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1、土木工程系 第10章 沥沥青混合料 10.1 沥青混合料概述 10.2 热拌沥青混合料 10.3 其他沥青混合料 土木工程系 10.1 沥青混合料概述 刚性路面：水泥混凝土路面 道路路面 柔性路面：沥青路面(沥青混合料) 土木工程系 10.1.1 沥青混合料的类型 （1）沥青混合料 (英:Bituminous mixtures 美:Asphalt mixtures ) 矿质混合料 + 粘结材料 沥青混合料 (粗集料+细集料+填料）（沥青） （2）类型 沥青混合料包括：沥青混凝土混合料 沥青碎石混合料 沥青玛蹄脂碎石混合料 （适当比例拌和） 土木工程系 1）沥沥青混凝土混合料(Asphalt c
2、oncrete mixture简称AC) 是按密级配原理设计组成的各种粒径颗粒的矿料与沥青 结合料拌和而成的、设计空隙率较小的密实式沥青混合料。 2）沥沥青碎石混合料(Asphalt macadan mixture) 是沥青稳定碎石混合料的简称，由矿料和沥青组成的具 有一定级配要求的混合料。按空隙率、集料最大粒径、添加 矿粉数量的多少，分为：密级配沥青碎石混合料(ATB)、开 级配沥青碎石混合料(大粒径开级配排水式沥青磨耗层 OGFC、排水式沥青稳定碎石基层ATPB)和半开级配沥青碎石 混合料(AM)。 3）沥青玛蹄脂碎石混合料(Stone matrix asphalt简称SMA) 是由沥青结
3、合料与少量的纤维稳定剂、细集料以及较多 量的填料（矿粉）组成的沥青玛蹄脂，填充于间断级配粗集 料骨架间隙而组成一体的沥青混合料。 土木工程系 10.1.2 分类 1）按结合料分类：石油沥青混合料、 煤沥青混合料 2）按矿质集料级配类型分类： 连续级配沥青混合料、间断级配沥青混合料 土木工程系 3）按矿料级配组成及空隙率大小划分 （1）密级配沥青混合料 l按照密级配原理设计组成的沥青混合料，依据马 歇尔试验的技术标准，设计空隙率为3%6%。 l可分为密级配沥青混凝土混合料（AC）和密级配 沥青稳定碎石混合料（ATB）。 l按关键性筛孔通过率的不同又可分为细型、粗型 密级配沥青混合料等。 l沥青玛
4、蹄脂碎石混合料（SMA）也属于密级配沥青 混合料，其设计空隙率为3%4%。 土木工程系 （2）半开级配沥青混合料 l半开级配沥青混合料是由适当比例的粗集料、细 集料及少量填料（或不加填料）与沥青结合料拌和 而成，经马歇尔标准击实成型试件的剩余空隙率在 6%12%的半开式沥青碎石混合料，以AM表示。 （3）开级配沥青混合料 l开级配沥青混合料矿料级配主要由粗集料嵌挤组 成，细集料及填料较少，设计空隙率为18%的混合 料。如排水式沥青磨耗层（OGFC）及排水式沥青基 层（ATPB）。 土木工程系 4）按公称最大粒径分类 特粗式：公称集料最大粒径等于或大于37.5mm。 粗粒式：公称集料最大粒径为3
5、1.5mm 或26.5mm 中粒式：公称集料最大粒径为16mm或19mm 细粒式：公称集料最大粒径为9.5mm或13.2mm 砂粒式（沥青石屑或沥青砂）：公称集料最大粒径小于 9.5mm 5）按施工工艺分类 热拌沥青混合料、冷拌(常温)沥青混合料、再生沥青混合料 土木工程系 10.2 热拌沥青混合料 10.2.1 热拌沥青混合料的组成结构和强度理论 10.2.2 热拌沥青混合料的技术性质和技术标准 10.2.3 热拌沥青混合料的组成材料 10.2.4 热拌沥青混合料的配合比设计方法 土木工程系 10.2.1 热拌沥青混合料的组成结构和强度理论 1）沥青混合料的组成结构 通常按其矿质混合料的组成
6、分为三种结构类型： （1）悬浮-密实结构：连续型密级配，细料多，粗料少， 高温稳定性差粘聚力C 较高，内摩擦角 较小。 （2）骨架-空隙结构：连续型开级配，细料少，粗料多， 高温稳定性较好粘聚力C 较低，内摩擦角 较大。 （3）密实-骨架结构：间断型密级配，粗料、细料较多， 高温稳定性好粘聚力C 较高，内摩擦角 较大。 土木工程系 图10-1 沥青混合料结构组成示意图 a)悬浮-密实结构b)骨架-空隙结构c)密实-骨架结构 土木工程系 2）沥青混合料强度理论 沥青路面的主要破坏形式： 高温产生车辙高温时由于抗剪强度不足或塑性变形过 大 而产生推挤等现象。 低温出现现裂缝缝由于低温时抗拉强度不足
7、或变形能力较 差 而产生裂缝现象。 土木工程系 （1）沥青混合料的强度形成原理（高温） 要求沥青混合料在高温时必须具有一定的抗剪强度和 抵抗变形的能力。 沥青混合料的抗剪强度（ ）主要取决于： 粘聚力和内摩擦角两个参数。 式中： 沥青混合料的抗剪强度，MPa； C 沥青混合料的粘聚力，MPa； 沥沥青混合料的内摩擦角，rad。 土木工程系 摩尔库仑包络线： =c+ tan c 土木工程系 （2）影响沥青混合料抗剪强度的因素 内因方面： 沥青粘度的影响 沥青混合料的粘聚力 随沥青粘度的增加而增加，同时 内摩擦角 稍有提高。 沥青与矿料化学性质的影响 沥青与矿料相互作用与沥青 的化学性质和矿料性质
8、有关。 矿矿料间间由结结构沥沥青膜联结联结 ， 粘聚力大； 矿矿料间间由自由沥沥青所联结联结 ， 则则粘聚力小。 土木工程系 a) 沥沥青用量不足：不足以形成结结构沥沥青， 小， 较大。 b) 沥沥青用量适中：逐渐形成结构沥青， 增大， 减小； 当形成结构沥青膜，具有max(对应最佳沥青用量OAC)。 c) 沥沥青用量过过量：开始形成自由沥青， 下降， 减小。 沥青用量的影响 max OAC 土木工程系 矿料比表面积 矿料的比表面积越大，形成的沥青膜越薄，结构沥青 所占的比例越大，粘聚力越大。 矿料的化学性质 碱性石料与沥青的化学吸附作用大，酸性石料的差。 矿料级配、颗粒形状、表面特性等 土木
9、工程系 400 300 200 100 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 102030405060 T(C) c =f(T) c=f(T) 外因方面： 温度的影响：粘聚力随温度的升高而显著降低,内摩擦角 的影响较小。 土木工程系 形变变的影响：变形速率对沥青混合料内摩擦角影响较小， 而粘聚力影响较为显著。 400 300 200 100 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 12345 c c=f(v) =f(v) V 土木工程系 10.2.2 沥青混合料的技术性质和技术标准 1）沥青混合料的技术性质 （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 土
10、木工程系 （1）高温稳定性 是指沥青混合料在夏季高温（通常为60）条件下 ， 经车辆荷载长期重复作用后，不产生车辙和波浪等病害 的性能。 评评价方法：马马歇尔试验试验 、车辙试验车辙试验 等 马歇尔试验： 三项指标：马歇尔稳定度、流值和马歇尔模数。 土木工程系 稳定度(MS)：指标准试件 在规定温度和加荷速度下，在 马歇尔仪中最大的破坏荷载，单位：kN。 流值(FL)：达到最大破坏荷载时试件的垂直变形,单位:mm。 马马歇尔模数(T):计计算得到,稳稳定度除以流值值的商,单单位:kN/mm 。 可以间间接地反映沥沥青混合料的抗车辙车辙 能力。 土木工程系 车辙试验 评评价指标标：动稳动稳 定度
11、 动稳动稳 定度 将沥沥青混合料制成30Omm30Omm50mm的标标准试试件， 在 60温度条件下，以一定荷载载的轮轮子 (轮压轮压 0.7MPa)，在同一轨轨迹上作一定 时间时间 的反复行走，形成一定的车辙车辙 深 度，然后计计算试试件变变形1mm所需试验试验 车轮车轮 行走的次数。 土木工程系 式中：DS沥青混合料动稳定度，次/mm； d1、d2时间t1、t2的变形量，mm； 42每分钟行走次数，次/min； c1试验机修正系数，曲柄连杆驱动试件的变速行 走 方式为1.0；链驱动试验轮的等速方式为1.5； c2试件修正系数，试验室制备的宽300mm的试件为 1.0；从路面切割的宽150m
12、m的试件为0.8。 土木工程系 （2）低温抗裂性 沥青混合料不出现脆裂、低温缩裂、温度疲劳等现象 , 以保证路面在冬季低温时不产生裂缝的性质。 评价方法:采用低温线收缩系数试验、低温弯曲试验、低温劈 裂试验。 低温弯曲试验是将轮碾成型后切制的250mm30mm35mm 的棱柱体小梁试件,跨径200mm,按50mm/min的加载速度在跨中施 加集中荷载至断裂破坏。计算弯曲劲度模量破坏抗弯强度/ 弯拉应变 沥青混合料低温抗裂性能与其低温劲度模量成反比。 措施：在寒冷地区,可采用稠度较低、劲度较小的沥青,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。 土木工程系 （3）耐久性
13、沥青混合料在外界因素长期作用下不破坏的性质。 （阳光、空气、水、车辆荷载） 包括：水稳性能、耐老化、耐疲劳性能 影响沥青混合料耐久性的主要因素：沥青性质和用量、矿料 性质、沥青混合料组成结构。 评价方法：马歇尔试验 评价指标：我国现行规范采用空隙率、饱和度（或矿料间隙 率）和残留稳定度等指标。 土木工程系 1)沥青混合料试件的毛体积相对密度 l沥青混合料试件（压实后）的毛体积密度是指沥青混合 料单位毛体积（等于沥青混合料实体体积、不吸水的闭口 孔隙和吸收水分的开口孔隙的体积之和）的干质量。 对于密实的沥青混凝土试件，其集料的吸水率不大（ 小于0.5%）时，采用水中重法测定。 土木工程系 对于表
14、面较粗但较密实的沥青混凝土试件，其吸水率 小于2%时，采用表干法测定。 l 对吸水率大于2%的试件，宜改用蜡封法测定毛体积相 l 对密度。 l对吸水率小于0.5%的特别致密的沥青混合料，在施工质量 检验时，允许采用水中重法测定其表观相对密度作为标准密 度，钻孔试件也采用相同方法。但配合比设计时不得采用水 中重法。 土木工程系 2）沥青混合料的最大理论相对密度 l沥青混合料的最大理论密度是指压实沥青混合料试件全部为矿料和沥 青所组成，即空隙率为零的最大密度。 l目前可采用真空法测定沥青混合料的最大理论相对密度，也可按下式( 沥青采用外掺法)计算,计算结果取三位小数。 ti相对于计算油石比，沥青混
15、合料的最大理论相对密度，无量纲 油石比(Pai)是指沥青占矿质混料的百分率；(外掺法) 沥青用量(Pbi)是指沥青占沥青混合料的百分率。(内掺法) lPbi所计算的沥青混合料的沥青用量(%): se合成矿料的有效相对密度 土木工程系 3)空隙率试件压实后，矿料及沥青以外的空隙的体积 占试件总体积的百分率。 土木工程系 4) 沥青混合料试件的矿料间隙率（%） 是指压实沥青混合料试件中全部矿料部分以外的体积占试 件总体积的百分率，等于试件空隙率与沥青体积百分率之和 lsb矿质混合料的合成毛体积相对密度 l 矿料占沥青混合料总质量的百分率。 l l ：各种矿料的毛体积相对密度 l 土木工程系 土木工
16、程系 5）沥青混合料试件的有效沥青饱和度 是指压实沥青混合料试件矿料间隙中，扣除被集料吸 收的沥青以外的有效沥青结合料部分的体积在矿料间隙率中所 占的百分率。 土木工程系 6） 沥青混合料的残留稳定度 l我国现行规范评价方法:浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验, 检验沥青混合料的水稳定性。 l浸水马歇尔试验：评价指标为残留稳定度。 残留稳定度采用浸水马歇尔试验，通过测定浸水48h马 歇尔试件的稳定度与常规测定的马歇尔试件的稳定度之比值 ，作为评价水稳性的指标，计算公式： 式中： lMS0试件的残留稳定度，%； lMS1试件浸水48h(或真空饱水后浸水48h)后的稳定度, kN。 残留稳定度越大，沥青混合料的水稳性越高。 土木工程系 l冻融劈裂试验：评价指标为残留强度比。 残留强度比是以沥青混合料试件受水冻融循环作用 后的劈裂破坏强度与试件受冻前的劈裂破坏强度的比值， 作为水稳定性的评价指标。 l其值越大，沥青混合料在水冻融循环作用下的水稳性越高。 （4）抗滑性 l沥青路面的抗滑性是保证道路交通安全的一个重要因素，特 别是高速公路。目前技术要求中没有规定抗滑性指标，一般通 过矿质集料的微表面性
