土木工程材料 作者 张爱勤 曹晓岩 第六章 沥青与沥青混合料.ppt

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1、在线教务辅导网：http:/,教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网,QQ:349134187 或者直接输入下面地址：,http:/,第六章沥青与沥青混合料,制作人：张爱勤 李晶 菅秀文山东交通学院土木工程系,学习要求：重点掌握沥青材料的概念与应用，石油沥青的技术性质与技术标准；掌握石油沥青常规试验方法与评价方法；深刻认识沥青性能与环境的关系。重点掌握热拌沥青混合料的技术性质与技术标准，组成材料的质量要求和配合比设计；掌握热拌沥青混合料的质量管理；了解常温沥青混合料、改性沥青混合料等新型沥青混合科的应用。,第一节 沥青材料 一、石油沥青概述 二、石油沥青的主要技术性质 三、石油沥青的气候分

2、区与技术标准 四、其它沥青,沥青材料是由一些极其复杂的高分子的碳氢化 合物和这些碳氢化合物的非金属（氧、硫、氮）的衍生物所组成的混合物。常温下，沥青呈黑色或黑褐色的固态、半固态或液态。应用：沥青属于有机胶结材料，在土木工程中广泛 用作路面、屋面、防水等工程材料。,沥青,地沥青,焦油沥青：各种有机物干馏加工得到的焦油，经 再加工而得到的产品。,天然沥青：石油在自然条件下，长时间 经受地球物理因素作用形成 的产物,石油沥青：石油经各种炼制工艺加工 而得的沥青产品,煤沥青木沥青页岩沥青,一、石油沥青概述 1.石油沥青的生产工艺概述,2.石油沥青的组成和结构（1）石油沥青的化学组成 由多种碳氢化合物及

3、其非金属(氧、硫、氮)的衍生物组成的混合物。分子通式为：CnH2n+aObScNd。化学组成元素主要是碳(80%87%)、氢(10%15%)，其次是非烃元素（如氧、硫、氮等5%）。还含有一些微量的金属元素，如镍、钒、铁、锰、钙、镁、钠等。,（2）化学组分 化学组分分析方法:采用不同的有机溶剂和吸附剂，将沥青分离为化学性质相近，而且与其工程性质有一定联系的几个组，每个组就称为一个化学组分。我国现行公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTJ 052-2000)规定有三组分和四组分两种分析法。三组分分析法：油分、树脂和沥青质等三个组分。四组分分析法：饱和分、芳香分、胶质和沥青质。对含蜡沥青，可将饱和分

4、和芳香分，以丁酮-苯为脱蜡溶剂，-20冷冻分离可确定含蜡量。,（3）组分对沥青性质的影响,表6-1 几种石油沥青的化学组分,（4）胶体结构:(1)溶胶型结构(2)溶-凝胶型结构(3)凝胶型结构,a)b)c)溶胶型结构 溶-凝胶型结构 凝胶型结构 沥青胶体结构示意图,按沥青质含量 少 适中 多,二、石油沥青的主要技术性质 1.物理特征常数 2.粘滞性 3.塑性 4.温度稳定性,5.加热稳定性（抗老化）6.安全性7.溶解度8.粘附性,1.物理特征常数（1）密度与相对密度 密度在规定温度条件下，单位体积的质量。我国现行试验方法规定测定15沥青密度。相对密度在规定温度下，沥青质量与同体积水 质量之比。

5、我国现行方法规定测定25的相对密度。沥青15密度与25相对密度之间的换算公式：沥青与水的相对密度(25/25)=沥青的密度(15)0.996 沥青混合料配合比设计要求使用沥青25的相对密度。,（2）热胀系数沥青在温度上升1时的长度或体积的变化，分别称为线胀系数或体胀系数，统称热胀系数。沥青路面的开裂，与沥青混合料的热胀系数有关。沥青混合料的热胀系数，主要取决于沥青热学性质。特别是含蜡沥青，当温度降低时，蜡由液态转变为固态，比容突然增大，沥青的热胀系数发生突变，因而易导致路面产生开裂。（3）介电常数 沥青的介电常数与沥青使用的耐久性有关。英国道路研究所研究认为，沥青的介电常数与沥青路面抗滑性也有

6、很好的相关性。,2.粘滞性（粘性）沥青材料在外力作用下，沥青粒子产生相对位移时抵抗变形的能力。以绝对粘度表示。按牛顿内摩擦定律可推导出绝对粘度。沥青是一种复杂的胶体物质，只有当其在高温时（如加热至施工温度时）才接近于牛顿液体。由于绝对粘度测定较为复杂，因此在实际应用上多测定沥青的技术粘度（或称条件粘度）表示其粘性。粘稠沥青的粘度最常采用针入度法测定。,（1）针入度在规定温度条件下，以规定质量的标准针经过规定的时间贯入沥青试样的深度。单位：0.1mm。常用试验条件：,规定温度：25标准针质量：100g贯入时间：5s,（2）表示方法：P（25，100g，5s）（3）表征意义 沥青的针入度值愈大，表

7、示沥青的粘度愈小。针入度是目前我国粘稠石油沥青的分级指标。标号：一般取针入度的平均值。,3.延性 是指沥青材料在外力作用下发生变形而不破坏的能力。以延度作为表征指标。（1）延度 将沥青试样制成8字形标准试件,采用延度仪,在规定拉伸速度和规定温度下沥青试样拉断时的长度。单位：cm。常用试验条件：温度15，拉伸速度5cm/min。,（2）延度的意义沥青的低温抗裂性、耐久性与其延度密切相关。从这个角度出发，沥青的延度值愈大对其越有利。沥青的延度决定于沥青的胶体结构和流变性质,4.温度稳定性（1）软化点 沥青是一种高分子非晶态物质，它没有敏锐的溶点，从固态转变为液态（即由硬化点至滴落点之间）有很宽的温

8、度间隔，因此，选择其温度间隔中的一个条件温度称为软化点。,（2）软化点测定方法我国现行试验方法要求采用 环与球法软化点。该法是将沥青试样注于规定内径的铜环中，环上置一钢球，在规定的加热速度下，沥青试样逐渐软化，直至在钢球荷重作用下滴落到下层金属板时的温度，称为软化点。单位：表示：TR&B,注意：初始温度5 加热速度为5/min,已有研究认为：任何一种沥青材料当其达到软化点温度时，其粘度相同，即皆为P（25，100g，5S）=800（0.1mm）。针入度是在规定温度下沥青的条件粘度，而软化点则是沥青达到规定条件粘度时的温度。软化点既是反映沥青材料感温性的一个指标，也是沥青粘度的一种量度。三大指标

9、：针入度、延度、软化点是评价粘稠石油沥青技术性能最常用的经验指标。,（2）脆点沥青材料在低温下受到瞬时荷载时常表现为脆性破坏，沥青脆性的测定极为复杂。目前测试方法：采用弗拉斯脆点。拉斯脆点试验原理：将沥青试样在一个标准的金属薄片上摊成薄层，将其置于脆点仪内并使其稍稍弯曲。当以1/min的速度降温时，沥青薄膜的温度随之逐渐降低，当降至某一温度时，沥青薄膜在规定弯曲条件下会出现一个或多个裂缝，此时的温度即为沥青的脆点。,（3）针入度指数（Penetration Index，简称PI）评价沥青技术性质的一个重要指标，既可以反映沥青的感温性，又可以划分沥青的胶体结构。研究观点：PI是P.Ph.普费和F

10、.M.范杜尔马尔等提出的一种评价沥青感温性的指标。认为：沥青针入度值的对数(lgP)与温度(T)具有线性关系，表达式为：,式中：A为直线斜率，称为针入度-温度感应性系数。A值的求取公式：沥青达到软化点时，针入度一般为6001000，取P=800(0.1mm),针入度-温度关系图,针入度指数的应用：针入度指数愈大，表示沥青对温度的敏感性愈低，温度稳定性越好。划分沥青的胶体结构：,PI-2者，属溶胶型沥青PI=-2+2之间者，属溶-凝胶型沥青PI+2者，属凝胶型沥青,存在问题：针入度-温度感应性系数A值为小数,使用 不方便，引入PI值的概念。经验公式：,5.加热稳定性（抗老化性）为了解沥青在施工及

11、使用过程的耐久性，规范规定要进行沥青的加热质量损失和加热后残渣性质的试验。（1）沥青的蒸发损失试验 将50g的沥青试样装入盛样皿（筒状，内径55mm，深35mm）内，置于烘箱中，在163下保持受热时间5h，冷却。测定质量损失，并测定残留物的针入度。沥青经加热损失试验后由于沥青中轻质馏分挥发，不稳定成分发生氧化、聚合等作用，导致残留物性能与原始材料性能有很大差别。表现为针入度减小、软化点升高和延度降低。,（2）沥青薄膜加热试验 该法是将50g沥青试样盛于内径为（1401）mm，深为9.510mm的铝皿中，使沥青成为厚约3.2mm的薄膜，沥青薄膜在163的标准薄膜加热烘箱中加热5h后，取出冷却，测

12、其质量损失，并按规定的方法测定残留物的针入度、延度等技术指标。,6.安全性 沥青使用时必须加热，由于沥青在加热过程中挥发出的油会与周围的空气组成混合气体，当遇到火焰会发生闪火，此时的温度称为闪点。若继续加热，挥发的油分饱和度增加，与空气组成的混合气体遇火极易燃烧，燃烧时的温度称为燃点。评价指标：闪点。闪点和燃点是保证沥青安全加热和施工的一项重要指标。通常采用克利夫兰开口杯法测定（简称COC法）。,7.溶解度 指沥青在有机溶剂（三氯乙烯、四氯化碳、苯等）中可溶物的百分含量。可以反映沥青中起粘结作用的有效成分的含量。8.粘附性 是指沥青与集料的界面粘结性能和抗剥落性能。直接影响沥青路面的使用质量和

13、耐久性。沥青裹覆集料后的抗水性（即抗剥性）不仅与沥青的性质有密切关系，而且亦与集料性质有关。我国目前对沥青与石料的粘附性的试验方法：水煮法和水浸法；与矿粉的粘附性：亲水系数法。,三、石油沥青的气候分区与技术标准1.石油沥青的气候分区 道路石油沥青的应用应考虑公路适宜的气候条件，我国沥青路面的气候分区按JTG F402004公路沥青路面施工技术规范将沥青使用性能按照高温、低温和雨量等划分为三个分区。,（1）气候分区指标的选择气候分区的高温指标：采用最近30年内年最热月的平均日最高气温的平均值作为反映高温和重载条件下出现车辙等流动变形的气候因子，并作为气候区划的一级指标。全年高于30的积温及连续高

14、温的持续时间可作为辅助参考值。气候分区的低温指标：采用最近30年内的极端最低气温作为反映路面温缩裂缝的气候因子，并作为气候区划的二级指标。温降速率、冰冻指数可作为辅助参考值。气候分区的雨量指标：采用最近30年内的年降水量的平均值作为反映沥青路面受雨（雪）水影响的气候因子，并作为气候区划的三级指标。雨日数可作为辅助参考值。,表6-2 国内沥青路面气候分区表,（2）气候分区的确定按照设计高温分区指标，一级区划分为3个区：夏炎热区、夏热区、夏凉区；按照设计低温分区指标，二级区划分为4个区：冬严寒区、冬寒区、冬冷区、冬温区；按照设计雨量分区指标，三级区划分为4个区：潮湿区、湿润区、半干区、干旱区。沥青

15、路面温度分区由高温和低温组合而成，第一个数字代表高温分区，第二个数字代表低温分区，数字越小表示气候因素越严重。见表6-3、6-4。,2.石油沥青的技术标准（1）建筑石油沥青的技术标准 建筑石油沥青按针入度值可划分为40号、30号和10号三个标号。与道路石油沥青相比，其特性为：针入度较小延度较小、软化点较高。按GB/T 4941998建筑石油沥青规定的技术标准见表6-5。,（2）道路石油沥青技术标准分级：按针入度的大小划分为160号、130号、110号、90号、70号、50号、30号七个标号。JTG F402004公路沥青路面施工技术规范对石油沥青技术指标见表6-6。质量等级：每个牌号的沥青又按

16、其评价指标的高低划 分为A、B、C三种不同的质量等级。见表6-7。,四、其他沥青1.煤沥青 煤沥青是由煤干馏的产品煤焦油加工而获得的。（1）煤沥青化学组分及其性质1）游离碳：又称自由碳，是高分子的有机化合物的固态碳质微粒，不溶于任何有机溶剂。含有游离碳能增加沥青的粘度、提高热稳定性，低温脆性增大。2）树脂：分为硬树脂和软树脂。硬树脂为固态晶体结构，类似石油沥青中的沥青质；软树脂：赤褐色粘-塑性物质，类似石油沥青中的胶质。3）中性油分：是液态的碳氢化合物，其结构较其他组分为简单。其中还含有酚、萘等。萘含量较高且温度低于10时，以晶体析出，影响煤沥青的低温变形能力。酚能溶于水，有毒且易氧化。,（2

17、）技术性质 煤沥青与石油沥青相比,在技术性质上有下列差异：（1）温度稳定性较差。（2）气候稳定性较差。（3）与矿质集料的粘附性较好。煤沥青按其稠度分为：软煤沥青（液体、半固体）和硬煤沥青（固体）两大类。道路工程主要应用软煤沥青，并应满足相应的技 标准。,2.乳化沥青 乳化沥青是将粘稠沥青加热至流动态，再经高速离心、搅拌及剪切等机械作用，而形成细小微粒（粒径约为25m）分散在有乳化剂-稳定剂的水中，由于乳化剂-稳定剂的作用而形成均匀稳定的乳状液。（1）乳化沥青的优点 1）可冷态施工、节约能源。2）施工便利、节约沥青。3）保护环境、保障健康。,（2）乳化沥青的组成材料 1）沥青沥青是乳化沥青的主要

18、组成材料，沥青的质量直接关系到乳化沥青的性能。一般说来，相同油源和工艺的沥青，针入度较大者易于形成乳液。但针入度的选择，应根据乳化沥青在路面工程中的用途来决定。乳化沥青中沥青用量范围一般在30%70%之间。2）乳化剂沥青乳化剂是表面活性剂的一种类型，从化学结构上考察，它是一种“两亲性”分子，分子的一部分具有亲水性质，而另一部分具有亲油性质。目前对沥青乳化剂的分类，按其亲水基在水中是否电离，而分为离子型和非离子型两大类。离子型乳化剂按其离子电性，又分为阴（或负）离子型、阳（或正）离子型和两性离子型。,3）稳定剂 稳定剂可分为有机稳定剂和无机稳定剂两类。有机稳定剂：常用的种类有聚乙烯醇、聚丙烯酰胺

19、、羧甲基纤维素钠、糊精等。这类稳定剂可提高乳液的贮存稳定性和施工稳定性。无机稳定剂：常用的种类有氯化钙、氯化镁和氯化铬。这类稳定剂可提高乳液的贮存稳定性。4）水水是乳化沥青的主要组成部分，不可忽视水对乳化沥青性能的影响。自然界获得的水，可能溶融或悬浮各种物质，影响水的PH值，或者含有钙或镁离子等，这些因素都可能影响某些乳化沥青的形成或引起乳化沥青的过早分裂。生产乳化沥青的水应相当纯净，不含其他杂质。,（3）乳化沥青分裂 在路面施工时，乳化沥青与集料接触后，乳化沥青为发挥其粘结的功能，沥青微滴必须从乳液中分裂出来，沥青微滴在集料表面聚结形成一层连续的沥青薄膜，这一过程称为分裂，也称为分解与破乳过

20、程。乳化沥青分解与破乳机理主要有以下几种：1）电荷吸附作用；2）化学反应理论；3）振动功能理论；4）水分蒸发作用。（4）乳化沥青的应用 乳化沥青用于修筑路面，不论是阳离子型乳化沥青（代号C）或阴离子型乳化沥青（代号A）有两种施工方法：洒布法（代号P），如透层、粘层、表面处治或贯入式沥青碎石路面；拌和法（代号B），如沥青碎石或沥青混合料路面。乳化沥青按其分裂速度，可分为快裂、中裂和慢裂三种类型。,3.改性沥青 是指掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂（改性剂），或采取对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青或沥青混合料的性能得以改善而制成的沥青结合料。主要改善沥青的粘附性、力学性

21、能、耐老化性能，提高其使用性能。,（1）改性沥青的分类从狭义上讲，改性沥青一般是指聚合物改性沥青，一般将其分为三类：1）热塑性橡胶类即热塑性弹性体，主要是苯乙烯类嵌段共聚物，如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS），苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯（SIS）、苯乙烯-聚乙烯/丁基-聚乙烯（SE/BS）等，由于它兼具橡胶和树脂两类改性沥青的结构与性质，故也称为橡胶树脂类。SBS由于具有良好的弹性（变形的自恢复性及裂缝的自愈性），故已成为目前世界上最为普遍使用的道路沥青改性剂，亦可用于生产防水卷材、片材、密封材料和防水涂料。,2）橡胶类如天然橡胶（NR）、丁苯橡胶（SBR）、氯丁橡胶（CR）、丁二烯橡胶（BR）

22、、异戊二烯（IR）、乙丙橡胶（EPDM）、丙烯腈丁二烯共聚物（ABR）、异丁烯异戊二烯共聚物（IIR）、苯乙烯异戊二烯橡胶（SIR）等，还有硅橡胶（SR），氟橡胶（FR）等等。其中SBR是世界上应用最广泛的改性剂之一，它具有优异的耐分解性，良好的低温抗裂性和耐热性，多用于路面工程与制作密封材料和涂料，尤其是其胶乳形式的使用越来越广泛。于生产防水卷材、片材、密封材料和防水涂料。,3）树脂类热塑性树脂，如乙烯-乙酸乙烯酯共聚物（EVA）、聚乙烯（PE）、无规聚丙烯（APP）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、聚酰胺等，还包括乙烯乙基丙烯酸共聚物（EEA）、聚丙烯（PP）、丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚

23、物（NBR）等；热固性树脂也可作为改性剂使用，如环氧树脂（EP）等。EVA由于其乙酸乙烯的含量及熔融指数（MI）的不同，分为许多牌号，不同品种的EVA改性沥青的性能有较大差别。无规聚丙烯（APP）由于价格低廉，主要生产防水卷材和防水涂料，其缺点是与石料的粘结力较小。,（2）我国改性沥青的适用范围我国目前使用的聚合物改性剂主要有SBS、SBR、EVA、PE。类SBS热塑性橡胶类聚合物改性沥青：-A型及-B型适用于寒冷地区，-C型用于较热地区，-D型用于炎热地区及重交通路段。类SBR橡胶类聚合物改性沥青：-A型用于寒冷地区，-B型-C型适用于较热地区。类EVA、PE聚合物改性沥青：适用于较热和炎热

24、地区。通常要求软化点温度比最高月的最大日空气温度要高20左右。,根据改性沥青的目的和要求选择改性剂时，可作如下初步选择：1）为提高抵抗永久变形能力，宜使用热塑性橡胶类、热塑性树脂类改性剂。2）为提高抗低温开裂能力，宜使用热塑性橡胶类、橡胶类改性剂。3）为提高疲劳开裂能力，宜使用热塑性橡胶类、橡 胶类、热塑性树脂类改性剂。4）为提高抗水损害能力，宜使用各类抗剥落剂等外 加剂。,五、沥青的贮存与选用 1.沥青的贮存石油沥青的贮存，按照JTG F402004公路沥青路面施工技术规范的要求，沥青必须按品种、标号分开存放。除长期不使用的沥青可放在自然温度下存储外，沥青在储存罐中的贮存温度不宜低于130，

25、并不得高于170。桶装沥青应直立堆放，加盖苫布。道路石油沥青在贮运、使用及存放过程中应有良好的防水措施，避免雨水或加热管道蒸汽进入沥青中。,液体石油沥青在制作、贮存、使用的全过程中必须通风良好，并有专人负责，确保其安全。基质沥青的加热温度严禁超过140，液体石油沥青的贮存温度不得高于50。乳化沥青宜存放在立式罐中，并保持适当搅拌。贮存期以不离析、不冻结、不破乳为度。道路用煤沥青严禁用于热拌热铺的沥青混合料，作为其他用途时的贮存温度宜为7090，且不得长时间贮存。,改性沥青的加工温度不宜超过180。胶乳类改性剂和制成颗粒的改性剂可直接投入拌和缸中生产改性沥青混合料。用溶剂法生产改性沥青母体时，挥

26、发性溶剂回收后的残留量不得超过5%。现场制造的改性沥青宜随配随用，需作短时间保存，或运送到附近的工地时，使用前必须搅拌均匀，在不发生离析的状态下使用。改性沥青制作设备必须设有随机采取样品的取样口，采集的试样宜立即在现场灌模。工厂制作的成品改性沥青到达施工现场后存贮在改性沥青罐中，改性沥青罐中必须加设搅拌设备并进行搅拌，使用前改性沥青必须搅拌均匀。在施工过程中应定期取样检验产品质量，发现离析等质量不符要求的改性沥青不得使用。,改性乳化沥青贮存稳定性应根据施工实际情况选择实验天数，通常采用5d，乳液生产后能在第二天使用完时也可选用1d。个别情况下改性乳化沥青5d的贮存稳定性难以满足要求，如果经搅拌

27、后能够达到均匀一致并不影响正常使用，此时要求改性乳化沥青运至工地后存放在附有搅拌装置的贮存罐内，并不断进行搅拌，否则不准使用。当改性乳化沥青或特种改性乳化沥青需要在低温冰冻条件下贮存或使用时，尚需进行-5低温贮存稳定性试验，要求没有粗颗粒、不结块。,2.石油沥青的选用（1）道路石油沥青在道路工程中选用沥青材料时，要根据交通量和气候特点来选择。南方高温地区宜选用高粘度的石油沥青，如50号和70号，以保证在夏季沥青路面具有足够的稳定性，不会出现车辙等破坏形式；而北方寒冷地区宜选用低粘度的石油沥青，如90号和110号，以保证沥青路面在低温下仍具有一定的变形能力，避免出现开裂。,（2）建筑石油沥青建筑

28、石油沥青主要用作制造油纸，油毡，防水涂料和沥青嵌缝膏。它们绝大部分用于屋面及地下防水，沟槽防水防腐蚀及管道防腐等工程。为避免夏季沥青材料流淌，一般屋面用沥青材料的软化点还应比本地区屋面最高温度高20以上。例如武汉、长沙地区沥青屋面温度约达68，选用沥青的软化点应在90左右，低了夏季易流淌；但也不宜过高，否则冬季低温易硬脆甚至开裂。所以选用石油沥青时要根据地区、工程环境及要求而定。,第二节 沥青混合料沥青混合料是矿料（包括碎石、石屑、砂）和填料与沥青经混合拌制而成的混合料的总称。其中矿料起骨架作用，沥青与填料起胶结填充作用。沥青混合料经摊铺、压实成型后就成为沥青路面。随着我国公路等级的提高，沥青

29、路面已成为高等级道路路面中占主要地位的路面结构。它具有优良的力学性能，良好的耐久性和抗滑性等特点，并便于分期修筑及再生利用，且修成的路面具有晴天少尘、雨天不泞、减震吸声、行车舒适等多方面的优点。,一、沥青混合料概述1.定义沥青混合料（Bituminous mixtures）由矿料与 沥青结合料拌和而成的混合料的总称。2.分类（1）按沥青类型分类：石油沥青混合料和焦油沥青 混合料（2）按施工温度分类：热拌热铺沥青混合料和常温 沥青混合料（3）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,（4）按公称最大粒径分类特粗式：矿料公称最大粒径等于或大于37.5mm 粗粒式：矿料公称最大

30、粒径为26.5mm或31.5mm中粒式：矿料公称最大粒径为16mm或19mm细粒式：矿料公称最大粒径为9.5mm或13.2mm砂粒式：矿料公称最大粒径等于或小于4.75mm,（5）按矿料级配组成及空隙率大小划分 1）连续密级配沥青混凝土混合料采用连续密级配原理设计组成的矿料与沥青拌和而成。其中包括：密实型沥青混凝土混合料和密级配沥青稳定碎石。密实型沥青混凝土混合料(AC)：设计空隙率在3%6%（重载交通道路4%6%；行人道路2%5%；密级配沥青稳定碎石(ATB)：设计空隙率仍为3%6%。这两种密实型沥青混合料的区别为：特粗型以下的是AC型（公称最大粒径26.5mm），特粗型属ATB(公称最大粒

31、径达到37.5mm)。,2）连续半开级配沥青混合料连续半开级配沥青混合料又称为沥青稳定碎石(AM)，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，压实后剩余空隙率在6%12%，。3）开级配沥青混合料矿料主要由粗集料组成，细集料和填料较少，采用高粘度沥青结合料粘结形成，压实后空隙率在18%以上。代表类型有：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矿料级配中缺少一个或几个粒级而形成的级配不连续的沥青混合料，空隙率控制在3%4%，典型代表是沥青玛蹄脂碎石混合料，以SMA表示。,表6-10 热拌沥青混合料类型,3.热拌沥青

32、混合料的结构组成 通常按其矿质混合料的组成分为三种结构类型：（1）悬浮-密实结构：采用连续密级配，细料多，粗料少，粘聚力C 较高，内摩擦角 较小。（2）骨架-空隙结构：采用连续开级配，细料少，粗料多，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，粘聚力C 较高，内摩擦角 较大。,三种典型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,二、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（Stability）是指在高温条件下，沥青混合料能够抵抗车辆反复作用，不会产生显著永久变形，保证沥青路面平整的

33、特性。测定和评价方法：马歇尔稳定度试验和车辙试验,1）马歇尔试验：三项指标：马歇尔稳定度、流值和马歇尔模数。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。马歇尔模数(T)：计算得到，稳定度除以流值的商。单位：kN/mm。,2）车辙试验评价指标：动稳定度动稳定度：将沥青混合料制成30Omm30Omm50mm的标准试件，在60温度条件下，以一定荷载的轮子(轮压0.7MPa)，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。,式中：DS沥青混合料

34、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150mm的试件为 0.8。,（2）低温抗裂性 与高温变形相对应，冬季低温时沥青混合料将产生体积收缩，但在周围材料的约束下，沥青混合料不能自由收缩，从而在结构层内部产生温度应力。当气温骤降时，产生的温度应力就来不及松弛，当温度应力超过沥青混合料允许应力值时，沥青混合料被拉裂，导致沥青路面出现裂缝造成路面的破坏。目前用于研究和评价沥青混合

35、料低温性能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或应力松弛能力和评价沥青混合料断裂能力等。,（3）耐久性 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）主要包括：抗老化性、水稳性、抗疲劳性等方面。主要影响因素：空隙率（矿料的级配、沥青材料的 用量以及压实程度等多个方面）。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评价沥青 混合料的耐久性。,（4）抗滑性抗滑性是保障公路交通安全的一个很重要因素，特别是行驶速度很高的高速公路，确保沥青路面的抗滑性要求显得尤为重要。主要影响因素：矿料自身或级配形成的表面构

36、造深度、颗粒形状与尺寸、抗磨光性等方面；沥青用量对抗滑性也有非常大的影响(沥青用量超过最佳用量的0.5%，沥青路面的抗滑性指标明显降低)。,（5）施工和易性沥青混合料应具备良好的施工和易性，要求在整个施工的各个工序中，尽可能使沥青混合料的集料颗粒以设计级配要求的状态分布，集料表面被沥青膜完整覆盖，并能被压实到规定的密度，这是保证沥青混合料实现上述路用性能的必要条件。影响因素：首先是材料组成，如矿料级配和沥青用量。另一个影响因素是施工条件，如施工时的温度控制。,2.热拌沥青混合料的技术标准 JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范（1）热拌沥青混合料马歇尔试验技术标准,表6-11 密级配

37、沥青混凝土混合料马歇尔试验技术标准,（2）沥青混合料高温稳定性车辙试验技术标准表6-12 沥青混合料车辙试验动稳定度技术要求,（3）沥青混合料的低温抗裂性指标 表6-13 沥青混合料低温弯曲试验破坏应变技术标准,（4）沥青混合料的水稳定性指标表6-14 沥青混合料水稳定性技术标准,三、沥青混合料的组成材料 1.道路石油沥青（1）沥青标号选用要求：在选择沥青材料的时候，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，并经技术论证后确定。对高速公路、一级公路，夏季温度高、高温持续时间长、重载交通、山区及丘陵区上坡路段、服务区、停车场等行车速

38、度慢的路段，尤其是汽车荷载剪应力大的结构层次，宜采用稠度大、60粘度大的沥青，也可提高高温气候分区的温度水平选用沥青等级；,对冬季寒冷的地区或交通量小的公路、旅游公路宜选用稠度小、低温延度大的沥青；对温度日温差、年温差大的地区宜注意选用针入度指数大的沥青。当高温要求与低温要求发生矛盾时应优先考虑满足高温性能的要求。当缺乏所需标号的沥青时，可采用不同标号掺配的调和沥青（2）道路石油沥青的质量：应满足表6-6的技术要求,2.粗集料（1）选用要求：沥青混合料的粗集料一般是由各种岩石经过轧制而成的碎石组成。石料紧缺，也可用卵石轧制的碎石或某些冶金矿渣。（2）质量要求 综合要求：沥青混合料的粗集料要求洁

39、净、干燥、无风化、无杂质，并且具有足够的强度和耐磨性，其各项质量要求符合表6-15。粘附性：高速公路、一级公路沥青路面的表面层（或磨耗层）的磨光值、粗集料与沥青的粘附性均应符合表6-16的要求。级配：粗集料的粒径规格应满足表6-17的要求。允许搭配使用。,表6-15 沥青混合料用粗集料技术要求,表6-16 粗集料与沥青的粘附性、磨光值的技术要求,表6-17 沥青混合料用粗集料规格,3.细集料（1）选用要求：一般采用天然砂或机制砂，在缺少砂的地区，也可以用石屑代替。（2）质量要求：细集料同样应洁净、干燥、无风化、无杂质，并且与沥青具有良好的粘结力，各项技术指标应符合表6-18的技术要求。（3）级

40、配：对天然砂宜按表6-19中的粗砂、中砂或细砂的规格选用；石屑宜按表6-20的规格选用。,表6-18 沥青混合料用细集料质量要求,表6-19 沥青面层用天然砂规格,表6-20 沥青面层用石屑规格,4.填料指在沥青混合料中起填充作用，粒径小于0.075mm的矿质粉末。（1）选用要求：宜采用石灰岩或岩浆岩中的强基性（憎水性）岩石磨制而成的，也可以由石灰、水泥、粉煤灰代替。（2）质量要求：要求洁净、干燥，并且与沥青具有较好的粘结性。其他质量要求应符合表6-21。（3）其他要求：由石灰、水泥、粉煤灰代替作填料时，其用量不宜超过矿料总量的2%。其中粉煤灰的用量不宜超过填料总量的50%，粉煤灰的烧失量应小

41、于12%，与矿粉混合后的塑性指数应小于4%；高速公路、一级公路的沥青面层不宜采用粉煤灰做填料；工程中还可用拌和机中的粉尘回收来作矿粉使用，其量不得超过填料总量的50%，并且要求粉尘干燥，掺有粉尘的填料的塑性指数不得大于4%。,表6-21 沥青混合料用矿粉质量要求,四、热拌沥青混合料配合比设计方法 沥青混合料配合比设计包括三个阶段：1.试验室配合比设计（目标配合比设计）2.生产配合比设计 3.生产配合比验证（试拌试铺配合比调整）,目标配合比设计：包括矿质混合料组成设计和沥青最佳用量确定两部分。1.矿质混合料的配合比组成设计（1）确定沥青混合料类型根据道路等级、路面类型、所处的结构层位选定（表6-

42、22）。,（2）确定工程设计级配范围（表6-23）由工程设计文件或招标文件规定，级配沥青混合料的设计级配宜根据公路等级、气候及交通条件规定确定。,（3）矿质混合料配合比设计计算（图解法）1）绘制级配曲线坐标图。2）确定各种集料用量。两相邻级配曲线重叠：如图6-13，确定集料A的用量；两相邻级配曲线相接：如图6-13，确定集料B的用量；两相邻级配曲线相离：如图6-13，确定集料C的用量；剩余ST即为集料D的用量。3）校核。,图6-13 矿质混合料的图解法设计计算图,2.确定最佳沥青用量（马歇尔试验）（1）制备马歇尔试件 以预估的油石比为中值，按一定间隔取5个或5个以上不同的油石比分别成型马歇尔试

43、件。一定间隔：对密级配沥青混合料，通常为0.5%；对沥青碎石混合料，为0.3%0.4%。一个标准马歇尔试件矿料总量：大约为1200g左右。一组油石比：一个油石比为一组，通常5组。试件个数：一般为46块/组。,区别概念：油石比(Pa)沥青占矿质混合料的百分率。（沥青采用外掺法）沥青含量(Pb)沥青占沥青混合料的百分率。（沥青采用内掺法）Pb=Pa/(1+Pa),（2）测定物理、力学指标测定物理指标：1）实测毛体积密度及毛体积相对密度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。或对于表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。或,2）

44、沥青混合料试件的最大理论相对密度采用真空法实测各组沥青混合料的最大理论相对密度；当实测最大理论相对密度有困难时，也可计算。采用油石比：采用沥青含量：,3）沥青混合料试件的空隙率是指压实状态下沥青混合料内矿料与沥青以外的空隙（不包括矿料自身内部的孔隙）的体积占试件总体积的百分率。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。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。,测定力学指标：采用马歇尔试验仪，测定马歇尔稳定度(MS)及 流值(FL)。（

45、3）马歇尔试验结果分析 将试验结果绘制成沥青用量与各项指标的关系曲线（图6-14）。,图6-14 油石比与各项指标关系曲线,1）根据试验曲线的走势，按如下方法确定沥青混合料的最佳沥青用量 OAClOAC1=（a1+a2+a3+a4）/4在曲线图上求取相应的沥青用量：a1相应于密度最大值a2稳定度最大值a3目标空隙率（或空隙率范围中值）a4沥青饱和度范围中值的沥青用量 2）确定沥青混合料的最佳沥青用量OAC2OAC2=（OACmin+OACmax）/2OACminOACmax确定的符合各项指标规定的技术标准的沥青用量范围,3）确定最佳沥青用量OAC 通常取OAC=（OACl+OAC2）/2作为计

46、算最佳沥青用量。特殊要求，还要按温度或交通量进行调整。按计算的最佳油石比，从图6-14中得出所对应的空隙率和VMA值，检验是否能够满足表6-11规定的最小值VMA的要求。并检验相应于此的各项指标是否均符合马歇尔试验技术标准。,（4）调整确定最佳沥青用量OAC 根据实践经验和公路等级、气候条件、交通情况，调整确定最佳沥青用量。1）调查与当地条件相近工程的沥青用量和使用效果，论证适宜的最佳沥青用量，与计算最佳沥青用量对照，如相差甚远，应查明原因，必要时重新调查级配，进行配合比设计。2）对炎热地区公路以及高速公路、一级公路的重载交通路段，山区公路的长大坡度路段，预计有可能产生较大车辙时，宜在空隙率符

47、合要求的范围内将计算OAC减小0.10.5%作为设计沥青用量。3）对寒区道路、旅游道路、交通量很少的公路，最佳沥青用量可以在OAC的基础上增加0.10.3%，以适当减小设计空隙率，但不得降低压实度要求。,（5）沥青混合料的性能检验 1）沥青混合料的水稳定性检验按最佳沥青用量制作马歇尔试件进行浸水马歇尔试验或冻融劈裂试验，检验其残留稳定度或冻融劈裂强度是否满足规范要求。如不符，应重新设计，或采用掺加抗剥剂方法提高水稳定性。2）沥青混合料的高温稳定性检验按最佳沥青用量制作车辙试验试件，采用规定的方法进行车辙试验，检验设计的沥青混合料的高温抗车辙能力是否达到规定的动稳定度指标。当不符合时，应重新设计

48、。同时进行OACl和OAC2相应的试验检测，综合判断确定最终的最佳沥青用量。,小 结 采用马歇尔试验确定最佳沥青用量的步骤：（1）预估油石比或沥青用量，制备马歇尔试件（2）测定计算物理、力学指标（3）马歇尔试验结果分析（4）调整确定最佳沥青用量（5）沥青混合料的性能检验（水稳定性、高温稳定性）,生产配合比设计阶段：目标配合比确定之后，进入第二个设计阶段，应用实际施工拌和机进行试拌，以确定施工配合比。采用目标配合比设计的最佳沥青用量，按照OAC-0.3%、OAC、OAC+0.3%等三个沥青用量进行马歇尔试验和试拌，通过室内试验及从拌合机取样试验综合确定生产配合比的最佳沥青用量，由此确定的最佳沥青

49、用量与目标配合比设计的结果的差值不宜大于2。生产配合比验证阶段：生产配合比验证阶段，即试拌试铺阶段。按照规范规定的试验段铺设要求，进行各种试验，当全部满足要求时，便可进入正常生产阶段。,例题5-1 试用马歇尔法设计某高速公路路面上面层 用沥青混合料的配合组成。原始资料道路等级：高速公路；气候条件：本工程地处半干区的2-2区；路面类型：三层式沥青混凝土路面的上面层，结构层厚度为3cm。材料技术性能（1）沥青：根据气候分区，本工程地处于半干区的2-2区，按规范选择沥青标号为90号。经检验质量符合我国道路石油沥青技术要求（表6-24）。（2）矿质集料粗集料：采用石灰石，质量检测结果(表6-25)均符

50、合要求。细集料：采用某地河砂，质量检测结果(表6-26)符合要求。填料：采用石灰石磨制，质量检测结果(表6-27)符合要求。,各种集料的筛分结果如表6-28所列:,设计要求（1）采用图解法确定各种矿质集料的用量比例。（2）采用马歇尔试验确定最佳沥青用量。解1.矿质混合料级配组成的确定（1）确定沥青混合料类型确定选用细粒式AC-13型沥青混凝土混合料。（2）确定矿质混合料级配范围调整确定AC-13型沥青混凝土的矿质混合料级配范围(表6-29),（3）图解法确定矿质集料的配合比,图6-15 矿质混合料配合比计算图,经调整后的矿料合成级配计算列于表6-30；绘制合成级配曲线如图6-16所示。,表6-