建筑土木材料 沥青与沥青混合料2

第九章沥青(lìqīng)与沥青(lìqīng)混合料9.1石油(shíyóu)沥青9.2路面用沥青混合料精品资料§9.2沥青(lìqīng)混合料沥青混合料是由矿料与沥青结合料拌和而成的混合料的总称。工程上最常用的沥青混合料有两种：

(1)沥青混凝土混合料是由适当比例的粗集料、细集料及填料组成的符合规定级配的矿料，与沥青结合料拌和而制成的空隙率＜10%的沥青混合料。通常用于公路的面层。

(2)沥青碎石(suìshí)混合料是由适当比例的粗集料、细集料及少量填料(或不加填料)与沥青拌和的空隙率≥10%的沥青混合料。常用于公路的过渡层和整平层。

精品资料沥青混合料的分类：1、按胶结料品种分：石油沥青、煤沥青混合料2、按公称(gōngchēng)最大粒径分：特粗式沥青混合料：Dm≥37.5mm粗粒式：Dm=26.5mm或Dm=31.5mm中粒式：Dm=16mm或Dm=19mm细粒式：Dm=9.5mm或Dm=13.2mm砂粒式：Dm≤4.75mm3、按矿料级配类型分：连续级配沥青混合料、间断级配。精品资料4、按矿料级配组成及空隙(kòngxì)率大小分类：密级配沥青混合料：粗细集料和填料密实填充，剩余空隙(kòngxì)率＜5%。半开级配沥青混合料：适当比例粗集料、细集料及少量填料或无填料。剩余空隙(kòngxì)率5~10%。开级配沥青混合料：粗集料嵌挤组成，细集料及料较少。剩余空隙(kòngxì)率＞10%。5、按施工条件（温度）分：热拌、冷拌、再生沥青混合料。精品资料沥青混合料的特点：弹-塑-粘性材料，良好的力学性能，一定的高温稳定性和低温抗裂性，不需设施工缝和伸缩缝。路面平整且有弹性，行车舒适。有一定的粗糙度，防滑，降噪,不反光（路面为黑色)。行车比较安全。施工方便快速。能及时开放交通。经济耐久。分期(fēnqī)改造，再生利用。缺点：温度敏感性和老化现象。精品资料1沥青混合料的组成(zǔchénɡ)结构沥青混合(hùnhé)料组成结构类型有：悬浮密实结构、骨架空隙结构、骨架密实结构。

a)悬浮-密实结构b)骨架-空隙结构c)密实-骨架结构精品资料悬浮密实结构:是指矿质集料由大至小组成连续密级配的混合料结构，混合料中粗集料数量较少，被细集料隔开，不能形成骨架，而是悬浮在细集料和沥青(lìqīng)胶浆之间。这种沥青(lìqīng)混合料粘聚力较大，内摩擦力较小，因此高温稳定性较差。骨架空隙结构:是指矿质集料属于连续型开级配的混合料结构，矿质集料中粗集料较多，可形成矿质骨架，细集料较少，不足以填满空隙。这种结构的沥青(lìqīng)混合料内摩擦力大，但空隙率大，耐久性差，沥青(lìqīng)与矿料的粘聚力差，难以摊铺压实成密实平整的路面。精品资料骨架密实结构(jiégòu):是指此结构(jiégòu)具有较多数量的粗集料形成空间骨架，同时又有足够的细集料可填满骨架的空隙。这种结构(jiégòu)的沥青混合料具有较高的粘聚力和较高的内摩阻力，是沥青混合料中最理想的一种结构(jiégòu)类型。沥青混合料级配类型主要特征密实度稳定度施工耐久性悬浮密实结构连续型密级配粗集料少，细集料多。粗集料悬浮在细集料中。大差易好骨架空隙结构连续型开级配粗集料多，形成骨架。细集料少，不足以填充空隙。小好易差骨架密实结构间断型密级配既有足够粗集料形成骨架。又有足够细集料填充空隙。较大较好不易较好精品资料破坏机理：高温时由于抗剪强度不足或塑性变形增大(zēnɡdà)而产生推挤波浪、拥包等现象，和低温时抗拉强度不足或变形能力较差而产生裂缝现象。

目前对于沥青混合料强度的研究，一般采用库伦内摩擦理论分析。沥青混合料的抗剪强度τ主要取决于沥青与矿质集料物理、化学交互作用而产生的粘聚力c，以及矿质集料在沥青混合料中分散程度不同而产生的内摩阻角φ。如下式所示：2沥青(lìqīng)混合料的强度机理精品资料(1)影响沥青混合料抗剪强度的内因

沥青粘度的影响：

在其他因素固定的条件下，沥青混合料的粘聚力C是随着沥青粘度的提高而增加的。因为(yīnwèi)沥青的粘度即沥青内部沥青胶团相互位移时，其分散介质抵抗剪切作用的抗力，所以沥青混合料受到剪切作用时，特别是受到短暂的瞬时荷载时，具有高粘度的沥青能赋予沥青混合料较大的粘滞阻力，因而具有较高抗剪强度。影响沥青混合料抗剪强度(qiángdù)的因素精品资料沥青(lìqīng)用量的影响：

沥青(lìqīng)与矿料相互作用后，沥青(lìqīng)在矿料表面形成一层扩散结构膜，在此结构膜以内的沥青(lìqīng)称为结构沥青(lìqīng)，在此结构膜以外的沥青(lìqīng)称为自由沥青(lìqīng)，结构沥青(lìqīng)的粘度和粘聚力远大于自由沥青(lìqīng)。如果矿料颗粒之间的粘结力是由结构沥青(lìqīng)提供，则粘结力较大，如果矿料颗粒之间的粘结力是由自由沥青(lìqīng)提供，则粘结力较小。所以我们在配制沥青(lìqīng)混合料时，应控制沥青(lìqīng)用量，使混合料能形成结构沥青(lìqīng)，减少自由沥青(lìqīng)。精品资料在沥青用量很少时，沥青不足以形成结构沥青薄膜来粘结矿料颗粒(kēlì)。随着沥青用量的增加，结构沥青逐渐形成，沥青与矿料间的粘附力随着沥青的用量增加而增加。当沥青用量足以形成薄膜并充分粘附矿粉颗粒(kēlì)表面时，沥青胶浆具有最优的粘聚力。如沥青用量继续增加，由于沥青用量过多，逐渐将矿料颗粒(kēlì)推开，在颗粒(kēlì)间形成未与矿粉交互作用的自由沥青，则沥青胶浆的粘聚力随着自由沥青的增加而降低。当沥青用量增加至某一用量后，沥青混合料的粘聚力主要取决于自由沥青，所以抗剪强度几乎不变。精品资料沥青用量不仅影响沥青混合料的粘聚力，同时也影响沥青混合料的内摩擦角。随着沥青用量的增加，沥青不仅起着粘结剂的作用，而且起着润滑剂的作用，降低了粗集料的相互密排作用，因而降低了沥青混合料的内摩擦角。通常(tōngcháng)当沥青薄膜达最佳厚度(亦即主要以结构沥青粘结)时，具有最大的粘聚力；随着沥青用量的增加，沥青混合料的内摩擦角逐渐降低。精品资料12345沥青含量%沥青混合料强度/MPa0.50.40.30.20φcc精品资料集料的级配、粒径、表面状态的影响：

合理的矿料级配类是影响沥青混合料抗剪强度及稳定性的重要因素。合理的级配可以形成密实骨架结构，获得结构密实、力学性能稳定的沥青混合料。

通常矿质集料颗粒(kēlì)愈粗，所配制成的沥青混合料的内摩擦角越高。粗糙表面的矿质集料，在碾压后能相互嵌挤锁结而具有很大的内摩擦角。在其他条件相同的情况下，粗粒径且具有粗糙表面状态的集料组成的沥青混合料具有较高的抗剪强度。精品资料矿料的表面性质的影响：

沥青与矿料相互作用不仅与沥青的化学性质有关，而且与矿粉的性质有关。在不同性质矿粉表面形成不同组成结构和厚度的吸附溶化膜，在石灰石粉表面形成较为发育的吸附溶化膜（化学吸附）；而在石英石粉表面则形成发育较差的吸附溶化膜（物理吸附）。所以在沥青混合料中，当采用石灰石矿粉时，矿粉之间更有可能通过(tōngguò)结构沥青来联结，因而具有较高的粘聚力。

碱性岩石对沥青吸附性强＞酸性岩石精品资料(2)影响沥青混合料抗剪强度的外因。

温度形变速率

随着温度升高，沥青的粘聚力值减小，而变形能力增强(zēngqiáng)。当温度降低，可使混合料粘聚力提高，强度增加，变形能力降低。但温度过低会使沥青混合料路面开裂。

沥青混合料是粘弹性材料，其剪切强度和力学稳定性随着变形速率加快而增大。加荷频率过高，可使沥青混合料产生过大的应力和塑性变形，弹性恢复很慢，产生不可恢复的永久变形。精品资料(1)沥青混合料的技术性质

高温稳定性

1）定义：高温稳定性是指沥青混合料在高温条件（通常温度为60℃）下，承受多次重复荷载作用而不发生过大塑性变形的能力(nénglì)。

2）评价方法：马歇尔试验、车辙试验等。

3）马歇尔试验指标：马歇尔稳定度、模数、流值。

车辙试验指标：动稳定度。3沥青(lìqīng)混合料的技术性质和技术标准精品资料车辙试验：测定动态稳定度。在60℃条件下，用车辙试验机的试验轮对沥青混合料试件进行往返(wǎngfǎn)碾压，测定其在变形稳定期每增加变形1mm的碾压次数，即为动态稳定度。对于高速公路，此值不小于800次/mm，对于一级公路，不小于600次/mm。精品资料

影响高温稳定性的主要(zhǔyào)因素有沥青的用量、沥青的粘度、矿料的级配、矿料的大小、形状等。

提高高温稳定性的措施可采用提高沥青混合料的粘结力和内摩阻力的方法等。增加粗集料含量可提高沥青混合料的内摩阻力，适当提高沥青材料的粘度，控制沥青与矿料比值，严格控制沥青用量，均能改善沥青混合料的粘结力。这样就可以增强沥青混合料的高温稳定性。精品资料低温抗裂性

低温抗裂性是沥青混合料抵抗低温开裂的能力。沥青混合料随着温度的降低，变形能力下降。如沥青路面由于低温而收缩及行车荷载(hèzài)的作用，在薄弱部位产生裂缝，从而影响道路的正常使用。因此，要求沥青混合料具有一定的低温抗裂性。

沥青混合料的低温裂缝是由混合料的低温脆化、低温缩裂和温度疲劳引起的，因此在混合料设计中，应选用稠度较低、温度敏感性低、抗老化能力强的沥青。精品资料耐久性

沥青(lìqīng)混合料的耐久性是指在长期的荷载作用和自然因素影响下，保持原有性能的能力。其判断指标有：空隙率、沥青(lìqīng)饱和度、残留稳定度。

空隙率：空隙率大，抗滑性和高温稳定性好，但抗渗性、耐久性降低，对强度不利。

沥青(lìqīng)饱和度：压实沥青(lìqīng)体积占矿料以外体积的百分率。过小则沥青(lìqīng)难以充分覆盖矿料，影响沥青(lìqīng)混合料的粘聚性，降低耐久性；过大会减少沥青(lìqīng)混合料的空隙率，妨碍夏季沥青(lìqīng)体积膨胀，引起路面泛油，降低高温稳定性。

残留稳定度：受水损害时抵抗剥落能力。浸水48h后的稳定度/标准稳定度。精品资料抗滑性：用于高等级公路沥青路面的沥青混合料，其表面应具有一定的抗滑性，才能保证(bǎozhèng)汽车高速行驶的安全性。沥青混合料路面的抗滑性与矿质集料的表面性质、混合料的级配组成以及沥青用量、蜡含量等因素有关。

施工和易性：沥青混合料应该具有良好的和易性，使其易于拌和、摊铺和碾压。影响因素：矿料级配及沥青用量。

矿料级配：如粗细集料的颗粒大小相差过大，缺乏中间尺寸，混合料易分层离析；如细集料太少，沥青层就不容易均匀地分布在粗颗粒表面；细集料过多，难以拌和均匀。

沥青用量：过少时混合料容易产生疏松不易压实。如沥青用量过多则容易使混合料粘结成团块，不易摊铺。精品资料1稳定度（MS）：指标准试件在规定温度和加荷速度下，在马歇尔仪中最大的破坏荷载，单位：kN。

2流值（FL）：达到最大破坏荷载时试件的垂直变形，单位：mm。

3马歇尔模数（T）：计算得到，等于稳定度除以流值，T=MS/FL。单位：kN/mm。可以间接地反映沥青(lìqīng)混合料的抗车辙能力。

4残留稳定度（MS0）：受水损害时抵抗剥落能力。浸水（60℃）48h后的稳定度/标准稳定度。MS0=MS1/MS。（2）沥青(lìqīng)混合料的技术指标

精品资料5空隙率（VV）：在压实沥青混合(hùnhé)料中，空隙体积占沥青混合(hùnhé)料总体积的百分率。//试件压实后，矿料及沥青以外的空隙的体积占试件总体积的百分率。

VV=V空隙/V总=1－ρf/ρt=1－毛体积密度/理论密度

6沥青体积百分率（VA）：VA=沥青体积/混合(hùnhé)料体积

7矿料间隙率（VMA）：试件全部矿料以外的体积占试件总体积的百分率。VMA=VA+VV

8沥青饱和度(VFA)：是指在压实沥青混合(hùnhé)料中，沥青体积占矿料以外体积的百分率。

VFA=V沥青/(V总-V矿料)=VA/VMA精品资料目标配合比设计矿质混合料配合组成

设计三阶段沥青最佳用量确定

生产(shēngchǎn)配合比设计

生产(shēngchǎn)配合比验证(试拌试铺配合比调整)

（1）目标配合比（试验室配合比）设计阶段

试验室配合比设计可分为矿质混合料配合组成设计和沥青最佳用量确定两部分。

适用于密级配沥青混合料及沥青稳定碎石混合料。4沥青混合料配合(pèihé)比设计精品资料矿质混合料的配合组成设计

矿质混合料配合组成设计的目的，是选配一种具有足够密实度，并且有较高内摩阻力的矿质混合料。计算出需要的矿质混合料的级配范围。应用已有的研究成果和实践经验，采用规范(guīfàn)推荐的矿质混合料级配范围来确定。

1)确定沥青混合料类型。沥青混料的类型，根据道路等级、路面类型、所处的结构层位，按表5-13选定。

2)确定矿质混合料的级配范围。根据确定的混合料类型，按规范(guīfàn)推荐的矿质混合料级配范围（见表5-14），即可确定所需的级配范围。按规格参照。精品资料3)计算矿质混合料配合(pèihé)比

①测定组成材料的原始数据。根据现场取样，对粗集料、细集料和矿粉进行筛析试验，按筛析结果分别绘出各组成材料的筛分曲线。同时并测出各组成材料的相对密度，以供计算物理常数使用。

②计算组成材料的配合(pèihé)比。根据各组成材料的筛析试验资料，采用图解法或试算(电算)法，计算符合要求级配范围的各组成材料用量比例。（见第1章第2节）

③调整配合(pèihé)比。计算得的合成级配应根据下列要求作必要的配合(pèihé)比调整。

精品资料通常情况下，合成级配曲线宜尽量接近设计级配中限，尤其应使0.075mm、2.36mm和4.75mm筛孔的通过(tōngguò)量尽量接近设计级配范围的中限。

对高速公路、一级公路、城市快速路、主干路等交通量大、轴载重的道路，宜偏向级配范围的下(粗)限；对一般道路、中小交通量或人行道路等宜偏向级配范围的上(细)限。

合成级配曲线应接近连续的或合理的间断级配，但不应过多的犬牙交错。当经过经再三调整，仍有两个以上的筛孔超出级配范围时，必须对原材料进行调整或更换原材料重新试验。精品资料沥青混合料的最佳沥青用量，可以通过各种(ɡèzhǒnɡ)理论计算的方法求得。但是由于实际材料性质的差异，按理论公式计算得到的最佳沥青用量，仍然要通过实验方法修正，因此理论法只能得到一个供实验的参考数据。采用实验的方法确定沥青最佳用量，目前最常用的是马歇尔法。

1)制备试样

①按确定的矿质混合料配合比，计算各种(ɡèzhǒnɡ)矿质的用量。

②根据经验确定沥青用量范围，估计适宜的沥青用量(油石比)。按一定间隔(对密级配沥青混合料通常为0.5%，取5个或5个以上不同的油石比分别成型马歇尔试件。确定沥青(lìqīng)混合料的最佳沥青(lìqīng)用量精品资料2)测定物理指标。根据规范规定(guīdìng)测定试件的密度等，并计算空隙率、饱和度及矿料间隙率等

3)测定力学指标。为确定沥青混合料的沥青最佳用量，应测定沥青混合料的力学指标。如马歇尔稳定度、流值。

4)马歇尔试验结果分析

①绘制沥青用量与物理—力学指标关系图，以沥青用量为横坐标，以毛体积密度、空隙率（VV）、矿料空隙率（VMA）、饱和度（VFA）、稳定度（MS）和流值（FL）为纵坐标，将试验结果绘制成沥青用量与各项指标的关系曲线。精品资料a1a3a2精品资料②确定最佳沥青用量初始值(OAC1):毛体积密度最大值、稳定度最大值、规定空隙率范围的中值、沥青饱和度范围的中值：OACl=(a1+a2+a3+a4)/4

如果所选择原沥青用量范围未能涵盖沥青饱和度的要求范围，按下式求取3者平均值:OACl=(a1+a2+a3)/3

对所选择试验(shìyàn)沥青用范围，密度或稳定度没有出峰值时，以目标空隙率对应的沥青用量a3作为OAC1：OACl=a3

③以各项指标均符合枝术指标的沥青用量范围OACmin和OACmax的中值作为OAC2，OAC2=(OACmin＋OACmax)/2

通常取OAC1及OAC2的中值作为计算的最佳沥青用量OAC=(OAC1＋OAC2)/2精品资料④根据气候条件和交通特性调整最佳沥青(lìqīng)用量

对炎热区道路以及高速公路、一级公路重载交通路段，山区公路的长大坡度路段，预计有可能造成较大车辙的情况时，宜在空隙率符合要求的范围内将计算的最佳沥青(lìqīng)用量减小0.1～0.5％作为设计沥青(lìqīng)用量。

对寒区道路以及交通量很少的公路，最佳沥青(lìqīng)用量可以在OAC的基础上增加0.1～0.3％。以适当减小设计空隙率,但不得降低压实度要求