1、第5章 沥青混合料,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。,沥青玛蹄脂碎石混合料,4,其他路用沥青混合料简介,5,水工沥青混合料,6,沥青混合料的分类与组成结构,1,沥青混合料的路用性能,2,热拌沥青混合料,3,5.1 沥青混合料的分类与组成结构,沥青路面的分类和优缺
2、点,（1）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。 （2）沥青路面分类：主要有沥青表面处治、沥青贯入式、沥青碎石、沥青混凝土等路面结构形式。,地方道路,高速公路,城市道路,沥 青 路 面 分 类,沥青混凝土：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。,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
3、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。,（3）沥青路面的优缺点 主要优点： 优良的结构力学性能和表面功能特性； 表面抗滑性能好； 施工方便； 经济耐久性好； 便于再生利用； 其它。,主要缺点： 沥青易老化； 温度稳定性较差。,（3）沥青路面的优缺点 主要优点： 优良的结构力学性能和表面功能特性； 表面抗滑性能好； 施工方便； 经济耐久性好； 便于再生利用； 其它。,主要缺点： 沥青易老化； 温度敏感性较差。,沥青路面老化现象,在长期的大气因素作用下，因沥青塑性降低，脆性增强，粘聚力减小，导致路面表面产生松散，引起路面破坏。,（3）沥青路面的优缺点 主
4、要优点： 优良的结构力学性能和表面功能特性； 表面抗滑性能好； 施工方便； 经济耐久性好； 便于再生利用； 其它。,主要缺点： 沥青易老化； 温度敏感性较差。,夏季高温沥青易软化，路面易产生车辙、波浪；冬季低温时易脆裂，在车辆重复作用下易产生开裂。,波浪,车辙,泛油,温度稳定性差的表现：,5.1.1 沥青混合料的分类（1）根据矿质混合料的级配类型分类 （2）按矿料的最大粒径分类 （3）根据结合料的类型分类 （4）根据沥青混合料拌和与铺筑温度分类 （5）根据强度形成原理分类,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
5、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分类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： 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：DAC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。,连续半开级配沥青混合料 特点：空隙率较大，一般采用
6、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。 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。 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：沥青玛蹄脂碎石混合料SMA。,（2）按矿料的最大粒径分类 集料最大粒径：指筛分试验中，通过百分率为100的最小
7、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。,（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）根据沥青混合料拌和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
8、将沥青与矿料在热态下拌和、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和后铺筑而成的。,（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。,5.1.2 沥青混合料的组成结构沥青混合料主要有沥青、粗集料、细集料、矿粉填
9、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。,1. 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，有物理吸附、化学吸附过程、选择性作用等。,（2）胶浆理论近代胶浆理论认为混
10、合料是一种多级空间网状结构的分散 系，如下图所示。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。,2. 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，按照矿料级配组成特点将混合 料分为悬浮密实结构、骨架空隙结构、密实骨架结构三大类。,沥青混合料结构组成图,a)悬浮密实结构；b)骨架空隙结构；c)密实骨架结构,（1）悬浮密实结构 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
11、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。 力学特点：大颗粒未形成骨架，内摩阻力值较小；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，高温时沥青 粘度降低，往往导致混合料高温稳定性变差。,（2）骨架空隙结构 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：沥青碎石混合料AM和开级配
12、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。,（3）密实骨架结构 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“密实-骨架”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，内摩阻力值较大；小颗粒与沥 青胶浆含量充分，粘结力C值也较
13、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和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。,1. 沥青混合料结构强度构成,5.1.3 沥青混合料强度构成及影响因素,（1）路面破坏原因分析 （2）环境因素对沥青路面破坏产生的影响 （3）疲劳破坏总之，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：沥青混合料的抗剪强度，MPa；沥青混合料的粘
14、结力，MPa；沥青混合料的内摩阻角，；实验时的正应力，MPa。,（5-1）,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。,沥青混合料三轴试验摩尔-库仑包络线图,2沥青混合料结构强度的影响因素 （1）沥青粘度沥青粘度反映沥青自身的内聚力。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）沥青与矿料的化学性质结构沥青：吸附溶化膜，膜层较薄，粘度较高，粘结力大；自由沥青：能自由运动，保持着沥青的初始内聚力。,沥青与矿料交互作用示意图,（3）矿质混合料的物理性能矿料的岩石种类、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：连续密级配
15、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密实骨架结构中，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，矿料间嵌挤能力好，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。,（4）沥青用量和矿料的比表面积沥青混合料的粘结力既取决于结构沥青的比例，也取决于矿料颗粒之间的距离。,沥青用量的影响： 沥青用量较小， 强度较低； 沥青用量增加， 粘结力增加， 存在一个最大值； 沥青过量， 粘结力下降
16、。 沥青用量增， 内摩阻角降。,沥青用量对沥青混凝土 和 的影响,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。,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,（5）其他外部因素主要的外因：环境温度和荷载作用温度升高，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，
17、那么变形速率增加，沥青混合料的粘结力也增大，整体强度则增高。,5.2 沥青混合料的路用性能,（3）沥青路面的优缺点 主要优点： 优良的结构力学性能和表面功能特性； 表面抗滑性能好； 施工方便； 经济耐久性好； 便于再生利用； 其它。,主要缺点： 沥青易老化； 温度敏感性较差。,沥青混合料的路用性能,3. 耐久性,马歇尔试验稳定度，KN，流值（0.1mm）,车辙试验动稳定度（次mm）,1. 高温稳定性,2. 低温抗裂性,预估沥青混合料的开裂温度 低温蠕变试验 低温弯曲试验,水稳性,耐老化性,耐疲劳性,浸水马歇尔试验残留稳定度（%）,冻融劈裂试验残留强度比（%）,4. 抗滑性,5. 施工和易性,5
18、.2.1 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。,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。,（1）马歇尔稳定度试验 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。 稳定度MS是指试件受压至 破坏时承受的最大荷载，kN； 流值FL是达到最
19、大破坏荷载时 试件的垂直变形，0.1mm； 马歇尔模数 KN/mm。,马歇尔试验仪,马歇尔试验曲线,（2）车辙试验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。我国标准（GB50092-96）中规定，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。,车辙试验方法：采用标准方法成型沥青混合料板状试件(30030050mm)在规定的温度条
20、件下（一般为60），试验轮以421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。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。,DS沥青混合料的动稳定度，次/mm;,试验时间，通常为45min和60min;,-与实验时间对应的试件表面的变形量，mm;,42每分钟行走次数，次/min;,试样机或试样修正系数。,（5-2）,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。 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
21、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。 矿料的级配，粗集料嵌锁骨架结构的SMA,OGFC混合料有较高的抗车 辙能力，合理的密级配混合料也有较高的高温稳定性。 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。,5.2.2 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。,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
22、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； 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。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。,根据温度应力与抗拉 强度的关系预估沥青面层出现低温缩裂的温度Tp， Tp越低，沥青混合料的 开裂温度越低，低温抗裂 性越好。,（2）低温弯曲试验低温弯曲试验也是评价沥青混合料低温变形能力的常用 方法之一。在
23、试验温度-100.5 下， 以50mm/min速率，对小梁试件 （3035250mm）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。,可得沥青混合料低温抗弯拉强度、最大弯拉应变及弯曲劲度模量。,d试件破坏时的跨中扰度，mm;,L试件的跨径，mm。,沥青混合料在低温下破坏弯拉应变越大，劲度模量越小， 低温柔韧性越好，抗裂性越好。,（5-5）,h跨中断面试件的高度，mm;,（5-4）,（5-6）,（3）弯曲蠕变试验弯曲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（JTJ052-2000）在规定温度下（如0），对规定尺寸的沥青 混合料小梁试件（3035250mm梁
24、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。,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。,沥青混合料的低温蠕变速率，1/sMPa,沥青混合料小梁试件跨中梁底的蠕变拉应力，MPa,分别为蠕变稳定器的初始实践和终止时间，s;,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。,（5-7）,分别与时间 对应的跨中梁底应变。,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
25、）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。,（4）低温劈裂试验低温劈裂试验是间接评价沥青混合料低温抗裂性 的一种方法。通过测定沥青混合料的劈裂抗拉强度、泊松比、 破坏拉伸应变及破坏时的劲度模量评价其低温抗裂 性能。,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。,沥青低温劲度与针入度指数的关系,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
26、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。沥青特性、集料类型、沥青含量、空隙率、温度及降温 速度等。,5.2.3 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 因素及行车荷载反复作用的能力，它包括沥青混合料 的耐老化性、水稳定性、抗疲劳性等综合性质。,1. 沥青混合料的耐老化性 老化原因：同沥青的老化，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。 评价指标：沥青饱和度VFA、空隙率VV等。 解决措施：选择耐老化沥青，有足量的沥青含量。施
27、工过程 中，应控制拌和加热温度，并保证沥青路面的压实密度。,2. 沥青混合料的水稳定性 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。,（2）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、浸水车辙试验、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
28、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。,浸水残留稳定度,（5-8）,（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，然后置于-18条件下冷冻 16h，再在60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。,TSR沥青混合料试件的冻融劈裂强度比，%；RT1试件在常规条件下的劈裂强度，MPa;RT2试件经一次冻融循环后在规定条件下的劈裂强度，MPa。,（5-9）,（4）沥青混合料水稳定性的影响因素 沥青和集料的粘附性混合料压实空隙率大小及沥青膜厚度 成型方法级
29、配, 沥青和集料的粘附性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5-1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。,表5-1 不同矿物组成集料与沥青的粘附性等级,表5-2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组成的沥青混合料水稳定性最差，石灰岩集料组成的沥青混合料水稳定性最好。,表5-2 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,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
30、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。,5.2.4 沥青混合料的抗滑性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砾石集料。,TD沥青混合料的表面构造深度，mm； V 砂的体积，25ml；
31、D 摊平砂子的平均直径，mm,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。构造深度试验是将0.150.3mm的干砂25ml倒在试件表面，用粘有橡胶片的推光板，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圆的两个垂直方向的直径，取其平均值，由式（5-10）计算混合料的表面构造深度：,（5-10）,增加粗集料含量有助于提高沥青路面的宏观构造深度。,5.2.5 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 主要是矿料
32、级配和沥青用量。 2. 施工条件 3. 工地气温状况当地气温越高，施工和易性越好。,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 气候分区的一级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，划分为3个区。 气候分区的二级指标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，划分为4个区。 气候分区的三级指标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，划分为4个区。,5.2.6 沥青路面使用性能气候分区,2气候分区的确定沥青路面
33、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。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5-3 沥青路面使用性能气候分区,5.3 热拌沥青混合料,5.3.1 热拌沥青混合料类型,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和而成，用保温设备运输至施工现场，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。,表5.4 热拌沥青混合料类型,表5.5 沥青混合料类型的建议类型、最小压实度与公称最大粒径,5.3.2 组成材料及质量要求 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
34、用经验等，经技术论证后确定。 选择原则：温度高，荷载重，选标号低，粘度大的沥青；温度低，荷载轻，选标号高，粘度小的沥青；温差大，选针入度指数较大，感温性较低的沥青。,2. 粗集料 （1）粗集料的物理力学性质要求 选择原则： 粗料集料可采用碎石、破碎砾石、筛选砾石、矿渣等。 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。 应洁净、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。,表5.5 沥青混合料用粗集料质量要求,（2）与沥青的粘附性要求在高速公路、一级公路、城市快
35、速路和主干沥青路面中，需要使用坚硬的粗集料，当使用花岗岩、石英岩等酸性岩石轧制的粗集料时，若达不到表5.6对粗集料与沥青粘附性等级的要求，必须采取抗剥落措施。 （3） 粗集料的粒径规格粗集料的粒径规格应按照表5.7进行生产和使用。如某一档粗集料不符合表5.7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。,表5.6 粗集料磨光值及其与沥青粘附性的技术要求,高速公路、一级公路、城市快速公路、主干路沥青路面 表面层或磨耗层的粗集料的磨光值应符合表5.6。,表5-7 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 可以采用天然砂、机制砂或石屑。 应洁净、
36、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5.8。 与沥青有良好的粘结能力。,表5.8 沥青混合料用细集料质量要求,注：坚固性实验根据需要进行。,（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清洗。天然砂的规格应符合表5.9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%（其它等级道路）。,表5.9 沥青面层用天然砂规格,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。 石屑规格应符合表5.10的要求。对于高速公
37、路、一级公路、城市快速路、主干路，应将石屑加工成S14（35mm）和S16（03mm）两档使用，在细集料中石屑含量不宜超过总量的50%。,表5.10 沥青面层用机制砂或石屑规格,4矿粉矿粉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5.11的要求。,表5.11 沥青面层用矿粉质量要求,5纤维稳定剂沥青混合料中掺加的纤维稳定剂宜选用木质素纤维、矿物纤维等。纤维稳定剂的掺量比例以沥青混合料总质量的百分率计算。,表5.12 木质纤维素质量要求,5.3.3 密级配沥青混合料包括AC和ATB
38、。 1密级配沥青混凝土混合料技术标准密级配沥青混合料技术标准见表5-13表5-17。（1）马歇尔试验配合比设计技术标准（2）车辙试验动稳定度技术要求（3）水稳定性技术要求（4）低温弯曲试验技术要求,（3）沥青路面的优缺点 主要优点： 优良的结构力学性能和表面功能特性； 表面抗滑性能好； 施工方便； 经济耐久性好； 便于再生利用； 其它。,主要缺点： 沥青易老化； 温度敏感性较差。,目标配合比 设计阶段,生产配合比 设计阶段,生产配合比 验证阶段,矿料的 组成设计,最佳沥青 用量确定,图解法 或试算法,集料筛分 （水洗法）,马歇尔 试 验,确定工程 级配范围,预估计算 沥青用量,沥青与集料 相对
39、密度测定,配合比设计三个阶段,2、沥青混合料配合比设计,设计目的和任务：确定沥青混合料中组成材料品种、 矿质集料级配和沥青用量。本节主要介绍沥青混合料 的目标配合比设计过程。,沥青混合料配合比设计流程图,（1）确定沥青混合料类型和设计矿料级配范围,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。密级配沥青混合料的矿料级配范围见表5-18。也可以根据试验路研究成果选择其他类型的沥青混合料类型及相应的级配范围，经技术经济认证后确定。,（2）原材料选择及检测,根据沥青混合料路面的结构层次、交通性质、气候条件、 施工条件等选择并检测原材料。各矿质材料进行筛分试验。,矿料组成设计即是确定各组成矿料
40、的比例 ，使合成级配满足设计矿料级配范围要求。,（3）矿料组成设计,常用的设计方法有：数解法、图解法（修正平衡面积法）。,1）数解法,原理：将几种已知级配的集料i配制成满足目标级配要求的矿料M，混合料M在某一筛孔j上的颗粒由这几种集料提供。,试算法设计步骤 a. 建立基本计算方程设有A、B、C三种集料在某一筛孔上的分计筛余百分率分别为 ，配制矿质混合料M，混合料M在相应筛孔上的分计筛余百分率为 。设A、B、C三种集料在混合料中的比例分别是X、Y、Z，则有：,b. 基本假设假定混合料中某一粒径的颗粒由一种集料来提供，而在其它集料中不含这一粒径的颗粒。所选择粒径应在该集料中占有较大的优势。例如：设
41、在j粒级上只有A集料在此粒级上存在分计筛余，B、C分计筛余为0，从而简化计算过程。,c. 计算根据上述假设,同理，C在j粒级上占有较大优势，A、B在j粒级上的分计筛余百分率为0。,则,A集料在混合料中比例,C集料在混合料中比例,最后得到B集料在混合料中的比例：,d. 校核调整对以上计算得到的各集料的比例即配合比进行验算，如得到的合成级配不在所要求的级配范围，应调整初步配合比重新验算，直到满足级配要求为止。如经数次调整仍不能达到要求，可掺加单粒级集料或调换其它集料。,规划求解法设计步骤规划求解采用Microsoft Office软件Excel电子表格中的规划求解分析工具进行，通过设置规划求解中的
42、约束条件，较为准确地计算出各种集料的用量。,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量百分率。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值。 绘制框图按比例（通常纵横边各为100mm和150mm）绘制一矩形框图，从左下向右上引对角线OO作为合成级配中值。纵通过百分率，横筛孔位置。,2）图解法设计步骤修正平衡面积法,设计级配范围中值曲线,确定各集料用量将各集料的级配曲线绘制于图上，然后根据框图中两条相邻级配曲线之间的关系确定各种集料的用量。,图解法用图,任意两种相邻集料级配曲线之间的关系有：1）重叠关系 相邻两条曲线相互重叠，在上图中集料A的级配曲线下部与集料B的级配曲线
43、上部搭接。2）相接关系 相邻两条曲线首尾相接，在上图中集料B的末端与集料C的首端正好相接。3）相离关系 相邻两条曲线分离，在上图中集料C的级配曲线与集料D的级配曲线在水平方向彼此分离。,图解法用图,合成级配的计算与校核同试算法相同，根据图解过程求得的各集料用量比例，计算出合成级配的结果。当合成级配超出级配范围时，说明图解法得到的比例不很合适，所以要调整各集料的用量，直到满足设计级配的要求为止。如经数次调整仍不能达到要求，可掺加单粒级集料或调换其它集料。,矿质混合料的合成级配曲线要求： 必须符合设计级配范围的要求，不得有过多的犬牙交错。当经过反复调整仍有两个以上的筛孔超出设计级配范围时，必须对原
44、材料进行调整或更换原材料重新设计。 合成级配曲线宜尽量接近设计级配中值，尤其应使0.075mm、2.36mm、4.75mm等筛孔的通过量尽量接近设计级配范围的中限。对于交通量大、轴载重的道路，合成级配可以考虑偏向级配范围的下限，而对于中、轻交通量或人行道路等，合成级配宜于偏向级配范围上限。,（4）计算体积特征参数沥青混合料组成材料质量与体积的关系见下图，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。,质量,空隙,沥青,集料,体积,VV,VA,VMA,沥青混合料组成材料质量与体积关系示意图,计算矿料的合成毛体积相对密度,Xi 各种矿料在矿料混合料中的比例，且其和为100；i 各种矿料
45、相应的毛体积相对密度。,计算矿料的合成表观相对密度,Xi 各种矿料在矿料混合料中的比例，且其和为100；各种矿料相应的表观相对密度。,预估沥青混合料的适宜油石比 或沥青含量,已建类似工程沥青混合料的标准油石比，%；已建类似工程集料的合成毛体积相对密度。,确定矿料的有效相对密度,非改性沥青混合料,试验沥青用量条件下实测得到的最大相对密度。,沥青的相对密度(25/25)，,改性沥青混合料,C合成矿料的沥青吸收系数,制作马歇尔试件,以预估的油石比为中值，按一定间隔(对密级配沥青混合料通常为0.5%，对沥青碎石混合料可适当缩小间隔为0.3%0.4)，取5个或5个以上不同的油石比分别成型马歇尔试件。每一
46、组试件的试样数按现行试验规程的要求确定，对粒径较大的沥青混合料，宜增加试件数量。,确定沥青混合料的最大理论相对密度,所计算的沥青混合料的矿料含量,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（包括矿料内部孔隙）和沥青所占有，空隙率为零时的最大密度。,实测法或计算法确定,空隙率VV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。,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）；沥青混合料试件的理论最大相对密度，其值实测或计算。,计算沥青混
47、合料试件的VV、VMA、VFA,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）的干质量。可采用表干法、蜡封法或体积法测定。,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。,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。,由表干法确定的沥青混合料试件的毛体积相对密度，；沥青混合料干燥试件在空气中的质量，g；沥青混合料试件的水中质量，g。沥青混合料饱和面干状态试件在空气中的质量
48、，g。,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，适用于吸水率大于2%的沥青混合料试件。,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；p常温条件下蜡对水的相对密度，g/cm3，约等于1。,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。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。,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。,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。,
