11.1沥青混合料知识分享

第十一章沥青混合料基本要求11.1概述11.2沥青混合料的组成结构及强度理论11.3沥青混合料的技术性质11.4沥青混合料的组成材料11.5沥青混合料的技术标准11.6沥青混合料的配合比设计目录基本要求课时:讲课1,试验0.5

主要内容沥青混合料的概念、分类及应用。热拌热铺沥青混合料的组成结构及强度理论，组成材料，技术性质及标准，配合比设计。

重点：热拌热铺沥青混合料的强度影响因素，技术性质Back11.1概述什么是“沥青混凝土”沥青混合料定义沥青混合料的分类沥青混合料的特点BackMineralBituminousBituminousmixtureBack沥青混合料的定义经人工合理选择级配组成的矿料与适量沥青结合料，经拌合组成的优质路面材料。沥青混合料示意图BituminousMixtureCoalbituminousmixturePetroleumbituminousmixture

Bituminous按照沥青种类分为：

石油沥青混合料和煤沥青混合料沥青混合料的分类BituminousMixtureHot-mixedandcool-spreadHot-mixedandhot-spread

Construction

TemperatureCool-mixedandcool-spread沥青混合料的分类Fig.9.1.1铺设现场施工按施工温度分为热拌热铺、热拌冷铺和冷拌冷铺BituminousMixtureMaximumParticleDiameterCoarsegradeDmax=37.5,31.5mmSpecialcoarsegradeDmax=53mmMediumgradeDmax=26.5,19mmFinegradeDmax=16,13.2,4.75mm图9.1.2颗粒筛按最大粒径分为：特粗式，粗粒式，中粒式和细粒式沥青混合料的分类BituminousMixtureDiscontinuousContinuousMineralGradation按矿料级配分为：连续式和间断式沥青混合料的分类BituminousMixtureAdmixturematerialcompactnessortheresidualporosityafterpressureDensegradation(p＜10%)

Halfopen-gradation(p＞10%)

Open-gradationp＞15%

DensitytypeⅠ3%~6%DensitytypeⅡ

4%~10%按混合料密实度或压实后剩余孔隙率p分为三类：密级配，半开级配和开级配Back沥青混合料的分类沥青混合料的特点粘-弹-塑性好，力学性质优良，有高温稳定性和低温柔性。安全性好施工方便经济耐久可再生利用热拌热铺沥青混合料它是沥青混合料中使用最广泛、最典型的材料工程应用广泛我们将详细地学习这种沥青混合料的内容Back组成结构强度理论影响φ和C的因素Back第九章§11.2

沥青混合料的组成结构及强度理论

理论表面理论：(传统理论)组成结构粗、细骨料及填料→密实级配的矿质骨架→较稀沥青分布其间→沥青混合料特点:

高稠度沥青/沥青用量大/间断级配胶浆理论：(现代理论)将高稠度沥青加到矿粉中形成胶浆－微分散体系将细骨料添加到胶浆中形成沥青砂浆－细分散体系将粗骨料添加到沥青砂浆中形成沥青混合料－粗分散体系CoarsedispersionsystemFinedispersionsystemMicrodispersionsystemBituminousmixtureBituminousmortarAdhesivecementHighconsistentbitumenBreezeFineaggregateCoarseaggregate沥青混合料的类型图9.2.1沥青混合料的类型

a-密实悬浮结构b-骨架孔隙结构c-密实骨架结构类型和沥青混合料的特点如下图9.2.1和表9.2.1所示。表11.2.1沥青混合料的类型和特点类型示意图特点混合料名称密实悬浮型aVV中、Φ小连续型密级配骨架空隙型bC小、VV大、Φ中连续型开级配密实骨架型cC大、VV小、Φ大间断型密级配注：VV－试件空隙率Φ－内摩阻角C-粘聚力Back沥青混合料在路面结构中有二种破坏性式：

1.库仑理论：在常温或较高温度下，粘结力不足引起变形，抗剪强度不足引起的破坏。

2.在低温下，抗拉强度不足导致破坏。强度理论DestructionDistortionDestructionNormalandhighertemperatureLowtemperatureInsufficientcohesionInsufficientshearresistanceInsufficienttensilestrengthCoulombTheory方法:三轴剪切试验τ—抗剪强度C—粘聚力σ—剪切法向压应力φ—内摩擦角结论：沥青混合料抗剪强度τ取决于粘聚力C和内摩擦阻角φ强度理论Back沥青性质对粘结力的影响：沥青粘结性↑（粘度↑）→粘聚力C↑→抗剪强度τ↑沥青与矿料相互作用矿粉对涂敷于周围的沥青分子有吸附作用→靠近界面处粘度↑→扩散溶剂化膜(10um)(图9.2.2)膜内—结构沥青：粘度高→C大膜外—自由沥青：粘度小→C小影响φ和C的因素图11.2.2沥青和矿粉相互作用的结构示意图矿料比面及沥青用量的影响矿料比面（单位质量矿料的表面积）影响:沥青用量一定，矿料比面↑→结构沥青多→C↑沥青用量的影响：当沥青和矿料一定时，沥青用量（q）=沥青/矿料（质量比）沥青用量(q)(%)Cφ图9.2.3沥青用量q-C及q-φ关系图矿料化学性质的影响矿料矿料化学性质不同碱性SiO2＜52%中性SiO2=52%-65%酸性SiO2＞65%矿料的化学性质变化，对沥青混合料的性质起重要的作用(表9.2.2)矿质混合料名称干燥抗压强度(KN)浸水后抗压强度（KN）浸水后强度降低（%）石灰石质205818938.01石英石质117691722.08表11.2.2矿料化学性质的影响原因分析：碱性石料与沥青酸酐产生化学吸附→形成的吸附溶剂化膜发育完善→C大→混合料强度高；酸性石料与沥青形成的吸附溶剂化膜发育不完善→C小→混合料强度低。矿料级配、粒径、表面性形状特征的影响级配：连续级配粘聚力C及内摩阻角φ均小

间断级配粘聚力C及内摩阻角φ均大粒径:粒径D↑→内摩阻角φ↑粒形及粗糙度:

近似正方形且粗糙有棱角→C及φ大→τ大结论:应选用粗大、均匀、粗糙集料其他：温度↑→C↓、变形速率↓→C↓对φ影响小高温稳定性低温抗裂性耐久性抗滑性施工和易性第九章Back§11.3沥青混合料的技术性质

定义：沥青混合料在高温条件下，承受多次重复荷载不产生过大的累积塑性变形的性质。经长期荷载作用不产生车辙、波浪等现象的性质。影响因素：

沥青粘度、沥青与石料相互作用特征、矿料性质。高温稳定性试验方法轮辙试验三轴试验法维姆稳定度法马歇尔试验低温抗裂性定义：温度较低时沥青混合料抵抗收缩变形，不产生开裂的性质。沥青路面裂纹原因：

①重复荷载→疲劳开裂

②低温脆化→变形能力↓→开裂

③低温收缩

④①+②

影响因素：沥青质量及用量，矿料级配等试验：纯拉试验:测圆柱形试件的应力、应变、抗拉强度和极限变形→求出劲度模量及温度收缩系数

→估计沥青混合料的断裂温度低温抗裂性Back耐久性定义:

沥青混合料抵抗长时间的大气因素的反复作用和行车荷载作用的能力。影响因素:沥青的化学性质矿料成分沥青混合料的组成结构沥青用量例如：沥青用量少0.5%→

Vv↑→

混合料的寿命降低一年。耐久性改善耐久性的措施:采用坚固矿料提高混合料的密实度选用细粒密级配沥青混合料增加沥青用量等试验：加速老化试验、马歇尔试验指标：耐久性可由下列指标来评价：

孔隙率饱和度（沥青填隙率）残留稳定度抗滑性影响因素：

矿料表面结构、级配、混合料组成及沥青用量。改善措施：

①选用耐磨石料，对磨耗率及冲击值有一定要求。注意，硬质石料往往属于酸性石料，需加抗剥离剂。

②控制沥青用量：沥青用量q↑→表面平滑↑→抗滑性↓Back施工和易性沥青混合料的施工和易性取决于:

矿料级配：适当级配不易产生离析现象沥青粘度及用量气温及施工条件Back道路石油沥青矿质材料第九章Back§11.4

沥青混合料的组成材料

道路石油沥青重交通道路石油沥青中、轻交通道路石油沥青沥青材料-道路石油沥青分类等级：AH-50、AH-70、AH-90、AH-110、AH-130(表9.4.1)应用:高速公路、一级公路路面、机场道面及重要的城市道路路面沥青材料-道路石油沥青重交通道路石油沥青表11.4.1重交通道路石油沥青技术标准

试验项目AH-130AH-110AH-90AH-70AH-50针入度(25℃,100g,5s)/0.1mm120-140100-12080-10060-8040-60延度(15℃,5cm/min)/cm10010010010080软化点(环球法)℃40-5041-5142-5244-5445-55闪点(COC)/℃230薄膜烘箱加热试验163℃,5h质量损失%≯1.31.21.00.80.6针入度比%≮4548505558延度25℃/cm≮7575755040

中、轻交通道路石油沥青等级：A-60(甲乙)、A-100(甲乙)、A-140、AH-180、AH-200(表9.4.1)应用:一般道路路面、车间地面等沥青材料-道路石油沥青表11.4.2中、轻交通道路石油沥青技术标准

试验项目AH-200AH-180AH-140AH-100甲AH-60甲针入度(25℃,100g,5s)/0.1mm201-3001610-200

121-160

91-120

51-80

延度(15℃,5cm/min)/cm-1001009070软化点(环球法)℃30-4535-4538-4842-5245-55闪点(COC)/℃180200230230230蒸发质量损失%≯1

蒸发后针入度比%≮5060606570溶解度，%≮

99

根据交通性质、气候条件、路面结构、混合料类型及施工条件等因素确定。(表9.4.3)

气候分区沥青标号寒冷的地区A—140、A—100、AH130、AH110、AH90温和地区A—60、A—100、AH90、AH70较热地区A—60、AH50、AH70表11.4.3不同气候沥青砼标号的选用表

选用Back矿质材料矿粉细骨料粗骨料矿质材料分类矿质材料应保证沥青混合料有足够的密实度和较高的内摩阻角碎石强度：按饱水抗压强度和磨耗度划分为四个等级(表9.4.４)形状：近似立方体、表面粗糙、针片状＜15%、含水量＜3%、含泥量＜1%与沥青粘结力：与沥青粘结力（水煮法）≮3级，否则掺抗剥离剂粗骨料矿质材料等级特点在沥青砼（碎石）中应用1级最坚强的岩石原有沥青路面防滑面层2级坚强的岩石面层3级中等强度岩石面层、下层或联结层4级较软的岩石—表11.4.4粗骨料的强度等级粗骨料细骨料:天然砂、石屑技术要求：坚硬、清洁、干燥、无风化、无杂质矿粉:碱性岩石（石灰石、白云石、大理石等）磨细制成的石粉、碱性矿渣、水泥、粉煤灰等技术要求：干燥、清洁、疏松、细、与沥青的粘结力好，亲水系数＜1.00Back矿质材料技术要求技术指标第九章Back§11.5沥青混合料的技术标准

沥青砼技术标准:GB50092-96和GBJ94-86要求采用马歇尔稳定度试验测试技术性能，并满足表9.5.1－表9.5.3的要求图11.5.1马歇尔试验仪技术要求表11.5.1

沥青砼混合料技术指标

交通性质大于5000辆/日沥青砼类型粗粒式中粒式细或砂砾式技术性质稳定度Sm（N）450050006000流值f（1/100cm）20~40空隙率Vv（%）Ⅰ型3~6Ⅱ型6~10残留稳定度Sm（O），（%）

Ⅰ型＞75Ⅱ型＞70表11.5.2

沥青砼混合料技术指标交通性质5000辆/日以下

沥青砼类型粗粒式中粒式细或砂砾式技术性质稳定度Sm（N）400045005000流值f（1/100cm）20～45空隙率Vv（%）Ⅰ型3～6Ⅱ型6～10残留稳定度Sm（O），（%）

Ⅰ型＞75Ⅱ型＞70Tab.11.5.3

沥青砼混合料技术指标交通性质人行道、自行车道或人行广场沥青砼类型技术性质稳定度Sm（N）3000流值f（1/100cm）20～50空隙率Vv（%）Ⅰ型2～5Ⅱ型－残留稳定度Sm（O），（%）

Ⅰ型＞75Ⅱ型－马歇尔稳定度试验设备：马歇尔试验机方法：称取一定的矿料和沥青，按规定条件加热拌合，夯实成型，制成D=101.6mm，h=63.5mm的圆柱体，在马歇尔试验机上进行测试稳定度及流值Back稳定度(Sm)：评价高温稳定性的指标。定义：60℃保温30min以上，以50±5mm/min的速度加荷，试件破坏时的最大荷载（N）即为稳定度。流值(fm)

：表示抵抗塑性变形的能力。测试Sm的同时测定试件流动变形，达到最大荷载瞬间的压缩变形值（1/100cm）。空隙率(Vv)：表示沥青混合料密实度的指标Vv↑→热稳定性及抗滑性↑,耐久性↓技术指标沥青混合料试件的实测密度：采用静水天平测量并由下式计算空隙小的试件空隙大的试件

沥青混合料试件的实测密度空隙率Vv的计算ρ0、ρw--试件实测密度及常温水的密度(g

/cm3)

m0--试件在空气中重(g)m1--试件在水中重(g)m2--封蜡后的试件在空气中的质量(g)m3--封蜡后的试件在水中的质量(g)γp--蜡的相对密度；ρw--常温水的密度(g/cm3)假定沥青混合料压至绝对密实，不考虑内部的空隙，试件的理论密度为：试件的理论密度空隙率Vv的计算q1q2……qn

－各种组成矿料的用量（%）；γ1γ2……γn

－各种组成矿料的相对密度；

qa－沥青用量（%）;γa－沥青的相对密度；ρw－常温水的密度（g

/cm3）ρ0---试件实测密度(g

/cm3

)ρt---试件理论密度(g

/cm3

)试件空隙率图9.5.1沥青混合料结构组成示意图空隙率Vv的计算技术指标定义：沥青体积占矿料空隙体积的百分率．公式：意义:VFA过小→沥青难以包裹矿料→耐久性↓VFA过高→空隙小→高温稳定性差试件的沥青饱和度（沥青填隙率VFA）定义：浸水48h和按常规处理的两种试件的马歇尔稳定度的比值。公式：Sm(0)---残留稳定度；Sm(w)，Sm---浸水48h和不浸水的稳定度。意义：评价耐水性，在一定程度上反映耐久性。残留稳定度Sm(0)Back技术指标任务和内容组成设计沥青最佳用量的确定Back§11.6

沥青混合料的配合比设计任务：

正确决定组成混合料各种骨料的合理比例，使混合料完全达到规范要求的技术指标。内容：

矿料组成设计；沥青最佳用量的确定任务和内容Back有两种方法进行组成设计：试算法和图解法试算法的基本原理

首先假设混合料中某种粒径的颗粒，是由对这一粒径占优势的一种集料组成，其他集料不含这一粒径。据此分别试探各种级料的大致比例，不合适再进行调整，逐步接近，最终达到符合要求的集料的配合比。矿质混合料组成设计

集料ABC比例（%）XYZ∑X+Y+Z=100

Ⅰ粒径量maimbimci∑mai+mbi+mci=MimaiX+mbiY+mciZ=Mi

试算法：步骤及方法将A、B、C三种集料配成M级配的矿料：(表9.6.1)Mi－混合料M在I粒级上的含量mai，mbi，mci－A、B、C在Ⅰ粒级上的含量

矿质混合料组成设计

表11.6.1试算法的方法步骤①求X：选取A料占优势的粒径Ⅰ(mm)，令mbi=mci=0则X=Mi/mai②求Z:选取C料占优势的粒径j(mm)，令mai=mbi=0则X=Mi/mci③求Y:Y=100-X-Z④核对：按maiX+mbiY+mciZ=Mi，逐级核对。不符合要求，应对X、Y、Z比例进行适当的调整，直到组成的集料满足混合矿料的级配要求。试算法步骤及方法图解法

适用于多种集料组成的矿料配合比设计。

基本原理:把设计要求矿料的集配，按所采用各种集料的粒径范围分成几个区段，然后令各种集料的含量（%）等于设计要求的集配中各相应区段的颗粒含量(%)。已知条件

①各种集料筛分析结果→各级料的通过百分率→级配曲线；②按技术规范要求的合成级配范围→合成级配的通过百分率中值。矿质混合料组成设计设计步骤①绘制坐标图：

绘制长方形图框，坐标纵坐标为通过百分率。对角线作为合成级配中值。横坐标为筛孔尺寸，横坐标确定方法：据合成级配中值要求的