第六章 沥青混合料,第一节 沥青混合料概述 第二节 热拌沥青混合料 第三节 其他沥青混合料 第四节 新型沥青混合料,返回,第一节 沥青混合料概述,一、沥青混凝土路面的发展历程 大约在公元６００年前，巴比伦修了第一条沥青路面，但是修筑技术不久就失传了１７１２年瑞士发现了岩沥青，随后德、法等国也相继发现１８５０年前后，法国首先把岩沥青用于道路路面，法国１８５４年在巴黎修筑了薄层沥青路面，可以称为是热铺岩沥青路面之始当时被利用的岩沥青，是渗透有６％～１０％沥青成分的石灰岩，人们把它碎成细粒，加热摊铺碾压，即成沥青路面这种路面，沥青最大粒径为２．５ｍｍ，通过０．０７４ｍｍ 的粉粒达到４０％以上，成为当时先进的路面结构下一页,返回,第一节 沥青混合料概述,美国到１８５０年以后才从法国、瑞士输入大量岩沥青，以东部为中心开始修筑岩沥青路面，至１９００年在纽约市有记录可查者仅为２５０００ｍ２１８７１年Ｅ．Ｊ．Ｄｅｓｄｍｅｎｔ在纽约市用砂、碎石、特尼里特湖沥青铺筑沥青路面获得成功，并且获得施工专利，这是近代热铺湖沥青路面之始１８７２年华盛顿市把过去岩沥青路面施工法和应用石灰石粉、砂、掺以湖沥青及石油残渣油的施工法做比较，证明两者都能适应当时的交通要求。
这可以说是岩沥青与湖沥青修筑试验路面的先例试验路使用情况成为路面材料从岩沥青转为湖沥青的依据，这也是石油残渣油应用于路面的开端 １８８５年人类发明以汽油为动力燃油的汽车，１８８７年又发明气压轮胎，汽车工业兴起上一页,下一页,返回,第一节 沥青混合料概述,由于汽车荷载与马车不同，为了适应荷载的需要，当年美国又在石粉、砂、湖沥青混合料中加入了碎石，发明了Ｗａｒｒｅｎｉｔｅｂｉｔｕｌｉｔｈｉｃ路面，即下层为粗级配沥青混凝土与上层沥青砂两层摊铺一层碾压而成的双层式沥青混凝土路面，这是沥青混凝土路面的由来到１９０５年美国Ｔｏｐｅｋａ市产生了Ｔｏｐｅｋａ路面作为磨耗层，使沥青路面结构更趋完善 １９１１年美国最高法院做出裁决，允许各汽车厂可以自由制造汽车，交通运输正式进入汽车交通时代，社会对路面提出了更高的要求为此，１９２０年出现了沥青混凝土最初试验法———ＨｕｂｂａｒｄＦｉｅｌｄ方法１９３０年生产了沥青路面摊铺机，１９３４年开始修建高速公路，从此，沥青路面成为现代高等级路面的主要形式上一页,下一页,返回,第一节 沥青混合料概述,二、沥青路面的分类和优缺点 １． 沥青路面 所有以沥青结合料来粘结矿料铺筑而成的不同路面结构，均为沥青路面。
２． 沥青路面分类 沥青路面主要有沥青表面处治、沥青贯入式、沥青碎石、沥青混凝土等路面结构形式 沥青表面处治和沥青贯入式属于次高级路面，矿料级配没有严格要求，一般以现场进行矿料摊铺并洒热沥青后进行碾压成型的 沥青碎石属于次高级路面，有厂拌合路拌之分，前者质量与性能稳定上一页,下一页,返回,第一节 沥青混合料概述,沥青碎石中矿料级配有一定要求，但没有沥青混凝土的严格，其中没有或较少使用矿粉，孔隙率较大 沥青混凝土组成特点是：级配要求严格、使用矿粉（填料）较多、一般拌合要求严格（厂拌）其级配有连续级配、间断级配之分，近年来沥青路面中出现了许多新的结构形式，如ＳＭＡ、ＯＧＦＣ、ＳＵＰＥＲＰＡＶＥ等 ３． 沥青路面的优缺点 （１）主要优点 １）优良的结构力学性能和表面功能特性：一般沥青路面均具有良好的受力特性；路面平整、无裂缝或接缝、柔韧舒适、货物损失率低、噪声小等优点上一页,下一页,返回,第一节 沥青混合料概述,２)表面抗滑性能好：沥青路面平整、表面粗糙，有一定的粗、细纹理构造，能保证车辆高速安全行驶 ３)施工方便：沥青路面可以集中拌合(厂拌)、机械化施工(摊铺、碾压等），完全可以实现大面积施工，质量能够得以保障，开放交通早。
４）经济耐久性好：与水泥路面相比，沥青路面一次性投资要低得多，但其使用寿命一般在高速公路和机场路面中以１５年计，实际使用中只要施工质量好、养护保养及时，有的可以使用２０年 ５）便于再生利用：沥青再生利用已成为发达国家一项热门的可持续发展和能源再生利用的新型课题，我国目前也在进行这方面的研究和技术开发；有利于分期修建上一页,下一页,返回,第一节 沥青混合料概述,６）其他，如抗震性好、日照下不反射引起眩光、晴天无扬尘、雨后不泥泞等 （２）主要缺点 1)沥青易老化：沥青是多组分有机材料，随着使用期的延长，沥青的胶体结构和组成成分发生变化，沥青黏性变差、塑性降低，路面易表面松散、整体性降低，从而导致结构破坏一般可以添加抗老化剂，如添加炭黑可以起到抗氧化的作用，增强沥青的老化特性，还可以添加其他材料，如阻酚类、氨基甲酸酯类、钙盐、胺类等，但研究不成熟上一页,下一页,返回,第一节 沥青混合料概述,２)温度敏感性较差：夏季高温易流淌，高温稳定性差；低温易发脆，抗裂性能差；可采用优质沥青或采取改性措施等沥青路面病害如图６-１所示 三、沥青混合料的分类 沥青混合料一般是由矿质混合料（包含粗、细集料，矿粉）和沥青组成，有时还有外加剂，其性能好坏与其组成材料有关。
通常根据沥青混合料的级配类型、砂料最大粒径等对沥青混合料进行分类 （１）根据矿质混合料的级配类型进行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，可以将沥青混合料分为以下几类：,上一页,下一页,返回,第一节 沥青混合料概述,１）连续密级配沥青混凝土混合料 ①特点：级配为连续密级配，空隙率较低 ②主要代表沥青混合料：ＤＡＣ和ＡＴＢ类前者设计空隙率通常为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；后者设计空隙率也为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 ２）连续半开级配沥青混合料 ①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上一页,下一页,返回,第一节 沥青混合料概述,②主要代表混合料：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 ３）开级配沥青混合料 ①特点：矿料级配主要由粗集料组成，细集料和填料较少；沥青结合料黏度要求较高 ②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 ①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，中间集料含量较少上一页,下一页,返回,第一节 沥青混合料概述,②代表混合料：如沥青玛珶脂ＳＭＡ （２）按矿料的最大粒径分类集料最大粒径指筛分试验中，通过百分比为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 沥青混合料一般按公称最大粒径的大小分为特粗式、粗粒式、中粒式、细粒式和砂粒式，与之相对应的最大粒径和公称最大粒径见表６-１上一页,下一页,返回,第一节 沥青混合料概述,（３）根据结合料的类型分类按照这种方法，沥青结合料可分为石油沥青混合料和煤沥青混合料，但煤沥青对环境污染严重，一般工程中很少采用煤沥青混合料 （４）根据沥青混合料拌合与铺筑温度分类按照这种分类方法，可以将沥青混合料分为热拌热铺沥青混合料和常温沥青混合料前者主要采用黏稠石油沥青作为结合料，需要将沥青与矿料在热态下拌合、热态下摊铺碾压成型；后者则采用乳化沥青、改性乳化沥青或液体沥青在常温下与矿料拌合后铺筑而成的。
（５）根据强度形成原理分类沥青混合料的组成材料不同，其强度形成原理也不同，一般可以分为嵌挤原则和密实原则两大类上一页,下一页,返回,第一节 沥青混合料概述,１）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擦阻力为主，以沥青结合料的粘结力为辅形成的，如沥青贯入式、沥青表处和沥青碎石等路面结构均属于此类 ２）按密实原则构成的沥青混合料则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，一般的沥青混凝土都属于此类 四、沥青混合料的组成结构 沥青混合料主要有沥青、粗集料、细集料、矿粉填料和外加剂（如抗剥离剂、抗老化剂、聚合物改性剂等）组成上一页,下一页,返回,第一节 沥青混合料概述,影响混合料性能的因素：矿料颗粒的大小和不同粒径的分布；颗粒组成的空间位置关系；沥青的分布特征和矿料颗粒表面沥青层的性质；沥青混合料空隙率的大小；空隙的分布与空隙间的连通情况；外加剂与其他材料的配伍相容性及外加剂对沥青与矿料性能的改善情况等 １． 沥青混合料的组成结构的现代理论 （１）表面理论传统的表面理论认为混合料由粗、细集料和填料组配而成的矿质骨架和沥青组成，沥青分布在矿质集料表面，将矿质集料胶结成具有强度的整体。
其中沥青的胶结作用是一个相当复杂的过程，包括物理吸附、化学吸附过程、选择性作用等 所谓物理吸附，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上一页,下一页,返回,第一节 沥青混合料概述,化学吸附是沥青中的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，化学吸附比物理吸附产生的吸附作用更强烈，形成的沥青膜更稳定；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 （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，如图６-２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上一页,下一页,返回,第一节 沥青混合料概述,在这种多级分散体系中，因沥青胶浆最为基础，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． 沥青混合料结构类型 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，混合料可分为悬浮密实结构、骨架空隙结构、骨架密实结构三大类 （１）悬浮密实结构［图６-３（ａ）］上一页,下一页,返回,第一节 沥青混合料概述,该结构组成的基本特点：采用连续级配，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 １）代表类型：按照连续密级配原理设计的ＤＡＣ型沥青混合料是典型的悬浮密实结构 ２）力学特点：大颗粒未形成骨架，内摩擦阻力值较小；小颗粒与沥青胶浆含量充分，粘结力值较大 ３）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，由于沥青黏度降低，混合料高温稳定性往往变差上一页,下一页,返回,第一节 沥青混合料概述,（２）骨架空隙结构［图６-３（ｂ）］该结构组成的基本特点：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。
１)代表类型：沥青碎石ＡＭ 和开级配磨耗层沥青混合料ＯＧＦＣ等 ２)力学特点：大颗粒形成骨架，内摩擦阻力值较大；小颗粒与沥青胶浆含量不充分，粘结力值较低 ３）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黏稠沥青，以防止沥青老化和剥落。