第四章_沥青混合料技术性质.ppt

1、第四章 沥青混合料技术性质,铺设沥青混合料,路面压实,稀浆封层施工,沥青路面钻芯检测,沥青路面摩擦系数检测,沥青路面弯沉值,沥青混合料是矿质混合料与沥青结合料经拌制而成的混合料，其中矿料作为骨架，沥青与填料起胶结和填充作用。,沥青混合料特点,1、良好的力学性质和路用性能路面无接缝，行车舒适。 2、施工方便，开放交通快。 3、便于修理和再生利用。,1、沥青混合料的分类 （1）根据矿质混合料（矿料）的级配组成划分 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，可分为： 连续密级配沥青混凝土混合料 连续半开级配沥青混合料 开级配沥青混合料 间断级配沥青混合

2、料,第一节 沥青混合料概述,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。 代表：DAC和ATB类。 DAC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，可适用于任何面层结构；ATB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。,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，由适当比例的粗、细集料及较少填料（或不加填料）拌和而成。 代表：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。,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

3、填料较少；沥青结合料粘度要求较高。 代表：排水式沥青磨耗层混合料OGFC，排水式沥青稳定碎石基层ATPB。 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：沥青玛蹄脂SMA。,（2）按矿料的最大粒径划分 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DAC-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DAC-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。,按公称最大粒径的大小可分： （1）特粗式

4、D37.5mm （2）粗粒式 D=31.5/26.5mm 用于基层、下面层 （3）中粒式 D=19/16mm 面层或下面层 （4）细粒式 D=13.2/9.5mm 面层 （5）砂粒式 D4.75mm 磨耗层,（3）按拌合与铺筑温度划分 热拌热铺沥青混合料主要采用粘稠石油沥青作为结合料，与矿料在热态下拌合、摊铺、碾压成型。 常温沥青混合料采用乳化沥青、改性乳化沥青或液体沥青作为结合料，在常温下与矿料拌合后铺筑而成的。,热拌热铺沥青混合料,常温沥青混合料,（4）根据强度形成原理划分 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S

5、MA 按密实原则构成的沥青混合料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。,嵌挤原则混合料,密实原则混合料,沥青贯入式、沥青表处治和沥青碎石,一般沥青混合料DAC,一、沥青混合料组成结构的现代理论 （1）表面理论 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。 胶结作用是一个相当复杂的过程，包括物理吸附、化学吸附、选择性吸附等。,第二节 沥青混合料组成结构与强度理论,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

6、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。 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。 注：化学吸附比物理吸附作用更强烈，形成的沥青膜更稳定。,物理吸附、化学吸附和选择性吸附,（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，因以沥青胶

7、浆为基础，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。,沥青混合料中的多级分散体系,一级二相体,二级二相体,三级二相体,粗分散体系：粗集料沥青砂浆,细分散体系：细集料沥青胶浆,微分散体系：矿粉沥青结合料,分散相,分散介质,二、沥青混合料的组成结构 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，可分为 悬浮密实结构 骨架空隙结构 骨架密实结构,悬浮密实结构 特点：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

8、型：DAC型沥青混合料。 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。,骨架空隙结构 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。 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。,骨架密实结构 特点：采用间断级

9、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。 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，要防止混合料生产、运输和摊铺等施工过程中产生离析。,1、沥青混合料的结构强度构成 路面破坏原因： 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

10、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。 沥青路面必须具备一定的抗剪切破坏的能力。,二、沥青混合料的强度理论,沥青路面设计中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，即： c + tg 沥青混合料的抗剪强度取决于沥青混合料的内摩擦角和粘结力c。,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。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、

11、值。,2. 沥青混合料结构强度的影响因素 （1）沥青结合料的粘度 c 因为提高，沥青胶团相对运动变难，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，使结构强度提高。,反映沥青自身的内聚力,由图可知，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。,（2）矿质混合料性能的影响 级配：悬浮密实结构强度主要依赖于沥青与矿料的粘结力，矿料颗粒间的内摩擦力较小；骨架空隙结构以嵌锁力为主，沥青粘结力为辅；骨架密实结构以嵌锁力为主，但粘结力也很强，整体强度高，稳定性好。 表面性质：有棱角、粒径大、表面粗糙且均匀的矿料嵌锁力与内摩擦角大； 化学性质：采用碱性石料，混合料中矿料间粘结力大，

12、混合料强度高。,（3）沥青与矿料在界面上的交互作用,沥青与矿粉交互作用示意图,“自由沥青” “结构沥青”,（4）沥青混合料中矿料比表面积和沥青用量影响,a)沥青与矿粉交互作用 b)结构沥青粘结 c)自由沥青粘结 沥青膜层厚度 对粘结力影响,（5）沥青用量影响 （1）沥青较少时，不足敷裹集料颗粒表面，使沥青混合料整体强度较低。 （2）增加沥青用量，沥青逐渐敷裹矿料表面，结构沥青增加，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。 （3）当沥青用量进一步增加，形成了 “自由沥青”，将矿料“推开”。这部分沥青在矿料间不是起粘结作用而是起润滑作用，从而降低沥青混合料的内

13、摩擦角，使沥青混合料的整体强度下降。,沥青用量对沥青混合料抗剪强度的影响,（6）使用条件的影响 环境温度：温度升高，沥青粘度降低，混合料的粘结力下降；同时矿料间的约束减小，使得矿料间的内摩阻力降低，从而混合料整体强度都下降。 荷载作用：荷载作用体现在变形速率上，一般沥青混合料粘结力随变形速率增加而显著提高，而内摩阻力变化较小。因此变形速率增加，沥青混合料的粘结力增大，混合料整体强度提高。,沥青混合料的路用性能 高温稳定性 低温抗裂性 耐久性（水温度定性） 抗滑性 施工和易性,第三节 沥青混合料的技术性质,高温条件下或长时间承受荷载作用，混合料会产生显著的永久变形，从而使沥青路面产生车辙、波浪及

14、拥包等病害。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。,（一）高温稳定性,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；马歇尔稳定度、维姆稳定度和哈费氏稳定度；反复碾压模拟试验如车辙试验。 常用评价方法：马歇尔试验和车辙试验。 评定指标：马歇尔试验 稳定度、流值 车辙试验 动稳定度,沥青混合料搅拌机,数控电动标准击实仪,恒温水浴,马歇尔稳定度测定仪,马歇尔稳定度试验 马歇尔稳定度试验方法是由美国密西西比州公路局布鲁斯.马歇尔（Brue M

15、arshell）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坏荷载和抗变形能力，得到马歇尔稳定度、流值和马歇尔模数。,试件尺寸 （1）101.6mm63.5mm（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）152.4mm95.3mm(2.5mm，两侧高度差不大于2mm)。适用于公称

16、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。,试验条件： 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。,视频,车辙试验 首先是英国运输与道路研究试验所(TRRL)开发的，并经过了许多的改进与完善。 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。,微机恒温式沥青混合料车辙试验系统,车辙试验方法 试件尺寸：30030050mm3 试验温度：一般为

17、60 轮载频率：421次/min 沿着试件表面同一轨迹上反复行走，试验轮在试件表面反复作用下将形成一定的车辙深度。用动稳定度（产生1mm车辙变形所需要的行走次数）评价沥青混合料的抗车辙能力。,视频,式中： t1,t2试验时间，通常为45min和60min d1，d2试验时间t1和t2对应的表面变形量 42每分钟行走次数 c1，c2修正系数 高速公路，不宜小于800次/mm 一级公路、城市主干道，不宜小于600次/mm,动稳定度的计算,注： 对于高速公路、一级公路和城市快速路、主干路沥青路面的上面层和中面层的沥青混合料，在用马歇尔试验进行配合比设计时必须对沥青混合料的抗车辙能力进行检验，不满足要

18、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。,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。 a.矿料性质 嵌锁作用与集料的表面状态相关，集料表面越粗糙、多棱角、颗粒接近立方体，压实后嵌锁作用强，内摩擦角大，高温稳定性好。 b.沥青高温粘度 沥青的高温粘度越大，与集料的粘附性越好，沥青混合料的抗高温变形能力就越强。,c.沥青用量 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，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。 d.矿料级配 细粒式和中粒式

19、密级配沥青混合料，较少的沥青用量有利于提高抗车辙能力。在沥青混合料配合比设计时，应选择最佳沥青用量范围的下限。,提高措施 （1）提高粘聚力：采用高稠度沥青； 控制沥青最佳用量 采用碱性矿粉； 掺外掺剂 （2）提高内摩擦角： 增加粗集料用量 采用表面粗糙有棱角的集料等,（二）低温抗裂性,1、低温开裂形式 （1）面层低温缩裂温度骤降 由上至下发展 （2）温度疲劳裂缝温度循环 时间越长越长越明显 （3）反射裂缝 基层开裂引起 由下至上发展,2、低温抗裂性的评价方法和评价指标 评价方法： （1）预估混合料的开裂温度 （2）评价混合料的低温变形能力或应力松弛能力 （3）评价混合料的断裂能力,1.间接拉伸

20、试验（劈裂试验） 2.弯曲试验 3.断裂温度试验 4.弯曲蠕变试验 5.弯曲应力松弛试验 6.收缩试验 7.约束试件的温度应力试验 8、切口小梁弯曲试验 9.C*积分试验,（2）低温弯曲试验 是评价沥青混合料低温变形能力的常用方法之一。 在-100.5下，以50mm/min速率，对小梁试件 （3035250mm3）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。用破坏时跨中扰度来计算沥青混合料的 破坏弯拉应力 破坏弯拉应变 劲度模量,评价改性沥青混合料的低温抗裂性,预估沥青混合料的开裂温度 当混合料中的温度应力大于其抗拉强度，就会产生开裂。 试验方法： a.通过拉伸试验，建立抗

21、拉强度与温度的关系。 b. 根据混合料的劲度模量、温度收缩系数及降温幅度确定沥青面层的温度应力与温度的关系； c.根据温度应力与抗拉强度的关系估计低温缩裂温度Tp。 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。,(3)断裂温度试验,混合料抗拉强度、温度应力与温度的关系,应力,抗拉强度,温度应力,Tp,0,正温,负温,（4）弯曲蠕变试验 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(-10),对规定尺寸的沥青混合料小梁试件(3035250mm3)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。 蠕变变形曲线可

22、分为三个阶段：蠕变迁移阶段，蠕变稳定阶段，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。,t1,t2,d2，2,d1，1,稳定,时间,弯拉应变或跨中扰度,迁移,破坏,沥青混合料蠕变变形曲线,蠕变速率的计算 1、2：分别为蠕变稳定期的初时时间t1和终止时间t2对应的跨中梁底应变； 0:小梁试件跨中梁底的蠕变弯拉应力。 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、影响沥青混合料低温性能的主要因素, 沥青的性质 （2）沥青混合料的组成 （3）环境影响 （4）路面结构几何尺寸,（三）沥青混合料的耐久性 定义：指沥青混合料在使用中抵抗外界

23、各种因素（如阳光、空气、水、车辆荷载等）的长期作用，保持原有的性质的能力。主要包括抗老化性、水稳定性等。 一般采用马歇尔试验来评价，通过测定沥青混合料试件的空隙率、饱和度、残留稳定度等，来说明沥青混合料的耐久性是否合格。,1、沥青混合料的抗老化性 在沥青混合料使用过程中，受到氧、水、紫外线等作用，使沥青逐渐硬化，而使混合料变脆，导致沥青路面开裂。 沥青混合料的老化取决于沥青的老化，其影响因素： 沥青的老化程度 外界环境因素 压实空隙率等,2、沥青混合料的水稳定性 沥青混合料水稳性不足表现为：由于水或水气作用，促进了沥青从集料颗粒表面剥落，降低沥青混合料的粘结强度，使松散的颗粒被车轮带走，在路面

24、形成坑槽水损害 原因：压实空隙率较大、沥青路面排水系统不完善，车辆产生的动水压力对沥青产生剥离作用，加剧了沥青路面的“水损害”病害。,坑 槽,水损害破坏是沥青混凝土路面在水或冻融循环的条件下，由于车轮动态荷载的作用，进入路面空隙中的水不断产生动水压力或真空负压抽吸的反复循环作用，水分逐渐渗入沥青与集料的界面上，使沥青粘附性降低并逐渐丧失粘结力，沥青膜从集料表面脱落（剥离），沥青混合料出现掉粒、松散，继而形成沥青混凝土路面水损性坑槽。,2、沥青混合料的水稳性及评价方法 浸水马歇尔试验残留稳定度 冻融劈裂试验残留强度比 真空饱水马歇尔试验 浸水车辙试验 ECS试验,浸水马歇尔试验 原理： 在浸水条

25、件下由于集料与沥青的粘附性下降，最终表现为沥青混合料整体力学性能的损失。根据浸水前后混合料物理化学性能的降低程度来表征期水稳性。,冻融劈裂试验 较为广泛采用的试验，在冻融劈裂试验中，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-18条件下冷冻16h，再在水中60浸泡24h，最后进行劈裂强度测试。,冻融劈裂强度比 式中： TSR沥青混合料试件的冻融劈裂强度比，%； 1试件在常规条件下的劈裂强度，MPa; 2试件经一次冻融循环后在规定条件下的劈裂强度，MPa。 在冻融过程中，沥青混合料劈裂强度降低，TSR1,影响水稳性因素 沥青路面的水损坏通

26、常与沥青的剥落有关，而沥青的剥落与沥青和集料间的粘附性相关。 集料的组成碱性集料粘附性好，酸性较差。 空隙率水分的进入结构内部，在高速行车造成的动水压力下，集料表面的沥青会发生迁移甚至剥落。 沥青膜的厚度沥青膜薄，水分易穿透膜层导致沥青的剥落。 成型方法成型温度低，可能会压得过实，把集料压碎，或压实不够，空隙率增大。 在进行混合料配比设计中，应在满足高温稳定性前提下，尽量增加沥青膜厚度。,（四）抗滑性 抗滑性指抵抗车轮打滑的能力。对于交通安全至关重要。 评价方法： 1.表面构造深度铺砂法 2.摩擦系数摆式仪测定法,表面构造深度 路面抗滑性指标有路面摩擦系数和构造深度。摩擦系数和构造深度越大，说

27、明路面的抗滑性越好。 构造深度实验 将0.15-0.3mm的干砂25ml倒在试件表面，用粘有像胶片的推平板，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，计算出混合料的表面构造深度。,式中：TD沥青混合料的表面构造深度，mm V 砂的体积，25ml D 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。,构造深度计算,影响因素： a. 集料的性质 b.沥青混合料级配 c. 混合料空隙率 d.沥青的用量,（五）施工和易性 1、影响混合料施工和易性的主要因素 （1）组成材料 a.矿料

28、级配 b.沥青用量 级配：粗细集料的颗粒尺寸相差过大，中间尺寸颗粒缺乏，混合料易离析；细集料太少，沥青层不易均匀分布在粗颗粒表面。 沥青用量：沥青少时，混合料易产生疏松且不易压实；沥青用量过多，则使混合料结团，不易摊铺。,量 适 量 用 青 沥 理 合 配 级 料 矿,2.施工条件 施工温度 温度较高时，沥青的流动性大，在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。 注：温度过高会引起沥青老化，将严重影响沥青混合料的使用性能，应该选择合适的施工温度。,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。,热拌沥青混合

29、料在拌和或压实时沥青的粘度水平,第五章沥青混合料的组成设计,一、矿质混合料的组成设计 设计目的：根据目标配合比确定各种集料的合理比例 二、最佳沥青用量（OAC）的设计 设计目的：确定沥青用量,第一节组成材料的技术要求,一、沥青路面使用性能的气候分区 二、沥青混合料组成材料的技术要求,公路的分类 根据交通量及其使用功能、性质分为汽车专用公路和一般公路两类,包括五个等级：高速公路、一级公路、二级公路、三级公路和四级公路。 1.汽车专用公路：是供汽车高速、安全、顺畅运行的现代化公路，是连接重要政治、经济中心以及工矿区、港口和机场的交通纽带。分为三个等级：高速公路、一级公路、二级公路。,高速公路：一般

30、能适应按各种汽车包括摩托车折合成小客车的年平均昼夜交通量为 25000 辆以上高速公路为具有特别重要的政治、经济意义，专供汽车分道高速行驶并全部控制出入的公路。 一级汽车专用公路:一般能适应按各种汽车包括摩托车折合成小客车的年平均昼夜交通量为10000-25000辆，为连接重要政治、经济中心，通往重点工矿区、港口、机场，专供汽车分道行驶并部分控制出入的公路。二级汽车专用公路:一般能适应按各种汽车包括摩托车折合成中型载重汽车的年平均昼夜交通量为2000-7000辆，为连接政治、经济中心，通往重点工矿区、港口、机场等地专供汽车行驶的公路。,一般公路：是连接各个城市、工矿区、港口、机场以及县、乡等地

31、，保证车辆正常通行，保证交通运输正常运行的公路。分为三个等级：二级公路、三级公路、四级公路。二级公路:一般能适应按各种车辆折合成中型载重汽车的年平均昼夜交通量为2000-5000辆，为连接政治、经济中心或大矿区、港口、机场等地专供汽车行驶的公路。 三级公路:一般能适应按各种车辆折合成中型载重汽车的年平均昼夜交通量为2000辆以下，为沟通县以上城市的公路。 四级公路:一般能适应按各种车辆折合成中型载重汽车的年平均昼夜交通量为200辆以下，为沟通县、乡（镇）、村等的公路。,一、沥青路面使用性能气候分区 1、气候分区指标 一级指标 采用所在地最近30年内年最热月份平均最高气温的平均值，来反映沥青路面

32、在高温和重载条件下出现车辙等流动变形的气候因子。(划分为3个区) 二级指标 采用所在地最近30年内的极端最低气温，来反映沥青路面由于温度收缩产生的裂缝的气候因子。（划分为4个区） 三级指标 采用所在地最近30年内的年降雨量的平均值，作为反映沥青路面受水影响的气候因子。（划分为4个区）,2. 气候分区的确定,每个数字越小，表示气候对沥青路面影响越严重,表示方法： 每个气候分区用3个数字表示： 第一个数字代表高温分区 第二个数字代表低温分区 第三个数字代表雨量分区 （每个数字越小，表示气候对沥青路面影响越严重） 如：1-3-1气候分区：表示该地区为：夏炎热冬冷潮湿区，对沥青混合料的高温稳定性和水稳

33、定性要求较高。,二、沥青混合料组成材料的技术要求 1、沥青材料 不同型号的沥青材料，具有不同的技术指标，适用于不同等级，不同类型的路面。 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。 各个沥青等级的适用范围应该符合以下规定：,选择原则 根据当地沥青路面气候分区的温度水平选择沥青。 高温区应选粘度较大的粘稠沥青，其混合料具有较高的力学强度和稳定性， 低温区应选粘度较低的沥青，其混合料在低温时变形能力较好。 日温差大的地区应选用针入度指数大、感温性低的沥青。 重交通、高速公路，山区及丘陵区上坡段、服务区、停车场等行车慢速

34、的路段应选用稠度大的沥青。,粘度低的沥青在高温时，混合料会产生较大的高温变形,粘度高的沥青混合料的低温变形能力较差路面易开裂,基本要求 洁净、干燥、表面粗糙、形状接近立方体，且无风化、不含杂质，并具有足够的强度和耐磨耗性。 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%等 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，各项指标必须符合要求。,2.粗集料,沥青混合料用粗集料质量要求,（1）粗集料物理力学性质要求 选择原则 用于高速公路、一级公路、城市快速公路

35、、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 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。但在以骨架原则设计的沥青混合料中不得掺加其他粗集料。,（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、石英岩等酸性粗集料时，需作粘附性测试，必要时采取抗剥落措施。,工程中常用的抗剥落措施： （1）使用高粘度沥青。 （2）沥青中掺加抗剥落剂。 （3）用干燥的生石灰、消石灰粉或水泥作为填料，其用量为矿料总量的1%2%。 （4）将粗集料用石灰浆处理后使用。,粗集料与沥青粘

36、附性、磨光值的技术要求,（3）粗集料的粒径规格 粗集料的粒径规格应按照下表进行生产和使用。如某一粒级不符合规格，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。,表38 沥青面层用粗集料规格,3.细集料 （1）细集料的物理力学性能要求 应洁净、干燥、无风化、不含杂质，并有适当的级配范围。 在高速公路、一级公路、城市快速路、主干路沥青面层用与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，应进行抗剥离处理。同时所用石屑总量不宜超过天然砂或机制砂的用量。,沥青混合料用细集料质量要求,（2）细集料的粒径规格 天然砂 天然砂宜采用河砂或海砂，当使用山砂时应经过

37、清洗。经筛洗法后小于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%（其它道路）,沥青面层用天然砂规格,沥青面层用天然砂的规格,石屑 石屑是通过4.75mm部分，在石料加工破碎或撞击下的边角部分，强度一般较低，针片状含量较高。 不得使用泥土、细粉、细薄碎片颗粒含量高的石屑。 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（3-5%mm）和S16（0-3mm）两种规格使用，石屑含量不宜超过细集料总量的50%。,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

38、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。,沥青面层用机制砂或石屑规格,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。,沥青面层用矿粉质量要求,第二节沥青混合料的技术标准,第三节矿质混合料的组成设计,主要任务：确定组成混合料的各种集料的用量比例。,步骤： （1）确定混合料类型。 AC、SMA、OGFC、ATB、AM、ATPB （2）确定级配范围。 （3）矿质混合料配合比计算 a、原始数据测定 b、配合比计算 c、配合比的调整,配合比计算数解法与图解法,矿质混合料的设计方法主

39、要采用数解法和图解法。在应用设计方法时应具备以下两项条件： （1）各种集料的级配参数。 （2）按规范要求确定的矿质混合料的目标级配范围。,数解法-试算法和正规方程法（线性规划法） 原理：假定混合料中某种粒径的颗粒由一种对该粒径占优势的集料组成，而其他各种集料不含这种粒径。,1试算法设计步骤 (1)建立基本计算方程 设集料A、B、C 在筛孔 i 上的分计筛余分别为aA(i)、aB(i)、aC(i) ，欲配制的矿质混合料在筛孔 i 上的分计筛余为aM(i) 。设在混合料中含量分别是X 、Y、Z，则： X+Y+Z=100% aA(i)X+aB(i)Y+aC(i)Z=aM(i),设有A、B、C共三种集

40、料，欲配制成级配为M的矿质混合料，求A、B、C集料在混合料中的比例，即配合比。,（2）基本假设 假定混合料中某一级粒径的颗粒仅由集料A来提供，而其它两种集料B和C中不含有此粒径，即B、C相应的分计筛余为0。,（3）计算 根据上述假设，可得： aA(i) X=aM(i) 则 X=aA(i)/aM(i) 同理，C集料： aC(j)Z=aM(j) 即： Z=aM(j)/aC(j) 则B集料： Y=100-X-Z,（4）校核调整 按以上各集料的含量得到的合成级配不一定在所要求的级配范围，应调整验算，直到满足为止。如仍不能达到要求，可掺加单粒级集料或调换其它集料。,调整原则: 通常情况下，合成级配曲线宜

41、尽量接近设计级配中限，尤其应使0.075 mm、2.36 mm和4.75 mm筛孔的通过量尽量接近设计级配范围中限。 对高速公路、一级公路、城市快速路和主干路等交通量大、车辆载重大的道路，宜偏向级配范围的下（粗）限；对一般道路、中小交通量和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或有合理的间断级配，不得有过多的犬牙交错。当经过再三调整，仍有两个以上的筛孔超过级配范围时，必须对原材料进行调整或更换原材料重新设计。,例题：【5.1】 ,2图解法 设计步骤 （1）准备工作 对所使用的各集料进行筛分，并计算出各自的通过百分率。明确设计级配要求的级配范围，并计算出该要求级配范围的中

42、值。 （2）绘制框图 a、按比例（通常纵横边各为100mm和150mm）绘制一矩形框，从左下向右上引对角线OO作为合成级配的中值。 b、在纵坐标上标出通过百分率，根据合成级配要求的通过百分率中值，在纵坐标上找出该值的位置，然后从纵坐标引平行于横坐标的直线与对角线相交，再从交点处向下作垂线，垂线与横坐标的相交点即为各筛孔相应位置。,（3）确定各集料用量 用直线将各集料通过率对应的点连接起来，根据相邻两条曲线的关系，确定各集料相对比例。 1）重叠关系：如集料A的级配曲线下部与集料B的级配曲线上部搭接。 解：在两条级配曲线之间引一条垂线AA ，要求与A 、B的级配曲线截距相等，即a=a，过垂线AA与

43、对角线OO交点M作一水平线与纵坐标交于P点,LOP（以mm计）就是A的含量。,2）相接关系：相邻两条曲线首尾相接，如B的末端与C的首端正好相接。 解：从C的首端向B的末端引垂线BB，该过BB与OO交点N，作水平线与纵坐标交于点Q，则LPQ就是B的含量。,3）分离关系：相邻两条曲线分离，如C的级配曲线与D在水平方向彼此分离。 解：作一条垂线CC平分这段水平间距，使b=b 。过CC与OO交点R，作一水平线与纵坐标交于点S，则LQS是C的含量，LST即为D的含量。 实际上第一种关系为最常见。,图解法用图,4）合成级配的计算与校核 根据求得的各集料用量比例，计算出合成级配的结果有可能超出级配范围，这时

44、要调整各集料的用量，直到满足设计要求为止。如经数次仍不能达到要求，可掺加单粒级集料或调换其它集料。,矿质混合料配合组成计算例题（图解法）,试用图解法设计某高速公路用细沥青混凝土矿质混合料的配合比。【原始资料】(1) 现有碎石、石屑、砂和矿粉四种矿料，筛析试验得到各粒径通过百分率列于表6-11,表6-11 原有矿质集料级配表,(2) 设计级配范围按沥青路面施工及验收规范（GB 5009296）细粒式沥青混凝土混合料要求，其级配范围和中值列于表6-12。,表6-12 矿质混合料要求级配范围和中值表,【计算要求】(1) 根据p与(d/D)n关系，将规范的级配中值（表6-12）绘出各粒径在横坐标上的位

45、置。(2) 将各原有矿质材料筛析结果（如表6-11）在图上绘出级配曲线。按图解法求出各种材料在混合料中的用量。(3) 按图解法求得的各种材料用量计算合成级配，并校核合成级配是否符合技术规程的要求，如不符合应调整级配重新计算。,【计算步骤】,(1) 绘制级配曲线图（如图6-4），在纵坐标上按算术坐标绘出通过量百分率。 (2) 连对角线OO,表示规范要求的级配中值。在纵坐标上标出规范（GB 50092-96）规定的细粒式混合料（AC-13 I）各筛孔的要求通过百分率，作水平线与对角线OO相交，再从各交点作垂线交于横坐标上，确定各筛孔在横坐标上的位置。(3) 将碎石、石屑、砂和矿粉的级配曲线绘于图6

46、-4上。(4) 在碎石和石屑级配曲线相重叠部分作一垂直线AA，使垂线截取二级配曲线的纵坐标值相等（即a=a）。自垂线AA与对角线交点M引一水平线，与纵坐标交于P点，OP的长度X=31，即为碎石的用量。 同理，求出石屑的用量Y=30，砂的用量Z=31，则矿粉用量W=8。,图6-4 组成集料级配曲线和要求合成级配曲线图,(5) 根据图解法求得的各集料用量百分率，列表进行校核计算如表6-13。从表6-13可以看出，按碎石：石屑：砂：矿粉31：30：31：8计算结果，合成级配中筛孔0.3mm和0.6mm的通过量偏低，筛孔0.075mm的通过量偏高，且曲线呈锯齿状。(6) 由于图解法的各种材料用量比例是

47、根据部分筛孔确定的，所以不能控制所有筛孔。通常需要调整修正，才能达到满意的结果。通过试算现采用减少粗石屑的用量、增加砂的用量和减少矿粉用量的方法来调整配合比。经调整后的配合比为：碎石用量X=31；石屑用量Y=26；砂的用量Z=37；则矿粉用量W=6。按此配合比计算如表6-11中括号内数值。(7) 将表6-13计算得到合成级配通过百分率，绘于规范要求级配曲线中，如图6-5。从图中可以看出，合成级配曲线在规范要求的级配范围之内，并且接近中值，呈一光滑平顺的曲线。确定矿质混合料配合比为碎石：石屑：砂：矿粉31：26：37：6。,表6-13 矿质混合料组合计算表,图6-5 要求级配曲线和合成级配曲线,

48、矿质混合料配合组成计算例题（图解法）,现有细碎石、石屑、砂和矿粉四种矿料，其筛析试验得到各粒径通过百分率见下表1，其要求的级配范围中值结果见表2。试用图解法将其配成AC-10型的沥青混合料。,作 业,采用“试算法”和 “图解法”分别确定某矿质混合料的配合比（碎石、石屑和矿粉的筛分析试验结果以通过百分率列于下表第24列；设计级配范围要求值列于下表第5列）。,要求：计算出各材料在混合料中的用量比例；并校核合成级配是否符的要求，如不符合应调整。,第四节沥青混合料OAC的确定,步骤： 1.制备试样 2.物理指标测定 3.力学指标测定 4.结果分析 5.沥青混合料性能检验,1.试样制备 1）确定各种集料

49、用量 2）估计沥青用量 3）以不同沥青用量制备马歇尔试件,2.物理指标测定 1)密度:理论密度、毛体积密度 2）空隙率 3）沥青体积百分率 4）矿料间隙率 5）沥青饱和度,（1）沥青混合料的密度 沥青混合料的理论最大密度 定义：假设沥青混合料试件被完全密实，即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。 理论最大密度可以通过实测法或计算法确定，实测法有真空法和溶剂法。,式中： t压实沥青混合料试件的理论最大密度，g/cm3； Pi 、Pi各种集料的比例(各种集料总和为100)，% i各种集料的相对毛体积密度； Pa油石比，% Pb沥青含量，% a 、b沥青

50、的相对表观密度，g/cm3； w常温水的密度，g/cm3，约等于1。,（按油石比),（按沥青含量）,沥青与矿料的质量比,沥青混合料试件的毛体积密度 定义：单位毛体积（沥青混合料实体体积封闭孔隙开口孔隙）的干质量。 毛体积可选用表干法、蜡封法或体积法测定。,表干法 饱和面干状态下测得，适用于较密实且吸水很少的试件 式中：b试件的毛体积密度，g/cm3； ma干燥试件在空气中的质量，g； md试件的水中质量，g。 mw 饱和面干状态试件在空气中的质量，g； w 常温水的密度，g/cm3，约等于1。,蜡封法 此法忽略蜡吸入部分的体积，适用于吸水率大于2%的沥青混合料试件。 式中：f 试件的毛体积密度

51、，g/cm3； ma 干燥试件在空气中的质量，g； mp 蜡封试件在空气中的质量，g； mc 蜡封试件在水中的质量，g； f 蜡对水的相对密度，g/cm3，约等于1。 w 常温水的密度，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 定义：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）体积占试件总体积的百分率。 式中： VV沥青混合料试件空隙率，%； 沥青混合料的毛体积密度，g/cm3； t压实沥青混合料试件的理

52、论最大密度,测试方法对沥青混合料试件空隙率的影响 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。,不同测试条件下沥青混合料密度与空隙率计算结果,组成材料与压实条件对空隙率的影响 a.沥青用量的增加，空隙率减小。 b.粗集料含量越高，试件的空隙率越大。 c.压实温度增加，空隙率显著降低，,空隙率是沥青混合料最重要的体积特征参数，它的大小影响着沥青混合料的稳定性和耐久性，是沥青混合料配合比设计的主要指标之一。 空隙率对路面稳定性和耐久性的影响 a. 空隙率过低，因塑性流动而产生车辙。 b.空隙率过大，可能增加沥青的氧化速率和老化程度，并增加

53、水分进入导致沥青剥落。,（3）沥青混合料试件的沥青体积百分率 定义：压实沥青混合料试件中沥青实体的体积占试件总体积的百分比称为沥青体积百分率。 （油石比） （沥青含量） 式中： VA沥青混合料试件的沥青体积百分率，% w， Pa ， s ， Pb ， s 意义同前。,（4）沥青混合料试件的矿料间隙率 定义：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，等于试件空隙率与沥青体积百分率之和： VMAVAVV 式中：VMA沥青混合料试件的矿料间隙率，%； VA 沥青混合料试件的沥青体积百分率，% VV 沥青混合料试件的空隙率，%,（5）沥青混合料试件的沥青饱和度（沥青填隙率） 定

54、义：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。 VFAVA/VMA100 式中：VFA沥青混合料试件的沥青饱和度，%； VA沥青混合料试件的沥青体积百分率，% VMA沥青混合料试件的矿料间隙率，%,3.力学指标测定 1)马歇尔稳定度 2）流值 3）马歇尔模数,4.结果分析 以沥青用量为横坐标，以沥青混合料试件的密度、空隙率、沥青饱和度、马歇尔稳定度和流值指标为纵坐标，将试验结果绘制成关系曲线。,（1）确定最佳沥青用量的初始值OAC1 马歇尔稳定度和密度最大值相应的沥青用量a1和a2，以及与设计要求空隙率范围中值和饱和度中值范围对应的沥青用量a3、a4，最佳沥青用量

55、的初始值OAC1： OAC1（a1a2a3 a4 ）/4 如果在所选择的沥青用量范围未能涵盖沥青饱和度的要求范围： OAC1（a1a2a3）/3,OAC1（a1a2a3 a4 ）/4,（2）确定沥青最佳用量的初始值OAC2 根据各项性能对沥青用量的要求，求出均符合各项指标沥青用量范围OACmin OACmax，则沥青最佳用量初始值OAC2： OAC2（ OACminOACmax）/2,OACmax,OACmin,OAC2（ OACminOACmax）/2,（3）根据OAC1 和OAC2确定OAC 首先检查初始值OAC1，各项指标是否符合设计要求，同时检验VMA是否符合要求。当符合要求时，由OA

56、C1及OAC2共同决定最佳沥青用量OAC。否则应调整级配，直至各项指标均符合要求。,（4）综合确定最佳沥青用量OAC 考虑工程实践经验、道路等级、交通特性、气候条件等因素。一般取OAC1及OAC2的平均值为最佳沥青用量OAC。 对热区道路、高速公路、一级公路、城市快速路、主干路，预计有可能出现大车辙时，在中限值OAC2与下限值OACmin的范围内决定最佳沥青用量，但一般不宜小于OAC2-0.5%。 对寒区道路、旅游区道路，最佳沥青用量在中限值OAC2与上限值OACmax范围内决定，但一般不宜大于OAC2+0.3%。,5.沥青混合料性能检验 1）沥青混合料的高温稳定性指标 对于高速公路、一级公路

57、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规范中的要求。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。,2）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有关技术要求。,3）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

58、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有关的技术要求。 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%。,热拌沥青混合料配合比设计实例 例题某高速公路沥青路面上面层沥青混合料配合比设计 1、设计资料 该高速公路沥青路面结构为三层式结构，上面层结构设计厚度4cm。气候条件：7月份平均最高气温为32，年极端最低气温为-6.5，年降雨量为1500mm。 沥青材料：沥青密度1.025g/cm3，经检验各项技术性能均符合要求。 矿质材料：3档集料的级配组成见表3-21，集料采用石灰石轧制，抗压强度120Mpa，洛杉矶磨耗率12%，粘附性等级5级，表观密度2.70 g/cm3。 矿粉:采用石灰石磨细石粉，粒度范围符合技术要求，无团粒结块，表观密度2.68