第六章沥青及沥青混合料

本章主要详述热拌沥青混合料（HMA）的组成 材料、组成结构、技术性质和设计方法。
二、组成材料
1. 沥青 2．粗集料 3. 细集料 4. 填料 5. 纤维稳定剂
1. 沥青


沥青是沥青混合料中最重要的材料，其性能直接影 响沥青混合料的各项技术性质。道路石油沥青的质 量应符合第九章中规定的技术要求。沥青等级根据 表10-1的要求来选用，必要时，沥青的 PI值、60℃ 动力粘度，10℃延度可作为选择性指标。 沥青路面在选择沥青标号时，必须考虑环境对沥青 混合料的作用，宜按照公路等级、气候条件、交通 条件、路面类型及在结构层中的层位及受力特点、 施工方法等，结合当地的使用经验，经技术论证后 确定。
第三节 沥青混合料的技术性质与 技术标准


沥青混合料是公路、城市道路的主要铺面材料， 它直接承受车轮荷载和各种自然因素的影响，如 日照、温度、空气、雨水等，其性能和状态都会 发生变化，以至影响路面的使用性能和使用寿命。 沥青混合料的路用性能主要有以下几个方面： 1．高温稳定性 2．低温抗裂性 3．耐久性 4．抗滑性 5．施工和易性


目前用于研究和评价沥青混合料低温抗裂性的方法 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和应力松弛能力；评价 沥青混合料断裂性能。相关的试验有等应变加载的 破坏试验；低温收缩试验；低温蠕变弯曲试验等。 我国现行行业标准(JTG F40—2004)规定，宜对用 于高速公路和一级公路的公称最大粒径等于或小于 19mm的密级配沥青混合料在温度-10℃、加载速率 50mm/min的条件下进行弯曲试验，测定破坏强度、 破坏应变、破坏劲度模量，并根据应力应变曲线的 形状，综合评价沥青混合料的低温抗裂性能。其中 沥青混合料的破坏应变宜不小于规范的要求。
①浸水马歇尔试验残留稳定度(%)：MS0= （MS1/ MS）×100 MS1——试件浸水（60℃）48小时后的稳定度（KN）； MS——标准方法测定的稳定度； ②冻融劈裂试验的残留强度比(%)：TSR=（RT2/RT1）×100 RT2、RT1——分别是冻融后和未冻融的劈裂抗拉强度（MPa)


3. 细集料


粒径小于2.36mm的集料为细集料， 沥青路面的细集料包括天然砂、机制砂、石屑。 细集料应洁净、干燥、无风化、无杂质，并有 适当的颗粒级配，其质量应符合表10-5的规定。 细集料也要富有棱角，应尽可能采用机制砂。 天然砂的棱角已被磨去，如果用量过多，会引 起混合料稳定性明显下降。


(2)沥青混合料的水稳定性


沥青路面在雨水、冰冻的作用下，尤其是在雨季过 后，沥青路面往往会出现脱补、松散，进而形成坑 洞而损坏。出现这种现象的原因为沥青混合料在水 的作用下被侵蚀，沥青从集料表面发生剥落，使混 合料颗粒失去粘结作用。 在沥青中添加抗剥落剂是增强水稳定性、减少水损 坏的有效措施。此外，在沥青混合料的组成设计上 采用碱性集料，以提高沥青与集料的粘附性；采用 密实结构以减少空隙率；以石灰粉取代部分矿粉等 等，都可以有效地提高沥青混合料的水稳定性。
4. 填料



在沥青混合料中起填充作用的粒径小于0.075mm的矿 质粉末称为填料。 在沥青混合料中，矿质填料通常是指矿粉，其他填 料如消石灰粉、水泥常作为抗剥落剂使用，粉煤灰 则使用很少，在我国由于粉煤灰的质量往往不稳定， 一般不允许在高速公路上使用。 沥青混合料的矿粉必须采用石灰岩或岩浆岩中的强 基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉，原石料 中的泥土杂质应除净。矿粉应干燥、洁净，能自由 地从矿粉仓流出，其质量应符合表10-8的技术要求。
2．粗集料


粒径大于2.36mm的集料为粗集料，用作沥青 路面的粗集料可采用碎石、破碎砾石、筛选 砾石、钢渣、矿渣等，但高速公路和一级公 路宜选用坚硬、耐磨性好的碎石和破碎砾石， 不得使用筛选砾石和矿渣。 粗集料应该洁净、干燥、表面粗糙，符合一 定的级配要求，具有足够的力学性能，与沥 青有较好的粘附性等，其质量应符合表10-2 至表10-4的规定。
沥青路面摊铺施工
沥青路面碾压
一、沥青混合料的种类




①按结合料分类：可分为石油沥青混合料和煤沥青 混合料。 ②按制造工艺分类：可分为热拌沥青混合料、冷拌 沥青混合料和再生沥青混合料。 ③按材料组成及结构分类：可分为连续级配沥青混 合料和间断级配沥青混合料。 ④按矿料级配组成及空隙率大小分类：可分为密级 配沥青混合料（设计空隙率为3-5%）、半开级配沥 青混合料（设计空隙率为6-12%）和开级配沥青混 合料（设计空隙率大于18%） 。
3．耐久性

定义：沥青混合料在使用过程中抵抗环境因 素及行车荷载反复作用的能力称为耐久性， 它包括沥青混合料的抗老化性、水稳定性、 抗疲劳性等综合性质。
(1) 沥青混合料的抗老化性 沥青的化学性质对抗老化性的影响如前所述， 就沥青混合料的组成结构而言，首先是沥青混合料 的空隙率对抗老化性有影响。 沥青路面的使用寿命还与混合料中的沥青含量有很 大的关系。有研究认为，沥青用量较最佳沥青用量 少0.5％的混合料能使路面使用寿命减少一半以上。
1.高温稳定性


定义：沥青混合料在高温条件下，能够抵抗 车辆的反复作用，不发生显著永久变形，保 证路面平整度的特性称为高温稳定性 。 我国现行国标规定：采用马歇尔稳定度试验 来评价沥青混合料高温稳定性。对高速公路、 一级公路、城市快速路、主干路所用的沥青 混合料，还应通过动稳定度试验（车辙试验） 检验其抗车辙能力。
第十章 沥青混合料

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
沥青混合料的分类与组成材料 沥青混合料的组成结构 沥青混合料的技术性质与技术标准 矿质混合料的组成设计 热拌沥青混合料的配合比设计
第一节 沥青混合料的分类与组成材料


什么是沥青混合料？
沥青混合料是由矿质混合料 (简称矿料，由粗 集料、细集料、填料等组成）与沥青结合料拌和而 成的混合料的总称，是沥青砼混合料（简称沥青混 凝土）、沥青碎石混合料（简称沥青碎石）的总称。 将这种混合料加以摊铺、碾压成型，即成为各 种类型的沥青路面。在这种结构中，矿料起骨架作 用，沥青与填料起胶结和填充作用。

沥青混合料的疲劳试验方法较多，足尺路面结构 的研究试验耗资大，周期长，因此通常采用周期 短、费用少的室内小梁疲劳试验。
MTS810测试系统全景
主体部分
4、抗滑性

抗滑性——沥青路面具有良好的微观粗糙度 和宏观粗糙度，能减小汽车刹车后行驶距离 的性能，用抗滑系数评定。
第二节 沥青混合料的组成结构
组成结构类型


按照级配原则构成的沥青混合料，根据 粗集料的级配和粗、细集料的比例不同， 可形成以下三种结构形式：悬浮—密实 结构、骨架—空隙结构、骨架—密实结 构 (1)悬浮—密实结构：采用连续密级配的矿 质集料。 特点：各级集料均被次级集料隔开，并悬浮 在次级集料和沥青之间，密实度大，强度高， 且不易离析，施工方便。但不能形成骨架， 稳定性较差。
(3)沥青混合料的抗疲劳性


沥青混凝土路面使用期间，在气温环境影响下，经 过车轮荷载的反复作用，长期处于应力应变替换变 化状态，致使路面结构强度逐渐下降。当荷载重复 作用超过一定次数以后，在荷载作用下路面沥青混 凝土内产生的应力就会超过其结构抗力，使路面结 构出现裂纹，产生疲劳破坏。 沥青混合料的疲劳是材料在荷载重复作用下产生不 可恢复的强度衰减积累所引起的一种现象。显然， 荷载的重复作用次数越多，强度的降低也就越剧烈， 它所承受的应力或应变值就愈小。通常把沥青混合 料出现疲劳破坏的重复应力值称作疲劳强度，相应 的应力重复作用次数称为疲劳寿命。
沥青混合料的马歇尔稳定度试验
（2）车辙试验：

用标准成型方法，制成 300mm×300mm×50mm 的沥青混合料试件，在 60℃的温度条件下，以— 定荷载的轮子在同一轨迹 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所需试 验车轮行走的次数，即为 动稳定度。

动稳定度计算公式：
5. 纤维稳定剂



纤维目前普遍使用于SMA混合料，在一般沥青混合料 中也可以使用。目前常用木质素纤维，主要是絮状 纤维。近年来美国有一种观点，认为木质素纤维拌 制的沥青混合料不能再生使用，矿物纤维(大部分是 玄武岩纤维) 能再生使用，所以矿物纤维用量大为 增加。 在沥青混合料中掺加木质素纤维的质量应符合表109的技术要求。 纤维应在250℃的干拌温度下不变质、不发脆，使用 纤维必须符合环保要求，不危害身体健康。纤维必 须在混合料拌和过程中能充分分散均匀。
(2)沥青混合料的水稳定性

我国现行行业标准(JTG F40—2004)规定，对用于高速 公路和一级公路的公称最大粒径等于或小于19mm的沥 青混合料，必须在规定的条件下进行浸水马歇尔试验 和冻融劈裂试验，以检验沥青混合料的水稳定性，并 应同时符合表10-12中的两个要求。达不到要求时必须 采取抗剥落措施，调整最佳沥青用量后再次试验。
一、沥青混合料的种类

⑤按集料的公称最大粒径分类：




特粗式沥青混合料：公称最大粒径大于31.5mm（方孔）； 粗粒式沥青混合料：公称最大粒径等于或大于26.5mm（方 孔）； 中粒式沥青混合料：公称最大粒径为16.0mm或19.0mm （方孔）； 细粒式沥青混合料：公称最大粒径为9.5mm或13.2mm（方 孔）； 砂粒式沥青混合料：公称最大粒径小于9.5mm（方孔）。
（1）马歇尔稳定度试验：




评价高温稳定性的指标： ①马歇尔稳定度——指标准尺寸试件在规定温 度和加荷速度下，在马歇尔仪中最大的破坏荷 载(kN)； ②流值——是达到最大破坏荷载时试件的垂直 变形(以0.1mm计)。 ③马歇尔模数(T)——稳定度除以流值的商，即： MS 10 T FL


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（2）骨架—空隙结构：矿质集料 采用连续开级配。 特点：粗集料可以互相靠拢形成 骨架，但细集料太少，不足以填 满空隙。由于集料之间的嵌挤力 和内摩擦力较大，所以热稳定性 较好。但沥青与矿料的黏结力较 小，耐久性较差。


（3）骨架—密实结构：矿质 集料采用间断密级配。 特点：既有较多的粗集料形成 骨架，又有足够的细集料填充 在骨架空隙中。其密实度、强 度和稳定性都较好，是一种较 理想的结构类型。 但易离析， 施工技术要求高。

沥青混合料的主要特点：
① 沥青混合料是一种粘—弹—塑性材料，它不仅具有 良好的力学性质，而且具有一定的高温稳定性和低 温柔韧性；用它铺筑的路面平整，无接缝，而具有 一定的粗糙度。路面减震、吸声、无强烈反光、使 行车舒适，有利于行车安全。 ②沥青路面可全部采用机械化施工，方便快速，有利 于质量控制，且施工后不需养护，能及时开放交通。 ③经济耐久，可分期改造和再生利用。 ④对温度较敏感，会发生老化现象。
2.低温抗裂性

定义：沥青混合料在冬季低温条件下抵抗断裂 破坏的能力称为低温抗裂性。

冬季，沥青混合料随着温度的降低，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。因此，要求沥青混 合料具有一定的低温抗裂性。即要求沥青混合 料具有较高的低温强度或较大的低温变形能力。
2.低温抗裂性
(t 2 t1 ) 42 DS c1 c2 d 2 d1
式中： DS ——沥青混合料动稳定度(次／mm) d1，d2——时间tl、t2的变形量(mm)；
42 ——每分钟行走次数(次/ min)；
cl，c 2——试验机或试样修正系数.



我国现行行业标准(JTG F40—2004)规定： 密级配沥青混凝土混合料（公称最大粒径小于或等 于26.5mm）用于高速公路、一级公路时，稳定度MS 应不小于8kN，用于其它公路时，MS 应不小于5kN。 对用于高速公路和一级公路的公称最大粒径等于或 小于19mm的密级配沥青混合料需在配合比设计的基 础上进行各种使用性能检验，必须在规定的试验条 件下进行车辙试验，并符合表10-10的要求。