沥青混合料

（2）沥青混合料的水稳定性及其评价方法
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。
评价方法
➢① 沥青与集料的粘附性试验
水煮法、静态水浸法、光电比色法及搅动水净吸附法
➢② 混合料的浸水试验
粗分散系：以粗集料为分散相分散在沥青砂浆中形 成。
细分散系：沥青砂浆是由细集料为分散相分散到沥 青胶浆 。
微分散系:沥青胶浆则以填料为分散相分散在沥青介
质中形成的微分散系。
在这种多级分散体系中，以沥青胶浆最为基础，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。
2、沥青混合料的组成结构 表面理论
（1）沥青混合料组成结构的现代理论 胶浆理论
（a）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。
（b）胶浆理论
近代胶浆理论认为混合料是一种多级空间网状结构 的分散系。
(2)沥青混合料组成结构类型
悬浮—密实结构 骨架—空隙结构 骨架—密实结构
（a）悬浮—密实结构
由连续级配形成， 粗集料较少
代表类型：按照连续密级配原理设计的AC型。
力学特点：大颗粒未形成骨架，内摩阻力ф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：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，由于沥 青粘度降低，往往导致混合料高温稳定性变差。
一、沥青混合料的类型及组成结构 1、沥青混合料分类
（1）根据矿质混合料的级配组成分类 ①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。 主要代表混合料：AC和ATB类。
②连续半开级配沥青混合料 特点：空隙率较大，一般采用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。
ATPB-30
ATPB-25 － － － －
－
－ AM-20 AM-16 AM-13 AM-10
31.5 37.5
26.5 31.5 19.0 26.5 16.0 19.0 13.2 16.0 9.5 13.2
砂粒式 AC—5
－
－
－
设计孔
3~2
3~6
3~4
>18
隙率
－
4.75 9.5
>18
6~12
－－
（b）骨架—空隙结构
属于连续开级配， 粗集料多，细集料少。
代表类型：沥青碎石AM和OGFC等。
力学特点：大颗粒形成骨架，内摩阻力ф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。
温度和荷载条件对沥青混合料抗剪强度影响
温度升高：C 降低，变化幅度小 变形速率增加：C显著提高，变化相对较小
课后小结：
热拌沥青混合料的强度有很多方面，目前重点研究 其在高温时的抗剪强度。混合料中结构沥青的比例是 影响强度的最重要的因素，通过控制沥青用量及矿粉 用量等手段来实现。
三、沥青混合料的路用性能
第一节 沥青混合料的技术性质
授课目的：了解沥青混合料的类型、特点、组成结 构和强度理论及其路用性能。 重 点： 沥青混合料特点及结构沥青概念。
沥青混合料定义
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，在一定温度下经拌和而成的高等 级路面材料。
➢沥青混凝土混合料（Asphalt concrete mixture）：[粗集料+细集料+填料+沥青] 简称 AC。 ➢沥青碎石混合料（Asphalt macadan mixture）:[粗集料+细集料+填料(少）+沥青] 简 称AM。
③低温弯曲试验
沥青混合料在低温下破坏弯拉应变越大，低温柔韧性越好， 抗裂性越好。
（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。
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。
3、耐久性
定义：是指沥青混合料在使用过程中抵抗环境因 素及行车和在反复作用的能力，它包括沥青混合料 的抗老化性、抗疲劳性等综合性能。
（1） 沥青混合料的抗老化性
老化原因：受到空气中氧、水、紫外线等介质的作用。 影响因素：沥青的老化程度、外界环境因素和压 实空隙率等。
解决措施：选择耐老化沥青，有足量的沥青含量。 施工过程中，应控制拌和加热温度，并保证沥青路 面的压实密度。
DS
(t2 t1) 42 d2 d1
c1 c2
规定：高速公路，不宜小于800次/mm 一级公路、城市主干道，不宜小于600次/mm
HYCZ－5型自动车辙试验仪
AC 车 辙 试 验 板
（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
矿质集料颗粒间的嵌锁作用 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、颗粒接近立方体的碎石集料，
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。
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石集料。
（1）低温抗裂性的评价方法和评价指标
评价沥青混合料 低温抗裂性的方 法
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 应力松弛能力
评价沥青混合料断裂能
①预估沥青混合料的开裂温度 沥青混合料的开裂温度越低，低温抗裂性越好。
②低温蠕变试验 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
二、沥青混合料的结构强度及其影响因素 1．沥青混合料结构强度构成
要求沥青混合料在高温时，必须具备一定的抗剪
强度和抵抗变形的能力，一般采用库伦理论。
c tan
2.影响沥青混合料抗剪强度的因素
沥青粘度的影响 矿料级配类型及表面状态的影响 沥青与矿料之间的吸附作用 沥青用量 矿料比面的影响 温度和加荷速度
③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。 ④间断级配沥青混合料
特点：采用间断级配，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SMA。
（2）按矿料公称最大粒径可分为以下几种 1）特粗式 D>31.5mm 用于基层 2）粗粒式 D >= 26.5mm 用于基层、下面层 3）中粒式 D >= 16mm 面层或下面层 4）细粒式 D >= 9.5mm 面层 5）砂粒式 D<9.5mm 磨耗层
（c）骨架—密实结构（SMA） 间断级配,粗.细集料含
量较高，中间料较少
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ф 值较大；小颗粒与沥青胶浆含量充分，粘结力C值也 较大，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合过 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。
高温稳定性 低温抗裂性 耐久性 抗滑性 施工和易性
1、高温稳定性
定义：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。
提出高温稳定性的意义：高温条件下或长时间承受荷载作用混 合料会产生显著的变形，其中不能恢复的部分成为永久变形， 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，重车比例高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。
第三章 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。
常用的方法有浸水马歇尔试验、浸水劈裂强度试验和浸水抗 压强度试验等。
➢③ 冻融劈裂试验
④ 沥青混合料水稳定性的影响因素 ➢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 。
➢混合料压实空隙率大小及沥青膜厚度
➢成型方法
成型温度较低，会使混合料水稳性下降。
➢级配
开级配压实空隙率较大，往往对水稳定性不利。
（4）矿料比面和沥青用量的影响
相同沥青用量条件下，与沥青产生交互作用的矿料 表面积愈大，则形成的沥青膜愈薄，在沥青中结构 沥青所占比例越大，则粘聚力也愈高。
比表面积（简称比面）：单位质量集料的总表面 积。
沥青用量过少：不足以包裹矿料表面 增加沥青，逐渐形成结构沥青
沥青用量过多：形成自由沥青
故存在着 最佳沥青用量这个概念。 （5）使用条件的影响
（3）根据沥青混合料拌和与铺筑温度分
类
热拌热铺沥青混合料
常温沥青混合料
（4）按胶凝材料种
类
石油沥青混合料
煤沥青混合料
混合料 类型
特粗式
表3-1 热拌沥青混合料种类
密级配
连续级配
沥青混凝 沥青稳定
土
碎石
－
ATB-40
间断级配
沥青玛蹄 脂碎石
－
开级配
间断级配
排水式沥青磨 排水式沥青
耗层
碎石基层
－
ATPB-40
半开级配 沥青碎石
公称最 最大 大粒径 粒径 （mm） （mm）
－
37.5 53.0
粗粒式 中粒式 细粒式
－
AC—25 AC—20 AC—16 AC—13 AC—10
ATB-30
－
－
ATB-25 － － － －
－ SMA-20 SMA-16 SMA-13 SMA-10
－ － OGFC—16 OGFC—13Fra Baidu bibliotekOGFC—10
（1）沥青粘度的影响
通常沥青的粘度越高，沥青混合料的抗剪强度越
高。C、 随着沥青粘度升高而升高。
（2）矿质混合料性能的影响
密级配：C大，小 间断级配：C大， 大 开级配：C小，大
矿料表面特性影响：矿料尺寸近似立方体，粗糙，多棱角，矿 料间嵌挤索结能力好，φ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。
（1）评价方法： 马歇尔稳定度试验
动稳定度试验(即抗车辙试验)
1）马歇尔试验 ①稳定度（MS)：指标准尺寸试件在规定温度下和加 荷速度下，在马歇尔试验仪中最大的破坏荷载 （KN）。 ②流值(FL)：达到最大破坏荷重时，试件的垂直变形，
以0.1mm计。 ③马歇尓模数
MS 10 T
FL
2)车辙试验
300mm×300mm×50mm的试件，在60℃的温 度条件下，以一定的荷重的轮子在同一轨迹上作一定 时间的反复行走，形成一定的车辙深度，然后计算试 件变形1mm所需车轮行驶次数，即为动稳定度。
（3）沥青与矿料在界面上的交互作用
①物理吸附 与沥青表面活性物质含量有关，另外，碎石干燥
时才产生物理吸附。
②化学吸附 列宾捷尔认为，沥青与矿料交互作用后，因化学
组分重排列，形成沥青扩散膜。在此膜厚度以内的 称为结构沥青。以外的称为自由沥青。
混合料的性能主要由结构沥青决定。 碱性石料（如石灰岩）的混合料其“结构沥青”所 占比例比酸性石料的要高。所以碱性石料的沥青混合 料强度和稳定性比酸性石料的好。
✓沥青的高温粘度越大，与集料的粘附性越好，
✓沥青用量的影响 细粒式和中粒式密级配沥青混合料，适当减少沥青用量有利 于抗车辙能力的提高，粗粒式或开级配沥青混合料，不能简 单的靠采用减少沥青用料来提高抗车辙能力。
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。
引起原因：混合料低温脆化、低温缩裂、温度疲 劳引起。 措 施：设计时选择稠度较低、温度敏感性低、 抗老化能力强的沥青。