五普通沥青混合料

1、道路工程材料道路工程材料第五章普通沥青混合料沥青路面的特点和沥青混合料的分类道路工程材料第五章普通沥青混合料第二讲 沥青混合料的组成结构道路工程材料第五章普通沥青混合料第三讲 沥青混合料的强度组成及影响沥青与矿粉交互作用形成的结构矿粉颗粒之间为结构沥青联结，粘结力较大矿粉颗粒之间为自由沥青联结，其粘结力较小矿料与沥青交互作用的影响矿粉的影响矿粉性质不同性质矿粉表面形成不同组成结构和厚度的吸附溶化膜石灰石粉（碱性）表面形成发育较好的吸附溶化膜石英石粉（酸性）表面则形成发育较差的吸附溶化膜矿粉细度和用量提高细度，可增加矿粉比表面积，形成的沥青 膜愈薄，结构沥青所占的比率愈大，沥青混合 料的粘聚力也

2、愈高。所以要求小于0.075mm粒径的矿粉含量不宜过 少，但亦不宜过多。沥青用量的影响过少，则不足以形成结构沥青膜；偏多，则自由沥青偏多，粘聚力降低；过多，则部分自由沥青起润滑作用， 降低内摩擦角；沥青用量须适中不同沥青用量时的沥青混合料结构道路工程材料第五章普通沥青混合料沥青路面的工作环境交通荷载环境温度 水评估方法与指标轮辙试验动稳定度、轮辙深度剪切试验粘聚力、内摩阻角蠕变试验蠕变模量、劲度模量足尺试验直道、环道、加速加载车辙试验300mm50mm温度：60速度： 421次/min轮胎压力0.7MPa车辙试件评估方法与指标T1（45min）T2（60min）d1d2d d211 2DS 4

3、2t2 t1 C C低温收缩裂缝、低温收缩疲劳裂缝病害表现形式评价方法与指标预估开裂温度评价低温变形能力或松弛能力的方法评价断裂能的方法直接或间接拉伸试验低温收缩试验低温弯曲或蠕变试验应力松驰试验约束试件温度应力试验（冻断试验，SHRP）试验方法三 类低温蠕变试验：以蠕变速率评价低温变形与松弛能力300mm50mm温度：0速度： 50mm/min切割250mm35mm小梁试件车辙试件F2speed02 1 t2 t1 1speed ,变形能力，抗裂性能评价方法与指标低温弯曲试验：以破坏应变评价低温变形能力温度：-10速度： 50mm/minF B ,低温柔韧性，抗裂性能破坏应变破坏强度RB B

4、3LP2bh2B 6hdL2SBB RB评价方法与指标沥青的低温劲度低温劲度小，变形能力强在低温地区，多选用针入度大，敏感性低的沥青，或橡胶类改性沥青矿料级配通常密级配优于开级配环境因素环境温度越低，降温幅度越大，越容易开裂影响因素1.病害表现类型水的浸蚀或冻融作 用使沥青膜从集料表面脱落造成松散松散的颗粒被汽车 轮胎带走所致剥落进一步向深度 发展而形成松散沥青膜剥落坑槽2.评价方法与指标粘附性试验粘附性等级浸水前后性能对比浸水马歇尔试验残留稳定度冻融前后性能对比冻融劈裂试验冻融劈裂强度比MS常规残留稳定度 MS浸水真空饱水，-18oC冰冻16h，60oC浸泡24h，测劈裂强度未冻融TSR 冻

5、融 马歇尔试件，60oC 保温48h，测MS3.影响因素 沥青性质粘度、酸值、表面活性物质含量 矿料酸碱度（碱值），表面粗糙度 混合料类型空隙率，沥青用量 施工质量离析程度，压实度 路面排水中央分隔带排水，路表排水，路面结构层排水道路工程材料第五章普通沥青混合料视密度沥青浸入的孔隙表面孔隙毛体积密度沥青不能 浸入的孔隙吸收的沥青表面孔隙集料的有效密度参数定义mbV=混合料体积Vmm=不包括空隙的混合料体积 Va=空隙体积Vb=沥青体积 Vba=吸收沥青体积VaVmbVbVseVmmVfaVbaVsbVma压实后的沥青混合料的组成成分体积Vfa=被沥青填充的矿料间空隙体积Vma=矿料间空隙体积(

6、不包括吸收沥青的体积) Vsb=矿料固体体积和吸收沥青体积之和Vse=矿料固体体积1.沥青混合料的理论最大密度at se b100 P100 atbbseb100100 计算法实测法：真空法、溶剂法针对普通沥青混合料，但改 性沥青混合料难以分散，一 般采用计算法。 Pa：油石比Pb：沥青用量baP Pa100 P矿料合成毛体积相对密度矿料合成表观相对密度 se C sa (1 C) sb12100sbn1 2 n 100sa1 21 2 n n计算法矿料的有效相对密度1.沥青混合料的理论最大密度合成矿料的沥青吸收系数2xxC 0.033 0.2936 0.9339合成矿料的吸水率 1 1 10

7、0 x sbsa 表干法吸水率2%蜡封法吸水率2%体积法大空隙沥青混凝土测空气中质量ma测水中质量mw测饱和面干质量mfffwmam mafwS mf mam m表干法的关键是在用拧干的湿毛巾擦拭试件表面时要制造一种真正的饱和面干状态， 表面既不能有多余的水膜，又不能把吸入孔隙中的水分擦走，得到真正的毛体积。2.沥青混合料的毛体积密度 tVV (1f ) 100%空隙率VV空隙率是指压实沥青混合内矿料与沥青实体以 外的空隙（不包括矿料本身或者表面已经被沥 青封闭的孔隙）体积占试件总体积的百分率空隙率不宜过大、也不宜过小VV过小会引起沥青路面高温稳定性下降，VV太大则会导致沥青路面透水而发生 水

8、损坏。VV的大小应与交通、气温、降水条件紧密关联，通常以35%为宜。矿料间隙率是指压实沥青混合料试件中 矿料实体以外的体积（包括空隙及有效 沥青体积）占试件总体积的百分率；矿料间隙率不宜过大，也不宜过小VMA过小会导致沥青含量过低或剩余空隙率偏小；VMA过大会导致沥青含量过高或剩余空 隙率过大。VMA的适宜范围取决于沥青混合料类型和压实成型条件。一般而言，VMA要求值随 4.75mm通过率的增多而增大，每增加5%，VMA的要求值增大0.50.8%。ssbVMA (100 f P ) 1002.矿料间隙率VMA沥青饱和度是指压实沥青混合料试件矿料间 隙中，扣除被集料吸收的沥青以外的有效沥 青实体

9、体积占矿料间隙中所占的百分率沥青饱和度不宜过大、也不宜过小VMAVFA VMA VV 100VFA过大，会导致沥青含量过多或VV偏小；VFA过小，则导致沥青含量太少或VV偏大。VFA的大小应结合VMA和VV综合考虑予以确定。3.沥青饱和度VFA全国各地区气候条件差异很大，对沥青提出的要求也不尽相同，为保证沥青路面对 气候的适应性，提出了沥青及沥青路面的气候分区。分区方法由一、二、三级区划组合而成1.使用性能气候分区高温分区低温分区雨量分区（1、2、3）（1、2、3、4）（1、2、3、4）数字越小，表示气候因素对沥青路面的影响越严重。高温指标低温指标雨量指标夏炎热区（30)夏热区（2030) 夏

10、凉区（20)冬严寒区（-9) 潮湿区（1000mm)湿润区（5001000mm) 半干区（250500mm)干旱区（10001000500500250250高速、一级公路表面层磨光值42403836粘附性5443粘附性4433可用天然砂、机制砂、石屑等洁净、干燥、无风化、有一定级配石屑与机制砂的区别石屑是集料破碎时，通过4.75/2.36mm筛的筛下部分边角料、强度低、针片状含量高、含泥量高因此，石屑中0.075mm通过率需严格控制，不得超过10%关于天然砂天然砂石英含量高，质地坚硬，但是与沥青粘附性较差天然砂呈浑圆状，施工时易压实，但对高温稳定性不利因此，需严格限制天然砂在沥青混合料中的使用

11、即使出于改善施工和易性的需要，天然砂的用量不得超过20%碱性石料研磨而成，洁净、干燥、能自由流出。可以用水泥、石灰代替部分矿粉，利于改善水稳定 性，但用量2%粉煤灰满足一定要求时可以使用，用量填料50%回收粉尘尽量不要使用，用量填料25%道路工程材料第五章普通沥青混合料1.原材料性能测试沥青、集料等原材料的性能测试密度、筛分试验为主2.矿质混合料组成设计（1）选择热拌沥青混合料类型道路等级依据所处层位面层厚度公称最大粒径 宜为1/3层厚三层式沥青面层典型结构H=4cmAC13H=6cmAC16/AC20H=8cmAC25（2）确定工程设计级配范围2.矿质混合料组成设计上限 下限级配(细)通过百

12、分率（%）0.080.150.30.61.182.364.759.513.2161926.筛孔尺寸（mm)10090807060504030201002.矿质混合料组成设计混合料 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-2526.54.75AC-25C40AC-20194.75AC-20C45AC-16162.36AC-16C38AC-1313.22.36AC-13C40AC-109.52.36AC-10C45（2）确定工程设计级配范围粗型和细型密级配沥青混凝土的关键性筛孔通过率粗型S型中 值 下限 上限质

13、量通过率()0.0750.150.30.61.182.364.759.513.2161926.531.56010080 40 细型200确定设计级配通常情况下，取中值b)考虑交通条件和气候状 况，选用粗or细型c)为保证抗车辙能力，兼顾低 温抗裂性要求，采用“S”级配2.矿质混合料组成设计筛孔尺寸(mm)（4）矿质混合料组成设计采用计算法或图解法确定各档集料的用量比例，验证合成级配，并进行适当调整。目标配合 比设计生产配合 比设计生产配合比验证矿料设计最佳沥青 用量确定图解法 试算法集料筛分（水洗法）马歇尔 试验确定工 程级配预估沥青 用量相对密度测定组成设计的三个阶段1.原材料性能测试沥青、

14、集料等原材料的性能测试密度、筛分试验为主2.矿质混合料组成设计（1）选择热拌沥青混合料类型道路等级依据所处层位面层厚度公称最大粒径 宜为1/3层厚三层式沥青面层典型结构H=4cmAC13H=6cmAC16/AC20H=8cmAC25（2）确定工程设计级配范围2.矿质混合料组成设计上限 下限级配(细)通过百分率（%）0.080.150.30.61.182.364.759.513.2161926.筛孔尺寸（mm)10090807060504030201002.矿质混合料组成设计混合料 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

15、过率()AC-2526.54.75AC-25C40AC-20194.75AC-20C45AC-16162.36AC-16C38AC-1313.22.36AC-13C40AC-109.52.36AC-10C45（2）确定工程设计级配范围粗型和细型密级配沥青混凝土的关键性筛孔通过率粗型S型中 值 下限 上限质量通过率()0.0750.150.30.61.182.364.759.513.2161926.531.56010080 40 细型200确定设计级配通常情况下，取中值b)考虑交通条件和气候状 况，选用粗or细型c)为保证抗车辙能力，兼顾低 温抗裂性要求，采用“S”级配2.矿质混合料组成设计筛孔

16、尺寸(mm)（4）矿质混合料组成设计采用计算法或图解法确定各档集料的用量比例，验证合成级配，并进行适当调整。3号仓4号仓1号仓 2号仓取热料仓集料筛分，进行矿料组成设计取目标配比最佳沥青用量及其0.3%共3个油石比进行马歇尔试验，测定物 理力学参数，确定生产配合比的最佳沥青用量。确定的最佳沥青用量与目标配合比的差值不宜大于0.2%。冷料2.364.75mm碎石石屑热料3号仓2号仓4号仓4.759.5mm碎石3号仓4号仓1号仓2号仓生产配合比验证阶段，即试拌试铺阶段；按照生产配合比试拌、观察；试铺，观察摊铺、碾压过程和成型混合料的表面状况，判断混合料的级配 和沥青用量是否合适。道路工程材料第五章

17、普通沥青混合料美国1987年批准建立公路战略研究计划(SHRP)，于1993年形成了沥青与 沥青混合料方面的研究成果。Superior Performing Asphalt Pavements高性能沥青路面SuperPave 的全部内容性能基础上的沥青胶结料规范【性能分级，PG分级】混合料设计体系【0.45次方级配图、旋转压实SGC】性能预测体系【剪切试验SST、简单性能试验SPT、Asphalt Mixture Performance Tester (AMPT)】SHRP采用0.45次方级配图纵座标为集料质量通过百分率横座标为集料粒径的0.45次方两个控制要素：控制点和禁区控制点为级配曲线必

18、须通过的几个特定 尺寸范围禁区为最大密度线附近0.3-2.36mm范 围，不希望级配通过的区域。控制点和禁区代替了马歇尔设计法的级配范围一般认为级配通过禁区的混合料，对沥青用量 敏感，施工中容易产生推移，在使用过程中抵 抗变形能力较差禁区能避则避，如果细集料棱角性、混合料体 积指标能够满足设计要求，即使通过禁区也可 以接受1. 矿质混合料组成设计至少三种试验级配，预估试拌沥青用量，每种级配准备四个试件，两个用于压实，两个 用于测量最大理论密度分析混合料体积性质并与Superpave混合料设计标准进行比较，只要符合标准，就可选 为设计级配。设计ESALS（106）密度（最大理论密度%）最 小VM

19、A（%）VFA（%）粉胶 比N初始N设计N最大最 大公 称 尺寸，mm37.525.019.012.59.50.391.5969811.012.013.014.015.070-800.61.20.3390.565-78389.065-752.沥青用量设计根据设计级配，以0.5%为间隔选用5个用量旋转压实成型试件，计算在设计压实次数时的VV、VMA、VFA、F/B最佳沥青用量：选定空隙率为4% 的沥青用量作为设计沥青用量检验VMA、VFA，F/B介于0.61.2沥青用量%空隙率4沥青用量%VMA沥青用量%VFA3.水敏感性评价3个非条件试件成型高95mm、VV=7%的试件3个条件试件计算劈裂强度

20、比TSR（80%）1.沥青标准Marshall法：针入度分级 Superpave法：PG分级沥青标准比较:针入度分级体系是经验性的和条件性的，但由于方法和所使用的仪器相对简单， 易于普及；在一定程度上可以满足对沥青质量控制的要求，目前美国、欧盟、澳 大利亚、日本等国家的现行标准仍保留针入度分级体系PG分级基于道路所在地区的气候特点，仪器价格贵，操作相对复杂，技术性高； 虽然在北美比较普及，但其他国家正在研究和认识中级配设计比较两者都是基于最大密实度理论泰波公式通过指数变化确定级配范围0.45次方图通过控制点确定级配范围0.45次方图中的“禁区”存在争议2.级配设计Marshall法：泰波公式（

21、n=0.30.7） Superpave法：0.45次方图通过百分率（%）10090807060504030201000.075 0.150.30.61.18 2.36 4.759.513.2161926.5筛孔尺寸（mm)上限 下限 中值Marshall法：击实成型容易将某些颗粒击碎，而改 变混合料级配组成；击实方法不能模拟压路机和 行车的搓揉碾压作用；不适用于开级配沥青混合料；沥青混合料没有老化过程， 与现场条件不符。3.成型方法Superpave法：旋转压实成型压实条件和交通量的关系更密切旋转压实更接近现场压实过程，减少 了集料在压实过程中的破碎增加了短期老化，增大试件尺寸（直 径150m

22、m、高110mm），适用于多种 级配类型的沥青混合料4.最佳沥青用量Marshall法：OAC=（OAC1+OAC2）/2，VV不定 uperpave法：VV=4%建议在特定工程沥青混合料设计中，设计空隙率确定为4% 或者某一定值，对于我 国南方湿热地区沥青路面既要防止夏季高温车辙，又要防止雨季水损害而言，更具 有重要意义。短期老化Marshall法：无短期老化 Superpave法：有短期老化老化后混合料呈硬化趋势，空隙率变大，稳定度变大，流值变小建议马歇尔设计方法中增加老化过程道路工程材料第五章普通沥青混合料Stone Mastic Asphalt （SMA）沥青玛蹄脂碎石由沥青、矿粉、纤

23、维及少量细集料组成的沥青玛蹄脂，填充于间断 级配的粗集料骨架间隙中，而形成的混合料。骨架密实结构，“三多一少”：粗集料用量多，占到矿料总量的70以上；矿粉用量多，8%-12%；沥青用量多，5.5%-6.5%，比AC大1%左右；细集料用量少，一般为10%左右。10090807060504030201000.0750.150.30.61.182.364.759.513.216筛孔尺寸（mm）通过率（%）SMA-13AC-13优良的路用性能，延长路面的使用寿命优良的高温抗车辙能力；优良的低温抗开裂性能；水稳定性有较大改善；抗滑性能能大幅提高；耐疲劳，抗老化性能好。初期成本增加2030%易离析、难压实

24、施工难度增大SMAAC沥青：较高粘度，较好的粘附性，使用改性沥青；集料：粗集料坚硬、表面粗糙、针片状含量少； 细集料采用坚硬的机制砂；矿粉：磨细的石灰石粉；SMA不可缺少的成分，起加筋、分散、吸收和稳定的作用。120001000080006000400020000木质素纤维矿物纤维聚酯纤维 纤维种类DS(次/mm3500300025002000150010005000木质素纤维矿物纤维聚酯纤维 纤维种类微应变木质素纤维矿物纤维聚酯纤维91.59190.59089.58988.588木质素纤维聚酯纤维矿物纤维纤维种类残留稳定度/%纤维用量：木 质 素 ：0.30.4% 矿物纤维：0.40.5%纤

25、维不合格不合格合格 改性沥青选择初试沥青用量，制作马歇尔试件分析VMA、VCA，确定设计级配确定配合比材料选择纤维稳定剂材料试验集料、矿粉选择初试级配设计粗集料骨架，以4.75mm 通过率为关键筛孔,选用22%、25%、 28% 3 个档次，设计 3 组级配。对设计级配变化沥青用量制作马歇尔试件分析 VV、VFA 等，确定最佳沥青用量测 定 粗 集 料 的VCADRC配合比设计检验 析 漏 试 验飞 散 试 验车 辙 试 验水稳定性检验构造深度、透水两条设计 原则粗集料形成骨架结构丰富的沥青玛蹄脂砂浆 填充粗集料骨架空隙粗集料骨架结构是否形成的判别标准？粗集料干捣空隙率(VCADRC)沥青混合

26、料中粗集料空隙率(VCAmix)mixCAcaVCA (1 f P) 100VCAmix VCADRCDRCbVCA (1 ) 100如何保证丰富的沥青玛蹄脂砂浆填充空隙？体积指标空隙率（VV)VV过小：SMA中没有足够的空隙容纳沥青结合料，高温下路面容易发生泛油或 出现车辙；VV过大：SMA混合料耐久性差。合理取值范围：3%-4%，高温下也可达到4.5%。矿料间隙率（VMA)VMA是SMA的关键设计指标，只有具有足够的VMA，SMA混合料中才有足够的 空间容纳沥青玛蹄脂砂浆，从而确保SMA混合料具备各项优良的使用性能。合理取值范围：17%。SMA中的沥青玛蹄脂砂浆设计过程与普通沥青混合料类似

27、，主要依据Marshall试验及混合料体积指标进行设计,但需注意几个特别的问题。Marshall加载方式不适于SMA混合料，因此MS、FL仅作为参考指标；谢伦堡析漏试验检验沥青用量是否过高肯塔堡飞散试验检验沥青用量是否过少原样Marshall试件洛杉矶磨耗试验机质量损失 1520%道路工程材料道路工程材料第五章普通沥青混合料4类技术7种应用将回收的旧沥青路面材料（RAP），选择适宜的掺配比例与新料拌和，必要时添加一些再生剂， 然后使用间歇式或连续式厂拌设备生产新的热拌沥青混合料。主要功能：1可修复沥青路面的几乎所有病害；2恢复甚至改善沥青路面混合料的性能。1. 沥青路面厂拌热再生（面层材料）优

28、点：厂拌热再生工艺较易控制，再生后的混合料性能较好，质量有保证，适用范围广。缺点：沥青路面旧料需来回运输，对拌和设备的要求较高，目前旧料掺量较少，一般为20-30%。适用范围：再生后的沥青混合料适用于各等级公路沥青路面的建设和维修养护工程，可用于沥 青面层及柔性基层。1. 沥青路面厂拌热再生（面层材料）采用专用的就地热再生设备，对沥青路面进行加热和软化，然后耙松（或铣刨）至一定深度，掺 入一定数量新沥青、再生剂、新沥青混合料等，形成新的热拌再生沥青混合料。主要功能1修复沥青路面表面层病害；2恢复沥青表面层物理力学性能；3恢复沥青路面平整度、车辙。2. 沥青路面就地热再生（面层）优点：实现就地再

29、生利用，节省了材料转运费用，原路面材料利用率高。缺点：再生深度仅为20-50mm，施工质量控制难度较大，易产生不均匀性，使用性能比不上厂 拌热再生混合料。适用范围：路面有足够承载能力，仅存在浅层轻微病害，一般用于高速公路，一、二级公路沥青 路面表面层的维修。2. 沥青路面就地热再生（面层）将沥青路面旧料与新骨料、乳化沥青或泡沫沥青结合料、水硬性活性填料、水进行常温拌和， 常温铺筑形成路面结构层。主要功能1以冷拌沥青混合料的形式实现旧路面沥青层材料的再生利用；2恢复和改善旧沥青混合料路用性能。3. 沥青路面厂拌冷再生（面层材料、基层材料）优点：厂拌冷再生工艺较易控制，再生后的混合料性能较好，适用

30、范围广，能耗低、污染小， 减排效果明显。缺点：混合料强度形成需要较长的时间，需要加铺一定厚度的罩面层适用范围：各等级公路沥青路面旧料的再生利用，再生后的沥青路面旧料适用于沥青路面的中、 下面层及柔性基层；基层再生材料可作为底基层或基层。3. 沥青路面厂拌冷再生（面层材料、基层材料）采用专用就地冷再生设备，对沥青路面进行就地冷铣刨、破碎和筛分，掺入一定数量的新集 料、乳化沥青或泡沫沥青、水硬性类活性填料和水，常温拌和、铺筑形成路面结构层。主要功能实现旧沥青路面的翻修、重建再生混合料可用于中下面层或柔性基层。3. 沥青路面就地冷再生（面层、基层、面层和基层复合再生）优点：实现就地再生利用，节省材料转运费；施工过程的能耗低、污染小；适用范围广。缺点：施工质量控制的难度较大；一般需要加铺较厚的路面结构层。适用范围：各等级公路沥青路面旧料的再生利用，再生后的面层混合料适用于沥青路面的 中、下面层及柔性基层；基层再生或全深式再生材料可作为底基层或基层。3. 沥青路面就地冷再生（面层、基层、面层和基层复合再生）按再生层位和厚度的不同，就地冷再生分为就地面层冷再生、就地基层冷再生、全深式（面层和基层复合 材料）冷再生全深式（面层