道路建筑材料3

计划课时与上课手段：本章计划用8～10个课时。以课堂授课、习题练习和试验室操作相结合的方法进行教学，其中课堂教学8学时。学习的目的与任务：本章应掌握热拌沥青混合料的组成结构、体积特征参数、强度形成原理及其影响因素，熟练掌握沥青混合料的路用性能、影响路用性能的因素和评价方法，特别要重点把握普通热拌沥青混合料的组成设计方法（包括组成材料的选择、矿料配合比设计和最佳沥青用量确定方法），了解其他沥青混合料（如SMA、常温沥青混合料和桥面铺装等）的技术特点、组成材料及配合比设计的特点和基本要求。道路建筑材料·沥青混合料沥青混合料的技术性质1普通热拌沥青混合料的组成设计2间断级配——SMA混合料3道路建筑材料·沥青混合料第一节沥青混合料的技术性质

课程导入：从什么是沥青路面和沥青路面的优缺点入手，引入什么是沥青混合料的概念，及沥青混合料的组成、结构、施工等与沥青混合料路用性能之间的关系，提出本节课应掌握的内容。道路建筑材料·沥青混合料道路建筑材料·沥青混合料沥青路面分类

沥青混凝土组成特点是：级配要求严格、使用矿粉（填料）较多、拌和要求严格（厂拌）。其级配有连续级配、间断级配之分，近年来沥青路面中出现了许多新的结构形式：如SMA、OGFC、SUPERPAVE等。本课程主要介绍常规沥青混合料的性能、结构、强度特性和配合比设计等。

沥青表处和沥青贯入式：属于次高级路面，矿料级配没有严格要求，一般以现场进行矿料摊铺并洒热沥青后进行碾压成型的

沥青碎石属于次高级路面：有厂拌和路拌之分，前者质量与性能稳定。沥青碎石中矿料级配有一定要求，但没有沥青混凝土的严格，其中没有或较少使用矿粉，孔隙率较大。一、概述1.沥青路面的分类和优缺点沥青路面：所有以沥青结合料来粘结矿料铺筑而成的不同路面结构，均为沥青路面。沥青路面的优缺点主要优点：①优良的结构力学性能和表面功能特性：一般沥青路面均具有良好的受力特性；路面平整、无裂缝或接缝、柔韧舒适、货物损失率低、噪音小等优点②表面抗滑性能好：沥青路面既平整、表面又粗糙，有一定的粗、细纹理构造，能保证车辆高速安全行驶③施工方便：沥青路面可以集中拌和（厂拌）、机械化施工（摊铺、碾压等），完全可以实现大面积施工，质量能够得以保障，开放交通早④经济耐久性好：与水泥路面相比，沥青路面一次性投资要低得多，但其使用寿命一般在高速公路和机场到面中以15年计，实际使用中只要施工质量好、养护保养及时有的可以使用20年⑤便于再生利用：沥青再生利用已成为发达国家一项热门的可持续发展和能源再生利用的新型课题，我国目前也在进行这方面的研究和技术开发；可以有利于分期修建⑥其它，如抗震性好、日照下不反射引起眩光、晴天无扬尘、雨后不泥泞等道路建筑材料·沥青混合料主要缺点：①沥青易老化：沥青是多组分有机材料，随着使用期的延长，沥青的胶体结构和组成成分发生变化，使沥青粘性变差、塑性降低、沥青路面易表面松散、整体性降低，从而导致结构破坏；一般可以添加抗老化剂，如添加碳黑可以起到抗氧化的作用，增强沥青的老化特性，还有其他材料如阻酚类、氨基甲酸酯类、钙盐、胺类等，但研究不成熟。②温度敏感性较差：夏季高温易流淌，高温稳定性差；低温易发脆，抗裂性能差。可采用优质沥青或采取改性措施等。道路建筑材料·沥青混合料2.沥青混合料的分类沥青混合料一般是由矿质混合料（包含粗、细集料，矿粉）和沥青组成，有时还有外加剂，其性能好坏与其组成材料有关。通常根据沥青混合料中材料的组成特性、施工的方式等沥青混合料有以下几种分类方法：（1）根据矿质混合料的级配类型进行划分矿料由适当比例的粗集料、细集料和填料组成，根据矿料级配组成的特点及压实后剩余空隙率的大小，可以将沥青混合料分为以下几类：①连续密级配沥青混凝土混合料特点：级配为连续密级配，空隙率较低。主要代表沥青混合料：AC和ATB类。前者设计空隙率通常为3%～6%，具体、应根据不同的交通类型、气候特点而定，可见P110页表3-16所示，可适用于任何面层结构；后者设计空隙率也为3%～6%，但粒径为粗粒式及特粗式，一般称为密级配沥青稳定碎石混合料（ATB），主要适用于基层。道路建筑材料·沥青混合料②连续半开级配沥青混合料特点：空隙率较大，一般采用10％左右，粗细集料含量相对密级配要多，填料较少或不加填料主要代表混合料：沥青碎石混合料AM，适用于三级及三级以下公路、乡村公路，此时表面应设置致密的上封层。③开级配沥青混合料特点：矿料级配主要由粗集料组成，细集料和填料较少；沥青结合料粘度要求较高。主要代表混合料：排水式沥青磨耗层混合料OGFC，排水式沥青稳定碎石基层ATPB。④间断级配沥青混合料特点：采用间断级配，即矿料级配组成中缺少一个或几个档次而形成的级配，粗集料和填料含量较多，中间集料含量较少。代表混合料：沥青玛蹄脂SMA。道路建筑材料·沥青混合料（2）按矿料的公称最大粒径分类集料最大粒径：指筛分试验中，通过百分率为100％的最小标准筛孔尺寸，如AC-16，其最大粒径为19mm；集料公称最大粒径：指全部通过或允许少量不通过的最小一级标准筛筛孔尺寸，如AC-16，其公称最大粒径为16mm，实际上沥青混合料名称中的数值即为公称最大粒径。沥青混合料一般按公称最大粒径的大小可分为特粗式、粗粒式、中粒式、细粒式和砂粒式，与之相对应的最大粒径和公称最大粒径见表3-1所示。道路建筑材料·沥青混合料沥青混合料类型公称最大粒径/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26.531.5DAC-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>183~4道路建筑材料·沥青混合料道路建筑材料·沥青混合料（3）根据结合料的类型分类

根据沥青混合料中所用沥青结合料的不同，可分为石油沥青混合料和煤沥青混合料，但煤沥青对环境污染严重，一般工程中很少采用煤沥青混合料。（4）根据沥青混合料拌合与铺筑温度分类

按照这种分类方法，可以将沥青混合料分为热拌热铺沥青混合料和常温沥青混合料。前者主要采用粘稠石油沥青作为结合料，需要将沥青与矿料在热态下拌合、热态下摊铺碾压成型；后者则采用乳化沥青、改性乳化沥青或液体沥青在常温下与矿料拌合后铺筑而成的。（5）根据强度形成原理分类

沥青混合料的组成材料不同，其强度形成原理也不同，一般可以分为嵌挤原则和密实原则两大类。按嵌挤原则构成的沥青混合料的结构强度主要是以矿料颗粒之间的嵌挤力和内摩阻力为主，以沥青结合料的粘结力为辅形成的，如沥青贯入式、沥青表处和沥青碎石等路面结构均属于此类。按密实原则构成的沥青混合料则主要是以沥青与矿料之间的粘结力为主，矿料间的嵌挤力和内摩阻力为辅，一般的沥青混凝土都属于此类。道路建筑材料·沥青混合料

沥青混合料主要有沥青、粗集料、细集料、矿粉填料和外加剂（如抗剥离剂、抗老化剂、聚合物改性剂等）组成。

影响混合料性能的因素：矿料颗粒的大小和不同粒径的分布；颗粒组成的空间位置关系；沥青的分布特征和矿料颗粒表面沥青层的性质；沥青混合料空隙率的大小；空隙的分布与空隙间的连通情况；外加剂与其他材料的配伍相容性及外加剂对沥青与矿料性能的改善情况等。本部分主要讨论沥青混合料的结构形成理论和其组成结构类型。二、沥青混合料的组成结构道路建筑材料·沥青混合料（一）沥青混合料的组成结构的现代理论（1）表面理论

传统的表面理论认为混合料是由粗、细集料和填料组配而成的矿质骨架和沥青组成，沥青分布在矿质骨料表面，将矿质骨料胶结成具有强度的整体。其中沥青的胶结作用是一个相当复杂的过程，包括物理吸附、化学吸附过程、选择性作用等。所谓物理吸附是固-液界面产生的表面张力作用下，在矿料表面形成定向吸附和湿润现象，吸附的沥青没有发生任何化学变化；

化学吸附是沥青中的沥青酸及沥青酸酐与矿料表面的金属阳离子间产生的化学反应，生成了沥青酸盐，化学吸附比物理吸附产生的吸附作用更强烈，形成的沥青膜更稳定；

选择性吸附主要是由于矿料表面的微孔或毛细孔产生的吸附作用，使得沥青中的小分子如油分和树脂被吸收而使沥青质相对增多，增强了沥青的粘结力，从而使沥青与矿料作用更稳固。道路建筑材料·沥青混合料（2）胶浆理论

近代胶浆理论认为混合料是一种多级空间网状结构的分散系，如下图所示，以粗集料为分散相分散在沥青砂浆中形成粗分散系，而沥青砂浆是由细集料为分散相分散到沥青胶浆中的细分散系，沥青胶浆则以填料为分散相分散在沥青介质中形成的微分散系。在这种多级分散体系中，因沥青胶浆最为基础，也最为重要，因此沥青胶浆的组成结构决定了沥青混合料的高低温变形能力。

胶浆理论主要研究矿粉的矿物组成、矿粉级配（尤其是<0.075mm的成分）、沥青与矿粉间的交互作用，特别强调采用高稠度的沥青、大的沥青用量和间断级配的矿质混合料。道路建筑材料·沥青混合料（二）沥青混合料结构类型

由于材料组成分布、矿料与矿料及矿料与沥青间的相互作用、剩余空隙率的大小等不同，混合料可分为悬浮密实结构、骨架空隙结构、骨架密实结构三大类。（1）悬浮密实结构

如图3-2a所示，该结构组成的基本特点：采用连续级配，矿料颗粒连续存在，而且细集料含量较多，将较大颗粒挤开，使大颗粒不能形成骨架，而较小颗粒与沥青胶浆比较充分，将空隙填充密实，使大颗粒悬浮于较小颗粒与沥青胶浆之间，形成“悬浮-密实”结构。代表类型：按照连续密级配原理设计的AC型沥青混合料是典型的这种悬浮密实结构。力学特点：大颗粒未形成骨架，内摩阻力ф值较小；小颗粒与沥青胶浆含量充分，粘结力C值较大。路用性能特点：由于压实后密实度大，该类混合料水稳定性、低温抗裂性和耐久性较好；但其高温性能对沥青的品质依赖性较大，由于沥青粘度降低，往往导致混合料高温稳定性变差。道路建筑材料·沥青混合料（2）骨架空隙结构

如图3-2b所示，该结构组成的基本特点：采用连续开级配，粗集料含量高，彼此相互接触形成骨架；但细集料含量很少，不能充分填充粗集料件的空隙，形成所谓的“骨架-空隙”结构。代表类型：沥青碎石AM和开级配磨耗层沥青混合料OGFC等。力学特点：大颗粒形成骨架，内摩阻力ф值较大；小颗粒与沥青胶浆含量不充分，粘结力C值较低。路用性能特点：粗集料的骨架作用，使之高温稳定性好；由于细集料含量少，空隙未能充分填充，耐水害、抗疲劳和耐久性能较差，所以一般要求采用高粘稠沥青，以防止沥青老化和剥落。道路建筑材料·沥青混合料（3）骨架密实结构如图3-2c所示，其结构组成特点：采用间断级配，粗、细集料含量较高，中间料含量很少，使得粗集料能形成骨架，细集料和沥青胶浆又能充分填充骨架间的空隙，形成“骨架-密实”结构。代表类型：沥青玛蹄脂碎石混合料SMA。力学性能特点：粗集料的骨架作用，内摩阻力ф值较大；小颗粒与沥青胶浆含量充分，粘结力C值也较大，综合力学性能较优。路用性能特点：该类混合料高低温性能均较好，具有较强的疲劳耐久特性；但间断级配在施工拌合过程中易产生离析现象，施工质量难以保证，使得混合料很难形成“骨架-密实”结构。随着施工技术的发展，这类结构得以普遍使用，但一定防止混合料拌合生产、运输和摊铺等施工过程中防止混合料产生离析。图3-2沥青混合料结构组成课程导入：讲课前复习上一节课的内容，沥青路面的优缺点、沥青混合料的分类、沥青混合料的结构组成理论和结构类型特点。引入沥青混合料的强度特点，进入本课时讲授内容：强度形成原理与影响因素。道路建筑材料·沥青混合料第二讲1.沥青混合料结构强度构成（1）路面破坏原因分析：

高温时，由于沥青混合料抗剪强度不足，引起塑性变形过大（塑性变形为不可恢复变形，随着时间产生累积），使路面产生波浪、车辙、拥包与推移等高温变形破坏。

低温时，抗拉强度或抗变性能力不足，由于混合料收缩受阻产生的拉应力超过了混合料的抗拉强度，而在混合料内产生裂缝。（2）环境因素对沥青路面破坏产生的影响

气温下降材料产生收缩，路面边界约束下，收缩受阻混合料内产生拉应力拉应力超过抗拉强度，裂缝产生雨水渗入裂缝引起下卧层水损坏，承载力下降裂缝扩展路面结构破坏。在春融季节，水从裂缝下渗，进入路基内，使路基强度下降，而沥青路面不具有刚性，汽车在路面上行驶，是路基内的静态水变为动态水，在路基内产生冲刷，使路基内的水涌出，沥青层下陷发生翻浆现象。道路建筑材料·沥青混合料三、沥青混合料强度形成原理及其影响因素(3)

疲劳破坏疲劳破坏是在车辆反复作用下引起的，路面材料和路基的疲劳作用，产生变形累积，这在路面工程中专门讲述，本课程主要讲述材料因素。总之，沥青路面必须具备一定的抗剪切破坏的能力。沥青路面设计中抗剪强度，抗剪强度可以用摩尔-库伦理论进行分析，即沥青混合料的结构强度由矿料之间的嵌锁力（内摩阻力）以及沥青与矿料的粘结力及沥青自身的内聚力构成，可由下式表征：式中：τ——沥青混合料的抗剪强度，MPa；

c——沥青混合料的结力，MPa；

φ——沥青混合料的内摩阻力，0；

σ——实验时的正应力，MPa。沥青混合料的粘结力和内摩阻角可以通过三轴剪切试验确定。如图3-3所示，应力圆的公切线为墨尔-库伦应力包络线，即抗剪强度曲线，该包络线与纵轴的截距表示沥青混合料的粘结力c，与横轴的交角为沥青混合料的内摩阻角。即可求出混合料的c、值。道路建筑材料·沥青混合料2．沥青混合料结构强度的影响因素（1）沥青结合料的粘度沥青结合料的粘度反映沥青自身的内聚力。由胶浆理论可知，沥青-矿粉形成的微分散系其主要作用。一般η越大，C值越大，因为η越大，沥青胶团抗位错能力增强，使沥青混合料的粘滞阻力增大，保持了矿质集料的相对嵌锁作用。如图3-4所示，沥青粘度增大，沥青混合料粘结力明显增大，内摩阻角稍有增加。道路建筑材料·沥青混合料道路建筑材料·沥青混合料（2）矿质混合料性能的影响

矿料的岩石种类、级配组成、颗粒形状和表面粗糙度等特性对沥青混合料的嵌锁力或内摩阻角影响较大。级配影响：连续密级级配多是悬浮密实结构，沥青的内聚力大，矿料间的内摩阻力相对较小；骨架空隙结构的沥青混合料以嵌锁力为主，沥青内聚力为辅形成结构强度；在以嵌挤原则设计的骨架密实结构中，粗集料作用下嵌锁力较大，细料与沥青胶浆填充空隙，粘结力较好，故该结构整体强度高，稳定性好。矿料表面特性影响：矿料尺寸近似立方体，粗糙，多棱角，矿料间嵌挤索结能力好，φ较大；采用碱性石料，混合料中矿料间粘结力大，混合料强度高。（3）沥青与矿料在界面上的交互作用

列宾捷尔认为，沥青与矿料交互作用后，因化学组分重排列，形成沥青扩散膜。这一作用是化学吸附引起的，该沥青膜即为“结构沥青”，其粘度将大大提高；在“结构沥青”层外，可以“自由”运动的是“自由沥青”，这部分沥青的性能保持沥青初始状态性能，混合料的性能主要由结构沥青决定。道路建筑材料·沥青混合料

化学吸附有选择性，不同矿料的“结构沥青”膜厚度不一样，混合料中“结构沥青”占的比例也不同。碱性石料（如石灰岩）的混合料其“结构沥青”所占比例比酸性石料的要高。所以碱性石料的沥青混合料强度和稳定性比酸性石料的好。（4）矿料比面和沥青用量的影响

沥青混合料的粘结力与“结构沥青”的比例和矿料颗粒间的距离有关。如图3-6所示，矿料间距离越近，且以“结构沥青”粘结，沥青混合料的粘结力越高；反之，矿料间距越大，且其间由“自由沥青”相互粘结，则混合料的粘结力低。道路建筑材料·沥青混合料矿料比面的影响：矿料比面越大，“结构沥青”的比例越大；矿粉比表面所占比例最大，矿粉用量和性质，可以影响沥青膜厚度和“结构沥青”所占比例。沥青用量的影响：含量较少时，沥青不足敷裹集料颗粒表面，沥青混合料整体强度较低；随着沥青用量增加，沥青逐渐敷裹矿料表面，使得结构沥青用量增加，矿料间的粘结力增强，混合料整体强度增高，直到整个矿料表面被“结构沥青”所敷裹；当沥青用量进一步增加，此时过多的沥青形成“自由沥青”，这部分沥青在矿料间主要起润滑作用，并将矿料“推开”，从而使沥青混合料的整体强度下降。另外，“结构沥青”的存在对矿料起到约束作用，使得矿料间的内摩阻力增大，当沥青用量太多时，“自由沥青”的润滑作用，反而使矿料间相互滑移容易，内摩阻力下降。由以上分析可知混合料强度取决于：嵌挤密实的矿料骨架，高粘度的沥青结合料，适宜的沥青用量，采用能产生化学吸附作用的活性矿料。道路建筑材料·沥青混合料

（5）使用条件的影响

环境温度和荷载作用特性对混合料的强度影响也较大。温度升高，沥青粘度降低，混合料的粘结力也下降，矿料间的约束减小使得矿料间的内摩阻力也降低，从而混合料整体强度都下降。荷载作用体现在荷载作用时间或变形速率上，一般沥青粘度随变形速率增加而增加，混合料的内摩阻力随变形速率则变化较小，那么变形速率增加，沥青混合料的粘结力也增大，整体强大则增高。第三课时课程导入：分析上一次讲授内容，指出沥青混合料良好的路用性能应具备哪些性能要求，指出路用性能的概念及其内容。

道路建筑材料·沥青混合料

沥青混合料受自然环境因素和交通荷载作用，要求混合料必须具有高温稳定性、低温抗裂性、耐久性、抗渗性、抗滑性和施工和易性。1.高温稳定性定义：高温稳定性是指沥青混合料在高温条件下，能够抵抗车辆荷载的反复作用，不发生显著永久变形，保证路面平整度的特性。

提出高温稳定性的意义：高温条件下或长时间承受荷载作用混合料会产生显著的变形，其中不能恢复的部分成为永久变形，这种特性是导致沥青路面产生车辙、波浪及拥包等病害的主要原因。在交通量大，重车比例高和经常变速路段的沥青路面上，车辙是最严重、最有危害的破坏形式之一。道路建筑材料·沥青混合料四、沥青混合料的路用性能（1）高温稳定性的评价方法和评价指标评价试验方法：圆柱体试件的单轴静载、动载、重复荷载试验；三轴静载、动载、重复荷载试验；简单剪切的静载、动载、重复荷载试验等。马歇尔稳定度、维姆稳定度和哈费氏稳定度等工程试验，以及反复碾压模拟试验如车辙试验等。我国最常用评价方法是：马歇尔试验和车辙试验。

道路建筑材料·沥青混合料①马歇尔稳定度试验马歇尔稳定度实验方法是由美国密西西比州公路局布鲁斯.马歇尔（BrueMarshell）提出的，最初是为了美国工程兵团快速确定沥青用量之用，后来经过多人的改进，形成为目前的马歇尔设计体系。马歇尔试验最大特点设备简单、操作方便，现在已被世界上许多国家所采用。马歇尔试验用于测定沥青混合料试件的破荷载和抗变形能力，得到马歇尔稳定度、流值和马歇尔模数。将沥青混合料制备成规定尺寸的圆柱状试件，试验室将试件横向置于两个半圆形压模中，使试件受到一定的侧限。在规定温度和加荷速度下，对试件施加压力，记录试件所受压力与变形曲线，见P92页图3-8。主要力学指标为马歇尔稳定度和流值，稳定度是指试件受压至破坏时承受的最大荷载，以kN计，流值是达到最大破坏荷载是实践的垂直变形，以0.1mm计

试件尺寸：（1）φ101.6mm×63.5mm（±1.3mm），两侧高度差不大于2mm）。适用于公称最大粒径<26.5mm的混合料，试件成型击实次数根据公路等级、混合料类型、气候条件选择，一般为75次或50次。试验中一组试件需平行试件通常为4个。（2）φ152.4mm×95.3mm(±2.5mm），两侧高度差不大于2mm。适用于公称最大粒径31.5mm和37.5mm的混合料，击实次数一般为112次。试验中一组试件需平行试件通常为4个，必要时要增至5～6个（根据试验结果离散性而定）。

实验条件：恒温水浴（60℃）中，小型马歇尔试件保温30～40min，大型马歇尔试件保温45～60min。然后取出试件，在马歇尔稳定度仪上测歇尔稳定度和流值。注意：在我国沥青路面工程中，马歇尔稳定度与流值既是沥青混合料配合比设计主要指标，也是沥青路面施工质量控制的重要实验项目。然而各国的实验和实践已证明，用马歇尔试验指标预估沥青混料性能是不够的，它是一种经验型指标，具有一定的局限性，不能确切反映沥青混合料永久变形产生的机理，与沥青路面的抗车辙能力相关性道路建筑材料·沥青混合料道路建筑材料·沥青混合料②车辙试验车辙实验方法首先是英国运输与道路研究试验所(TRRL)开发的，并经过了法国、日本等道路工作者的改进与完善。车辙实验是一种模拟车辆轮胎在路面上滚动形成车辙的工程试验方法，试验结果较为直观，与沥青路面车辙深度之间有着较好的相关性。我国规范规定，对于路面沥青混合料，在用马歇尔试验进行配合比设计时必须采用车辙试验对沥青混合料的抗车辙能力进行检验，不满足要求时，应对矿料级配或沥青用量进行调整，重新进行配合比设计。不好。多年的实践和研究表明：对于某些沥青混合料，即使马歇尔稳定度和流值都满足技术有求，也无法避免沥青路面出现车辙。因此在评价沥青混合料的高温抗车辙能力时，还需要采用其它试验，比如进行车辙试验、残留稳定度试验、冻融劈裂试验和低温弯曲试验对沥青用量进行检验。道路建筑材料·沥青混合料车辙试验方法：采用标准方法成型沥青混合料板状试件，（300×300×50mm板式试件）在规定的温度条件下（一般为60℃），试验轮以42±1次/min的频率，沿着试件表面统一轨迹上反复行走，测试试件表面在试验轮反复作用下所形成车辙深度，见图3-9。以产生1mm车辙变形所需要的行走次数，即动稳定度指标评价沥青混合料的抗车辙能力，动稳定度由式（3-2）计算。（3-2）式中：DS——沥青混合料的动稳定度，次/mm;t1,t2——试验时间，通常为45min和60min;d1,d2——与实验时间和对应的试件表面的变形量，mm;

42——每分钟行走次数，次/min;c1,c2——试样机或试样修正系数。道路建筑材料·沥青混合料（2）影响高温稳性的主要因素分析沥青混合料高温稳定性的形成主要来源于矿质集料颗粒间的嵌锁作用及沥青的高温粘度。在沥青混合料的组成材料中，矿料性质对沥青混合料高温性能影响是至关重要的。采用表面粗糙、多棱角、颗粒接近立方体的碎石集料，沥青的高温粘度越大，与集料的粘附性越好，相应的沥青混合料的抗高温变形能力就越强。可以使用合适的改性剂来提高沥青的高温粘度，降低感温性，提高沥青混合料的粘结力，从而改善了沥青混合料的高温稳定性。沥青用量的影响，随着沥青用量的增加，沥青膜增厚，自由沥青比例增加，在高温条件下，易发生明显的流动变形，从而导致沥青混合料抗高温变形能力降低。随着沥青膜厚度的增加，车辙深度随之增加。如P93页图3-10所示。

细粒式和中粒式密级配沥青混合料，适当减少沥青用量有利于抗车辙能力的提高，当采用马歇尔试验进行沥青混合料配合比设计时，沥青用量应选择最佳沥青用量范围的下限。但对于粗粒式或开级配沥青混合料，不能简单的靠采用减少沥青用料来提高抗车辙能力。道路建筑材料·沥青混合料

2.低温抗裂性定义：低温抗裂性，保证沥青路面在低温时不产生裂缝的能力。原因：当冬季气温将低时，沥青面曾将产生体积收缩，而在基层结构与周围材料的约束作用下，沥青混合料不能自由收缩，将在结构层中产生温度应力。由于沥青混合料具有一定的应力松弛能力，当降温速率较慢时，所产生的温度温度应力会随着时间之间松弛减小，不会对沥青路面产生较大的危害。但当气温骤降时，所产生的温度应力来不及松弛，当温度应力超过沥青混合料的容许应力值时，沥青混合料被拉裂，导致沥青路面出现裂缝造成路面的损坏。因此有求沥青混合料具备一定的低温抗裂性能，即要求沥青混合料具有较高的低温强度或较大的低温变形能力。(1)低温抗裂性的评价方法和评价指标目前用于研究和评价沥青混合料低温抗裂性的方法可以分为三类：预估沥青混合料的开裂温度；评价沥青混合料的低温变形能力或应力松弛能力；评价沥青混合料断裂能。相关的试验主要包括：等应变加载的破坏试验，如间接拉伸试验、直接拉伸试验；低温收缩试验；低温蠕变弯曲试验（现规范推荐方法）；受限试件温度应力试验；应力松弛试验等。①预估沥青混合料的开裂温度通过间接拉伸试验或直接拉伸试验，建立沥青混合料低温抗拉强度与温度的关系，如P94页图3-11所示的曲线1。再根据理论方法，计算沥青面层可能出现的温度应力与温度的关系，如图3-11中曲线2。根据温度应力与抗拉度的关系预估沥青面层出现低温缩裂的温度越低，沥青混合料的开裂温度越低，低温抗裂性越好。道路建筑材料·沥青混合料②低温蠕变试验

低温蠕变试验用于评价沥青混合料低温下的变形能力与松弛能力。根据（JTJ058-2000）在规定温度下（如-10℃），对规定尺寸的沥青混合料小梁试件（30×35×250mm梁式试件）的跨中施加恒定的集中荷载，测定试件随时间不断增长的蠕变变形，见图3-12。蠕变变形曲线可分为三个阶段，第一段为蠕变迁移阶段，第二阶段为蠕变稳定阶段，第三阶段为蠕变破坏阶段，以蠕变稳定阶段的蠕变速率评价沥青混合料的低温变形能力，蠕变速率由式（3-3）计算。蠕变速率越大，沥青混合料在低温下的变形能力越大，松弛能力越强，低温抗裂性能越好。（3-3）式中：——沥青混合料的低温蠕变速率，1/s·MPaδ0——沥青混合料小梁试件跨中梁底的蠕变拉应力，MPa;t1t2——分别为蠕变稳定器的初始实践和终止时间，s;ε1ε2

——分别与时间和对应的跨中梁底应变。道路建筑材料·沥青混合料③低温弯曲试验在试验温度-下，以50mm/min速率，对小梁试件（30×35×250mm梁式试件）跨中施加集中荷载至断裂破坏，记录试件跨中荷载与扰度的关系曲线，见图3-13。由破坏时跨中扰度按公式（3-4）计算沥青混合料的破坏弯拉应变。沥青混合料在低温下破坏弯拉应变越大，低温柔韧性越好，抗裂性越好。（3-4）式中：εB——时间破坏时的最大弯拉应变；

h——跨中断面时间的高度，mm;d——试件破坏时的跨中扰度，mm;L——试件的跨径，mm。注意：实验证明，在评价改性沥青混合料低温性能时，采用低温蠕变试验方法所得结果对于改性剂种类和改性剂剂量都不够敏感，数据较为分散，而采用低温弯曲试验的破坏应变指标则相对稳定。所以在我国行业标准（JTJ036-98）中，采用低温弯曲试验的破坏应变指标作为评价改性沥青沥青混合料的低温抗裂性能。道路建筑材料·沥青混合料（2）影响沥青混合料低温性能的主要因素沥青的低温劲度的影响，取决于沥青粘度和温度敏感性。在寒冷地区，可采用稠度较低、劲度较低的沥青，或选择松弛性能较好的橡胶类改性沥青来提高沥青混合料的低温抗裂性。级配的影响：密级配的低温抗拉强度高于开级配的沥青混合料，但是粒径大、空隙率大的沥青混合料内部微空隙发达，应力松弛能力略强，温度应力有所减小，两方面的影响相互抵消，故级配类型与沥青路面开裂程度之间没有显著关系。道路建筑材料·沥青混合料第四课时课程导入：复习高温、低温评价指标和方法引出沥青混合料其他路用性能评价指标道路建筑材料·沥青混合料

道路建筑材料·沥青混合料3．耐久性

定义：耐久性是指沥青混合料在使用过程中抵抗环境因素及行车和在反复作用的能力，它包括沥青混合料的抗老化性、抗疲劳性等综合性制。（1）沥青混合料的抗老化性老化原因：在沥青混合料使用过程中，受到空气中氧、水、紫外线等介质的作用，促使沥青发生诸多复杂的物理化学变化，逐渐老化或硬化，致使沥青混合料变脆易裂，从而导致沥青路面出现各种与沥青老化有关的裂纹或裂缝。影响因素：沥青的老化程度、外界环境因素和压实空隙率等。在气候温暖、日照时间较长的地区，沥青的老化速度快，而在气温较低、日照时间短的地区，沥青的老化速率相对较慢。沥青混合料的空隙率越大，环境介质对沥青的作用就越强烈，其老化程度也越高。

道路建筑材料·沥青混合料压实空隙率的增大，回收沥青针入度减小，老化程度增加。道路中部车辆作用次数较高，对路面的压密作用较大，中部的沥青比边缘部位沥青的老化程度轻些。解决措施：选择耐老化沥青，有足量的沥青含量。施工过程中，应控制拌合加热温度，并保证沥青路面的压实密度。（2）沥青混合料的水稳定性及其评价方法水稳定性不足：沥青剥离，粘结强度降低，集料松散，易形成坑槽，即“水损坏”。原因：压实空隙率较大、沥青路面排水系统不完善，动水压力对沥青产生剥离作用，将加剧沥青路面的“水损害”病害。①沥青与集料的粘附性试验评价实验方法，例如水煮法、静态水浸法、光电比色法及搅动水净吸附法等。这些方法是将沥青覆裹在矿料表面，浸入水中，根据矿料表面沥青的剥离程度，判断沥青与集料的粘附性，其中水煮法和静态水浸法是目前道路工程中的常用方法（见本教材第二章的相关内容），人为主观性较大，所以还必须结合沥青混合料的水稳定性试验结果进行综合评价。道路建筑材料·沥青混合料②混合料的浸水试验浸水试验是根据浸水前后沥青混合料物理、力学性能的降低程度来表征其水稳定性的一类试验，常用的方法有浸水马歇尔试验、浸水劈裂强度试验和浸水抗压强度试验等。以浸水前后的马歇尔稳定度比值、车辙深度比值、劈裂强度比值和抗压强度比值的大小评价沥青混合料的水稳定性。③冻融劈裂试验

冻融劈裂试验将沥青混合料试件分为二组，一组试件用于测定常规状态下的劈裂强度，另一组试件首先进行真空饱水，然后至于条件下冷冻16h，再在水中浸泡24h，最后进行劈裂强度测试，在冻融过程中，沥青混合料劈裂强度降低。采用公式（3-5）计算沥青混合料试件的冻融劈裂强度比。

(3-5)式中：TSR——沥青混合料试件的冻融劈裂强度比，%；

σ1——试件在常规条件下的劈裂强度，MPa;σ2——试件经一次冻融循环后在规定条件下的劈裂强度，MPa。道路建筑材料·沥青混合料④沥青混合料水稳定性的影响因素与沥青和集料的粘附性有关，在很大程度上取决于集料的化学组成，表3-2结果表明花岗岩集料与沥青的粘附性明显低于碱性集料石灰岩与沥青的粘附性，也明显低于中性集料玄武岩与沥青的粘附性。通过掺加抗剥落剂可以显著改善集料或中性集料与沥青的粘附性。表3-2不同矿物组成集料与沥青的粘附性等级集料种类韩国SK沥青东海70号沥青新鲜沥青TFOT残留物新鲜沥青TFOT残留物未加抗剥落剂加抗剥落剂未加抗剥落剂加抗剥落剂未加抗剥落剂加抗剥落剂未加抗剥落剂加抗剥落剂花岗岩11+5-25-1+535-花岗岩215-341-4+3-5砂岩35-5-5-2+53-5-玄武岩3-53+4+353+5石灰石5-55-55-555道路建筑材料·沥青混合料

表3-3为不同集料组成沥青混合料的冻融劈裂试验抗拉强度比TSR，结果同样表明花岗岩集料水稳定性（石灰岩集料的）。表3-3不同矿物成分集料沥青混合料的冻融劈裂试验抗拉强度比TSR试件条件(MPa)(MPa)TSR(%)劈裂强度降低花岗岩集料0.860.5766.333.7辉绿岩集料0.890.6674.125.9石灰石集料1.020.8987.312.7道路建筑材料·沥青混合料

混合料压实空隙率大小及沥青膜厚度的影响：当空隙率较大、沥青膜较薄时水稳定性较差。成型方法的影响：成型温度较低，要么压实度达不到要求，要么集料被压碎，从而使混合料水稳性下降。级配的影响：开级配压实空隙率较大，往往对水稳定性不利。当沥青用量不足时，即使是密级配的沥青混合料也会出现水稳定性不好的问题。。4.沥青混合料的抗滑性沥青路面的抗滑性对于保障道路交通安全至关重要，而沥青路面的抗滑行能必须通过合理的选择沥青混合料组成材料、正确的设计与施工来保证。沥青路面的抗滑性与所用矿料的表面构造深度、颗粒形状与尺寸、抗磨性有着密切的关系。矿料表面构造深度取决于矿料的矿物组成、化学成分及风化程度；颗粒形状与尺寸既受到矿物组成的影响，也与矿料的加工方法有关；抗磨光性则受到上述所有因素加上矿物成分硬度的影响。因此表层的粗集料应粗糙、坚硬、耐磨、抗冲击性好、磨光值大的碎石或破碎石集料。矿料级配影响路面的宏观构造，用压实后路表构造深度试验评价。道路建筑材料·沥青混合料

构造深度实验是将0.15～0.3mm的干砂25ml倒在试件表面，用粘有像胶片的推光板，由里向外重复作摊铺运动，使砂填入凹凸不平的试件表面空隙中，不得在表面上留有浮动余砂。用钢尺量测砂所构成园的两个垂直方向的直径，取其平均值，由式（3-6）计算混合料的表面构造深度：

（3-6）式中：TD——沥青混合料的表面构造深度，mmV——砂的体积，25mlD——摊平砂子的平均直径，mm

增加粗集料含量有助于提高沥青路面的宏观构造深度。5．施工和易性影响沥青混合料施工和易性的因素很多，诸如组成材料的技术品质、用量比例，以及施工条件等。目前尚无直接评价混合料施工和易性的方法和指标。（1）组成材料的影响，主要是矿料级配和沥青用量。在间断级配的矿质混合料中，粗细集料的颗粒尺寸相差过大，中间尺寸颗粒缺乏，混合料容易离析。如果细料太少，或矿粉用量过多时，混合料容易产生疏松且不易压实；反之，如果沥青用量过多，或矿粉质量不好，则容易使混合料结团，不易摊铺。（2）施工条件的影响，如温度，较高温度可保证沥青的流动性，拌和中能够充分均匀地粘附在矿料颗粒表面；在压实期间，矿料颗粒能相互移动就位，达到规定的压实密度。但温度过高既会引起沥青老化，也会严重影响沥青混合料的使用性能。沥青混合料的拌和与压实温度与沥青粘度有关，应根据沥青粘度与温度的关系曲线确定，见表3-4道路建筑材料·沥青混合料热拌沥青混合料拌和与压实时沥青的粘度水平表3-4粘度适宜于拌和的粘度适宜于压实的粘度动力粘度（Pa.s）0.17±0.020.28±0.03运动粘度（mm2/s）170±20280±30（3）工地气温状况，当地气温越高，施工和易性越好。道路建筑材料·沥青混合料课程导入：复习沥青混合料路用性能评价指标和方法，在设计中将如何考虑，怎样进行沥青混合料配合比设计？引入普通混合料设计的目的与任务，要求掌握普通沥青混合料配合比合计方法。道路建筑材料·沥青混合料第五课时

道路建筑材料·沥青混合料

热拌沥青混合料是由矿料与粘稠沥青在专门设备中加热拌合而成，用保温设备运输至现场，并在热态下进行摊铺和压实的混合料，简称“热拌沥青混合料”，以HMA表示，本节主要介绍热拌沥青混合料的组成设计。一．沥青路面使用性能的气候分区了解沥青路面分区指标（高温、低温、降雨量）和我国沥青路面的气候分区状况。1．气候分区指标采用工程所在地最近30年内最热月份平均最高气温的平均值，作为反映高温和重载条件下出现车辙等流动变形的气候因子，并最为气候分区的一级指标，划分为3个区。采用工程所在地最近30年内的极端最低气温，作为反映温度收缩产生裂缝的气候因子，并作为气候分区的二级指标，划分为4个区。采用工程所在地最近30年的年降雨量的平均值，作为受雨水影响的气候因子，并作为气候区划的三级指标，划分为4个区。

第二节普通热拌沥青混合料的组成设计

道路建筑材料·沥青混合料2．气候分区的确定沥青路面使用性能气候分区由一、二、三级区划组合而成，以综合反映该地区的气候特征，见表3-5。如我国上海市属于1-3-1气候区，即为夏炎热冬冷潮湿区，对沥青混合料的高温稳定性和水稳定性要求较高。每级区的数值越小，表明该气候因子对路面的影响越恶劣。表3-5沥青路面使用性能气候分区气候分区指标气候分区按照高温指标高温气候区123气候名称夏炎热区夏热区夏凉区七月平均最高温度>3020～30<20按照低温指标低温气候区1234气候名称冬严寒区冬寒区冬冷区冬温区极端最低气温<-37-37～21.5-21.5～-9>-9按照雨量指标雨量气候区1234气候区名称潮湿区湿润区半干区干旱区年降雨量(mm)>10001000～500500～250<250道路建筑材料·沥青混合料二、沥青混合料组成材料的技术要求沥青混合料的技术性质决定于组成材料的质量品质、用量比例及沥青混合料的制备工艺等因素，其中组成材料的质量是首先需要关注的问题。1．沥青选择依据：沥青应根据气候条件和沥青混合料类型、道路等级、交通性质、路面类型施工方法以及当地使用经验等，经技术论证后确定。选择原则：粘度较大的粘稠沥青混合料具有较高的力学强度和稳定性，但粘度过高，则混合料的低温变形能力较差，路面易开裂。反之粘度较低的沥青的混合料在低温时变形能力较好，但在高温时往往会产生较大的高温变形。一般来说，可根据当地沥青路面气候分区的温度水平参照第二章表2-6选择沥青。在夏季温度高或高温持续时间长的地区，应采用粘度高的沥青；而在冬季寒冷地区，则宜采用稠度低、气温进度较小的沥青。对于日温较大的地区还应考虑选择针入度指数较大、感温性较低的沥青。对于重载交通路段、高速公路更实行渠化交通的路段、山区及丘陵区上坡路段、服务区、停车场等行车速度慢的路段，应选用稠度大的沥青。对于交通量小、公路等级低的路段可选用稠度略小的沥青。道路建筑材料·沥青混合料2.粗料集（1）粗料集的物理力学性质要求选择原则：①粗料集料可采用碎石、破碎砾石、筛选砾石、矿渣等。②用于高速公路、一级公路、城市快速公路、主干路沥青路面表层用粗集料应选用坚硬、耐磨、抗冲击型号的碎石或破碎砾石，不得使用筛选砾石、矿渣及软质集料，该类粗集料应符合表3-6对磨光值和粘附性的要求。③当坚硬石料来源缺乏时，允许掺加一定比例较小粒径的普通粗集料，掺加比例根据试验确定。在以骨架原则设计的沥青混合料中不得掺加其他粗集料。道路建筑材料·沥青混合料粗集料磨光值及其与沥青粘附性的技术要求表3-6雨量气候地区技术指标1（潮湿区）2(湿润区)3（半干区）4（干旱区）粗集料磨光值（psv）≥42≥40≥38≥36粗集料与沥青的粘附性表层≮5≮5≮4≮3其它层次≮4≮4≮3－道路建筑材料·沥青混合料基本要求：①应该洁净、干燥、表面粗糙、形状接近立方体，且无风化、不含杂质，并具有足够的强度、耐磨耗性。粗集料的质量应符合表3-7的要求。②破碎砾石应采用粒径大于50mm的颗粒轧制，破碎前必须清洗，含泥量不大于1%，破碎面积应符合表3-7的要求。③钢渣作为粗集料时，仅限于三级及三级以下公路和次干公路以下的城市道路，并应经过试验论证取得许可后使用。钢渣破碎后应由6个月以上的存放期，除吸水率允许适当放宽外，各项指标应符合表3-7的要求。道路建筑材料·沥青混合料

技术指标高速公路、一级公路、城市快速路、主干路其它等级的公路与城市道路表面层其它层次石料压碎值（%）≤252830洛杉矶磨耗损失（%）≤283040视密度①（t/m3）≤2.602.502.45吸水率①（%）≤2.03.03.0坚固性②（%）≤1212-软石含量（%）≤155<0.075mm颗粒含量（水洗法）（%）≤111针片状颗粒含量（%）≤粒径〉9.5mm1218-粒径<9.5mm1820-破碎砾石的破碎面≥1个破碎面1009080（70）③2个破碎面908060（50）③表3-7沥青混合料用粗集料质量要求注：①当粗集料用于高速公路、一级公路和主干路时，多孔玄武岩的是密度可放宽至2.45t/m3,吸水率可放宽至3%；但须得到主管部门的批准；②坚固性实验根据需要进行；③括号外数据为对表层用集料的要求；括号种数据为对其它层次的要求。（2）与沥青的粘附性要求在高速公路、一级公路、城市快速路和主干沥青路面中，需要使用坚硬的粗集料，当时用花岗岩、石英岩等酸性岩是轧制的粗集料时，若达不到表3-6对粗集料与沥青粘附性等级的要求，必须采取抗剥落措施。工程中常用的抗剥落方法包括使用高粘度沥青；在沥青中掺加抗剥落剂；用干燥的生石灰、消石灰粉或水泥作为填料的一部分，其用量已为矿料总量的1%~2%；将粗集料用石灰浆处理后使用。（3）粗集料的粒径规格粗集料的粒径规格应按照表3-8进行生产和使用。如某一档粗集料不符合表3-8的规格，但确认与其它集料组配后的合成级配符合设计级配的要求时，也可以使用。道路建筑材料·沥青混合料沥青面层用粗集料规格表3～8规格公称粒径(mm)通过下列筛孔（方孔筛，mm）的质量百分率（%）37.531.526.51913.29.54.752.360.6S615~3010090~100--0~15-0~5S710~3010090~100---0~150~5S815~2510095~1000~15-0~5S910~2010095~100-0~150~5S1010~1510095~1000~150~5S115~1510095~10040~700~150~5S125~1010095~1000~100~5S133~1095~10010095~10040~700~200~5S143~50~250~5道路建筑材料·沥青混合料3.细集料（1）细集料的物理力学性能要求细集料①可以采用天然砂、机制砂或石屑。②应洁净、干燥、无风化、不含杂质，并有适当的级配范围，物理力学指标要求见表3-9。③与沥青有良好的粘结能力，在高速公路、一级公路、城市快速路、主干路沥青面层用沥青粘结性能差的天然砂或用花岗岩、石英岩等酸性岩石破碎的人工砂及石屑时，应采取前述粗集料的抗剥离措施对细集料进行处理。在高速公路、一级公路、城市快速路、主干路沥青路面面层及抗滑磨耗层中，所用石屑总量不宜超过天然砂或机制砂的用量。表3-9沥青混合料用细集料质量要求注：①坚固性实验根据需要进行（2）细集料的粒径规格。指标高速公路、一级公路城市快速路、主干路其它公路与城市道路视密度（t/m3）2.502.45坚固性①12——砂当量（%）6050道路建筑材料·沥青混合料①天然砂

天然砂宜采用河砂或海砂，当使用山砂时应经过清洗。天然砂的规格应符合表3-10的规定，经筛洗法测定的砂中小于0.075mm颗粒含量不得大于3%（高速公路、一级公路、城市快速路、主干路）和5%（其它登记道路）分类通过各筛孔（mm）的质量百分率（%）细度模数Mx9.54.752.361.180.60.30.150.075粗砂10090~10065~9535~6515~295~200~50~53.7~3.1中砂10090~10075~10050~9030~598~300~50~53.0~2.3细砂10090~10085~10075~10060~8415~450~50~52.2~1.6表3-10沥青面层用天然砂规格道路建筑材料·沥青混合料②石屑石屑是通过4.75mm或2.36mm的部分，是石料加工破碎过程中表面剥落或撞下的边角，强度一般较低，针片状含量较高。所以在生产石屑的过程中应特别注意，避免山体覆盖层或夹层的泥土混入石屑。石屑规格应符合表3-11的要求。不得使用泥土、细粉、细薄碎片颗粒含量高的石屑，砂当量应符合表3-9的要求。对于高速公路、一级公路、城市快速路、主干路，应将石屑加工成S14（3～5mm）和S16（0～3mm）两档使用，在细集料中石屑含量不宜超过总量的50%。规格公称粒径)通过下列筛孔（mm）的质量百分率（%）9.54.752.361.180.60.30.150.075S150~510090～10060~9040～7520～657～402～200～10S160～310080～10050～8025～508～300～150～10表3-11沥青面层用机制砂或石屑规格道路建筑材料·沥青混合料

细集料的级配在沥青混合料中的适用性，应将其与粗集料及填料配制成矿质混合料后，再判断其是否符合矿料设计级配的要求再作决定。当一种细集料不能满足级配要求时，可采用两种或两种以上的细集料掺合使用。4．填料填料最好采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉，生产矿粉的原石料中泥土杂质应清除。矿粉要求干燥、洁净，能自由地从石粉仓中流出，其质量应符合表3-12的要求。在拌合厂采用干法除尘回收的粉尘可以代替一部分矿粉的使用，湿法除尘的应经过干燥粉碎处理，且不得含有杂质。用量不得超过填料总量的25%，塑性指数不得大于4%，其余质量要求与矿粉相同。

粉煤灰烧失量应小于12%，与矿粉混合后的塑性值数应小于4%，其余质量要求与矿粉相同。粉煤灰的用量不宜超过填料总量的50%，与沥青粘结力好，且水稳性应满足要求。高速公路、一级公路和城市快速路、主干路不宜采用粉煤灰做填料。为改善水稳定性，可采用干燥的磨细生石灰粉、消石灰分或水泥作为填料，用量不宜超过矿料总量的1%～2%。道路建筑材料·沥青混合料指标高速公路、一级公路、城市快速路、主干路其他公路与城市道路视密度（t/cm3）2.502.45含水量（%）1.01.0粒度范围（%）<0.6mm100100<0.15mm90~10090~100<0.07575~10070~100外观无团粒结块亲水系数<1.0表3-12沥青面层用矿粉质量要求道路建筑材料·沥青混合料课程导入：复习沥青混合料气候分区、材料要求及选择原则。道路建筑材料·沥青混合料第六课时

道路建筑材料·沥青混合料三、热拌沥青混合料配合比设计标准1．沥青混合料类型的选择混合料类型应根据道路等级与所处位置的功能要求进行选择。矿料的最大粒径宜从上至下逐渐增大，并与结构层的设计厚度相匹配。表3-13位各种等级道路沥青路面的各层结构所用沥青混合料的建议类型及公称最大粒径，相应的矿料级配范围见表3-14。

道路建筑材料·沥青混合料表3-13沥青面层混合料的最小压实厚度(mm)沥青路面结构层类型道路等级高速公路、一级公路、城市快速路、主干路二级以下等级公路一般城市道路行人道路磨耗层表面层沥青混合料类型ACSMAOGFCACSMAAC集料公称最大粒径(mm)4.75xxxxx109.530252025252013.2403525353525165040x4540x中面层下面层基层沥青混合料类型ACATBACAMATBACAM集料公称最大粒径(mm)13.2xx3535x35351650x4540x40401960x6050x55x26.58080x6080xx31.5x100xx90xx37.5x120xx100xx道路建筑材料·沥青混合料道路建筑材料·沥青混合料2．马歇尔试验配合设计技术标准1）沥青混合料的体积特征参数沥青混合料组成材料质量与体积的关系见图3-18，体积特征参数有密度、空隙率、矿料间隙率和饱和度等指标表征。（1）沥青混合料的密度密度是指压实混合料试件单位体积的干质量。在实际使用中，密度（或相对密度）的测试方法非常重要又有一定难度，常用的密度计算或测试方法如下。①沥青混合料的理论最大密度理论最大密度是假设沥青混合料试件被压实至完全密实，没有空隙的理想状态下，即压实沥青混合料试件全部为矿料（包括矿料内部空隙）和沥青所占有，空隙率为零时的最大密度。对于基质沥青混合料的理论最大密度可以通过真空法实测确定；对于改性沥青混合料则采用计算法计算。道路建筑材料·沥青混合料道路建筑材料·沥青混合料

工程中采用油石比时，理论最大密度按式（3-7－1）计算。当采用沥青含量时，理论最大密度按照式（3-7-2）计算。（3-7-1）

（3-7-2）式中：ρt——沥青混合料的理论最大密度，g/cm3；

Pa——油石比，%；

Pb——沥青含量，%；

——矿质混合料合成有效相对密度；

ρw——常温水的密度，g/cm3，约等于1。合成有效相对密度可由式（3-8）计算：其中：C——合成矿料的沥青吸收系数；

——矿料的合成表观相对密度；

——矿料的合成毛体积相对密度。道路建筑材料·沥青混合料

矿料的合成毛体积相对密度可由各种矿料的配合比组成和矿料的表观相对密度由式（3-9-1）计算，合成表观相对密度可由式（3-9-2）计算：

（3-9-1）式中：Pi——各种矿料成分的配合比，且其和为100；

γi——各种矿料相应的毛体积相对密度；

γ‘i——各种矿料相应的表观相对密度

道路建筑材料·沥青混合料（3-9-2）（3-10）（3-11）道路建筑材料·沥青混合料②沥青混合料毛体积密度毛体积密度是指单位毛体积（含沥青混合料实体矿物成分体积、不吸收水分的内口孔隙、能吸收水分的开口孔隙等颗粒表面轮廓所包围的全部毛体积）的干密度。混合料的毛体积可选用表干法、蜡封法或体积法测定。

表干法测定的毛体积密度又称饱和面干毛体积密度，适用于较密实且吸水很少的试件，根据测试结果，毛体积相对密度按式（3-12）计算。（3-12）式中：——由表干法确定的沥青混合料试件的毛体积密度，g/cm3；

ma——沥青混合料干燥试件在空气中的质量，g；

mw——沥青混合料试件的水中质量，g。

md——沥青混合料饱和面干状态试件在空气中的质量，g。道路建筑材料·沥青混合料

蜡封法采用蜡封条件测试沥青混合料的毛体积，包括了沥青混合料试件在蜡封状态下实体体积与闭口孔隙、开口孔隙之和，但不计入蜡被吸入混合料的部分（按式（3-13）计算），适用于吸水率大于2%的沥青混合料试件。（3-13）式中：——由蜡封法确定的沥青混合料试件的毛体积相对密度；

ma——沥青混合料干燥试件在空气中的质量，g；

mp——沥青混合料蜡封试件在空气中的质量，g；

mc——沥青混合料蜡封试件在水中的质量，g；

γp——常温条件下蜡对水的相对密度，g/cm3，约等于1。

体积法采用游标卡尺测量沥青混合料试件的体积，它适用于空隙率较大、吸水严重，甚至完全透水或不能用表干法或蜡封法测定的沥青混合料试件。(2)沥青混合料试件的空隙率

空隙率是指压实状态下沥青混合料内矿料与沥青实体之外的空隙（不包含矿料本身或表面已被沥青封闭的孔隙）的体积占试件总体积的百分率，根据压实沥青混合料试件密度和理论最大密度按式（3-14）计算。

（3-14）式中：VV——沥青混合料试件空隙率，%；

γf——沥青混合料的毛体积相对密度，根据试件吸水率，由表干法、蜡封法或体积法测试；

γt——沥青混合料试件的理论最大相对密度，其值实测或按是（3-7-1）或是（3-7-2）计算；道路建筑材料·沥青混合料①测试方法对沥青混合料试件空隙率的影响由于空隙率是根据沥青混合料实测密度计算得到的参数，当在式（3-14）中取不同的密度值时，空隙率的计算结果将大不相同。如表3-15所列：水中重法<表干法<体积法。因此，在评价沥青混合料空隙率时，应根据试件空隙率水平，按照规定的标准方法进行试验和计算。试件编号密度（g/cm3）空隙率（%）水中重法表干法体积法水中重法表干法体积法L-12.4672.3932.3614.046.928.15L-22.4722.4242.3923.205.096.34L-32.5022.4712.4361.282.483.86L-42.4942.4692.4450.871.862.79表3-15不同测试条件下沥青混合料密度与空隙率计算结果道路建筑材料·沥青混合料②组成材料与压实条件对空隙率的影响在不同的压实条件下，连续级配沥青混合料的空隙率随着沥青用量的增加而减小，并与粗集料数量有着显著的相关性。图3-19为连续级配沥青混合料空隙率与粗集料数量的关系，4.75mm筛孔通过百分率越小，粗集料含量越高，试件的空隙率越大。相同配合比的沥青混合料的空隙率随着压实温度增加而显著降低，见图3-20。空隙率是沥青混合料最重要的体积特征参数，影响着混合料的稳定性和耐久性。空隙率过低，因塑性流动会引发路面车辙；但空隙率过大，可能增加沥青的氧化速率和老化程度，并增加水分进入导致沥青剥落，从而降低混合料的耐久性。

道路建筑材料·沥青混合料（4）沥青混合料矿料间隙率

矿料间隙率是指压实沥青混合料试件中矿料实体以外的空间体积占试件总体积的百分率，由式（3-15）表示。（3-15）式中：VMA——沥青混合料试件的矿料间隙率，%；

Ps——各种矿料占沥青混合料总质量的百分率之和。（5）沥青混合料试件的沥青饱和度沥青饱和度是指压实沥青混合料试件中沥青实体体积占矿料骨架实体以外的空间体积的百分率，又称为沥青填隙率，如式（3-16）所定义。（3-16）式中：VFA——沥青混合料试件的沥青饱和度，%。道路建筑材料·沥青混合料2）马歇尔试验技术标准普通热拌沥青混合料采用马歇尔试验方法进行配合比设计，在进行配合比设计时，沥青混合料马歇尔试件的体积特征参数、稳定度与流值试验结果应符合表3-16与表3-17的技术要求。

沥青混合料类型试验项目密级配热拌沥青混合料AC高速公路、一级公路、城市快速路、主干路其他等级道路行人道路中轻交通重交通中轻交通重交通夏炎热区夏热区及夏凉区击实次数757575755050空隙率（%）深90mm以内3~54~62~43~53~62~4深90mm以下3~63~62~43~6沥青饱和度（%）见表（3-17）的要求矿料间隙率（%）见表（3-17）的要求稳定度（kN）≥888853流值（mm）2~41.5~42~4.52~42~4.52~5表3-16热拌沥青混合料马歇尔试验技术标准道路建筑材料·沥青混合料集料公称最大粒径(mm)4.759.513.216.019.026.5沥青饱和度VFA(%)70~8560~7555~70在右侧设计空隙率下的矿料间隙率VMA(%)≥空隙率VV（%）215131211.51110316141312.51211417151413.51312518161514.51413619171615.51514表3-17密级配热拌沥青混合料的沥青拌和度与矿料间隙率的要求注：改性沥青混合料的马歇尔试验指标要求允许适当调整，其流值可适当放宽。道路建筑材料·沥青混合料3．沥青混合料的高温稳定性指标对于高速公路、一级公路和城市快速路、主干路沥青路面上面层和中面层的沥青混合料进行配合比设计时，应进行车辙试验检验。沥青混合料的动稳定度应符合表3-18的要求。对于交通量特别大，超载车辆特别多的运煤专线、厂矿道路，可以通过提高气候分区等级来提高对动稳定度的要求。对于轻交通为主的旅游区道路，可以根据情况适当降低要求。气候条件与技术指标相应于下列气候分区所要求的动稳定度（次/mm）七月平均最高气温（℃）及气候分区>30夏炎热区20～30夏热区<20夏凉区1-11-21-31-42-12-22-32-43-2普通沥青混合料非改性≥8001000600800600改性≥24002800200024001800表3-18沥青混合料车辙动稳定度技术要求道路建筑材料·沥青混合料4．沥青混合料的低温抗裂性指标为了提高沥青路面低温抗裂性，应对沥青混合料进行低温弯曲试验，试验温度为-10℃，加载速度为50mm/min。混合料的破坏应变应满足表3-19的要求。气候条件与技术指标年极端最低气温（℃）及气候分区-37.0冬严寒区-21.5～-37.0冬寒区>-9.0～-21.5冬冷区>-9.0冬温区1-12-11-22-23-21-32-31-42-4普通沥青混合料非改性≥260023002000改性≥300028002500表3-19沥青混合料低温抗裂性试验破坏应变技术要求道路建筑材料·沥青混合料5．沥青混合料的水稳定性指标在进行沥青混合料配合比设计及性能评价时，除了对沥青与石料的粘附性等级进行检验外，还应在规定条件下进行沥青混合料的浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，残留稳定度和冻融劈裂强度比应满足表3-20的要求。改性沥青混合料的残留稳定度和冻融劈裂强度比均不得小于80%。

年降雨量（mm）及气候分区>1000潮湿区500～1000湿润区250～500半干区<250干旱区浸水马歇尔试验的残留稳定度（%）≥非改性8075改性8580冻融劈裂试验的残留强度比（%）≥非改性7570改性