道路工程材料第7版 课件3 沥青混合料

第3章沥青混合料ASPHALTmixture2025/2/23沥青混合料类型及强度机理沥青混合料技术性质和指标沥青混合料组成设计方法核心知识点沥青沥青混合料沥青混合料生产沥青路面施工沥青路面集料1沥青混合料组成及分类

2沥青混合料强度机理

3沥青混合料路用性能

4沥青混合料体积参数

5马歇尔配合比设计方法本章主要内容2025/2/231沥青混合料组成及分类沥青混合料组成沥青混合料级配沥青混合料类型及其性能1沥青混合料组成及分类1.1沥青混合料材料组成2025/2/23粗集料细集料沥青胶浆1沥青混合料组成及分类1.2沥青混合料分类（1）按照集料级配分类三种典型级配：A密级配，B开级配，C间断级配三种典型内部结构A密级配悬浮-密实结构B开级配骨架-孔隙结构C间断级配骨架-密实结构2025/2/23（1）悬浮密实结构（AC）1沥青混合料组成及分类1.2沥青混合料分类

连续级配，粗集料少、细集料多粗集料悬浮在沥青胶浆中，密实、耐久施工和易性好抗车辙能力相对逊色（2）骨架密实结构（SMA）

间断级配，粗集料、矿粉和沥青多粗集料形成骨架，丰富玛蹄脂填充孔隙密实、耐久、抗滑，抗车辙能力强施工难度较大（3）骨架孔隙结构（OGFC）

开级配，粗集料多粗集料形成骨架，残留~20空隙透水、抗滑、降噪施工难度大1沥青混合料组成及分类1.2沥青混合料分类骨架密实结构连续密级配AC(牛轧糖）OGFC(沙琪玛）SMA(沙琪玛+牛轧糖）骨架孔隙结构连续开级配骨架密实结构间断开级配1沥青混合料组成及分类1.2沥青混合料分类（2）按照集料最大公称粒径分类最大公称：指通过百分率为100%的最小标准筛筛孔尺寸最大公称粒径：是指全部通过或允许少量不通过的最小标准筛筛孔尺寸，通常比最大粒径小一个粒级铺装厚度：最大公称粒径的2.5~3.0倍1沥青混合料组成及分类1.2沥青混合料分类（3）按照拌和温度分类（1）热拌沥青混合料（HMA）（3）冷拌沥青混合料（CMA）

采用黏稠石油沥青沥青加热150+℃，石料加热180+℃沥青混合料性能良好能耗大，污染多（2）温拌沥青混合料（WMA）

采用黏稠石油沥青，特殊降粘工艺可降低拌和温度30+℃沥青混合料性能良好与热拌基本相同具有节能减排优点

采用乳化沥青、稀释石油沥青等常温下完成拌和沥青混合料性能低于热拌基本相同无需加热冷拌2沥青混合料强度理论沥青混合料强度形成机理沥青混合料强度影响因素集料和沥青对强度的贡献2沥青混合料强度理论2.1强度形成机理沥青混合料结构强度来源于集料嵌挤（摩阻角φ）和沥青粘结（黏结力C）采用摩尔-库伦定律表征沥青混合料强度形成，即2沥青混合料强度理论2.2强度影响因素（1）

沥青性质随着沥青黏度增加，C值逐渐变大黏度反映了沥青的内聚力粘度越大，C值越大，强度越高改性沥青黏度大，因此可提高沥青混合料强度2沥青混合料强度理论2.2强度影响因素（2）

沥青用量a)结构沥青连接b)自由沥青连接沥青用量对C和φ的影响随着沥青用量增加，φ值逐渐变小，而C值先增加再变小结构沥青：沥青与集料相互作用，形成一层“吸附溶化膜”自由沥青：未发生交互作用，保持初始的内聚力存在“最佳沥青用量”，使沥青混合料强度达到最大2沥青混合料强度理论2.2强度影响因素（3）

集料的影响级配类型内摩阻角φ黏接力C（MPa）茂名粗粒式450550.076茂名细粒式350450.197茂名砂粒式330190.227集料粒径越大，内摩阻角越大多棱角、表面粗糙、颗粒近似立方体，颗粒相互嵌紧，内摩阻角越大增加集料的比表面积，有利于增加结构沥青比例，提升黏结力3沥青混合料路用性能高低温性能水稳定性耐久性3沥青混合料路用性能3.1路用性能要求2025/2/23高温稳定性：抗车辙能力低温柔韧性：低温抗开裂长期耐久性：抗水损、耐疲劳、抗老化表面功能性：平整、抗滑、降噪、排水施工和易性：施工难度长期耐久安全舒适施工和易高温稳定低温抗裂路用性能3沥青混合料路用性能3.2高温稳定性强度或模量温度高低压密变形剪切推移1压密，孔隙率降低，形成V型车辙2剪切破坏，推移，形成W型车辙（1）

车辙产生过程3沥青混合料路用性能3.2高温稳定性（2）

测评方法马歇尔试验车辙试验三轴试验单轴贯入试验蠕变试验抗压强度加速加载试验马歇尔试验1939年，BniceMarshall在密西西比州公路局研发了马歇尔试验方法马歇尔稳定度MS：试件破坏时的最大荷载（kN）流值FL：达到最大荷载时，试件所产生的垂直流动变形值（0.1mm）3沥青混合料路用性能3.2高温稳定性（2）

测评方法-车辙试验车辙板试件模具（30x30x5cm）压实混合料成型车辙板试件车辙试验（60℃）42次/分往返，0.7MPa时间（min）变形量/mm4560d1d23沥青混合料路用性能3.2高温稳定性（2）

测评方法-车辙试验变形量随时间变化曲线（车辙曲线）DS--沥青混合料动稳定度(次/mm)d1，d2--时间t1和t2的变形量(mm)42--每分钟行走次数(次/mm)c1，c2--试验机或试样修正系数AsphaltPavementAnalysis（APA）INDOT/PurdueUniversityAPT同济大学大型加速加载设备3沥青混合料路用性能3.2高温稳定性（2）

测评方法单轴贯入试验高100mm、直径100mm的圆柱形试件试验温度60℃1mm/min的加载速率，压头直径28.5mm贯入强度：抗压强度试验高100mm、直径100mm的圆柱形试件试验温度60℃1mm/min的加载速率，压头直径100mm（无侧限）抗压强度：3沥青混合料路用性能3.3低温抗裂性低温时，沥青从粘弹态向玻璃态转变沥青混合料产生温度应力，反复作用产生低温开裂温度降低，拉伸强度先增加再降低两条线交点对应的温度-临界开裂温度低温弯曲试验（-10℃，50mm/min加载）极限应变3沥青混合料路用性能3.3耐久性（1）

耐久性的内涵车辆荷载作用下造成的沥青混合料疲劳破坏自然因素作用下造成的沥青混合料老化退化加载次数模量或性能50%Nf50水损坏氧化老化光老化高低温作用耦合作用自然因素车辆荷载3沥青混合料路用性能3.3耐久性（2）

水稳定评价方法浸水马歇尔试验浸水（60℃，48小时）后测试马歇尔稳定度与原样（未浸水）马歇尔稳定度的百分比作为评价指标冻融劈裂试验间接拉伸试验，竖向荷载产生水平拉应力真空饱水，冻（-18℃，16小时）后融（60℃，24小时）在25℃下测试劈裂强度，与原样劈裂强度的百分比作为评价指标4沥青混合料组成设计体积参数马歇尔设计原理和方法最佳油石比OCA确定方法4沥青混合料组成设计4.1组成设计的任务原材料选择集料级配设计最佳油石比设计混合料性能检验气候分区按照高温指标：最近30年最热月份平均最高气温的平均值，分为夏炎热、夏热、夏凉三个区。按照低温指标：最近30年极端最低气温，分为冬严寒、冬寒、冬冷、冬温四个区。按照雨量指标：最近30年年降雨量平均值，分为潮湿、湿润、半干、干旱四个区。交通等级按照交通量极重、特重交通、重交通、中等交通、轻交通按照公路等级：高速、一级、二级、三级、四级按照层位：面层（上/中/下面层）、基层主要设计任务设计需要考虑的因素组成设计与性能检验4沥青混合料组成设计4.2体积参数（1）密度沥青混合料体积=集料体积+沥青体积+空气体积表观密度（视密度）定义：单位表观体积的干质量表观体积：实体体积＋内部空隙毛体积密度定义：单位毛观体积的干质量表观体积：实体体积＋内部空隙＋能吸收水分的开口空隙沥青混合料表观相对密度毛体积相对密度理论最大相对密度A2.4672.3932.513B2.4842.4762.5783种密度的比较理论最大密度定义：假设混合料被完全压实，没有空隙的条件下沥青混合料最大密度。在这种情况下，沥青混合料全部为矿料和沥青组成，内部没有空隙4沥青混合料组成设计4.2体积参数（2）空隙率volumeofairvoids,VV定义：沥青混合料中矿料和沥青实体之外的空隙体积占试件总体积的百分比空隙体积：不包括矿料本身内部空隙和被沥青封闭的矿料表面空隙空隙率：根据毛体积相对密度和理论最大相对密度计算空隙率是混合料最关键的体积参数之一空隙率影响抗车辙性能和渗水性能密级配混合料设计孔隙率中值~4%4沥青混合料组成设计4.2体积参数（3）矿料间隙率Voidinthemineralaggregate,VMA定义：沥青混合料中矿料实体体积以外的空间占试件总体积的百分率VMA=VA（沥青体积百分率）+VV（空隙率）VMA过小，混合料容易被压密；增加粗集料可增大VMA，形成骨架结构（4）沥青饱和度Voidfilledwithasphalt,VFA定义：沥青混合料中沥青实体体积占矿料以外空间体积的百分率，也称沥青添隙率VFA=VA（沥青体积百分率）/VMA（矿料间隙率）VFA间接反映了混合料中沥青的丰度，应处于一个合理范围沥青体积空气体积WMAVVVA三大体积参数4沥青混合料组成设计4.3马歇尔配合比设计设计原理：体积参数控制，体积参数决定了路用性能设计方法：调整油石比，使全部体积参数处于合理范围性能指标TSR，DS体积参数VV，VFA，VMA马歇尔指标MS，FL三方面技术指标满足要求级配确定后，油石比决定了体积参数根据技术要求，即可确定最佳油石比不同油石比的马歇尔试件马歇尔试件模具马歇尔试件：双面击实成型（75次/面）圆柱体，直径101.6mm，高63.5mm1236544沥青混合料组成设计4.3马歇尔配合比设计目标配合比设计流程1

确定设计要求（级配、体积参数、性能参数等）2

原材料调查、筛选（集料、沥青等）3

级配设计（第一章矿质混合料组成设计相关知识）4

根据沥青黏温曲线和工程经验，确定拌和温度和初始油石比5成型不同油石比的马歇尔试件，测定体积参数和马歇尔参数6

绘制体积参数（性能）-油石比关系曲线，确定最佳油石比7

最佳油石比条件下沥青混合料性能检验，验证设计可靠性油石比（%）体积参数适宜范围最佳值设计中值设计上限设计下限油石比~性能关系曲线（1）确定OAC1最佳油石比确定方法取马歇尔稳定度最大值、密度最大值、孔隙率中值（或设计值）、沥青饱和度中值所对应的油石比，取4个油石比的平均值（2）确定AOC2各项技术指标（除VMA）均满足要求的公共范围，所对应的沥青中值（3）确定OAC一般取OAC1和OAC2的平均值，注意VMA要满足要求，可根据工程特点和以往经验进行优化调整OAC（4）性能检验进行路用性能测试，验证OAC的合理性5总结沥青混合料采用不同级配，可分为AC（连续密级配，悬浮密实结构，设计空隙率4%）、SMA（间断级配