1、6.2 沥青混合料的组成与性质,热拌沥青混合料 组成结构 技术性质 组成材料 设计方法 介绍其它沥青混合料,沥青及沥青路面发展概况,发展三个时期 启蒙时期：834年910年 第二个时期：约19201950年 第三个时期：50年代起,启蒙时期,远在公无前3800年到2500年间，人类就开始使用沥青，先后在埃及尼罗河、美索不达米亚的底格里斯河及幼发拉底河，巴基斯坦的印度河流域开发沥青矿藏。,公元前600年，巴比伦铺筑了第一条沥青路面，但这种技艺不久便失传了。一直到19世纪，人们才又用沥青筑路。,一直到19世纪，人们才又用沥青筑路。 1833年美国开始煤沥青碎石路面铺装 1854年巴黎首次用碾压法进
2、行沥青路面铺装 1870年前后伦敦、华盛顿、纽约等地采用沥青作路面铺装。,自从沥青材料用于道路工程之后，由于自原油蒸馏所得渣油感温性差，迫切需要加以处理，于是各种改性措施便应运而生。,约1866年硫化方法（硫磺与沥青共热处理），使沥青软化点升高，针入度降低。,1881年用化学氧化剂制取氧化沥青，成功地改善了沥青的性质。,1894年美国在沥青6000F时吹入空气，成功地制取了氧化沥青。,人们在筑路或其它作业时，常感到沥青需要加热，使用上很不方便，1910年在科诺大学广场上开始第一次使用稀释沥青。,在此以前可以算沥青材料在道路工程中使用的启蒙时期。,此时，利用沥青的铺路技术，还只限于在道路表面上涂
3、刷一层沥青，单层表面处治。,第二个时期,1911年美国首次提出按针入度分级指标,1916年德国马尔库逊提出最初的沥青组分分析法，研究沥青组分含量和路用性能关系。以后又经过他人修正和补充，形成目前组分分析法。各国均对沥青物理性能、化学结构及试验方法等进行了大量试验研究,但由于沥青组成和结构的复杂性，未取得重大突破。,约19201950年，沥青路面技术在欧美等许多国家迅速发展。,近几十年来，随着公路等级的不断提高，对沥青材料提出了更高的要求，促使研究工作进一步深入研究。除三大指标外，先后提出脆点、含蜡量、族组分分析、粘附性、回转薄膜烘箱老化等一系列常规指标。 还应有流变学的理论和方法研究了沥青的粘
4、弹性力学特性、蠕变、应力松弛、沥青性能对温度和时间的依赖关系，以及劲度和针入度指数等与流变学有 关的指标。,在路面结构类型方面，由于单层表面处治已不能满足交通要求，出现了用沥青混合料摊铺的沥青路面结构类型，并开始制订沥青混合料的评定方法和标准。沥青混合料的试验方法首先是1920年出现的哈伯费尔特法（5.08cm，高2.54cm），以后，随着交通量增长，车辆荷重增大，沥青路面结构层使用颗粒尺寸较大的碎石，对其进行修正，提出修正的哈伯费尔特法（15.2cm，高7.6cm）。,二战期间，美国工兵因为谋求机场铺筑工程快速化，由马歇尔工程兵团提出了马歇尔稳定度试验方法，提出了初期的马歇尔稳定度标准，该标
5、准确定出双轮胎压力0.7Mpa，要求稳定度在2270N以上，流值在20（1/100cm）以下，空隙率3%7%。还有维姆法和单轴压缩试验法也用于沥青混合料试验，亦提出了相应的标准。这些方法至今仍在应用，只是根据交通发展的要求对标准进行了适当修正。,近年来，乳化沥青的问世，得到人们关注，有取代稀沥青的趋势。,我国1935年在南京附近利用进口沥青修筑了沥青路面试验路段，1841年又在滇缅公路修筑双层沥青表面处治155Km，抗争胜利后在宁杭公路修筑了沥青贯入式及双层沥青表面处治等沥青路面。,50年代起第三个时期，研究沥青的沥青混合料的理论阶段。 （1）研究沥青材料的性质及其与矿料之间的相互作用机理，以
6、改善沥青性能，提高沥青混合料的强度与稳定性。 （2）在车辆重复作用下，低温时产生收缩与开裂，高温时产生永久变形和车辙（典型破坏现象），裂缝和车辙的形成规律及其预测与防治方法是当时研究的重要课题。 （3）以提高耐久性为目的沥青路面结构研究。目前大交通量的沥青路面，除采用沥青砼作面层外，有的国家主张采用密实的沥青面层，如德国的摊铺式沥青路面，美国的碾压式沥青路面和美国的沥青砂胶面层等，有的国家采用全厚式沥青路面，对延长度寿命和简化施工工艺都起到一定的作用。 （4）路面的平整度与粗糙度是面层结构中的一个重要课题，因为这是保证高速、安全行车的必要条件。 （5）大力开展沥青混合料的流变性能和动力性能试验
7、，建立沥青路面数学模型。,由于多次出现能源危机，沥表路面的再生和沥青材料的重复利用受到极大重视。许多国家对再生机理、再生沥青混合料的性能与设计方法，以及对旧路面的回收、加热、拌和、摊铺等施工方法和施工机械等都进行了大量研究。,6.2.1沥青混合料概述 1定义 沥青混凝土混合料沥青混凝土混合料和沥青碎石混合料的总称。,（1）沥青混凝土混合料（AC）：沥青与级配矿料按一定比例拌和而成的混合料。压实后称沥青混凝土。 （2）沥青碎石混合料（AM）：沥青与集料按一定比例拌和而成的混合料。压实后称沥青碎石。,2沥青混合料的分类 （1）按结合料分类： 石油沥青混合料 煤沥青混合料 （2）按施工温度分类： 热
8、拌热铺沥青混合料（热拌沥青混合料） 常温沥青混合料,（3）按矿质集料级配类型分类： 连续级配沥青混合料：沥青混合料中的矿料是按级配原则，从大到小各粒径都有，按比例相互搭配组成的混合料。 间断级配沥青混合料：连续级配沥青混合料矿料中缺少一个或两个档次粒径的沥青混合料。,（4）按混合料密实度分类 密级配沥青混凝土混合料 型沥青混凝土混合料，剩余空隙率3%6% 型沥青混凝土混合料，剩余空隙率4%10% 半开级配沥青混凝土混合料 剩余空隙率10%15% 开级配沥青混凝土混合料 剩余空隙率15%,（5）按最大粒径分类 粗粒式沥青混合料dmax26.5mm（圆孔筛30mm） 中粒式沥青混合料dmax16m
9、m或19mm（圆孔筛20、30mm） 细粒式沥青混合料dmax9.5mm或13.2mm（圆孔筛10、15mm） 砂粒式沥青混合料dmax4.75mm（圆孔筛5mm） （特粗粒式沥青混合料）dmax37.5mm（圆孔筛40mm）,6.2.2热拌热铺沥青混合料（HMA） 一、沥青混合料的组成结构和强度形成原理 沥青混合料由沥青、粗集料、细集料、矿粉以及外加剂所组成，为一种复合材料。,1沥青混合料的组成结构 “沥青混合料结构” 单一结构和相互联系结构的概念总和. 包括： 沥青结构 矿物骨架结构 沥青矿粉分散系统结构,（1）组成结构理论 a.表面理论：集料为矿质骨架，沥青分布其表面，而将它们胶结成为一
10、个具有强度的整体。,沥青混合料： 矿质骨架：由于骨架本身承受大部分的内力，因此骨架应由相当坚固的颗粒所组成，并且是密实的，沥青混合料的强度与内摩擦角大小有关，而内摩按角大上有关，而内摩角大小又取决于矿物颗粒的形状、大小及表面特性等。 结合料（沥青）：厚度减少，固体颗粒间作用力增大，系统粘稠密度增加，结构就变得坚固。,b.胶浆理论：多级空间网状结构的分散系。,沥青混合料 （粗分散系）,分散相-粗集,分散介质-砂浆（ 细分散系）,分散相-细集料,分散介质-沥青胶结料 （微分散系）,分散相-填料,分散介质-沥青,（2）组成结构类型 沥青混合料，按其强度构成原则不同可分为按嵌挤原则构成和按密实级配原则
11、构成的结构二大类。 按嵌挤原则构成 的沥青混合料强度，是以矿质颗粒之间嵌挤力和内摩阻力为主，沥青结合料的粘结作用为辅而构成的。沥青贯入式路面，沥青表面处理，沥青碎石路面均属此类结构。比较粗的，颗粒尺寸均匀的矿料构成骨架，沥青填充空隙，并将矿质集料粘结成一个整体。这类混合料的结构强度受自然因素（温度）的影响较小。,按密实级配原则构成 的沥青混合料的结构强度，以沥青与矿质料的粘结力为主，矿质颗粒间的嵌挤力和内摩擦力为辅而构在。沥青砼路面和沥青碎石混合料路面属于此。该类结构强度受温度的影响较大。 按密实级配原则构成的沥青混合料，有三种方式组成： a.悬浮密实结构 b.骨架空隙结构 c.骨架密实结构,
12、a.悬浮密实结构： 连续级配矿质混合料组成的密实混合料，由于材料从大到小连续存在，并且各有一定数量，实际上同一档较大颗粒都被较小一档颗粒挤开，大颗粒犹如以悬浮状态处于较小颗粒之中。按连续型密级配矿质混合料设计，密实度与强度较高。但受沥青材料的性质和物理状态影响较大，故稳定性较差。C大，较小。,b.骨架空隙结构 较粗石料彼此紧密相接，较细粒料的数量较少，不足以充分填充空隙，因此，混合料的空隙较大，石料能够充分形成骨架。在这种结构中，粗骨料之间内摩擦阻力起着重要作用，其强度受沥青的性质和物理状态的影响较小，因而稳定性较好。矿质集料为连续型开级配。 较高，C较低。,C、骨架密实结构 综合以上二种方式
13、组成的结构。混合料中有一定数量的粗骨料形成骨架，又根据粗料空隙的多少加入细料，形成较高的密实度。间断级配。C、 均较高。,2沥青混合料抗剪强度的材料参数 沥青混合料属于分散体系，由强度很高的粒料与粘结力较弱的沥青材料所构成的混合料。常温和高温时的破坏机理研究不够，倾向于用库伦的内摩擦理论分析。,（1）沥青混合料抗剪强度的材料参数 要求沥青高温时必须具备一定的抗剪强度和抵抗变形的能力。,a路面破裂面上可能产生的应力； R许用应力； 沥青混合料抗剪强度；k2系数, =c+tg 即 =f(c, ) 式中： c粘结力； 内摩擦角,(2)影响沥青混合料剪强度的因素 内因,a.沥青粘度的影响,b.沥青与矿
14、料化学性质的影响,lg,自由沥青,矿质（矿粉）,结构沥青（厚度为 的扩散溶剂化膜,lg,结构沥青联结,C较大,沥青与矿粉交互作用,lg,自由沥青联结,C较小,沥青与矿粉交互作用,不同性质矿粉表面形成不同组成结构的厚度的吸附溶剂化膜。在石灰石粉发育较好的吸附溶剂化膜，在石英石粉表面则发育较差。 （故用石灰石粉，结构沥青联结，c大）。,c.表面积的影响： 矿料比表面积大，沥青膜薄，结构沥青多，C大 故配料时须有适量矿粉，提高细度 0.075mm的粒径的量不宜太少，但0.005mm的含量也不宜过多（防止成团不宜施工）,d.沥青用量的影响,e.矿质集料的级配类型，粒度、表面性质的影响 外因,f.温度，,C,外因,g.形变速率（dr/dt）,外因,
