沥青混合料的技术性质及其分类讲解

沥青混合合料的技技术性质质及其分分类讲解解第一节沥青青混合料的技技术性质一、概述1.沥青路面的分分类和优缺点点（1）沥青路面：所有以沥青青结合料来粘粘结矿料铺筑筑而成的不同同路面结构，，均为沥青路路面。（2）沥青路面分类类：主要有沥青青表面处治、、沥青贯入式式、沥青碎石石、沥青混凝凝土等路面结结构形式。沥青表处和沥沥青贯入式属于次高级路路面，矿料级级配没有严格格要求，一般般以现场进行行矿料摊铺并并洒热沥青后后进行碾压成成型的。沥青碎石属于次高级路路面，有厂拌拌和路拌之分分，前者质量量与性能稳定定。沥青碎石石中矿料级配配有一定要求求，但没有沥沥青混凝土的的严格，其中中没有或较少少使用矿粉，，孔隙率较大大。沥青混凝土组成特点是：：级配要求严严格、使用矿矿粉（填料））较多、一般般拌和要求严严格（厂拌））。其级配有有连续级配、、间断级配之之分，近年来来沥青路面中中出现了许多多新的结构形形式：如SMA、OGFC、SUPERPAVE等。本课程主要介介绍常规沥青青混合料的性性能、结构、、强度特性和和配合比设计计等。（3）沥青路面的优优缺点主要优点：①优良的结构力力学性能和表表面功能特性性：一般沥青路路面均具有良良好的受力特特性；路面平平整、无裂缝缝或接缝、柔柔韧舒适、货货物损失率低低、噪音小等等优点②表面抗滑性能能好：沥青路面既既平整、表面面又粗糙，有有一定的粗、、细纹理构造造，能保证车车辆高速安全全行驶③施工方便：沥青路面可可以集中拌和和（厂拌）、、机械化施工工（摊铺、碾碾压等），完完全可以实现现大面积施工工，质量能够够得以保障，，开放交通早早。④经济耐久性好好：与水泥路面面相比，沥青青路面一次性性投资要低得得多，但其使使用寿命一般般在高速公路路和机场到面面中以15年计，实际使使用中只要施施工质量好、、养护保养及及时有的可以以使用20年。⑤便于再生利用用：沥青再生利利用已成为发发达国家一项项热门的可持持续发展和能能源再生利用用的新型课题题，我国目前前也在进行这这方面的研究究和技术开发发；可以有利利于分期修建建。⑥其它，如抗震性好好、日照下不不反射引起眩眩光、晴天无无扬尘、雨后后不泥泞等。。主要缺点：①沥青易老化：沥青是多组组分有机材料料，随着使用用期的延长，，沥青的胶体体结构和组成成成分发生变变化，使沥青青粘性变差、、塑性降低、、沥青路面易易表面松散、、整体性降低低，从而导致致结构破坏；；一般可以添加加抗老化剂，，如添加碳黑黑可以起到抗抗氧化的作用用，增强沥青青的老化特性性，还有其他他材料如阻酚酚类、氨基甲甲酸酯类、钙钙盐、胺类等等，但研究不不成熟。②温度敏感性较较差：夏季高温易易流淌，高温温稳定性差；；低温易发脆脆，抗裂性能能差。可采用用优质沥青或或采取改性措措施等。2.沥青混合料的的分类沥青混合料一一般是由矿质质混合料（包包含粗、细集集料，矿粉））和沥青组成成，有时还有有外加剂，其其性能好坏与与其组成材料料有关。通常常根据沥青混混合料中材料料的组成特性性、施工的方方式等沥青混混合料有以下下几种分类方方法：沥青混合合料材料级配组成及空隙率大小分材料组成及结构分制造工艺分公称最大粒径分1.特粗式沥青混混合料2.粗粒式沥青混混合料3.中粒式沥青混混合料4.细粒式沥青混混合料5.砂粒式沥青混混合料1.连续级配沥青青混合料2.间断级配沥青青混合料1.密级配沥青混混合料2.半开级配沥青青混合料3.开级配沥青混混合料1.热拌沥青混合合料2.冷拌沥青混合合料3.再生沥青混合合料目前公路与城城市道路路面面多采用复合合类的沥青混混合料，如AC-16F既属于热拌沥沥青混合料、、又属于密级级配的、中粒粒式沥青混合合料。沥青混合料分分类1）根据矿质混混合料的级配类型进行划分矿料由适当比比例的粗集料料、细集料和和填料组成，，根据矿料级级配组成的特特点及压实后后剩余空隙率率的大小，可可以将沥青混混合料分为以以下几类：(1)连续密级配沥沥青混凝土混混合料特点：级配为连续密密级配，空隙隙率较低。主要代表沥青混合料有有：DAC和ATB类。前者设计计空隙率通常常为3%~6%，具体应根据据不同的交通通类型、气候候特点而定，，可适用于任任何面层结构构；后者设计计空隙率也为为3%～6%，但粒径为粗粗粒式及特粗粗式，一般称称为密级配沥沥青稳定碎石石混合料（ATB），主要适用用于基层。(2)连续半开级配配沥青混合料料特点：空隙率较大，，一般采用10％左右，粗细细集料含量相相对密级配要要多，填料较较少或不加填填料。主要代表混合料：沥青青碎石混合料料AM，适用于三级级及三级以下下公路、乡村村公路，此时时表面应设置置致密的上封封层。(3)开级配沥青混混合料特点：矿料级配主要要由粗集料组组成，细集料料和填料较少少；沥青结合合料粘度要求求较高。主要代表混合料：排水水式沥青磨耗耗层混合料OGFC，排水式沥青青稳定碎石基基层ATPB。(4)间断级配沥青青混合料特点：采用间断级配配，即矿料级级配组成中缺缺少一个或几几个档次而形形成的级配，，粗集料和填填料含量较多多，中间集料料含量较少。。代表混合料如沥青青玛蹄脂SMA。2）按矿料的最大粒径分类沥青混合料一一般按公称最最大粒径的大大小可分为特特粗式、粗粒粒式、中粒式式、细粒式和和砂粒式，与与之相对应的的最大粒径和和公称最大粒粒径见表3-1所示。表3-1热拌沥青混合合料类型沥青混合料类型公称最大粒径/mm最大粒径尺寸/mm密级配半开级配开级配间断级配连续密级配沥青混凝土DAC沥青稳定碎石ATB沥青碎石混合料AM排水式沥青磨耗层OGFC排水式沥青稳定碎石ATPB沥青玛蹄脂碎石混合料SMA砂粒式4.759.5DAC-5AM-5---细粒式9.513.2DAC-10AM-10OGFC-10-SMA-1013.216DAC-13AM-13OGFC-13-SMA-13中粒式1619DAC-16AM-16OGFC16-SMA-161926.5DAC-20AM-20--SMA-20粗粒式26.531.5

DAC-25ATB-25--ATPB-25-31.537.5-ATB-30--ATPB30-特粗式37.553.0-ATB-40--ATPB40-设计空隙率（%）3~63~66~12>18>183~43）根据结合料的类型型分类根据沥青混合合料中所用沥沥青结合料的的不同，可分分为石油沥青混合合料和煤沥青混合料料，但煤沥青对对环境污染严严重，一般工工程中很少采采用煤沥青混混合料。4）根据沥青混合合料拌合与铺筑温温度分类按照这种分类类方法，可以以将沥青混合合料分为热拌热铺沥青青混合料和常常温沥青混合合料。前者主要采采用粘稠石油油沥青作为结结合料，需要要将沥青与矿矿料在热态下下拌合、热态态下摊铺碾压压成型；后者者则采用乳化化沥青、改性性乳化沥青或或液体沥青在在常温下与矿矿料拌合后铺铺筑而成的。。5）根据强度形成原理理分类沥青混合料的的组成材料不不同，其强度度形成原理也也不同，一般般可以分为嵌挤原则和密密实原则两大类。按嵌挤原则构成的沥青混混合料的结构构强度主要是是以矿料颗粒粒之间的嵌挤挤力和内摩阻阻力为主，以以沥青结合料料的粘结力为为辅形成的，，如沥青贯入入式、沥青表表处和沥青碎碎石等路面结结构均属于此此类。按密实原则构成的沥青混混合料则主要要是以沥青与与矿料之间的的粘结力为主主，矿料间的的嵌挤力和内内摩阻力为辅辅，一般的沥沥青混凝土都都属于此类。。二、沥青混合合料的组成结结构沥青混合料主主要有沥青、粗集料料、细集料、、矿粉填料和和外加剂（如抗剥离剂剂、抗老化剂剂、聚合物改改性剂等）组组成。影响混合料性性能的因素：：矿料颗粒的大大小和不同粒粒径的分布；；颗粒组成的的空间位置关关系；沥青的的分布特征和和矿料颗粒表表面沥青层的的性质；沥青青混合料空隙隙率的大小；；空隙的分布布与空隙间的的连通情况；；外加剂与其其他材料的配配伍相容性及及外加剂对沥沥青与矿料性性能的改善情情况等。本部分主主要讨论沥青青混合料的结结构形成理论论和其组成结结构类型。沥青混合料的的组成结构的的现代理论表面理论:传统的表面理论认为混合料是是由粗、细集集料和填料组组配而成的矿矿质骨架和沥沥青组成，沥沥青分布在矿矿质骨料表面面，将矿质骨骨料胶结成具具有强度的整整体。其中沥沥青的胶结作作用是一个相相当复杂的过过程，物理吸吸附、化学吸吸附过程、选选择性作用等等。所谓物理吸附附是固-液界面产生的的表面张力作作用下，在矿矿料表面形成成定向吸附和和湿润现象，，吸附的沥青青没有发生任任何化学变化化；化学吸附是沥青中的沥沥青酸及沥青青酸酐与矿料料表面的金属属阳离子间产产生的化学反反应，生成了了沥青酸盐，，化学吸附比比物理吸附产产生的吸附作作用更强烈，，形成的沥青青膜更稳定；；选择性吸附主要是由于矿矿料表面的微微孔或毛细孔孔产生的吸附附作用，使得得沥青中的小小分子如油分分和树脂被吸吸收而使沥青青质相对增多多，增强了沥沥青的粘结力力，从而使沥沥青与矿料作作用更稳固。。胶浆理论近代胶浆理论认为混合料是是一种多级空空间网状结构构的分散系，，如下图所示示，以粗集料料为分散相分分散在沥青砂砂浆中形成粗分散系，而沥青砂浆浆是由细集料料为分散相分分散到沥青胶胶浆中的细分散系，沥青胶浆则则以填料为分分散相分散在在沥青介质中中形成的微分散系。在这种多级级分散体系中中，因沥青胶胶浆最为基础础，也最为重重要，因此沥沥青胶浆的组组成结构决定定了沥青混合合料的高低温温变形能力。。胶浆理论主要研究矿粉粉的矿物组成成、矿粉级配配（尤其是<0.075mm的成分）、沥沥青与矿粉间间的交互作用用，特别强调调采用高稠度度的沥青、大大的沥青用量量和间断级配配的矿质混合合料。沥青混合料结结构类型由于材料组成成分布、矿料料与矿料及矿矿料与沥青间间的相互作用用、剩余空隙隙率的大小等等不同，混合合料可分为悬浮密实结构构、骨架空隙隙结构、骨架架密实结构三大类。悬浮密实结构构该结构组成的基本特特点：采用连续级级配，矿料颗颗粒连续存在在，而且细集集料含量较多多，将较大颗颗粒挤开，使使大颗粒不能能形成骨架，，而较小颗粒粒与沥青胶浆浆比较充分，，将空隙填充充密实，使大大颗粒悬浮于于较小颗粒与与沥青胶浆之之间，形成““悬浮-密实”结构。。代表类型：按照连续密密级配原理设设计的DAC型沥青混合料料是典型的这这种悬浮密实实结构。力学特点：大颗粒未形形成骨架，内内摩阻力ф值较小；小颗颗粒与沥青胶胶浆含量充分分，粘结力C值较大。路用性能特点点：由于压实后后密实度大，，该类混合料料水稳定性、、低温抗裂性性和耐久性较较好；但其高高温性能对沥沥青的品质依依赖性较大，，由于沥青粘粘度降低，往往往导致混合合料高温稳定定性变差。骨架空隙结构构如图3-2b所示，该结构构组成的基本特特点：采用连续开开级配，粗集集料含量高，，彼此相互接接触形成骨架架；但细集料料含量很少，，不能充分填填充粗集料件件的空隙，形形成所谓的““骨架-空隙”结构。。代表类型：沥青碎石AM和开级配磨耗耗层沥青混合合料OGFC等。力学特点：大颗粒形成成骨架，内摩摩阻力ф值较大；小颗颗粒与沥青胶胶浆含量不充充分，粘结力力C值较低。路用性能特点点：粗集料的骨骨架作用，使使之高温稳定定性好；由于于细集料含量量少，空隙未未能充分填充充，耐水害、、抗疲劳和耐耐久性能较差差，所以一般般要求采用高高粘稠沥青，，以防止沥青青老化和剥落落骨架密实结构构如图3-2c所示，其结构构组成特点：采用间断级级配，粗、细细集料含量较较高，中间料料含量很少，，使得粗集料料能形成骨架架，细集料和和沥青胶浆又又能充分填充充骨架间的空空隙，形成““骨架-密实”结构。。代表类型：沥青玛蹄脂脂碎石混合料料SMA。力学性能特点点：粗集料的骨骨架作用，内内摩阻力ф值较大；小颗颗粒与沥青胶胶浆含量充分分，粘结力C值也较大，综综合力学性能能较优。路用性能特点点：该类混合料料高低温性能能均较好，具具有较强的疲疲劳耐久特性性；但间断级级配在施工拌拌合过程中易易产生离析现现象，施工质质量难以保证证，使得混合合料很难形成成“骨架-密实”结构。。随着施工技技术的发展，，这类结构得得以普遍使用用，但一定防防止混合料拌拌合生产、运运输和摊铺等等施工过程中中防止混合料料产生离析。。三、沥青混合合料强度形成成原理及其影影响因素路面破坏原因因分析：高温时，由于于沥青混合料料抗剪强度不不足，引起塑塑性变形过大大（塑性变形形为不可恢复复变形，随着着时间产生累累积），使路路面产生波浪浪、车辙、拥拥包与推移等等高温变形破破坏。低温时，抗拉拉强度或抗变变性能力不足足，由于混合合料收缩受阻阻产生的拉应应力超过了混混合料的抗拉拉强度，而在在混合料内产产生裂缝。环境因素对沥沥青路面破坏坏产生的影响响气温下降材材料产产生收缩路路面面边界约束下下，收缩受阻阻混混合料内产生生拉应力拉拉应应力超过抗拉拉强度，裂缝缝产生雨雨水渗渗入裂缝引引起