第7章沥青混合料

17沥青混合料的组成与性质

刚性路面：水泥混凝土路面道路路面柔性路面：沥青路面(沥青混合料)2（1）沥青混合料

(英:Bituminousmixtures美:Asphaltmixtures)

矿质混合料+粘结材料沥青混合料(粗集料+细集料+填料）（沥青）（2）类型沥青混合料包括：沥青混凝土混合料和沥青碎石混合料通常定义：沥青混合料为沥青混凝土混合料和沥青碎石混合料的总称（适当比例拌和）基本概念3（3）沥青混凝土混合料（Asphaltconcretemixture)

由适当比例的粗集料、细集料及填料与沥青在严格控制条件下拌和而成的沥青混合料，简称AC。

（4）沥青碎石混合料（Asphaltmacadanmixture）由适当比例的粗集料、细集料及填料（或不加填料）与沥青拌和而成的沥青混合料，简称AM。分类4（1）按结合料分类：石油沥青混合料、煤沥青混合料（2）按沥青混合料施工工艺分类：热拌沥青混合料、冷拌(常温)沥青混合料、再生沥青混合料（3）按矿质集料级配类型分类：

连续级配沥青混合料、间断级配沥青混合料（4）按沥青混合料密实度（空隙率）分类：密级配沥青混合料：按密实原则设计，常采用连续型密级配沥青混合料，剩余空隙率小于10%（通常≤6%）。开级配沥青混合料：连续型级配混合料，主要以粗集料嵌挤组成，细集料和填料较少，通常设计空隙率为18%。半开级配沥青混合料：介于密级配和开级配之间，由适当比例的粗集料、细集料及少量填料（或不加填料）与沥青拌制而成，剩余空隙率为6%～12%。5（5）按公称最大粒径分类特粗式：公称集料最大粒径等于或大于31.5mm。粗粒式：公称集料最大粒径为26.5mm中粒式：公称集料最大粒径为16mm或19mm细粒式：公称集料最大粒径为9.5mm或13.2mm砂粒式（沥青石屑或沥青砂）：公称集料最大粒径小于4.75mm7.1沥青混合料的组成结构61.沥青混合料的组成结构

通常按其矿质混合料的组成分为三种结构类型：（1）悬浮-密实结构：连续型密级配，细料多，粗料少，粘聚力C较高，内摩擦角较小。（2）骨架-空隙结构：连续型开级配，细料少，粗料多，粘聚力C较低，内摩擦角较大。

（3）密实-骨架结构：间断型密级配，粗料、细料较多，粘聚力C较高，内摩擦角较大。7a)悬浮-密实结构b)骨架-空隙结构c)密实-骨架结构8（1）高温稳定性（2）低温抗裂性（3）耐久性（4）抗滑性（5）施工和易性7.2沥青混合料的技术性质（1）高温稳定性

1）定义是指沥青混合料在夏季高温（通常为60℃）条件下，经车辆荷载长期重复作用后，不产生车辙和波浪等病害的性能。

2）评价方法：马歇尔试验、车辙试验等

3）马歇尔试验：三项指标：马歇尔稳定度、流值和马歇尔模数。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，稳定度除以流值的商，单位：kN/mm。可以间接地反映沥青混合料的抗车辙能力。4）车辙试验评价指标：动稳定度动稳定度———将沥青混合料制成30Omm×30Omm×50mm的标准试件，在60℃温度条件下，以一定荷载的轮子

(轮压0.7MPa)，在同一轨迹上作一定时间的反复行走，形成一定的车辙深度，然后计算试件变形1mm所需试验车轮行走的次数。式中：DS———沥青混合料动稳定度，次/mm；

d1、d2———时间t1、t2的变形量，mm；

42———每分钟行走次数，次/min；

c1———试验机修正系数，曲柄连杆驱动试件的变速行走方式为1.0；链驱动试验轮的等速方式为1.5；

c2———试件修正系数，试验室制备的宽300mm的试件为

1.0；从路面切割的宽150mm的试件为0.8。（2）低温抗裂性沥青混合料不出现脆裂、低温缩裂、温度疲劳等现象,

以保证路面在冬季低温时不产生裂缝的性质。（3）耐久性沥青混合料在外界因素长期作用下不破坏的性质。

（阳光、空气、水、车辆荷载）1）影响沥青混合料耐久性的主要因素

沥青性质和用量、矿料性质、沥青混合料组成结构。2）评价方法：马歇尔试验3）评价指标：采用空隙率、沥青饱和度（或矿料间隙率）和残留稳定度等指标。残留稳定度=浸水（48h）马歇尔稳定度标准马歇尔稳定度（5）抗滑性（6）施工和易性×100%7.3热拌沥青混合料配合比设计方法沥青混合料配合比设计包括三个阶段：

1.试验室配合比设计（目标配合比设计）▲

2.生产配合比设计

3.生产配合比验证（试拌试铺配合比调整）1.试验室配合比设计

密级配沥青混合料的目标配合比设计流程如图，采用马歇尔试验配合比设计方法。（1）矿质混合料配合组成设计

1）选择热拌沥青混合料类型热拌沥青混合料（HMA）适用于各种等级公路的沥青路面。类型应考虑集料公称最大粒径、矿料级配、空隙率等因素选择。分类见表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-40—37.553.0粗粒式—ATB-30——ATPB-30—31.537.5AC-25ATB-25——ATPB-25—26.531.5中粒式AC-20—SMA-20——AM-2019.026.5AC-16—SMA-16OGFC-16—AM-1616.019.0细粒式AC-13—SMA-13OGFC-13—AM-1313.216.0AC-10—SMA-10OGFC-10—AM-109.513.2砂粒式AC-5————AM-54.759.5设计空隙率/%3～53～63～4>18>186～12——2）确定工程设计级配范围沥青混合料设计级配范围由工程设计文件或招标文件规定，级配沥青混合料的设计级配宜根据公路等级、气候及交通条件按表6.15、表6.16规定确定。表6.15混合料类型公称最大粒径用以分类的关键性筛孔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-25C<

40AC-25F>

40AC-20194.75AC-20C<

45AC-20F>

45AC-16162.36AC-16C<

38AC-16F>

38AC-1313.22.36AC-13C<

40AC-13F>

40AC-109.52.36AC-10C<45AC-10F>45表7.16级配类型通过下列筛孔

/mm的质量百分率

/%31.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075粗粒式AC-2510090～10075～9065～8357～7645～6524～5216～4212～338～245～174～133～7中粒式AC-20

10090～10078～9262～8050～7226～5616～4412～338～245～174～133～7AC-16

10090～10076～9260～8034～6220～4813～369～267～185～144～8细粒式AC-13

10090～10068～8538～6824～5015～3810～287～205～154～8AC-10

10090～10045～7530～5820～4413～329～236～164～8砂粒式AC-5

10090～10055～7535～5520～4012～287～185～103）矿质混合料配合比设计计算（图解法）①材料选择与准备②矿料配合比设计对高速公路和一级公路，宜在工程设计级配范围内计算1～3组粗细不同的配合比，绘制设计级配曲线，分别位于工程设计级配范围的上方、中值及下方。设计合成级配不得有太多的锯齿形交错，且在0.3～0.6mm范围内不出现“驼峰”。当反复调整不能满意时，宜更换材料设计。（2）确定最佳沥青用量（马歇尔试验）

1）预估油石比或沥青用量概念：油石比(Pa)——沥青占矿质混合料的百分率,采用外掺法；沥青用量(Pb)——沥青占沥青混合料的百分率,采用内掺法。

Pb=Pa/(1+Pa)①计算矿质混合料的合成毛体积相对密度P1……Pn——矿料配合比；γ1……γn——各种矿料的毛体积密度。②计算矿质混合料的合成表观相对密度③预估沥青混合料适宜的油石比或沥青用量或

Pa1——已建类似工程沥青混合料的标准油石比，%；

γs1——已建类似工程集料的合成毛体积相对密度。④确定矿料的有效相对密度

γt——理论最大相对密度，采用真空法实测P1……Pn——矿料配合比；γ´1……γ´n——各种矿料的表观密度。2）制备马歇尔试件以预估的油石比为中值，按一定间隔取5个或5个以上不同的油石比分别成型马歇尔试件。

一定间隔：对密级配沥青混合料，通常为0.5%；对沥青碎石混合料，为0.3%～0.4%。

一组油石比：一个油石比为一组，通常≥5组。

试件个数：4～6块/组。对粒径较大的沥青混合料，宜增加试件数量。如：预估的最佳油石比为4.5%，一组试件油石比可选择：

3.5%，4.0%，4.5%，5.0%，5.5%。试验制件须注意：1.一般需要称量5组矿料

沥青采用外掺法：每组试件的矿料级配用量相同，沥青掺量不同。2.制件计算材料用量示例按约1200g总矿料/每块试件计算，一组6块试件。如，矿料配比为：10～20mm碎石25%5～10mm碎石38%

砂32%

矿粉5%

╳1200g╳6块

7200g

（考虑损失，取7500g）一组试件矿料实际用量：10～20mm碎石=1875g5～10mm碎石=2850g

砂=2400g

矿粉=375g马歇尔试件3.计算每组试件的沥青掺量（外掺法）

如一组试件矿料总用量/g组123457500油石比/%3.54.04.55.05.5沥青掺量/g262.5300337.5375412.5试模沥青混合料搅拌锅沥青混合料击实仪手动脱模器3）测定计算物理指标①测定试件的毛体积相对密度和吸水率通常采用表干法测定毛体积相对密度；对吸水率大于2%的试件，宜采用蜡封法测定。②确定沥青混合料的最大理论相对密度采用真空法实测各组沥青混合料的最大理论相对密度。当只对其中一组油石比测定最大理论相对密度时，其他不同油石比时的最大理论相对密度，也可按公式计算。

i——每一组；

γb──沥青相对密度（25℃）。③计算试件体积指标：空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度体积指标的概念：①空隙率——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。②矿料间隙率——试件全部矿料以外的体积占试件总体积的百分率。Ps──各种矿料占沥青混合料总质量的百分率之和，%；③沥青饱和度——试件矿料间隙中扣除被集料吸收的沥青以外的有效沥青的体积在VMA中所占的百分率。4）测定力学指标采用马歇尔试验仪，测定马歇尔稳定度(MS)及流值(FL)。5）确定最佳油石比（或沥青用量）①绘制油石比（或沥青用量）—物理、力学指标关系图②根据试验曲线，确定沥青混合料的最佳沥青用量OACl

OAC1=（a1+a2+a3+a4）/4③确定沥青混合料的最佳沥青用量OAC2

OAC2=（OACmin+OACmax）/2④确定最佳沥青用量OAC

通常取OAC=（OACl+OAC2）/2作为计算最佳沥青用量。特殊要求，还要按温度或交通量进行调整。①

油石比—物理、力学指标关系图在图中确定：a1——毛体积最大相应的油石比；

（a1=4.2%）

a2——稳定度最大相应的油石比；（a2=4.2%）如要求MS≥8kN，则合适的油石比范围为：

3.5%～5.5%；在图中确定：a3——空隙率范围中值（或目标空隙率）相应的油石比；

如要求VV=2%～6%，则合适的油石比范围为：

4.0%～5.5%

（中值4%，a3=4.5%）在图中确定：满足流值要求的油石比。如要求FL=2%～4%，则合适的油石比范围为：

3.5%～5.4%a4——沥青饱和度范围中值相应的油石比；如要求VFA=65%～85%，则合适的油石比范围为：

4.0%～5.5%

（中值75%，a4=4.6%）③满足各项技术标准的油石比范围：

—4.0%～5.5%3.5%～5.5%3.5%～5.4%

—4.0%～5.5%确定公共用量范围(OACmin～OACmax)为：4.0%～5.4%则OAC2=（OACmin+OACmax）/2=（4.0%+5.4%）/2=4.7%④

OAC=（OAC1+OCA2）/2=（4.4%+4.7%）=4.55%②确定OAC1=(a1+a2+a3+a4)/4=(4.2%+4.2%+4.5%+4.6%)/4=4.4%⑤计算的最佳OAC，从VV和VMA图中得出所对应的空隙率和VMA值，检验是否能满足标准规定的最小VMA值的要求。

OAC宜位于凹形曲线最小值的贫油一侧。当空隙率不是整数时，最小VMA按内插法确定，并将其画入图中。检查油石比与物理-力学指标关系图中相应于此OAC的各项指标是否均符合马歇尔试验技术标准。如上例OAC=4.55%，进行VV和VMA检验。⑥根据实践经验和公路等级、气候条件、交通情况，调整确定最佳沥青用量OAC。（1）调查与当地条件相近工程的沥青用量和使用效果，论证适宜的最佳沥青用量，与计算最佳沥青用量对照，如相差甚远，应查明原因，必要时重新调查级配，进行配合比设计。（2）对炎热地区公路以及高速公路、一级公路的重载交通路段，山区公路的长大坡度路段，预计有可能产生较大车辙时，宜在空隙率符合要求的范围内将计算OAC减小0.1～0.5%作为设计沥青用量。此时，除空隙率外的其他指标可能会超出马歇尔试验配合比设计技术标准，配合比设计报告或设计文件必须予以说明。但配合比设计报告必须要求采用重型轮胎压路机和振动压路机组合等方式加强碾压，以使施工后路面的空隙达到未调整前的原最佳沥青用量时的水平，且渗水系数符合要求。如果试验路段试拌试铺达不到此要求时，宜调整所减小的沥青用量的幅度。（3）对寒区道路、旅游道路、交通量很少的公路，最佳沥青用量可以在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。调整原则：6）检验最佳沥青用量时的粉胶比和有效沥青膜厚度①计算沥青结合料被集料吸收的比例及有效沥青含量

沥青被集料吸收的比例：

有效沥青含量：②计算最佳沥青用量时的粉胶比和有效沥青膜厚度

粉胶比：

有效沥青膜厚度：集料的比表面积：

7）配合比设计检验①高温稳定性检验②水稳定性检验③低温抗裂性能检验④渗水系数检验

小结采用马歇尔试验确定最佳沥青用量的步骤：1）预估油石比或沥青用量2）制备马歇尔试件3）测定计算物理指标4）测定力学指标5）确定最佳油石比（或沥青用量）6）检验最佳沥青用量时的粉胶比和有效沥青膜厚度7）配合比设计检验2.生产配合比设计阶段目标配合比确定之后，进入第二个设计阶段，应用实际施工拌和机进行试拌，以确定施工配合比。采用目标配合比设计的最佳沥青用量，按照OAC-0.3%、OAC、OAC+0.3%等三个沥青用量进行马歇尔试验和试拌，通过室内试验及从拌合机取样试验综合确定生产配合比的最佳沥青用量，由此确定的最佳沥青用量与目标配合比设计的结果的差值不宜大于±2％。3.生产配合比验证阶段生产配合比验证阶段，即试拌试铺阶段。按照规范规定的试验段铺设要求，进行各种试验，当全部满足要求时，便可进入正常生产阶段。沥青混合料配合比设计工程实例[题目]试设计某高速公路沥青混凝土路面用沥青混合料的配合组成。[原始资料]1.道路等级高速公路；

2.路面类型AC-16沥青混凝土；

3.结构层位三层式沥青混凝土的上面层；

4.气候条件最低月平均气温-8℃；

5.材料性能（1）沥青材料

可供应A级70号和90号两种道路石油沥青。经检验各项技术性能均符合要求。（2）矿质材料1）碎石和石屑:石灰石轧制碎石，饱水抗压强度12OMPa，洛杉矶磨耗率12%,粘附性(水煮法)Ⅴ级,视密度2.70g/cm3；2）砂:黄砂(中砂),含泥量及泥块量均<1%,视密度2.65g/cm33）矿粉:石灰石磨细石粉，粒度范围符合技术要求，无团粒结块，视密度2.58g/cm3。[设计要求]1.根据道路等级、路面类型和结构层位，确定沥青混凝土类型，并选择矿质混合料的级配范围。根据现有各种矿质材料的筛析结果，采用图解法确定各种矿料的配合比，并依据题意对高速公路要求组配的矿质混合料的级配进行调整。

2.通过马歇尔试验，确定最佳沥青用量。

3.最佳沥青用量按水稳定性检验和抗车辙能力校核。

[解]1.矿质混合料配合组成设计（1）确定沥青混合料类型由题意，为使高速公路上面层具有较好的抗滑性，选用中粒式AC-16型沥青混凝土混合料。（2）确定矿质混合料级配范围按表7.16查出中粒式AC-16型沥青混凝土的矿质混合料级配范围，经调整后的工程级配范围如表7.17。级配类型筛孔尺寸(方孔筛)/mm16.O13.29.54.752.361.180.60.30.150.075AC-16沥青混凝土工程级配范围下限9076603420139754上限10092806248362618148表7.17矿质混合料要求级配范围/%

（3）矿质混合料配合比设计①矿质集料筛分试验

现场取样进行筛分试验:

碎石选用三种规格：10～20mm、5～10mm、3～5mm

石屑黄砂矿粉

六种矿质集料的筛析结果列于表7.18。表7.18六种集料的筛分结果材料名称筛孔尺寸（方筛孔）/mm16.O13.29.54.752.361.180.60.30.150.075通过百分率/%碎石10～20mm10088.616.6O.4O.30.30.30.30.30.25～10mm10010099.78.70.70.70.70.70.70.63～5mm10010010094.73.70.50.50.50.50.3石屑10010010010097.267.840.530.220.64.2黄砂10010010010087.962.246.43.73.11.9矿粉10010010010010010010099.896.284.7②组成材料配合比设计计算采用图解法设计组成材料配合比，如图7.7所示。由图解法确定各种材料用量为10～20mm碎石:5～10mm碎石:3～5mm碎石:石屑:黄砂:矿粉=34.5%:24%:10.5%:11.5%:13%:6.5%。③调整配合比从图7.8可以看出，计算的合成级配曲线接近级配范围中值。由于高速公路交通量大、轴载重，为使沥青混合料具有较高的高温稳定性，合成级配曲线应偏向级配曲线范围的下限，为此配合比应做调整。

经调整，各种材料的用量比例为：

10～20mm碎石:5～10mm碎石:3～5mm碎石:石屑:黄砂:矿粉=42%:20%:14%:9%:10%:5%。

调整后合成级配曲线光滑平顺，且接近级配曲线的下限。图7.7矿质混合料配合比计算图

图7.8矿质混合料级配曲线图

试件组号油石比/%技术指标毛体积密度ρs/g·cm-3空隙率VV/%矿料间隙率VMA/%沥青饱和度VFA/%稳定度MS/kN流值FL/mm123454.04.55.05.56.02.3282.3462.3