道路建筑材料-第四章 沥青混合料技术性质-修改

1、2021-12-191道路建筑材料道路建筑材料 ROAD CONSTRUCTION MATERIALS沥青混合料交通科学与工程学院 道路材料教研室 2021-12-192第四章第四章 沥青混合料沥青混合料 沥青混合料简介 沥青混合料的组成结构和强度形成原理 沥青混合料路用性能2021-12-1931、沥青混合料简介、沥青混合料简介2021-12-194（一）定义（一）定义 沥青混合料 由一定粘度和适当用量的沥青结合料沥青结合料与一定级配的矿料矿料拌和而成的混合料总称。 粗集料骨架作用 沥青+细集料填充与粘结作用1、沥青混合料简介、沥青混合料简介粗集料骨架 Stones 矿粉 + 砂 + 沥青+

2、 纤维+ Mastic 用玛蹄脂填充的粗集料骨架= Stone Mastic Asphalt2021-12-195（二）沥青混合料分类（二）沥青混合料分类（1）按矿料最大粒径分类（2）按矿料级配类型分类（3）按矿料级配组成及压实空隙率大小分类（4）按混合料拌合及铺筑温度划分1、沥青混合料简介、沥青混合料简介2021-12-196p最大粒径：P=100%时的最小标准筛筛孔尺寸；p公称最大粒径：P90%(或ai31.5mm135242021-12-198按矿质集料按矿质集料级配类型级配类型连续级配沥青混合料连续级配沥青混合料间断级配沥青混合料间断级配沥青混合料（二）沥青混合料分类（二）沥青混合料分

3、类2021-12-199按密实按密实度分类度分类F型、型、C型型空隙率空隙率6%-12%空隙率空隙率18%密级配沥密级配沥青混合料青混合料半开级配沥半开级配沥青混合料青混合料开级配沥开级配沥青混合料青混合料（二）沥青混合料分类（二）沥青混合料分类沥青混凝土沥青混凝土 AC沥青稳定碎石沥青稳定碎石ATB沥青碎石沥青碎石AMOGFC空隙率空隙率3%-6%2021-12-1910粗型和细型密级配沥青混凝土的关键性筛孔通过率粗型和细型密级配沥青混凝土的关键性筛孔通过率混合料类型公称最大粒径(mm)用以分类的关键性筛孔(mm)粗型密级配细型密级配名称关键性筛孔通过率()名称关键性筛孔通过率()AC-25

4、26.54.75AC-25C40AC-20194.75AC-20C45AC-16162.36AC-16C38AC-1313.22.36AC-13C40AC-109.52.36AC-10C45（二）沥青混合料分类（二）沥青混合料分类2021-12-1911混合料类型密级配开级配半开级配公称最大粒径(mm)最大粒径(mm)连续级配间断级配间断级配沥青稳定碎石沥青混凝土沥青稳定碎石沥青玛蹄脂碎石排水式沥青磨耗层排水式沥青碎石基层特粗式ATB-40-ATPB-4037.553.0粗粒式ATB-30-ATPB-3031.537.5AC-25ATB-25-ATPB-2526.531.5中粒式AC-20SM

5、A-20-AM-2019.026.5AC-16SMA-16OGFC-16-AM-1616.019.0细粒式AC-13SMA-13OGFC-13-AM-1313.216.0AC-10SMA-10OGFC-10-AM-109.513.2砂粒式AC-5-AM-54.759.5设计空隙率 ()3536341818612（二）沥青混合料分类（二）沥青混合料分类2021-12-1912按施工温度按施工温度热拌沥青混合料热拌沥青混合料中温沥青混合料中温沥青混合料（二）沥青混合料分类（二）沥青混合料分类冷拌沥青混合料冷拌沥青混合料2021-12-1913不同类型沥青不同类型沥青2021-12-1914是由适当

6、比例的是由适当比例的粗集料粗集料、细集料细集料及及填料填料按按连续级配连续级配的原则组成的原则组成符合规定级配的矿质混合料，符合规定级配的矿质混合料，与与沥青沥青在在较高温度较高温度下拌和而成沥下拌和而成沥青混合料青混合料,简称沥青混凝土（简称沥青混凝土（Asphalt Concrete, 以以AC表示）表示）室室内内拌拌和和室室内内成成型型施工现场拌和站施工现场拌和站AC-13路面路面空隙率较小空隙率较小高温稳定性差高温稳定性差密实耐久密实耐久抗滑性较差抗滑性较差沥青混合料沥青混合料2021-12-1915是由适当比例的是由适当比例的粗集料粗集料、细集料细集料及及少量填料（或无填料）少量填料

7、（或无填料）与与沥青沥青在在较高温度较高温度下拌和而成下拌和而成,称为沥青碎石混合料（称为沥青碎石混合料（Asphalt Macadam, 以以AM表示）表示）AM-30空隙率较大空隙率较大抗滑性好抗滑性好高温稳定性好高温稳定性好易渗水，耐久性差易渗水，耐久性差室室内内拌拌和和室室内内成成型型2021-12-1916密实骨架结构密实骨架结构是由适当比例的是由适当比例的粗集料粗集料(多多)、矿粉矿粉(多多)、沥青沥青(多多) 、中间粒径颗中间粒径颗粒粒(少少)组成的组成的骨架密实结构型骨架密实结构型沥青混合料，此外，沥青改性剂沥青混合料，此外，沥青改性剂和纤维也是重要组成成分。（和纤维也是重要组

8、成成分。（Stone Mastic Asphalt, 简称简称SMA)密实耐久密实耐久抗疲劳好抗疲劳好抗高温车辙抗高温车辙好好抗滑耐磨抗滑耐磨2021-12-1917是指由大空隙率的沥青混合料经热拌热铺形成的路面结是指由大空隙率的沥青混合料经热拌热铺形成的路面结构，能迅速从面层内部排走路表面水，具有防滑、降低噪构，能迅速从面层内部排走路表面水，具有防滑、降低噪音等功能。（音等功能。（OGFC）多孔隙彩色铺装多孔隙彩色铺装骨架空隙结构骨架空隙结构2021-12-1918是使用乳化沥青作为结合料与粗集料、细集料及少量填料是使用乳化沥青作为结合料与粗集料、细集料及少量填料（或不加填料），按照适当比例

9、配制，满足级配要求的矿（或不加填料），按照适当比例配制，满足级配要求的矿质集料拌和而成的沥青混合料，通常冷拌冷铺。质集料拌和而成的沥青混合料，通常冷拌冷铺。减少环境污染减少环境污染改善施工条件改善施工条件抗高温车辙抗高温车辙好好延长施工季节延长施工季节乳化沥青质量不稳定乳化沥青质量不稳定热拌热铺热拌热铺冷拌冷铺冷拌冷铺2021-12-1919典型路面类型对比路面类型路面类型级配特点级配特点沥青类型沥青类型施工温度施工温度空隙率空隙率结构类型结构类型路用性能路用性能沥青混凝沥青混凝土土 36%密实耐久密实耐久高温稳定性差高温稳定性差抗滑性差抗滑性差沥青碎石沥青碎石612%耐久性差耐久性差高温稳定

10、性好高温稳定性好抗滑性好抗滑性好沥青马蹄沥青马蹄脂碎石脂碎石 6%密实耐久密实耐久高温稳定性好高温稳定性好抗滑性好抗滑性好抗疲劳抗疲劳多孔隙沥多孔隙沥青碎石青碎石 18%耐久性差耐久性差高温稳定性好高温稳定性好抗滑性好抗滑性好乳化沥青乳化沥青碎石碎石 10%耐久性差耐久性差高温稳定性好高温稳定性好抗滑性好抗滑性好粗粗 、细集料、细集料填料填料少量或无填料少量或无填料粗粗 、细集料、细集料多粗料多粗料 、少细、少细料料多填料多填料改性改性沥青沥青乳化乳化沥青沥青热拌热铺热拌热铺热拌热铺热拌热铺热拌热铺热拌热铺热拌热铺热拌热铺常温常温少量或无填料少量或无填料少量或无填料少量或无填料粗粗 、细集料、

11、细集料密实密实悬浮悬浮骨架骨架空隙空隙密实密实骨架骨架骨架骨架空隙空隙骨架骨架空隙空隙2021-12-1920建议选择的路面类型公路等级公路等级路面等级路面等级面层类型面层类型设计年限内累设计年限内累计标准轴次计标准轴次(万次/车道）高速公路高速公路一级公路一级公路高级路面高级路面沥青混凝土、沥青马蹄脂碎石混合料、多孔隙沥青混合料400二级公路二级公路高级路面高级路面沥青混凝土、沥青马蹄脂碎石混合料、多孔隙沥青混合料200次高级路面次高级路面热拌沥青碎石混合料、沥青贯入式100200三级公路三级公路次高级路面次高级路面乳化沥青碎石混合料、沥青表面处治101002021-12-1921（三）沥青

12、混合料的基本特点（三）沥青混合料的基本特点（1）粘弹性材料：具有良好的力学性质（高温稳定性和低温柔韧性），路面平整无接缝，减震吸声，行车舒适；（2）行车安全：路面平整且粗糙，无强烈反光；（3）施工方便：能及时开放通车；（4）便于分期修建和再生利用。2021-12-19222 2、HMAHMA组成结构和强度原理组成结构和强度原理3HMA强度理论强度理论 4影响影响HMA强度的因素强度的因素 1HMA组成结构理论组成结构理论2HMA组成结构类型组成结构类型2021-12-19232.1沥青混合料组成结构理论沥青混合料组成结构理论沥青混合料的结构影响其性能：1）矿物颗粒的大小及不同的粒径分布，即级配

13、2）矿物颗粒的空间分布情况3）沥青在沥青混合料中的特征和矿物颗粒上的沥青层的性质4）空隙率及其分布、闭合空隙与连通空隙量的比值。沥青混合料结构组成：1）沥青结构2）矿物骨架结构3）沥青-矿粉分散系统结构2021-12-19242.1沥青混合料组成结构理论沥青混合料组成结构理论1）表面理论）表面理论 沥青混合料中的矿质骨架由稠度较稀的沥青结合料分布其表面，而将它们胶结成为一个具有强度的整体2021-12-19252）胶浆理论）胶浆理论 (细分散系) 分散介质沥青胶浆 分散介质沥青(微分散系) 沥青混合料 分散相粗集料分散相细集料分散相填料 分散介质 砂浆(粗分散系)2.1 沥青混合料组成结构理论

14、沥青混合料组成结构理论特点：填料与沥青的相互作用、填料的性质 采用高稠度沥青，大的沥青用量，骨架嵌挤的级配2021-12-1926悬浮悬浮-密实型：密实型：矿料由大到小形成连续型密实混合料矿料由大到小形成连续型密实混合料 大颗粒悬浮于小颗粒之间大颗粒悬浮于小颗粒之间2.2沥青混合料的组成结构类型沥青混合料的组成结构类型连续型密级配连续型密级配连续型开级配连续型开级配间断型断级配间断型断级配2021-12-19272.2沥青混合料的组成结构类型沥青混合料的组成结构类型结构特点：粗集料细集料骨架结构密实路用性能：空隙率粘聚力 内摩阻力稳定性悬浮悬浮密实：密实：连续密级配连续密级配+沥青沥青 耐久性

15、代表：AC2021-12-1928骨架骨架-空隙型：空隙型：大石料多，小石料少，不足以填充空隙大石料多，小石料少，不足以填充空隙2.2 沥青混合料的组成结构类型沥青混合料的组成结构类型连续型密级配连续型密级配连续型开级配连续型开级配间断型断级配间断型断级配2021-12-1929骨架骨架空隙：空隙：连续开级配连续开级配+沥青沥青结构特点：粗集料细集料骨架结构密实 骨架-空隙型2.2 沥青混合料的组成结构类型沥青混合料的组成结构类型路用性能：空隙率粘聚力 内摩阻力稳定性 耐久性代表：沥青碎石，OGFC2021-12-1930骨架骨架-密实型密实型：粗集料形成骨架，细集料填充：粗集料形成骨架，细集

16、料填充2.2 沥青混合料的组成结构类型沥青混合料的组成结构类型连续型密级配连续型密级配连续型开级配连续型开级配间断型断级配间断型断级配2021-12-1931骨架骨架密实：密实：间断型密级配间断型密级配+沥青沥青结构特点：粗集料细集料骨架结构密实路用性能：空隙率内摩阻力 稳定性施工和易性2.2 沥青混合料的组成结构类型沥青混合料的组成结构类型 骨架-密实型粘聚力代表：SMA 耐久性2021-12-19322.3 沥青混合料的强度理论沥青混合料的强度理论2021-12-19332021-12-19342.3 摩尔摩尔- -库仑定律库仑定律破坏面上的切应破坏面上的切应力力 是为该面上法向应力是为该

17、面上法向应力 的函数的函数 c 3 1 2021-12-19352.3 2.3 HMA强度理论强度理论 沥青性质交互作用集料性质r2021-12-1936内因：内因：沥青沥青 集料集料 集料集料/沥青交互作用沥青交互作用外因：外因：温度温度T、时间、时间t2.4 影响沥青混合料强度的因素影响沥青混合料强度的因素2021-12-1937A. 沥青沥青2.4 影响沥青混合料强度的因素影响沥青混合料强度的因素2021-12-1938B. 集料集料2.4 影响沥青混合料强度的因素影响沥青混合料强度的因素颗粒形状颗粒形状:粗糙程度粗糙程度:级配类型：骨架级配类型：骨架-密实密实 悬浮悬浮-密实密实骨架骨

18、架-空隙空隙2021-12-1939(b) 自由沥青自由沥青(a) 结构沥青结构沥青C. 矿料矿料/沥青的交互作用沥青的交互作用2.4 影响沥青混合料强度的因素影响沥青混合料强度的因素扩散溶剂化膜扩散溶剂化膜02021-12-1940C-1沥青的用量沥青的用量2.4 影响沥青混合料强度的因素影响沥青混合料强度的因素2021-12-1941 沥青与矿料相互作用与沥青、矿粉的性质有关。沥青与矿料相互作用与沥青、矿粉的性质有关。 在不同性质矿粉表面形成不同组成结构和厚度的吸附在不同性质矿粉表面形成不同组成结构和厚度的吸附溶剂化膜，石灰石粉表面形成发育较好的吸附溶化膜，石溶剂化膜，石灰石粉表面形成发育

19、较好的吸附溶化膜，石英石粉表面则形成发育较差的吸附溶剂化膜。英石粉表面则形成发育较差的吸附溶剂化膜。 在沥青混合料中，采用在沥青混合料中，采用石灰石矿粉石灰石矿粉时，矿粉之间更有时，矿粉之间更有可能通过结构沥青来联结，因而可能通过结构沥青来联结，因而具有较高的粘聚力具有较高的粘聚力。 C-2矿料的化学性质矿料的化学性质2.4 影响沥青混合料强度的因素影响沥青混合料强度的因素2021-12-1942 沥青用量相同时，矿料表面积愈大，沥青膜愈薄，在沥青沥青用量相同时，矿料表面积愈大，沥青膜愈薄，在沥青中结构沥青所占的比率愈大，沥青混合料的粘聚力也愈高。中结构沥青所占的比率愈大，沥青混合料的粘聚力也

20、愈高。 矿粉用量虽只占矿粉用量虽只占7%，但其面积却占矿料总表面积的，但其面积却占矿料总表面积的80%，矿粉的性质和用量对沥青混合料的抗剪强度影响很大。矿粉的性质和用量对沥青混合料的抗剪强度影响很大。 矿粉细度：矿粉细度：0.075mm的矿粉不宜过少；的矿粉不宜过少；2021-12-19593. 实验方法实验方法2021-12-1960（1）小梁弯曲试验(-10 ,50mm/min) 尺寸：35mm*30mm*250mm232BBLPRbh26BhdL弯拉强度RB、梁底最大拉应变B ：PBd3. 试验方法试验方法2021-12-19614. 影响因素沥青的性质感温性感温性劲度劲度粘度粘度 延度

21、延度老化老化含蜡量含蜡量沥青含量集料类型级配类型 空隙率 混合料性质路面结构环境因素2021-12-1962 水损害3.3 水稳定性水稳定性p耐久性：沥青混合料在使用过程中抵抗环境因素及行车荷载反复作用的能力 2021-12-1963 水损害是常见的一种病害 与沥青、集料性能有关3.3 水稳定性水稳定性水稳定性定义：沥青混合料抵抗由于水侵蚀而逐渐产生沥青膜剥离、松散、坑槽等破坏的能力2021-12-1964水损害的机理水损害的机理-400-300-200-10001002003004005000.000.050.100.150.20时间（s）孔隙水压力（Kpa）2021-12-1965浸水马歇

22、尔试验冻融劈裂试验3. 水稳定性试验方法2021-12-1966（1 1）浸水马歇尔试验）浸水马歇尔试验 试件：马歇尔试件常规马歇尔试验：60、40min 浸水马歇尔试验： 60、48h 残留稳定度=S1/S0*100%3. 水稳定性试验方法2021-12-1967采用马歇尔试件，空隙率为7%试件条件：一组：25 浸水2h， 测劈裂强度R1二组：真空饱水15min，放置0.5h； -18 16h；60 水中24h； 25 2h后测定其冻融劈裂强度R2.规范要求：公路改性沥青路面施工技术规范规定，“采用沥青混合料冻融劈裂试验方法测定的劈裂强度比应不小于80%。 (2)(2) 冻融劈裂试验（冻融劈

23、裂试验（ASSHTO T283)残留强度=R2/R1*100%2021-12-1968(1)组成材料性质A.集料性质： 表面化学性质（如Ca、Fe含量等）； 集料颗粒的表面物理特性； 集料表面的洁净程度。B.沥青的性质 粘度 酸值C.混合料类型 空隙率、沥青与矿料交互作用能力等4. 影响因素2021-12-1969SMA与AC水稳定性比较编号集料E与不同沥青、抗剥落剂的组合AC-13SMA-13规范要求1E +90号+液体抗剥落剂A75.0484.82802E +90号+“干法”石灰96.5397.723E +SBS82.7291.434E +SBS+液体抗剥落剂A83.5295.515E +

24、SBS+“干法”石灰95.9798.24AC-13型级配沥青膜厚6.329m，SMA-13沥青膜厚11.091m 2021-12-1970（2）沥青混合料施工条件与施工质量 施工温度、湿度 摊铺均匀程度、压实度 路面排水能力（3）自然因素 冻融循环频繁地区4. 影响因素2021-12-1971（1）集料：80%剥离来自于集料， 选用孔隙率小，粗糙，洁净的碱性集料；（2）沥青：粘度大， 酸值大的沥青（3）掺加抗剥离剂 消石灰 液体抗剥离剂（4）混合料类型：密实骨架（5）路面结构防水（6）严格控制施工质量5. 提高水稳定性的措施2021-12-19723.4 抗滑性抗滑性沥青路面应具有足够的抗滑能

25、力保证在最不利的情况下(路面潮湿时)车辆能够高速安全行驶，而且在外界因素作用下其抗滑能力不致很快降低。2021-12-19731. 纹 理宏观纹理：宏观纹理：集料颗粒之间的空隙和排水能力，水平方向0.550mm,垂直方向0.210mm构造，影响高速行车的抗滑性、减少水漂、溅水、反光及降噪等作用；微观纹理：微观纹理：集料表面水平方向00.5mm,垂直方向00.2mm的微小构造低速和高速抗滑性 坚硬、粗糙、耐磨、抗冲击性、耐磨光性酸性石料2021-12-1974纹理深度2.检测方法TD=4000V/D22021-12-1975B.2.检测方法SRV值 2021-12-19763. 影响因素 集料的

26、耐冲击性、耐磨性 混合料的级配：SMA、OGFC、AC 混合料的沥青用量 混合料的空隙率：空隙率大纹理深2021-12-19773.5 施工和易性施工和易性影响因素：级配 间断级配分层 细料少分布不均匀； 细料多拌合困难 比例/质量:沥青用量多或矿粉质量差结团、不易摊铺 。 沥青用量少或矿粉多压不实3.6 疲劳性能疲劳性能 沥青路面在使用期间经受车轮荷载的反复作用，长期处于应力应变交迭变化状态，致使路面结构强度下降，当载荷重复作用超过一定次数以后，在荷载作用下路面内产生的应力就会超过强度下降后的结构抗力，使路面出现裂纹，产生疲劳破坏。疲劳3.6 疲劳性能疲劳性能1、疲劳的产生路面面层在车轮下的

27、受力状态B点应力随时间的变化路面疲劳设计大多数以面层底部拉应力或拉应变作为控制指标路面疲劳设计大多数以面层底部拉应力或拉应变作为控制指标3.6 疲劳性能疲劳性能2、疲劳性能研究的目的 通过室内试验找出沥青混合料疲劳规律，并分析其影响因素 结合室内试验与实际路面的使用性能，预估沥青路面的疲劳寿命 通过疲劳寿命分析指导路面的结构设计和材料组成设计3.6 疲劳性能疲劳性能3、疲劳性能试验研究方法 三分点弯曲试验 中心弯曲试验 悬臂梁试验 单轴试验 间接拉伸3.6 疲劳性能疲劳性能4、疲劳试验参数 载荷施加控制方式 加载频率 试验温度 输入荷载波形 疲劳破坏标准 应力水平3.6 疲劳性能疲劳性能4.1载荷施加控制方式 应力控制:重复加载过程中,应力保持不变 应变控制:重复加载过程中,应变保持不变差别: 初始应力-应变相当的条件下,应力控制下疲劳寿命要小于应变控制下的疲劳寿命 控制方式的不同,试验得到的材料因素对混合料疲劳寿命的影响规律可能是相反的3.6 疲劳性能疲劳性能4.2加载频率 在较低的频率下，沥青混合料在加载过程中的应力松弛（应变控制模式）及蠕变（应力控制模式）的流变特性表现的更为明显， 在较高的频率下，沥青混合料更多的表现为弹性固体的变形特性。 加载频率的选择：一是要考