8建筑材料_沥青混凝土描述

抗滑性
随着车辆行驶速度的增加，路面的抗滑性显得尤 为重要，为了提高路面的抗滑性，必须增加路面 的粗糙度，因而对于面层集料应选用质地坚硬， 具有棱角的碎石。骨料的颗粒适当大些，沥青用 量少些，并对沥青中含蜡量进行严格控制，都可 以提高路面的抗滑性。
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
影响沥青混合料高温稳定 性的主要因素：
沥青的用量， 沥青的粘度， 矿料的级配， 矿料的尺寸、形状等。
• 热拌沥青混合料 • 冷拌沥青混合料 • 再生沥青混合料
沥青混合料按公称最大粒径分类
特粗式沥青混合料
等于或大于31.5mm的沥青混合料.
粗粒式沥青混合料
等于或大26.5mm 。
中粒式沥青混合料
为16mm或19mm。
最大粒径
细粒式沥青混合料
指通过百分率为100%的最小 筛孔尺寸
结构沥青
沥青与矿粉的用量比例
沥青用量：
不足——不足以形成结构沥青（包裹） 过多——矿料推开——自由沥青（降低） 最佳沥青用量——足以形成薄膜、并能充分粘附矿粉 颗粒表面，形成结构沥青，沥青胶浆才具有最佳粘结 力。 设计：提出推荐值——试验——图解 计算出最佳沥青用量。
矿料比表面的影响
8.3.2沥青混合料的强度理论
主要取决于粘聚力C、摩擦角φ
τ =f（c，φ ） τ =c+σ tanφ 破坏——主要高温时由于抗剪强度不足，塑性 变形过剩而产生推挤等现象，以及低温脆裂。 （破坏现象：波浪、拥包）
要求：破裂面上可能产生的应力 τ a 不大于 沥青混合料的允许剪 应力τ R。 即： τ a ≤ τ R （实测≤计算试验）
8.3.1沥青混合料组成结构
各材料的作用
矿质骨架—粗骨料、细骨料 结合料——沥青 填料——填充和提高沥青的粘结力
结构理论
表面理论——利用沥青胶结料的粘聚力（骨架）。 胶体理论——多级空间网络状结构的多级分散系。
（多级分散系：分散相、分散介质） • 粗分散系：分散在沥青砂浆的介质中。 • 细分散系：分散在沥青胶浆的介质中。 • 微分散系：分散在高稠度沥青的介质中。
耐久性
耐久性是指其在外界各种因素（如阳光、空气、水、车辆 荷载等）的长期作用下，仍能基本保持原有的性能。
主要影响因素
沥青与骨料的性质
沥青的用量 沥青混合料的压实度与空隙率等。
一般采用马歇尔试验来评价沥青混合料的耐久性。
测定沥青混合料试件的空隙率、饱和度、残留稳定度等 这些指标均应达到规范的要求，才能说明沥青混合料的耐久性合 格。
热拌沥青混合料类型
沥青混合料类 型 公称 最大 粒径 /mm
4.75
最大粒径尺 寸/mm
密级配
连续密级配 沥青混凝土 DAC DAC-5 沥青稳定碎石 ATB
半开级配
沥青碎石混合 料AM
开级配
排水式沥青磨 耗层OGFC 排水式沥青稳 定碎石ATPB
间断级配
沥青玛蹄脂碎 石混合料SMA
砂粒式
9.5
AM-5
8.4 沥青混合料的技术性质
高温稳定性 低温抗裂性 耐久性 抗滑性 施工和易性
影响因素：级配、沥青用量、矿粉过多不宜压 实。
高温稳定性
沥青混合料的高温稳定性 是指混合料在高温情况下， 承受外力不断作用，抵抗 永久变形的能力。 评定指标
马歇尔试验：稳定度，流值 车辙试验：动稳定度
沥青混合料组成结构类型
悬浮—密实结构
细集料多，依靠沥青粘结力； 特点：密实度好，耐久性好；强度低、 热稳定差
骨架—孔隙结构
粗骨料多，形成骨架；不密实。 特点： 强度高、热稳定性好、 耐久性不好
骨架—密实结构
级配为理想的最佳级配 特点：强度高、热稳定性好、耐久性好。 原因：具有较高的粘聚力和内摩阻角。 沥青玛蹄脂碎石混合料SMA是典型的骨架-密实结构。
沥青与矿料在界面上交互作用
结构沥青和自由沥青:
沥青与矿料的交互作用,在矿粉表面化学组分重新排布， 在矿粉表面形成一层厚度为δ o的吸附溶剂膜，在此膜 厚度以内的沥青称为“结构沥青”，在此膜厚度以外 的沥青称为“自由沥青”。
结构沥青膜较薄,粘度较高,与矿料之间有较强的 粘结力
结构沥青——粘结力较原沥青提高。自由沥青——粘 结力不变；这与沥青与矿粉的性质有关；并不是沥青 用量多粘结力高，强度高。 碱性岩石（石灰岩等）对石油沥青的吸附性强。加矿 粉——膜变薄.
沥青膜薄 —— 较薄形成结构沥青比例愈大，粘聚力大。 比表面积：矿料总表面积/单位质量集料
沥青用量对沥青混合料抗剪强度的影响
矿料级配类型及表面性质
①级配是影响之一：级配良好。 符合要求：密级配、开级配、间断级配。 ②粗度和形状： 颗粒有棱角，近正立方体，内摩阻角大。
温度变形速率
随着温度升高—粘聚力值减小，变形能力 增强。 随着温度降低—粘聚力值提高，变形能力 降低，强度增加，过低会使路面开裂。
低温抗裂性
要求沥青混合料具有一定的低温抗裂性
随着温度的降低，变形能力下降，路面由于低温而收 缩以及行车荷载的作用，在薄弱部位产生裂缝
低温裂缝由混合料的低温脆化、低温缩裂和温度 疲劳引起
低温脆化是指其在低温条件下，变形能力降低。一般 通过不同温度下小梁弯拉破坏试验来反映 低温缩裂通常是由于材料本身的抗拉强度不足而造成 的。采用能量法来评定。 温度疲劳，可以模拟温度循环进行疲劳破坏，但由于 其试验条件要求较高，故改用低频疲劳试验代替。
级配理论和级配曲线范围
富勒理论
当级配曲线为抛物线时为最大密度曲线。（n=0.5固定） P=100×（d/Dmax）n 建立坐标
• 横坐标：依次递减（对数） • 纵坐标：通过百分率
泰波理论
n=0.3～0.6时，具有较好的密实度。 n=0.45时密度最大（在沥青混合料中） n=0.25～0.45工作性较好(在水泥砼中) 通常使用矿质混合料的级配范围
• n=0.3～0.7之间，
• 横坐标：各粒径di按1/2递减 • 纵坐标：通过百分率
建立坐标
矿质混合料的设计方法
㈠ 数解法 某一种对该粒径占绝对优势的集料组成， 而其它各种粒径在此粒级上可乎略不计。 ㈡ 图解法 旧：两种或三种集料：矩形法、三角形法 多种矿料含集料：现采用：平衡面积法 → 修正平衡面积。
建筑材料
（水利水电工程） 主讲教师 詹炳根
课程进行到
第0章 第1章 第2章 第3章 第4章 第5章 第6章 第7章 第8章
绪论*** 建筑材料的基本性质* 气硬性胶凝材料 水泥** 混凝土** 砂浆 钢材** 沥青** 沥青混合料*
第8章 沥青混合料 主要内容
8.1 沥青混合料的定义与分类 8.2 沥青混合料的级配 8.3 沥青混合料的组成与结构 8.4 沥青混合料的技术性质 8.5 沥青混合料的配合比设计
DAC-25 3~6
ATB-25 ATB-30 ATB-40 3~6
6~12
>18
ATPB-25 ATPB30 ATPB40 >18
3~4
特粗式
37.5
设计空隙率（%）
8.2 矿质混合料组成设计
道路与桥梁使用的砂石材料——
多数以矿质混合料+各种结合料组成混合料使用。
应满足：
技术性质+最小空隙率+最大摩擦力
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， 物理吸附、化学吸附过程、选择性作用等。
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，化 学吸附比物理吸附产生的吸附作用更强烈，形成的沥 青膜更稳定； 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。
8.1 沥青混合料的定义与分类
定义：沥青混合料是经人工合理选择级配组成的矿质混合 料与适量沥青材料拌和而成的混合料的总称 分类 按胶结材料分类
• 石油沥青混合料 • 煤沥青混合料
按公称最大粒径分类 按矿质材料的级配类型分类
• 连续级配沥青混合料 • 间断级配沥青混合料
按矿料级配组成及空隙率大小分类 按沥青混合料制造工艺分类
集料的公称最大粒径 指累计筛余不超过10%的最大 标准筛筛孔尺寸 。通常公称 粒径比最大粒径小一粒级。
为9.5mm或13.2mm。
砂粒式沥青混合料
小于26.5mm
沥青混合料按矿料级配组成及空隙率大小分类
密级配沥青混合料
密实式沥青砼混合料AC 密实式沥青稳定碎石混合料ATB
半开级配沥青碎石混合料 开级配沥青混合料Hale Waihona Puke Baidu
密级配Dense gradation. It consists of a blended, well-graded mix of CA, FA, and mineral filler. In contrast to open gradation, dense gradation has few voids because FA and mineral filler fill the voids around the CA.
8.3.3影响沥青混合料抗剪强度的因素
沥青粘度 沥青与矿料在界面上交互作用 沥青与矿粉的用量比例 矿料级配类型及表面性质 温度变形速率
沥青粘度对沥青混合料抗剪强度的影响
沥青的品质：粘度影响 沥青混合料的粘聚力c随着沥青的粘度的提 高而增加;同时内摩阻角随着沥青的粘度的 提高而提高。 粘度大,沥青内部的胶团相互位移时，分散 介质抵抗剪切作用力大。
-
-
-
细粒式
9.5
13.2
DAC-10
AM-10
OGFC-10
-
SMA-10
13.2
16
DAC-13
AM-13
OGFC-13
-
SMA-13
中粒式
16
19
DAC-16
AM-16
OGFC16
-
SMA-16
19
26.5
DAC-20
AM-20
-
-
SMA-20
粗粒式
26.5 31.5
31.5 37.5 53.0
胶浆理论
混合料是一种多级空间网状结构的分散系
一级二相体 二级二相体 三级二相体 粗分散系：粗集料+沥青砂浆 细分散系：细集料+沥青胶浆
微分散系：沥青+矿粉
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。
胶浆理论主要研究矿粉的矿物组成、矿粉级配（尤其是<0.075mm的 成分）、沥青与矿粉间的交互作用，特别强调采用高稠度的沥青、 大的沥青用量和间断级配的矿质混合料
开级配Open gradation. It consists of aggregate particles ranging in size from coarse to fine. Open spaces or voids remain in the mix because there is insufficient FA or mineral filler to fill the voids left by CA.
内容包括：
级配理论和级配范围的确定（最大密度曲线图） 基本组成的设计方法（试算法、图解法）
级配理论和级配曲线范围
级配类型
连续级配：级配曲线平顺圆滑 间断级配：剔除1～几个分级。
级配理论
最大密度曲线理论
• 理想最大密实度曲线 • 计算连续级配
粒子干涉理论
• 前一级颗粒之间的空隙，应由次一级颗粒所填充 • 计算间断级配
修正平衡面积（目的：用量比例）
绘制级配曲线 坐标图 方形框图—— 纵：取——长 10㎝ （通过 百分率） 横：取——长 15㎝ （ 对 数 坐标，递减） 对角线——要 求级配中值。 （直线）
修正平衡面积
矿质混合料级配设计
8.3 沥青混合料的组成结构和强度形成原理
8.3.1沥青混合料组成结构 8.3.2沥青混合料的强度理论 8.3.3影响沥青混合料抗剪强度的因素