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1、第四章 沥青混合料技术性质,铺设沥青混合料,路面压实,稀浆封层施工,沥青路面钻芯检测,沥青路面摩擦系数检测,沥青路面弯沉值,沥青混合料是矿质混合料与沥青结合料经拌制而成的混合料，其中矿料作为骨架，沥青与填料起胶结和填充作用。,沥青混合料特点,1、良好的力学性质和路用性能路面无接缝，行车舒适。 2、施工方便，开放交通快。 3、便于修理和再生利用。,1、沥青混合料的分类 （1）根据矿质混合料（矿料）的级配组成划分 矿料由适当比例的粗集料、细集料和填料组成，根据矿料级配组成的特点及压实后剩余空隙率的大小，可分为： 连续密级配沥青混凝土混合料 连续半开级配沥青混合料 开级配沥青混合料 间断级配沥青混合
2、料,第一节 沥青混合料概述,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。 代表：DAC和ATB类。 DAC设计空隙率通常为3%-6%，具体应根据不同的交通类型、气候特点而定，可适用于任何面层结构；ATB设计空隙率也为3%6%，但粒径为粗粒式及特粗式，一般称为密级配沥青稳定碎石混合料（ATB），主要适用于基层。,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，由适当比例的粗、细集料及较少填料（或不加填料）拌和而成。 代表：沥青碎石混合料AM，适用于三级及三级以下公路、乡村公路，此时表面应设置致密的上封层。,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
3、填料较少；沥青结合料粘度要求较高。 代表：排水式沥青磨耗层混合料OGFC，排水式沥青稳定碎石基层ATPB。 间断级配沥青混合料 特点：采用间断级配，即矿料级配组成中缺少一个或几个档次而形成的级配，粗集料和填料含量较多，中间集料含量较少。 代表：沥青玛蹄脂SMA。,（2）按矿料的最大粒径划分 集料最大粒径：指筛分试验中，通过百分率为100的最小标准筛孔尺寸，如DAC-16，其最大粒径为19mm。 集料公称最大粒径：指全部通过或允许少量不通过的最小一级标准筛筛孔尺寸，如DAC-16，其公称最大粒径为16mm，实际上沥青混合料名称中的数值即为公称最大粒径。,按公称最大粒径的大小可分： （1）特粗式
4、D37.5mm （2）粗粒式 D=31.5/26.5mm 用于基层、下面层 （3）中粒式 D=19/16mm 面层或下面层 （4）细粒式 D=13.2/9.5mm 面层 （5）砂粒式 D4.75mm 磨耗层,（3）按拌合与铺筑温度划分 热拌热铺沥青混合料主要采用粘稠石油沥青作为结合料，与矿料在热态下拌合、摊铺、碾压成型。 常温沥青混合料采用乳化沥青、改性乳化沥青或液体沥青作为结合料，在常温下与矿料拌合后铺筑而成的。,热拌热铺沥青混合料,常温沥青混合料,（4）根据强度形成原理划分 按嵌挤原则构成的沥青混合料的结构强度主要是以矿料颗粒之间的嵌挤力和内摩阻力为主，以沥青结合料的粘结力为辅形成的，如S
5、MA 按密实原则构成的沥青混合料主要是以沥青与矿料之间的粘结力为主，矿料间的嵌挤力和内摩阻力为辅。,嵌挤原则混合料,密实原则混合料,沥青贯入式、沥青表处治和沥青碎石,一般沥青混合料DAC,一、沥青混合料组成结构的现代理论 （1）表面理论 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。 胶结作用是一个相当复杂的过程，包括物理吸附、化学吸附、选择性吸附等。,第二节 沥青混合料组成结构与强度理论,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
6、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。 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。 注：化学吸附比物理吸附作用更强烈，形成的沥青膜更稳定。,物理吸附、化学吸附和选择性吸附,（2）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，如下图所示，以粗集料为分散相分散在沥青砂浆中形成粗分散系，而沥青砂浆是由细集料为分散相分散到沥青胶浆中的细分散系，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，因以沥青胶
7、浆为基础，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。,沥青混合料中的多级分散体系,一级二相体,二级二相体,三级二相体,粗分散体系：粗集料沥青砂浆,细分散体系：细集料沥青胶浆,微分散体系：矿粉沥青结合料,分散相,分散介质,二、沥青混合料的组成结构 由于材料组成分布、矿料与矿料及矿料与沥青间的相互作用、剩余空隙率的大小等不同，可分为 悬浮密实结构 骨架空隙结构 骨架密实结构,悬浮密实结构 特点：矿料颗粒连续存在，而且细集料含量较多，将较大颗粒挤开，使大颗粒不能形成骨架，而较小颗粒与沥青胶浆比较充分，将空隙填充密实，使大颗粒悬浮于较小颗粒与沥青胶浆之间，形成“悬浮-密实”结构。 代表类
8、型：DAC型沥青混合料。 路用性能特点：由于压实后密实度大，该类混合料水稳定性、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。,骨架空隙结构 特点：采用连续开级配，粗集料含量高，彼此相互接触形成骨架；但细集料含量很少，不能充分填充粗集料件的空隙，形成所谓的“骨架-空隙”结构。 代表类型：沥青碎石AM和开级配磨耗层沥青混合料 OGFC等。 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。,骨架密实结构 特点：采用间断级
9、配，粗、细集料含量较高，中间料含量很少，使得粗集料能形成骨架，细集料和沥青胶浆又能充分填充骨架间的空隙，形成“骨架-密实”结构。 代表类型：沥青玛蹄脂碎石混合料SMA。 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，要防止混合料生产、运输和摊铺等施工过程中产生离析。,1、沥青混合料的结构强度构成 路面破坏原因： 高温时，由于沥青混合料抗剪强度不足，引起塑性变形过大（塑性变形为不可恢复变形，随着时间产生累积），使路面产生波浪、车辙、拥包与推移等高温变形破坏。 低温时，抗拉强度或抗
10、变性能力不足，由于混合料收缩受阻产生的拉应力超过了混合料的抗拉强度，而在混合料内产生裂缝。 沥青路面必须具备一定的抗剪切破坏的能力。,二、沥青混合料的强度理论,沥青路面设计中抗剪强度可以用摩尔-库伦理论进行分析，即沥青混合料的结构强度由矿料之间的嵌锁力（内摩阻力）以及沥青与矿料的粘结力及沥青自身的内聚力构成，即： c + tg 沥青混合料的抗剪强度取决于沥青混合料的内摩擦角和粘结力c。,沥青混合料的粘结力和内摩阻角可以通过三轴剪切试验确定。应力圆的公切线为墨尔-库伦应力包络线，即抗剪强度曲线，该包络线与纵轴的截距表示沥青混合料的粘结力c，与横轴的交角为沥青混合料的内摩阻角。即可求出混合料的c、
11、值。,2. 沥青混合料结构强度的影响因素 （1）沥青结合料的粘度 c 因为提高，沥青胶团相对运动变难，使沥青混合料的粘滞阻力增大，保持了矿质集料的相对嵌锁作用，使结构强度提高。,反映沥青自身的内聚力,由图可知，沥青粘度增大，沥青混合料粘结力明显增大，内摩阻角稍有增加。,（2）矿质混合料性能的影响 级配：悬浮密实结构强度主要依赖于沥青与矿料的粘结力，矿料颗粒间的内摩擦力较小；骨架空隙结构以嵌锁力为主，沥青粘结力为辅；骨架密实结构以嵌锁力为主，但粘结力也很强，整体强度高，稳定性好。 表面性质：有棱角、粒径大、表面粗糙且均匀的矿料嵌锁力与内摩擦角大； 化学性质：采用碱性石料，混合料中矿料间粘结力大，
12、混合料强度高。,（3）沥青与矿料在界面上的交互作用,沥青与矿粉交互作用示意图,“自由沥青” “结构沥青”,（4）沥青混合料中矿料比表面积和沥青用量影响,a)沥青与矿粉交互作用 b)结构沥青粘结 c)自由沥青粘结 沥青膜层厚度 对粘结力影响,（5）沥青用量影响 （1）沥青较少时，不足敷裹集料颗粒表面，使沥青混合料整体强度较低。 （2）增加沥青用量，沥青逐渐敷裹矿料表面，结构沥青增加，矿料间的粘结力增强，混合料整体强度增高，直到整个矿料表面被“结构沥青”所敷裹。 （3）当沥青用量进一步增加，形成了 “自由沥青”，将矿料“推开”。这部分沥青在矿料间不是起粘结作用而是起润滑作用，从而降低沥青混合料的内
13、摩擦角，使沥青混合料的整体强度下降。,沥青用量对沥青混合料抗剪强度的影响,（6）使用条件的影响 环境温度：温度升高，沥青粘度降低，混合料的粘结力下降；同时矿料间的约束减小，使得矿料间的内摩阻力降低，从而混合料整体强度都下降。 荷载作用：荷载作用体现在变形速率上，一般沥青混合料粘结力随变形速率增加而显著提高，而内摩阻力变化较小。因此变形速率增加，沥青混合料的粘结力增大，混合料整体强度提高。,沥青混合料的路用性能 高温稳定性 低温抗裂性 耐久性（水温度定性） 抗滑性 施工和易性,第三节 沥青混合料的技术性质,高温条件下或长时间承受荷载作用，混合料会产生显著的永久变形，从而使沥青路面产生车辙、波浪及
14、拥包等病害。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。,（一）高温稳定性,1、高温稳定性的评价方法和评价指标 评价试验方法：圆柱体试件的单轴静载、动载、重复荷载试验；三轴静载、动载、重复荷载试验；简单剪切的静载、动载、重复荷载试验；马歇尔稳定度、维姆稳定度和哈费氏稳定度；反复碾压模拟试验如车辙试验。 常用评价方法：马歇尔试验和车辙试验。 评定指标：马歇尔试验 稳定度、流值 车辙试验 动稳定度,沥青混合料搅拌机,数控电动标准击实仪,恒温水浴,马歇尔稳定度测定仪,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 M
15、arshell）提出的，最初是为了美国工程兵团快速确定沥青用量之用，后来经过多人的改进，形成为目前的马歇尔设计体系。马歇尔试验最大特点设备简单、操作方便，现在已被世界上许多国家所采用。 马歇尔试验用于测定沥青混合料试件的破坏荷载和抗变形能力，得到马歇尔稳定度、流值和马歇尔模数。,试件尺寸 （1）101.6mm63.5mm（1.3mm，两侧高度差不大于2mm）。适用于公称最大粒径26.5mm的混合料，试件成型击实次数根据公路等级、混合料类型、气候条件选择，一般为75次或50次。试验中一组试件需平行试件通常为4个。 （2）152.4mm95.3mm(2.5mm，两侧高度差不大于2mm)。适用于公称
16、最大粒径31.5mm和37.5mm的混合料，击实次数一般为112次。试验中一组试件需平行试件通常为4个，必要时要增至5-6个。,试验条件： 恒温水浴（60）中，小型马歇尔试件保温30-40min，大型马歇尔试件保温45-60min。然后取出试件，在马歇尔稳定度仪上测歇尔稳定度和流值。,视频,车辙试验 首先是英国运输与道路研究试验所(TRRL)开发的，并经过了许多的改进与完善。 车辙实验是一种模拟车辆轮胎在路面上滚动形成车辙的工程试验方法，试验结果较为直观，与沥青路面车辙深度之间有着较好的相关性。,微机恒温式沥青混合料车辙试验系统,车辙试验方法 试件尺寸：30030050mm3 试验温度：一般为60 轮载频率：421次/min 沿着试件表面同一轨迹上反复行走，试验轮在试件表面反复作用下将形成一定的车辙深度。用动稳定度（产生1mm车辙变形所需要的行走次数）评价沥青混合料的抗车辙能力。,视频,式中： t1
