沥青、沥青混合料和防水材料-沥青混合料的技术性质（建筑材料）

沥青混合料的技术性质02沥青混合料组成结构与强度理论03沥青混合料的技术性质01沥青混合料的特点与分类01沥青混合料的特点与分类2.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中材料的组成特性、施工的方式等沥青混合料有以下几种分类方法：沥青混合料矿料级配组成及空隙率大小强度形成原理拌合与铺筑温度

公称最大粒径分1.特粗式沥青混合料2.粗粒式沥青混合料3.中粒式沥青混合料4.细粒式沥青混合料5.砂粒式沥青混合料1.嵌挤原则沥青混合料2.密实原则沥青混合料1.密级配沥青混合料2.半开级配沥青混合料3.开级配沥青混合料1.热拌沥青混合料2.常温沥青混合料目前公路与城市道路路面多采用复合类的沥青混合料，如AC-16既属于热拌沥青混合料、又属于密级配的、中粒式沥青混合料。（1）按矿料的公称最大粒径划分： 1.特粗式D≥37.5mm 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D≤4.75mm磨耗层混合料类型公称最大粒径(mm)最大粒径(mm)密级配开级配半开级配连续级配间断级配间断级配半开级配沥青稳定碎石混合料AM密级配沥青混凝土AC密级配沥青稳定碎石ATB沥青玛蹄脂碎石SMA大孔隙开级配排水式沥青磨耗层OGFC排水式沥青碎石基层ATPB特粗式37.553.0－ATB-40--ATPB-40－粗粒式

31.537.5－ATB-30--ATPB-30－26.531.5AC-25ATB-25--ATPB-25－中粒式

19.026.5AC-20－SMA-20--AM-2016.019.0AC-16－SMA-16OGFC-16-AM-16细粒式

13.216.0AC-13－SMA-13OGFC-13-AM-139.513.2AC-10－SMA-10OGFC-10-AM-10砂粒式4.759.5AC-5－---AM-5设计空隙率注(％)

3～53～63～4>18>186～12

（2）根据矿料级配组成及空隙率大小划分

①密级配沥青混合料

②半开级配沥青混合料(6%-12%)

③开级配沥青混合料(>18%)间断级配

连续级配间断级配①密级配沥青混合料按密实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，设计空隙率较小（对不同交通及气候情况、层位可作适当调整）沥青混合料。特点：空隙率较低。代表：AC和ATB类。

AC—沥青混凝土混合料（简称AC)

沥青混凝土混合料是由适当比例的粗集料、细集料及填料组成的符合规定级配的矿质混合料与沥青结合料拌制而成的符合技术标准要求的沥青混合料。以此修筑的路面称为沥青混凝土路面。AC设计空隙率通常为3%-5%，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；

密级配沥青稳定碎石混合料（ATB）：设计空隙率也为3%～6%，但粒径为粗粒式及特粗式，主要适用于基层。SMA—沥青玛蹄脂碎石混合料（简称SMA)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。

SMA:由沥青结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，填充于间断级配的粗集料骨架的间隙，组成一体形成的沥青混合料。

由沥青结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，填充于间断级配的粗集料骨架的间隙，组成一体形成的沥青混合料，简称SM

基本组成：碎石骨架+沥青玛蹄脂

细集料应选用机制砂；矿粉应优先选用石灰石粉

纤维是SMA的必要成分，起加筋、分散、稳定、增粘、吸收和吸附沥青的作用。

②开级配沥青混合料特点：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18％的混合料。

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。OGFC—大孔隙开级配排水式沥青磨耗层（简称OGFC)

是指用大孔隙的沥青混合料铺筑、能迅速从其内部排走路表雨水、具有抗滑、抗车辙及降噪的优良品性。设计孔隙率大于18%，具有较强的结构排水能力，适用于多雨地区修筑沥青路面的表层或磨耗层。OGFC集料通常使用高粘度沥青或者通过拌合时外加高粘度改性剂获得。缺点：灰尘填塞孔隙，很难清除

进水发生冰冻，影响耐久性

③

半开级配沥青混合料代表：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。AM—沥青碎石混合料（简称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，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）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SMA

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AC沥青混合料的技术性质02沥青混合料组成结构与强度理论03沥青混合料的技术性质01沥青混合料的特点与分类01沥青混合料的特点与分类1.沥青混合料的特点铺设沥青混合料铺设沥青混合料铺设沥青混合料在裂缝的上方贴上高分子聚合防水抗裂贴铣刨机路面压实路面压实路面压实稀浆封层施工沥青路面钻芯检测沥青路面弯沉值沥青路面摩擦系数检测主要优点：

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、噪音小等优点

②表面抗滑性能好：沥青路面既平整、表面又粗糙，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和（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到面中以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；可以有利于分期修建。

⑥其它，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。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，使沥青粘性变差、塑性降低、沥青路面易表面松散、整体性降低，从而导致结构破坏。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。沥青混合料的技术性质02沥青混合料组成结构与强度理论03沥青混合料的技术性质01沥青混合料的特点与分类02沥青混合料组成结构与强度理论1、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。

沥青路面设计中抗剪强度，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，可由下式表征：式中:

—外荷载作用时，在某一面上产生的剪应力，MPa；C—沥青混合料的黏聚力，MPa；—外荷载产生的正应力，MPa； —内摩擦角，rad；

沥青混合料的抗剪强度主要取决于黏聚力C和内摩擦角两个参数。2、沥青混合料结构强度的影响因素影响沥青混合料强度的内因（1）沥青结合料的粘度沥青粘度↑→粘聚力C↑→抗剪强度τ↑（2）

矿质混合料的性质

级配：连续密级配——C大

小连续开级配——C小

大间断级配——C大

大颗粒粒径：最大粒径↑——

↑、C↓颗粒表面特征：多棱角、表面粗糙→颗粒相互嵌紧→

较大三种结构类型混合料的级配组成间断级配连续开级配连续密级配悬浮密实型骨架空隙型骨架密实型悬浮密实结构：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。（3）沥青混合料中矿料比面和沥青用量的影响沥青与矿料的交互作用矿料的表面性质矿料比面积沥青用量沥青与矿料的交互作用结构沥青——粘度提高，粘结力C较强。自由沥青——在结构沥青之外的沥青膜，这部分沥青在矿料间不是起粘结作用而是起润滑作用。结构沥青连接自由沥青连接矿料表面性质的影响与碱性石料（如石灰石）有较好的粘附性与酸性石料则粘附性较差矿料比面积比面（比表面积）——单位质量集料的总表面积A/G粗集料：比面为0.5~3m2/kg细集料：比面为300~2000m2/kg比面积↑→沥青膜减薄→结构沥青↑→C值↑

沥青用量对沥青混合料抗剪强度的影响

不足——不足以形成结构沥青(包裹)

过多——矿料推开——自由沥青(降低)

最佳沥青用量——足以形成薄膜、并能充分粘附矿粉颗粒表面，形成结构沥青，沥青胶浆才具有最佳粘结力。

设计：提出推荐值——试验——图解，计算出最佳沥青用量。

影响沥青混合料强度的外因（1）温度的影响

随温度↑C↓，

受温度变化影响较少。（2）形变速率的影响

变形速率↑C值↑，

值随变形速率变化较小

综上所述可以认为，得到高强度沥青混合料的基本条件是：

1.密实的矿料骨架

2.合适的沥青用量

3.能与沥青产生化学吸附的活性矿料沥青混合料的技术性质02沥青混合料组成结构与强度理论03沥青混合料的技术性质01沥青混合料的特点与分类02沥青混合料组成结构与强度理论

随着对沥青混合料组成结构研究的深入，目前对传统的理论提出不同的看法。因此，对沥青混合料组成结构有以下两种互相对立的理论：⑴表面理论；⑵胶浆理论

（1）表面理论

按传统的理解，沥青混合料是由粗集料，细集料和填料经人工组配成密实的级配矿质骨架，此矿质骨架由稠度较稀的沥青结合料分布其表面，而将它们胶结成为一个具有强度的整体。这种理论认识可图解如图所示。（2）胶浆理论

近代某些研究从胶浆理论出发，认为沥青混合料是一种多级网状结构的分散系。其以粗集料为分散相而分散在沥青砂浆的介质中的一种粗分散系；同样，砂浆是以细集料为分散相而分散在沥青胶浆的介质中的一种细分散系；而胶浆是以填料为分散相而分散在沥青的介质中的一种微分散系。这种理论认识可图解如图所示。

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

级配特点:为连续型密级配矿料“悬浮”——细集料较多、粗集料较少，

粗集料被细集料“挤开”而悬浮于细集料中，不能形成嵌挤骨架；“密实”——沥青用量较大，空隙率较小。力学特点:

大颗粒未形成骨架，内摩阻力φ值较小;小颗粒与沥青胶浆含量充分，粘结力C值较大。路用性能特点:

①优点:密实度和强度高，水稳定性、低温抗裂性、耐久性等较好;

②缺点:高温稳定性较差(沥青用量较高，易受温度影响)。

工程代表类型

悬浮-密实结构是我国应用最多的一种沥青混合料结构，如：传统AC-Ⅰ型沥青混合料、按连续型密级配原理设计的AC型沥青混合料等。

近年来，SMA、OGFC等新型混合料在工程中应用增多，悬浮-密实结构的应用比例有所下降。

悬浮密实结构骨架空隙结构该结构组成的基本特点：采用连续开级配;“骨架”——粗集料较多，彼此相接形成骨架；“空隙”——细集料较少，不足以充分填充粗集料的骨架空隙，且沥青用量较少，故空隙率较大。

力学特点:大颗粒形成骨架，内摩阻力φ值较大;小颗粒与沥青胶浆含量不充分，粘结力C值较低。路用性能特点:

①优点:混合料强度主要取决于粗集料间的内摩阻力，受沥青影响较小→高温稳定性好。

②缺点:空隙率较大→水稳定性、抗老化性等耐久性及低温抗裂性较差。

工程代表类型沥青碎石混合料（AM）新应用：开级配沥青磨耗层混合料（OGFC）骨架密实结构其结构组成特点：采用间断级配，

“骨架”——粗集料形成骨架；

“密实”——细集料和填料充分填充骨架空隙，形成密实的骨架嵌挤结构。力学特点:粗集料的骨架作用，内摩阻力ф值较大；小颗粒与沥青胶浆含量充分，粘结力C值也较大，综合力学性能较优路用性能特点:

兼具前面两种结构的优点，强度、温度稳定性、耐久性等较好。→沥青混合料最理想的结构。

工程代表类型

沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）

沥青混合料的技术性质03沥青混合料的技术性质01高温稳定性02低温抗裂性03耐久性04抗滑性05施工和易性定义：

是指沥青混合料在高温条件下，能够抵抗车辆荷载的反复作用，不发生显著永久变形，保证路面平整度的特性。意义：

高温条件下或长时间承受荷载作用混合料会产生显著的变形，其中不能恢复的部分成为永久变形，这种特性是导致沥青路面产生车辙、波浪及拥包等病害的主要原因。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。常用评价方法：马歇尔试验和车辙试验。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。评定指标：马歇尔试验稳定度、流值车辙试验动稳定度

稳定度是指试件受压至破坏时承受的最大荷载，以kN计；流值是达到最大破坏荷载是实际的垂直变形，以0.1mm计。马歇尔试验试件尺寸:(1)

ϕ101.6mmX63.5mm(士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)ϕ152.4mmX95.3mm(士2.5mm，两侧高度差不大于2mm)。适用于公称最大粒径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。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

车辙试验

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。规定:对于高速公路、一级公路和城市快速路、主干路沥青路面的上面层和中面层的沥青混合料，在用马歇尔试验进行配合比设计时必须采用车辙试验对沥青混合料的抗车辙能力进行检验。车辙试验方法：板状试件:300×300×50mm板式试件;温度条件:一般为60℃;试验轮速:42±1次/min的频率;

以产生1mm车辙变形所需要的行走次数，即动稳定度指标评价沥青混合料的抗车辙能力。DS——沥青混合料的动稳定度，次/mm;t1、t2——试验时间，通常为45min和60min;d1、d2——与实验时间对应的试件表面的变形量，mm;42——每分钟行走次数，次/min;c1、c2——试样机或试样修正系数。式中：（3-2）微机恒温式沥青混合料车辙试验系统影响高温稳性的主要因素分析沥青混合料高温稳定性的形成主要来源于矿质集料颗粒间的嵌锁作用及沥青的高温粘度。1、矿料性质嵌锁作用与集料的表面状态相关，集料表面越粗糙、多棱角、颗粒接近立方体，压实后嵌锁作用强，内摩擦角大，高温稳定性好。2、沥青高温粘度沥青的高温粘度越大，与集料的粘附性越好，沥青混合料的抗高温变形能力就越强。3、沥青用量随着沥青用量的增加，沥青膜增厚，自由沥青比例增加，在高温条件下，易发生明显的流动，从而导致沥青混合料抗高温变形能力降低。随着沥青膜厚度的增加，车辙深度随之增加。4、矿料级配细粒式和中粒式密级配沥青混合料，较少的沥青用量有利于提高抗车辙能力。在沥青混合料配合比设计时，应选择最佳沥青用量范围的下限。提高措施（1）提高粘聚力：采用高稠度沥青；控制沥青最佳用量采用碱性矿粉；掺外掺剂（2）提高内摩擦角：增加粗集料用量采用表面粗糙有棱角的集料等沥青混合料的技术性质03沥青混合料的技术性质01高温稳定性02低温抗裂性03耐久性04抗滑性05施工和易性定义：低温抗裂性，保证沥青路面在低温时不产生裂缝的能力。原因：当冬季气温将低时，沥青面层将产生体积收缩，而在基层结构与周围材料的约束作用下，沥青混合料不能自由收缩，将在结构层中产生温度应力。由于沥青混合料具有一定的应力松弛能力，当降温速率较慢时，所产生的温度温度应力会随着时间之间松弛减小，不会对沥青路面产生较大的危害。但当气温骤降时，所产生的温度应力来不及松弛，当温度应力超过沥青混合料的容许应力值时，沥青混合料被拉裂，导致沥青路面出现裂缝造成路面的损坏。因此有求沥青混合料具备一定的低温抗裂性能，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。1、低温开裂形式（1）面层低温缩裂——温度骤降由上至下发展（2）温度疲劳裂缝——温度循环时间越长越长越明显（3）反射裂缝——基层开裂引起由下至上发展评价方法：（1）预估混合料的开裂温度（2）评价混合料的低温变形能力或应力松弛能力（3）评价混合料的断裂能力低温抗裂性的评价方法和评价指标相关的试验主要包括

1.间接拉伸试验（劈裂试验）2.弯曲试验

3.断裂温度试验4.低温蠕变试验（现规范推荐方法）

5.弯曲应力松弛试验6.收缩试验

7.约束试件的温度应力试验8、切口小梁弯曲试验

9.C*积分试验影响沥青混合料低温性能的主要因素

沥青的低温劲度的影响，取决于沥青粘度和温度敏感性。在寒冷地区，可采用稠度较低、劲度较低的沥青，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级配的影响：密级配的低温抗拉强度高于开级配的沥青混合料，但是粒径大、空隙率大的沥青混合料内部微空隙发达，应力松弛能力略强，温度应力有所减小，两方面的影响相互抵消，故级配类型与沥青路面开裂程度之间没有显著关系。沥青混合料的技术性质03沥青混合料的技术性质01高温稳定性02低温抗裂性03耐久性04抗滑性05施工和易性定义：指沥青混合料在使用中抵抗外界各种因素（如阳光、空气、水、车辆荷载等）的长期作用，保持原有的性质的能力。主要包括抗老化性、水稳定性等。1、沥青混合料的抗老化性

老化原因：在沥青混合料使用过程中，受到氧、水、紫外线等作用，使沥青逐渐硬化，而使混合料变脆，导致沥青路面开裂。沥青混合料的老化取决于沥青的老化，其影响因素：沥青的老化程度外界环境因素压实空隙率等在气候温暖、日照时间较长的地区，沥青的老化速度快，而在气温较低、日照时间短的地区，沥青的老化速率相对较慢。沥青混合料的空隙率越大，其老化程度也越高。压实空隙率的增大，回收沥青针入度减小，老化程度增加。道路中部车辆作用次数较高，对路面的压密作用较大，中部的沥青比边缘部位沥青的老化程度轻些。解决措施：选择耐老化沥青，有足量的沥青含量。施工过程中，应控制拌合加热温度，并保证沥青路面的压实密度。2、沥青混合料的水稳定性

沥青混合料水稳性不足表现为：由于水或水气作用，促进了沥青从集料颗粒表面剥落，降低沥青混合料的粘结强度，使松散的颗粒被车轮带走，在路面形成坑槽——水损害原因：压实空隙率较大、沥青路面排水系统不完善，车辆产生的动水压力对沥青产生剥离作用，加剧了沥青路面的“水损害”病害。坑槽

水损害破坏是沥青混凝土路面在水或冻融循环的条件下，由于车轮动态荷载的作用，进入路面空隙中的水不断产生动水压力或真空负压抽吸的反复循环作用，水分逐渐渗入沥青与集料的界面上，使沥青粘附性降低并逐渐丧失粘结力，沥青膜从集料表面脱落（剥离），沥青混合料出现掉粒、松散，继而形成沥青混凝土路面水损性坑槽。

沥青混合料的水稳性及评价方法

浸水马歇尔试验——残留稳定度冻融劈裂试验——残留强度比真空饱水马歇尔试验浸水车辙试验

ECS试验浸水试验

浸水试验是根据浸水前后沥青混合料物理、力学性能的降低程度来表征其水稳定性的一类试验，常用的方法有浸水马歇尔试验、浸水劈裂强度试验和浸水抗压强度试验等。以浸水前后的马歇尔稳定度比值、车辙深度比值、劈裂强度比值和抗压强度比值的大小评价沥青混合料的水稳定性。冻融劈裂试验较为广泛采用的试验，在冻融劈裂试验中，将沥青混合料试件分为二组，一组试件用于测定常规状态下的劈裂强度，另一组试件首先进行真空饱水，然后至于-18℃条件下冷冻16h，再在水中60℃浸泡24h，最后进行劈裂强度测试。不同矿物成分集料沥青混合料的冻融劈裂试验抗拉强度比TSR试件条件(MPa)(MPa)TSR(%)劈裂强度降低花岗岩集料0.860.5766.333.7辉绿岩集料0.890.6674.125.9石灰石集料1.020.8987.312.7

影响水稳性因素

沥