第五章 沥青混凝土混合料要点

第五章普通沥青混合料

本章着重阐述了热拌沥青兴混合料的组成结构、强度形成原理、沥青混合料的体积特征参数、应具有的技术性质、影响因素及评价方法，重点介绍了热拌沥青混合料的马歇尔设计方法，包括组成材料的选择和配合比设计方法，同时对Superpave与GTM沥青混合料设计方法进行了简要介绍。通过学习，要求掌握沥青混合料的组成结构、强度形成原理、技术性质和技术要求，并能按马歇尔法设计沥青混合料的配合组成，同时对Superpave与GTM设计法有一定了解。

5.1 沥青混合料组成及结构

5.1.1沥青混合料的定义

⑴沥青混合料

⑵沥青混凝土混合料

⑶沥青碎石混合料

⑷沥青玛蹄脂碎石混合料

5.1.2沥青混合料的分类

⑴按结合料分类

石油沥青混合料煤沥青混合料

石油沥青混合料又包括粘稠石油沥青、乳化石油沥青及液体石油沥青混合料

⑵按矿料的级配类型划分

①连续级配沥青混合料

②间断级配沥青混合料

⑶按矿料级配组成及空隙率大小划分

①密级配沥青混合料设计空隙率为3％~6％

密级配沥青混凝土混合料(AC)

密级配沥青稳定碎石混合料(ATB)

沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)

② 半开级配沥青混合料 剩余空隙率在6％~12% 沥青碎石（AM ）

③ 开级配沥青混合料 设计空隙率为18％的混合料

排水式沥青磨耗层(OGFC) 排水式沥青基层(ATPB)

⑷按矿料公称最大粒径划分

① 特粗式沥青混合料 等于或大于31.5mm

② 粗粒式沥青混合料 公称最大粒径等于或大于26.5mm

③ 中粒式沥青混合料：集料公称最大粒径为16mm 或19mm 的沥青混合料。 ④ 细粒式沥青混合料：集料公称最大粒径为9.5mm 或13.2mm 的沥青混合料。

⑸按制造工艺划分

① 热拌热铺沥青混合料

② 冷拌沥青混合料

③再生沥青混合料

5.1.3沥青混合料的组成结构

⑴ 表面理论

⎧⎧⎪⎪⎨⎪⎨⎪⎩⎪⎪⎩

粗集料矿质骨架细集料沥青混合料填料结合料－－沥青

⑵ 胶浆理论

① 粗分散系。以粗集料为分散相，分散在沥青砂浆的介质中。

② 细分散系。以细集料为分散相，分散在沥青胶浆的介质中。

③ 微分散系。以矿粉填料为分散相，分散在高稠度的沥青介质中。

⎧⎪⎧⎪⎪⎪⎧⎪⎪⎨⎪⎪⎨⎨⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎩⎩

分散相－－粗集料分散相－－细集料分散相－－填料沥青混合料分散介质－－砂浆分散介质－－沥青胶结料分散介质－－沥青（微分散系）（细分散系）（粗分散系）

5.1.4沥青混合料的组成结构类型

图5-1 3种类型矿质混合料级配曲线

⑴悬浮一密实结构

特点是粘聚力较高，混合料的密实性与耐久性较好，但内摩阻力较小，高温稳定性较差。我国传统的AC型沥青混凝土是典型的悬浮一密实结构。

⑵骨架一空隙结构

特点：内摩擦角较高，高温稳定性较好，但粘聚力较低，耐久性差。沥青碎石混合料（AM）及排水式沥青磨耗层混合料（OGFC）是典型的骨架－空隙结构。

⑶密实－骨架结构

这种结构的沥青混合料不仅具有较高的密实度、粘聚力和内摩擦角，同时具有较好的高温稳定性，但施工和易性较差。SMA沥青玛蹄脂碎石混合料即属于密实－骨架结构。

5.2 沥青混合料强度及影响因素

5.2.1沥青混合料的强度形成原理

沥青混合料在常温和较高温度下，由于沥青的粘结力不足而产生变形

或由于抗剪切强度不足而破坏，一般采用库仑理论来分析其强度和稳定性。

tan C τσϕ=+

图5-3 沥青混合料三轴试验确定C 、ψ值的摩尔－库仑圆

5.2.2影响沥青混合料抗剪强度的因素

⑴ 沥青的性质对粘结力C 的影响

⑵ 矿质混合料级配、颗粒形状和表面特性对内摩阻角ϕ的影响

⑶ 矿料与沥青交互作用能力的影响

⑷ 矿料比面积与沥青用量的影响

⑸ 温度和变形速率的影响

5.3沥青混合料路用性能

5.3.1高温稳定性

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。这种特性是导致沥青路面产生车辙、波浪 及拥包等病害的主要原因。在交通量大、重车比例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。

⑴ 高温稳定性的评价方法及指标

① 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 Marshall ）提出的，迄今已经历了半个多世纪。马歇尔试验设备简单、操作方便，被世界上许多国家所采用，是目前我国评价沥青混合料的高温性能的主要试验

之一。

② 车辙试验

目前我国的车辙试验是采用标准方法成型的沥青混合料板块状试件，在规定的温度条件下，试验轮以42±1次/min 的频率，沿着试件表面同一轨迹上反复行走，测试试件表面在试验轮反复作用下所形成车辙深度，见图7-11。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，动稳定度由式（1-2）计算。

()21122142t t DS c c d d -=

- （1-2）

式中： DS ——沥青混合料动稳定度(次／mm)；

d 1，d 2—— 时间t 1和t 2的变形量(一般t 1＝45min 、t 2=60min)（mm ）；

42—— 每分钟行走次数(次／min)；

c 1，c 2—— 试验机与试样的修正系数。

⑵ 高温稳定性的主要影响因素

采用表面粗糙、多棱角、颗粒接近立方体的碎石集料

提高沥青的高温粘度

粗集料嵌锁骨架结构

沥青用量。

5.3.2低温抗裂性

低温收缩开裂主要有两种形式：材料低温收缩、低温收缩疲劳裂缝

⑴ 低温抗裂性的评价方法和评价指标

评价方法可以分为三类：预估沥青混合料的开裂温度；评价沥青混合料的低温变形能力或应力松驰能力；评价沥青混合料断裂能

① 预估沥青混合料的开裂温度

② 低温蠕变试验

蠕变变形曲线可分为三个阶段，第一阶段为蠕变迁移阶段，第二阶段为蠕变稳定阶段，第三阶段为蠕变破坏阶段。蠕变速率越大，沥青混合料在低温下的