01道路工程2 沥青路面面层材料概念：铺筑沥青面层概念：铺筑沥青面层的路面。的路面。1、沥青路面的概念及组成、沥青路面的概念及组成面层面层基层基层垫层垫层三层式三层式双层式双层式单层式单层式沥青路面组成沥青路面组成表面层表面层下面层下面层表面层表面层下面层下面层中面层中面层2013.01道路工程3 沥青路面面层材料沥青混合料沥青混合料沥青贯入式沥青贯入式沥青表面处治沥青表面处治开级配沥青磨层（开级配沥青磨层（OGFC）

2、沥青玛蹄脂碎石混合料（沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）密级配沥青混凝土（密级配沥青混凝土（AC）沥青路面面层类型沥青路面面层类型2、沥青路面面层类型、沥青路面面层类型密级配粗型沥青混凝土（密级配粗型沥青混凝土（AC-C）密级配细型沥青混凝土（密级配细型沥青混凝土（AC-F） 半开级配沥青碎石（半开级配沥青碎石（AM）2013.01道路工程4 沥青路面面层材料2.1、密级配沥青混凝土（、密级配沥青混凝土（ACAsphalt Concrete）概念：概念：密级配密级配沥青混凝土是各种粒径的颗粒级配连续、相互嵌挤密实的矿料，沥青混凝土是各种粒径的颗粒级配连续、相互嵌挤密实的矿料，与沥青结合料拌和而成，

3、压实后剩余空隙率小于与沥青结合料拌和而成，压实后剩余空隙率小于10%的沥青混合料。的沥青混合料。结构类型结构类型为为悬浮密实型悬浮密实型。（备注：沥青混合料的空隙率是指矿料及沥青以外的空隙的体。（备注：沥青混合料的空隙率是指矿料及沥青以外的空隙的体积占试件总体积的百分率。剩余空隙率通常是指沥青混合料压实后通过现场取积占试件总体积的百分率。剩余空隙率通常是指沥青混合料压实后通过现场取芯测得的空隙率。）芯测得的空隙率。）2013.01道路工程5 沥青路面面层材料悬浮密实结构悬浮密实结构 如图所示，该结构组成的基本特点：采用连续级配，矿料颗粒连续存在，而且细集料如图所示，该结构组成的基本特点：采用连

4、续级配，矿料颗粒连续存在，而且细集料含量较多，将较大颗粒挤开，使大颗粒不能形成骨架，而较小颗粒与沥青胶浆结合比较含量较多，将较大颗粒挤开，使大颗粒不能形成骨架，而较小颗粒与沥青胶浆结合比较充分，将空隙填充密实，使大颗粒悬浮于较小颗粒与沥青胶浆之间，形成充分，将空隙填充密实，使大颗粒悬浮于较小颗粒与沥青胶浆之间，形成“悬浮悬浮-密实密实”结构。结构。路用性能特点：由于压实后密实度大，该类混合料水稳定性、低温抗裂性和耐久性较好；路用性能特点：由于压实后密实度大，该类混合料水稳定性、低温抗裂性和耐久性较好；但其高温性能对沥青的品质依赖性较大，由于沥青粘度降低，往往导致混合料高温稳定但其高温性能对沥青

5、的品质依赖性较大，由于沥青粘度降低，往往导致混合料高温稳定性变差。性变差。2013.01道路工程6集料的最大粒径：指集料集料的最大粒径：指集料100%都要求通过的最小标准筛筛孔尺寸。都要求通过的最小标准筛筛孔尺寸。集料的公称最大粒径：是指混合料筛孔通过率为集料的公称最大粒径：是指混合料筛孔通过率为90%100%的最小标准筛的最小标准筛筛孔尺寸。筛孔尺寸。密级配沥青混凝土密级配沥青混凝土按公称最大粒径分类按公称最大粒径分类：砂粒式、细粒式、粗粒式、中粒式砂粒式、细粒式、粗粒式、中粒式。2013.01道路工程7 沥青路面面层材料粗粒式沥青混凝土通常用于铺筑面层的下层，它的粗糙表面使它与上层良好粘结

6、，也粗粒式沥青混凝土通常用于铺筑面层的下层，它的粗糙表面使它与上层良好粘结，也可用于铺筑基层。可用于铺筑基层。中粒式沥青混凝土主要用于铺筑面层的上层，或用于铺筑路面中层或下层。中粒式沥青混凝土主要用于铺筑面层的上层，或用于铺筑路面中层或下层。在城市道路沥青路面表层使用最广的是细粒式沥青混凝土。与中粒式和粗粒式沥青混在城市道路沥青路面表层使用最广的是细粒式沥青混凝土。与中粒式和粗粒式沥青混凝土相比，细粒式沥青混凝土的均匀性较好，并有较高的抗腐蚀稳定性。凝土相比，细粒式沥青混凝土的均匀性较好，并有较高的抗腐蚀稳定性。2013.01道路工程8 沥青路面面层材料根据集料在关键性筛孔上的通过百分率不同，

7、将密级配根据集料在关键性筛孔上的通过百分率不同，将密级配AC混合料分为粗型混合料分为粗型（AC-C）和细型（）和细型（AC-F）。）。密级配细型沥青混凝土（密级配细型沥青混凝土（AC-F）因细集料相对含量较多，施工和易性较好，）因细集料相对含量较多，施工和易性较好，水稳定性、低温抗裂性及抗疲劳开裂性能较好，多用于抗疲劳结构层或干旱少水稳定性、低温抗裂性及抗疲劳开裂性能较好，多用于抗疲劳结构层或干旱少雨，、交通量较小、气候严寒地区的道路。雨，、交通量较小、气候严寒地区的道路。粗型，即粗型，即C型，混合料中粗集料含量相对较多，容易形成骨架结构，高温条件型，混合料中粗集料含量相对较多，容易形成骨架结

8、构，高温条件下即便沥青胶浆的性能丧失很大，但是仍然能依靠粗集料的骨架发挥一定的强下即便沥青胶浆的性能丧失很大，但是仍然能依靠粗集料的骨架发挥一定的强度，相对而言高温稳定性要优于度，相对而言高温稳定性要优于F型沥青混合料。适用于高温、多雨地区、交型沥青混合料。适用于高温、多雨地区、交通量较大道路的各个面层。通量较大道路的各个面层。2013.01道路工程9 沥青路面面层材料2.2、沥青玛蹄脂碎石混合料、沥青玛蹄脂碎石混合料沥青玛蹄脂碎石混合料路面沥青玛蹄脂碎石混合料路面(SMAStone Matrix Asphalt)的组成原理及特点的组成原理及特点： 沥青玛蹄脂碎石混合料沥青玛蹄脂碎石混合料(S

9、MA)是一种以沥青、矿粉及纤维稳定剂组成的沥青玛是一种以沥青、矿粉及纤维稳定剂组成的沥青玛蹄脂结合料，填充于蹄脂结合料，填充于间断级配间断级配的矿料骨架中，所形成的混合料。的矿料骨架中，所形成的混合料。结构类型属于结构类型属于骨架密实型骨架密实型。（备注：玛蹄脂采用化学黏结剂、成膜剂、增稠剂和矿物填料、。（备注：玛蹄脂采用化学黏结剂、成膜剂、增稠剂和矿物填料、加入适量阻燃剂制成。加入适量阻燃剂制成。其组成特征主要包括两个方面：含量较多的粗集料互相嵌锁组成高稳定性其组成特征主要包括两个方面：含量较多的粗集料互相嵌锁组成高稳定性(抗抗变形能力强变形能力强)的结构骨架；细集料矿粉、沥青和纤维稳定剂组

10、成的沥青玛蹄脂的结构骨架；细集料矿粉、沥青和纤维稳定剂组成的沥青玛蹄脂将骨架胶结一起，并填充骨架空隙，使混合料有较好的柔性及耐久性。将骨架胶结一起，并填充骨架空隙，使混合料有较好的柔性及耐久性。 SMA的结构组成可概括为的结构组成可概括为“三多一少，即：粗集料多、矿粉多、沥青多、细集三多一少，即：粗集料多、矿粉多、沥青多、细集料少料少”。2013.01道路工程10 沥青路面面层材料骨架密实结构 如图所示，其结构组成特点：采用间断级配，粗、细集料含量较高，中间料含如图所示，其结构组成特点：采用间断级配，粗、细集料含量较高，中间料含量很少，使得粗集料能形成骨架，细集料和沥青胶浆又能充分填充骨架间的

11、空隙，量很少，使得粗集料能形成骨架，细集料和沥青胶浆又能充分填充骨架间的空隙，形成形成“骨架骨架-密实密实”结构。结构。路用性能特点：该类混合料高低温性能均较好，具有较强的疲劳耐久特性；但间路用性能特点：该类混合料高低温性能均较好，具有较强的疲劳耐久特性；但间断级配在施工拌合过程中易产生离析现象，施工质量难以保证，使得混合料很难断级配在施工拌合过程中易产生离析现象，施工质量难以保证，使得混合料很难形成形成“骨架骨架-密实密实”结构。随着施工技术的发展，这类结构得以普遍使用，但一定结构。随着施工技术的发展，这类结构得以普遍使用，但一定防止混合料拌合生产、运输和摊铺等施工过程中防止混合料产生离析。

12、防止混合料拌合生产、运输和摊铺等施工过程中防止混合料产生离析。2013.01道路工程11SMA的特点：沥青玛蹄脂碎石混合料是当前国际上公认(使用较多)的一种抗变形能力强，耐久性较好的沥青面层混合料。由于粗集料的良好嵌挤，混合料有非常好的高温抗车辙能力，同时由于沥青玛蹄脂的粘结作用，低温变形性能和水稳定性也有较多的改善。添加纤维稳定剂，使沥青结合料保持高粘度，其摊铺和压实效果较好。间断级配在表面形成大孔隙，构造深度大，抗滑性能好。同时混合料的空隙又很小，耐老化性能及耐久性都很好，从而全面提高了沥青混合料的路面性能。但是SMA路面结构在1998年我国才刚开始推广应用，对于我国来讲属于新生事物，还缺

13、少系统的研究和必要的规范指导并且SMA对于选料和配比要求很高，所以目前沥青玛蹄脂碎石混合料在我国应用较少。按公称最大粒径分类按公称最大粒径分类：细粒式、中粒式细粒式、中粒式。细粒式多用于表面层，中粒式多用于中面层和下面层。细粒式多用于表面层，中粒式多用于中面层和下面层。2013.01道路工程12开级配抗滑磨耗层（OGFCOpen Graded Friction Course）在日本称排水路面，是指用大空隙的沥青混合料铺筑、能迅速从其内部排走路表雨水、具有抗滑、抗车辙及降噪的路面。设计空隙率大于18%，具有较强的结构排水能力，适用于多雨地区修筑沥青路面的表层或磨耗层。2.3、开级配沥青磨层、开级

14、配沥青磨层2013.01道路工程13（2）骨架空隙结构 如图所示，该结构组成的基本特点：采用连续开级配，粗集料含量高，彼此如图所示，该结构组成的基本特点：采用连续开级配，粗集料含量高，彼此相互接触形成骨架；但细集料含量很少，不能充分填充粗集料件的空隙，形成相互接触形成骨架；但细集料含量很少，不能充分填充粗集料件的空隙，形成所谓的所谓的“骨架骨架-空隙空隙”结构。结构。路用性能特点：粗集料的骨架作用，使之高温稳定性好；由于细集料含量少，路用性能特点：粗集料的骨架作用，使之高温稳定性好；由于细集料含量少，空隙未能充分填充，耐水害、抗疲劳和耐久性能较差，所以一般要求采用高粘空隙未能充分填充，耐水害、

15、抗疲劳和耐久性能较差，所以一般要求采用高粘稠沥青，以防止沥青老化和剥落。稠沥青，以防止沥青老化和剥落。2013.01道路工程14OGFC设计成一种具有相互连通空隙的开级配的混合料,为大雨时提供了排水通道。雨水垂直通过OGFC到达不渗水的下卧层表面,然后从侧向排到路面的边缘。从安全和环境方面来说,使用OGFC有以下好处。(1)减少水雾和眩光。因为在OGFC路面没有残留水,它几乎可以消除水雾。雨天在OGFC路面上开车,司机感到安全。OGFC的另一个好处是减少在潮湿状态下前灯的眩光。很显然,这有利于改善能见度,减少驾驶疲劳。(2)降低噪音。为评价OGFC降低噪音的能力,在美国和欧洲进行了许多研究。据

16、欧洲报道:与密级配热拌沥青混合料路面相比,噪声降低3dB(A);与水泥混凝土路面相比,降低7dB(A)。2013.01道路工程15 沥青路面面层材料(3)防水漂。由于雨水透过OGFC层,在路表无连续的水膜,故OGFC可防水漂。即使长时间下雨,可能使OGFC饱和,但由于车辆与轮胎间水压通过OGFC的多孔结构消失了,仍然不会发生水漂。(4)改善路面标志的可见度。OGFC表面层的标志线,可见度高,尤其是潮湿天气,这有利于安全。(5)提高潮湿路面的抗滑性。当然为了获得上述优点,OGFC也存在以下缺陷。(1)给表面层和下面的结构层带来了沥青剥落的风险(开级配的结构使得水分侵入下层成为可能)。(2)需要做

17、好防冰措施。路面内部的水在流动过程中低温下存在着结冰的可能性。3)需要专门的修补和修复技术。(4)由于OGFC厚度较薄,它对路面没有结构上的价值。(5)当应用于交叉口,重转向的地点,以及匝道终点,有路缘石的横断面等其他不利的地理位置时会产生松散、剥落、推移等破坏形式2013.01道路工程162.4、半开级配沥青碎石、半开级配沥青碎石半开级配沥青混合料由适当比例的粗集料、细集料及少量填料(或不加填料)与沥青结合料拌和而成，压实后剩余空隙率在10以上的半开式沥青混合料，也称沥青碎石混合料，其特点是：空隙率较大，一般采用10左右，粗细集料含量相对密级配要多，填料较少或不加填料主要代表混合料：沥青碎石

18、混合料AM，适用于三级及三级以下公路、乡村公路，此表面应设置致密的上封层。结构类型属于骨架空隙结构。矿质混合料的矿质混合料的3 3种典型级配曲线种典型级配曲线 2013.01道路工程17三种结构类型混合料的级配组成三种结构类型混合料的级配组成 间断级配间断级配连续开级配连续开级配连续密级配连续密级配悬浮密实型悬浮密实型骨架空隙型骨架空隙型骨架骨架密实密实型型沥青混合料的分类与特性沥青混合料的分类与特性2013.01道路工程18沥青贯入式路面【bituminous penetration pavement】指的是用沥青贯入碎(砾)石作基层、联结层、面层的路面。即在初步压实的碎石(或破碎砾石)上，

19、分层浇洒沥青、撒布嵌缝料，或再在上部铺筑热拌沥青混合料封层，经压实而成的沥青面层。 沥青贯入式路面适用于二级及二级以下的公路、城市道路的次干道及支路，也可以作为沥青混凝土路面的联结层。沥青贯入式面层的施工程序为：备料放样和安装缘石清扫基层浇洒透层或粘层沥青铺撒主层集料第一次碾压洒布第一次沥青铺撒第一次嵌缝料第二次碾压洒布第二次沥青铺撒第二次嵌缝料第三次碾压洒布第三次沥青铺撒封面集料最后碾压初期养护封层。2013.01道路工程19沥青表面处治【bituminous surface treatment】 是用沥青和细粒料按层铺或拌和方法施工，厚度不超过3cm的薄层路面面层。由于处治层很薄，一般不起

20、提高强度作用，其主要作用是抵抗行车的磨耗和大气作用，增强防水性，提高平整度,改善路面的行车条件。主要用于城市道路支路，县镇道路，各级公路施工便道以及在旧沥青面层上加铺罩面层或者磨损层。三层式沥青表面处治路面施工程序为：备料清扫基层、放样和安装路缘石浇洒透层沥青洒布第一次沥青撒铺第一次矿料碾压洒布第二层沥青铺撒第二层矿料碾压洒布第三层沥青铺撒第三层沥青碾压初期养护。 单层式和双层式沥青表面处治的施工程序与三层式相同，仅需相应地减少两次或一次洒布沥青、铺撒矿料与碾压工序。2013.01道路工程20沥青是由不同分子量的碳氢化合物及其非金属衍生物组成的黑褐色复杂混合物，呈液态、半固态或固态，是一种防水

21、防潮和防腐的有机胶凝材料。用于涂料、塑料、橡胶等工业以及铺筑路面等。改性沥青 Modified bitumen(英),Modified asphalt cement(美)是掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂(改性剂)，或采取对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青或沥青混合料的性能得以改善制成的沥青结合料。 改性沥青其机理有两种，一是改变沥青化学组成，二是使改性剂均匀分布于沥青中形成一定的空间网络结构。适用范围：特重交通、重交通、交叉口进口道、公交车专用道与停靠站、长大纵坡、气候严酷地区的沥青路面。我国的改性沥青有主要有三类SBS类、SBR类、EVE、PE类，我国最为常用的是

22、SBS类改性沥青。2013.01道路工程212013.01道路工程22SBS改性沥青是以基质沥青为原料，加入一定比例的SBS（是一种以丁二烯和1,3苯乙烯为单体，采用阴离子聚合物制成的嵌段共聚物）改性剂，通过剪切、搅拌等方法使SBS均匀地分散于沥青中，同时，加入一定比例的专属稳定剂，形成SBS共混材料，利用SBS良好的物理性能对沥青做改性处理。SBS改性沥青的特性1.温差较大的地区有很好的耐高温、抗低温能力 2.有较好的抗车辙能力，其弹性和韧性好 3.提高了路面的抗疲劳能力，特别是在大流量、超载严重的公路上具有良好的应变能力，可减少路面的永久变形 4.粘结能力特别强，能明显改善路面遇水后的抗拉能力，并极大地改善了沥青的水稳定性 5.提高了路面的抗滑能力 6.增强了路面的承载能力 7.减少路面因紫外线辐射而导致的沥青老化现象 8.减少因车辆渗漏柴油、机油和汽油而造成的破坏适用于高速公路、一级公路、城市主干道、机场跑道等改性沥青路面。我国大部分地区宜选I-D级西北和东北选I-C级 I-B级适用于非常寒冷地区I-A级除特殊情况外较少使用。SBR改性沥青是以基质沥青为原料，加入一定比例的SBR（是一种丁二烯和苯乙烯的无规共聚物）改性剂，结束语具有良好的低温特性、耐磨性等优点,广泛应用于改性沥青生产中。