沥青混合料种类·分类·典型级配曲线

沥青路面的车辙现象
沥青路面车辙形成过程
沥青路面的车辙现象
沥青路面车辙形成过程
沥青路面的车辙现象
压密变形
剪切 流动
沥青路面车辙形成过程
车辙试验
动稳定度 DS
DS t2d 2t1d142c1c2
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
③ 预估断裂温度Tk
应力与温度的关系
蠕变试验
第一阶段－蠕变迁移阶段 第二阶段－蠕变稳定阶段 第三阶段－蠕变破坏阶段
蠕变速率（1/s/MPa）
sp
eed(2
1)/(t2 0
t1)
σ0—— 沥青混合料小梁试件下缘的蠕变弯拉应力（MPa）； t1和t2—— 分别为蠕变稳定期的初始时间和终止时间（s）； ε1和ε2——分别与时间t1和t2对应的跨中梁底应变。
➢沥青玛蹄脂碎石SMA混合料
——Stone Matrix Asphalt
SMA（Stone Matrix Asphalt）混合料
沥青混合料的分类
⑴ 按矿质混合料的级配组成分类
沥青稳定碎石混合料（简称沥青碎石） bituminous stabilization aggregate paving mixtures(英) asphalt-treated permeable base(美)
2) 矿质混合料的性质 级配：连续密级配——C大小 连续开级配——C小大 间断级配——C大大 颗粒粒径：最大粒径↑ —— ↑、C ↓见表
颗粒表面特征：多棱角、表面粗糙
→ 颗粒相互嵌紧 → 较大
影响沥青混合料粘结力C和内摩阻角的因素
三轴试验结果
沥青混合料级配类型 粗粒式沥青混凝土 细粒式沥青混凝土 砂粒式沥青混凝土
设计空隙率在6%~12%
沥青混合料的分类
⑴ 按矿质混合料的级配组成分类
③ 开级配混合料 open-graded bituminous paving mixtures(英) open graded asphalt mixtures (美)
➢开级配沥青碎石OGFC表面层
——（Open Graded Friction Course）
5.1.1.1 沥青混合料的组成结构
⑵ 骨架空隙结构 级配特点：连续开级配，粗集料较多，细集料
较少，不足以充分填充粗骨架空隙，空隙率较大 使用特点：温度稳定性好、耐久性较差
5.1.1.1 沥青混合料的组成结构
⑶ 骨架密实结构 级配特点：间断密级配，粗集料形成骨架，细集 料充分填充骨架空隙，形成密实、骨架嵌挤结构
受温度变化影响较少
⑵ 形变速率的影响：变形速率↑C值↑
值随变形速率变化较小
5.1.2 沥青混合料应具备的技术性质 及其评价方法
➢ 沥青路面的损坏类型及其破损机理 ➢ 沥青混合料应具备的基本技术性能 ➢ 评价方法与指标 ➢ 改善措施
沥青混合料应具备的技术性质
高温稳定性 低温抗裂性 耐久性（水、疲劳、老化） 表面功能（抗滑、降噪、排水） 施工和易性
⑵ 低温弯曲蠕变试验试验方法 蠕变速率
⑶ 受限试件的温度应力试验试验方法 转折温度 破裂温度
⑷ 低温弯曲试验 破坏应变
① 抗拉强度[σ] 直接抗拉强度 劈裂抗拉强度试验
② 温度应力σT
σT=∑△T×S(t)×γ(T）
低温拉伸劲度S(t） •直接抗伸试验 •弯曲蠕变试验试验 温度收缩系数γ(T)
• 低温收缩试验
高温稳定性
高温稳定性评价方法与评价指标
2）评价指标
马歇尔方法：稳定度（KN） 流值（0.1mm）
轮辙试验：动稳定度（次/mm）
马歇尔试验示意图
• 马歇尔稳定度MS：试件破坏时的最大荷载 • 流值FL ：达到最大荷载时，试件所产生的 垂直流动变形值（以0.1mm计）
马歇尔试验仪
马歇尔自动击实仪
连续密级配
连续开级配
间断级配
沥青混合料的典型组成结构
沥青混合料的分类与特性
三种结构类型混合料的级配组成
悬浮密实型
连续密级配
骨架空隙型
连续开级配
间断级配
骨架空隙型
5.1.1.1 沥青混合料的组成结构
⑴ 悬浮密实结构 级配特点：连续密级配，细集料多，粗集料较少，
悬浮于细集料中，不能形成嵌挤骨架，空隙率较小 使用特点：密实耐久、高温稳定性较差
APA（Asphalt Pavement Analysis）轮辙试验
轮辙 疲劳 浸水车辙
沥青路面加速加载试验仪APT
沥青路面早期车辙损坏成因分析
车辙诱因：交通量增大－重型车辆和高压轮胎 渠化交通
车辙危害：舒适性降低－路表变形，平整度下降 危害行车的安全－车槽中的积水会引起水飘 方向盘难以控制
车辙成因：沥青混合料是粘弹性材料 结构性车辙：路面结构本身的缺陷 压密性车辙：路面压实度过小 失稳性车辙：剪切变形
沥青混合料性能的评价方法与指标
5.1.2.1 高温稳定性
定义：高温条件下， 沥青混合料在荷载作 用下抵抗永久变形的 能力
强度或模量
温度
高温稳定性
高温稳定性评价方法与评价指标
1）评价方法
⑴ 马歇尔稳定度——稳定度与流值马歇尔试验 ⑵ 车辙试验——动稳定度车辙试验 ⑶ 简单性能试验
蠕变试验 重复荷载试验 剪切试验
内摩阻角
4555 354530 331930
粘结力C（MPa） 0.076 0.197 0.227
影响沥青混合料粘结力C和内摩阻角的因素
3) 沥青混合料中矿料比面和沥青用量的影响 ➢ 沥青与矿料的交互作用 ➢ 矿料的表面性质 ➢ 矿料比面积 ➢ 沥青用量
影响沥青混合料粘结力C和内摩阻角的因素
⑴ 沥青与矿料的交互作用
乳化沥青 液体沥青 泡沫沥青
③ 再生沥青混合料：现场再生、场拌再生
主要内容
➢ 沥青混合料的技术性质和技术要求 ➢ 沥青混合料的组成材料和配合比设计
5.1 热拌沥青混合料HMA （Hot Mix Asphalt）
5.1.1 沥青混合料的组成结构和强度形成原理 5.1.2 沥青混合料应具备的技术性质及其评价方法 5.1.3 沥青混合料组成材料的技术性质 5.1.4 热拌沥青混合料配合比设计方法
➢ 密级配沥青碎石(ATB) ➢ 开级配沥青碎石(OGFC表面层、ATPB基层) ➢ 半开级配沥青碎石(AM)
沥青混合料的分类
⑵ 按照集料的公称最大粒径分类定义
砂粒式：公称最大粒径＜4.75mm 细粒式：公称最大粒径＝9.5mm、13.2mm 中粒式：公称最大粒径＝16mm、19mm 粗粒式：公称最大粒径＝26.5mm 特粗式：公称最大粒径≥31.5mm
提高沥青路面抗车辙能力的对策
⑴ 材料设计的措施
沥青混合料高温强度的构成：τ＝C+σtg
➢提高沥青混合料的粘结力C
♣ 严格控制沥青用量 ♣ 选择高粘度沥青（使用改性沥青）
➢提高沥青混合料的内摩阻角：
♣ 选择纹理粗糙，多棱角的集料 ♣ 采用适当的矿料级配，增加粗骨料含量 ♣ 选择合适公称最大粒径
➢设计时考虑交通组成和环境温度的影响
沥青玛蹄 脂碎石 －
－
－
半开级配 沥青碎石
－
－
－
开级配排 水磨耗层
－
－
－
密级配沥 青碎石 ATB-40
ATB-30
ATB-25
开级配沥 公称最大 青碎石 粒径（mm）
ATPB-40
37.5
ATPB-30
31.5
ATPB-25
26.5
AC-20 SMA-20 AM-20
－
－
－
19
中粒式
AC-16 SMA-16 AM-16 OGFC-16
提高沥青路面抗车辙能力的对策
⑵ 提高施工质量与管理水平 ➢不恰当地强调平整度而忽视压实度 ➢为避免摊铺机停顿影响平整度，而不恰当地强调连
续摊铺，以致等待时间过长料温下降而导致严重压 实不足
5.1.2.2 低温性能的评价方法与指标
1) 评价方法
⑴ 预估断裂温度确定方法 抗拉强度[σ] ～温度应力计算值σT
⑵ 按公称最大粒径分类
➢特粗式、粗粒式、中粒式、细粒式、砂粒式
⑶ 按照制造工艺分类
➢热拌沥青混合料 ➢冷拌沥青混合料 ➢再生沥青混合料
矿质混合料的3种典型级配曲线
沥青混合料的分类 ⑴ 按矿质混合料的级配组成分类
① 密级配沥青混合料 dense-graded bituminous mixtures[英] dense-graded asphalt mixtures [美]
沥青路面的种类
⑴ 层铺法 ➢表面处治：喷洒沥青→洒布集料→压实
——厚度1.0~3.0cm
➢贯入式：粗集料→喷洒沥青→洒布填隙细集料→压实
——厚度4.0~8.0cm
⑵ 拌和法 ➢沥青混合料拌和→摊铺→压实
沥青混合料的分类
⑴ 按级配组成和曲线类型分类见图
➢连续级配：密级配、半开级配、开级配 ➢间断级配
筛孔尺 寸mm)
级配范 围(mm)
16.0 13.2 9.5 4.75 2.36 100 90~100 70~88 48~68 36~53
0.6 0.3 18~30 12~22
0.075 4~8
沥青混合料的分类
⑵ 按照集料的最大公称粒径分类
沥青混合 料类别 特粗式
粗粒式
密级配沥 青混凝土
— －
AC-25
➢密实式沥青混凝土混合料（以AC表示） ➢密实式沥青稳定碎石混合料（以ATB表示）
设计空隙率2~6%
沥青混合料的分类
⑴ 按矿质混合料的级配组成分类
② 半开级配沥青混合料 half(semi)-open-graded bituminous paving mixtures(英)
➢ 沥青碎石混合料（以AM表示）
结构沥青——粘度提高，粘结力C较强 自由沥青——在结构沥青之外的沥青膜
结构沥青连接
自由沥青连接
⑵ 矿料表面性质的影响
与碱性石料（如石灰石）有较好的粘附性 与酸性石料则粘附性较差
石灰石矿粉
石英石砂粉
影响沥青混合料粘结力C和内摩阻角的因素
⑶ 矿料比面积
比面（比表面积）——单位质量集料的总表面积A/G
➢ 粗集料（d<5mm）：比面为0.5~3 m2/kg ➢ 细集料（d<5mm）：比面为300~2000 m2/kg
比面积↑→沥青膜减薄→ 结构沥青↑→C值↑
⑷ 沥青用量——最佳值
沥青膜的完整性 沥青膜厚度
φ
C
影响沥青混合料粘结力C和内摩阻角的因素
4) 影响沥青混合料抗剪强度的外因
⑴ 温度的影响：温度↑C ↓
－
－
16
AC-13 SMA-13 AM-13 OGFC-13
－
－
13.2
细粒式
AC-10 SMA-10 AM-10 OGFC-10
－
－
9.5
砂粒式
AC-5
－
－
－
－
－
4.75
沥青混合料的分类
⑶ 按照沥青混合料的制造工艺分类
① 热拌热铺沥青混合料：粘稠沥青－热态施工 ② 冷拌沥青混合料： 液态沥青－常温施工
5.1.1 沥青混合料组成结构和强度形成原理
➢ 沥青混合料的组成结构 ➢ 沥青混合料的抗剪强度 ➢ 影响沥青混合料粘结力C和内摩阻角的因素
5.1.1.1 沥青混合料的组成结构
⑴ 悬浮密实结构 ⑵ 骨架空隙结构 ⑶ 骨架密实结构
5.1.1.1 沥青混合料的组成结构
a) 密实-悬浮结构； b) 骨架-空隙结构； c) 密实-骨架结构
➢排水式开级配沥青碎石ATPB基层
——（ Asphalt-Treated Permeable Base） 设计空隙率≥18％
排水式沥青路面
沥青混合料的分类
⑴ 按矿质混合料的级配组成分类
④ 间断级配沥青混合料 gap-graded bituminous paving mixtures(英) gap-graded asphalt mixtures(美)
5.1.1.2 沥青混合料的抗剪强度
τ= tg + C
τ ——抗剪强度（MPa）
——法向压应力（MPa） ——内摩阻角（º）
C——粘结力（MPa）
5.1.1.3 粘结力和内摩阻角的测试方法
⑴ 剪切试验 直剪试验（土力学） 恒高度剪切试验（Superpave方法） 恒高度扫描剪切试验（Superpave方法） ⑵ 三轴试验 压缩试验 蠕变试验 重复加载试验
沥青混合料的分类
集料最大粒径与公称最大粒径
最大粒径：通过率为100%的最小标准筛筛孔尺寸
公称最大粒径：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
例如：混合料在16mm筛孔的通过率为100%，筛余量为0%；
在13.2mm筛孔上的筛余量小于10%，则此集料的最大粒径 为16mm，公称最大粒径为13.2mm。
直剪试验
τ σ τ
C
φ σ
三轴试验
τ=C+ tg
1
3
3
1
5.1.1.4 影响粘结力C和内摩阻角的因素
1) 沥青的粘度 2) 矿质混合料的性质 3) 沥青混合料中矿料比面和沥青用量的影响
影响沥青混合料粘结力C和内摩阻角的因素
1) 沥青的粘度
η↓ P↑—— C↓
C
η
影响沥青混合料粘结力C和内摩阻角的因素