道路建筑材料-第四章沥青混合料技术性质-修改

2024/4/191道路建筑材料

ROADCONSTRUCTIONMATERIALS

沥青混合料

交通科学与工程学院道路材料教研室

2024/4/192第四章沥青混合料沥青混合料简介沥青混合料的组成结构和强度形成原理沥青混合料路用性能2024/4/1931、沥青混合料简介沥青混合料的定义沥青混合料的分类沥青混合料的基本特点2024/4/194（一）定义沥青混合料

由一定粘度和适当用量的沥青结合料与一定级配的矿料拌和而成的混合料总称。粗集料——骨架作用沥青+细集料——填充与粘结作用1、沥青混合料简介粗集料骨架Stones

矿粉+砂+沥青+纤维+Mastic

用玛蹄脂填充的粗集料骨架=StoneMasticAsphalt2024/4/195（二）沥青混合料分类（1）按矿料最大粒径分类（2）按矿料级配类型分类（3）按矿料级配组成及压实空隙率大小分类（4）按混合料拌合及铺筑温度划分1、沥青混合料简介2024/4/196最大粒径：P=100%时的最小标准筛筛孔尺寸；公称最大粒径：P>90%(或ai<10%)的最小一级标准筛筛孔尺寸通过百分率（％）（二）沥青混合料分类粒径（mm）31.526.5191613.29.54.752.361.180.60.3A1009590B1009280C1001009890D1001009380E1001001001009789F10010010010095802024/4/197按集料公称最大粒径分类粗粒式沥青混合料公称最大粒径为26.5或31.5mm中粒式沥青混合料细粒式沥青混合料砂粒式沥青混合料公称最大粒径为16或19mm公称最大粒径为9.5或13.2mm公称最大粒径≤4.75mm（二）沥青混合料分类特粗式沥青混合料公称最大粒径>31.5mm135242024/4/198按矿质集料级配类型连续级配沥青混合料间断级配沥青混合料（二）沥青混合料分类2024/4/199按密实度分类F型、C型空隙率6%-12%空隙率>18%密级配沥青混合料半开级配沥青混合料开级配沥青混合料（二）沥青混合料分类沥青混凝土AC沥青稳定碎石ATB沥青碎石AMOGFC空隙率3%-6%2024/4/1910粗型和细型密级配沥青混凝土的关键性筛孔通过率混合料类型公称最大粒径(mm)用以分类的关键性筛孔(mm)粗型密级配细型密级配名称关键性筛孔通过率(％)名称关键性筛孔通过率(％)AC-2526.54.75AC-25C<40AC-25F>40AC-20194.75AC-20C<45AC-20F>45AC-16162.36AC-16C<38AC-16F>38AC-1313.22.36AC-13C<40AC-13F>40AC-109.52.36AC-10C<45AC-10F>45（二）沥青混合料分类2024/4/1911混合料类型密级配开级配半开级配公称最大粒径(mm)最大粒径(mm)连续级配间断级配间断级配沥青稳定碎石沥青混凝土沥青稳定碎石沥青玛蹄脂碎石排水式沥青磨耗层排水式沥青碎石基层特粗式－ATB-40--ATPB-40－37.553.0粗粒式－ATB-30--ATPB-30－31.537.5AC-25ATB-25--ATPB-25－26.531.5中粒式AC-20－SMA-20--AM-2019.026.5AC-16－SMA-16OGFC-16-AM-1616.019.0细粒式AC-13－SMA-13OGFC-13-AM-1313.216.0AC-10－SMA-10OGFC-10-AM-109.513.2砂粒式AC-5－---AM-54.759.5设计空隙率

(％)3～53～63～4>18>186～12（二）沥青混合料分类2024/4/1912按施工温度热拌沥青混合料中温沥青混合料（二）沥青混合料分类冷拌沥青混合料2024/4/1913沥青混合料的分类不同结构的沥青路面

不同类型沥青不同组成的矿质集料5.沥青碎石路面AM

2.沥青马蹄脂碎石混合料路面SMA3.多孔隙沥青混合料路面OGFC

4.乳化沥青碎石路面1.沥青混凝土路面AC2024/4/19141.沥青混凝土路面

沥青混合料的概述是由适当比例的粗集料、细集料及填料按连续级配的原则组成符合规定级配的矿质混合料，与沥青在较高温度下拌和而成沥青混合料,简称沥青混凝土（AsphaltConcrete,以AC表示）沥青混凝土混合料室内拌和室内成型施工现场拌和站AC-13路面空隙率较小高温稳定性差密实耐久抗滑性较差沥青混合料2024/4/19152.沥青碎石路面

沥青混合料的概述是由适当比例的粗集料、细集料及少量填料（或无填料）与沥青在较高温度下拌和而成,称为沥青碎石混合料（AsphaltMacadam,以AM表示）沥青碎石混合料AM-30空隙率较大抗滑性好高温稳定性好易渗水，耐久性差室内拌和室内成型2024/4/1916密实－骨架结构3.沥青马蹄脂碎石混合料路面

沥青混合料的概述是由适当比例的粗集料(多)、矿粉(多)、沥青(多)

、中间粒径颗粒(少)组成的骨架密实结构型沥青混合料，此外，沥青改性剂和纤维也是重要组成成分。（StoneMasticAsphalt,简称SMA)沥青马蹄脂碎石混合料密实耐久抗疲劳好抗高温车辙好抗滑耐磨2024/4/19174.多孔隙沥青混合料路面

沥青混合料的概述是指由大空隙率的沥青混合料经热拌热铺形成的路面结构，能迅速从面层内部排走路表面水，具有防滑、降低噪音等功能。（OGFC）多孔隙沥青混合料路面多孔隙彩色铺装骨架－空隙结构2024/4/19185.乳化沥青碎石路面

沥青混合料的概述是使用乳化沥青作为结合料与粗集料、细集料及少量填料（或不加填料），按照适当比例配制，满足级配要求的矿质集料拌和而成的沥青混合料，通常冷拌冷铺。乳化沥青碎石减少环境污染改善施工条件抗高温车辙好延长施工季节乳化沥青质量不稳定热拌热铺冷拌冷铺2024/4/1919典型路面类型对比路面类型级配特点沥青类型施工温度空隙率结构类型路用性能沥青混凝土3％～6%密实耐久高温稳定性差抗滑性差沥青碎石6~12%耐久性差高温稳定性好抗滑性好沥青马蹄脂碎石

＜6%密实耐久高温稳定性好抗滑性好抗疲劳多孔隙沥青碎石

>18%耐久性差高温稳定性好抗滑性好乳化沥青碎石

>10%耐久性差高温稳定性好抗滑性好粗、细集料填料少量或无填料粗、细集料多粗料、少细料多填料改性沥青乳化沥青热拌热铺热拌热铺热拌热铺热拌热铺常温少量或无填料少量或无填料粗、细集料密实悬浮骨架空隙密实骨架骨架空隙骨架空隙2024/4/1920建议选择的路面类型公路等级路面等级面层类型设计年限内累计标准轴次(万次/车道）高速公路一级公路高级路面沥青混凝土、沥青马蹄脂碎石混合料、多孔隙沥青混合料>400二级公路高级路面沥青混凝土、沥青马蹄脂碎石混合料、多孔隙沥青混合料>200次高级路面热拌沥青碎石混合料、沥青贯入式100~200三级公路次高级路面乳化沥青碎石混合料、沥青表面处治10~1002024/4/1921（三）沥青混合料的基本特点（1）粘弹性材料：具有良好的力学性质（高温稳定性和低温柔韧性），路面平整无接缝，减震吸声，行车舒适；（2）行车安全：路面平整且粗糙，无强烈反光；（3）施工方便：能及时开放通车；（4）便于分期修建和再生利用。2024/4/19222、HMA组成结构和强度原理3HMA强度理论

4影响HMA强度的因素

1HMA组成结构理论2HMA组成结构类型2024/4/19232.1沥青混合料组成结构理论沥青混合料的结构影响其性能：1）矿物颗粒的大小及不同的粒径分布，即级配2）矿物颗粒的空间分布情况3）沥青在沥青混合料中的特征和矿物颗粒上的沥青层的性质4）空隙率及其分布、闭合空隙与连通空隙量的比值。沥青混合料结构组成：1）沥青结构2）矿物骨架结构3）沥青-矿粉分散系统结构2024/4/19242.1沥青混合料组成结构理论1）表面理论沥青混合料中的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2024/4/19252）胶浆理论

(细分散系)

分散介质沥青胶浆

分散介质沥青(微分散系)

沥青混合料

分散相粗集料分散相细集料分散相填料

分散介质

砂浆(粗分散系)2.1沥青混合料组成结构理论特点：填料与沥青的相互作用、填料的性质

采用高稠度沥青，大的沥青用量，骨架嵌挤的级配2024/4/1926悬浮-密实型：矿料由大到小形成连续型密实混合料大颗粒悬浮于小颗粒之间2.2沥青混合料的组成结构类型连续型密级配连续型开级配间断型断级配2024/4/19272.2沥青混合料的组成结构类型结构特点：粗集料细集料骨架结构密实路用性能：空隙率粘聚力

内摩阻力稳定性悬浮—密实：连续密级配+沥青

耐久性代表：AC2024/4/1928骨架-空隙型：大石料多，小石料少，不足以填充空隙2.2沥青混合料的组成结构类型连续型密级配连续型开级配间断型断级配2024/4/1929骨架—空隙：连续开级配+沥青结构特点：粗集料细集料骨架结构密实

骨架-空隙型2.2沥青混合料的组成结构类型路用性能：空隙率粘聚力

内摩阻力稳定性

耐久性代表：沥青碎石，OGFC2024/4/1930骨架-密实型：粗集料形成骨架，细集料填充2.2沥青混合料的组成结构类型连续型密级配连续型开级配间断型断级配2024/4/1931骨架—密实：间断型密级配+沥青结构特点：粗集料细集料骨架结构密实路用性能：空隙率内摩阻力

稳定性施工和易性2.2沥青混合料的组成结构类型

骨架-密实型粘聚力代表：SMA

耐久性2024/4/19322.3沥青混合料的强度理论沥青的粘结力不足集料没有充分嵌挤2024/4/19332024/4/19342.3摩尔-库仑定律破坏面上的切应力

是为该面上法向应力

的函数

c

3

1

=c+

(tan

2024/4/19352.3

HMA强度理论

=c+

(tan

抗车辙能力沥青粘结集料嵌挤沥青性质交互作用集料性质c

2024/4/1936内因：沥青集料集料/沥青交互作用外因：温度T、时间t2.4影响沥青混合料强度的因素2024/4/1937A.沥青2.4影响沥青混合料强度的因素2024/4/1938B.集料2.4

影响沥青混合料强度的因素颗粒形状:粗糙程度:级配类型：骨架-密实悬浮-密实骨架-空隙2024/4/1939(b)自由沥青(a)结构沥青C.矿料/沥青的交互作用2.4影响沥青混合料强度的因素扩散溶剂化膜2024/4/1940C-1沥青的用量2.4影响沥青混合料强度的因素2024/4/1941

沥青与矿料相互作用与沥青、矿粉的性质有关。

在不同性质矿粉表面形成不同组成结构和厚度的吸附溶剂化膜，石灰石粉表面形成发育较好的吸附溶化膜，石英石粉表面则形成发育较差的吸附溶剂化膜。在沥青混合料中，采用石灰石矿粉时，矿粉之间更有可能通过结构沥青来联结，因而具有较高的粘聚力。

C-2矿料的化学性质2.4影响沥青混合料强度的因素2024/4/1942

沥青用量相同时，矿料表面积愈大，沥青膜愈薄，在沥青中结构沥青所占的比率愈大，沥青混合料的粘聚力也愈高。

矿粉用量虽只占7%，但其面积却占矿料总表面积的80%，矿粉的性质和用量对沥青混合料的抗剪强度影响很大。矿粉细度：<0.075mm的矿粉不宜过少；<0.005mm的矿粉也不宜过多，否则将使沥青混合料结成团块，不易施工。C-3矿料的比表面积2.4影响沥青混合料强度的因素2024/4/19432.4影响沥青混合料强度的因素温度T1T2T32024/4/1944时间-加载速率2.4影响沥青混合料强度的因素2024/4/1945沥青性能集料性能沥青混合料设计实验室性能评价路面长期使用性能评价3、沥青混合料的路用性能2024/4/1946车辙低温开裂疲劳松散滑溜水损害3、沥青混合料的路用性能2024/4/1947高温稳定性低温抗裂性水稳定性抗滑性施工和易性3、沥青混合料的路用性能2024/4/19483.1高温稳定性定义：沥青混合料在高温条件下，能够抵抗车辆荷载反复作用不发生显著永久变形、保证路面平整的特性。高温-长时间荷载时温等效原则2024/4/1949足尺加速路面试验AASHTO环道ALF加速加载设备Westrack野外试验场NCAT试验场南非重车模拟器（HVS）

单轴加载试验径向加载试验（劈裂试验）弯曲蠕变试验三轴试验室内轮辙试验

1.评价方法及评价指标

3.1高温稳定性AASHTO环道ALFWestrackNCAT2024/4/19501.评价方法及评价指标

经验法

马歇尔稳定度试验永久变形法

车辙试验、汉堡试验3.1高温稳定性2024/4/1951

测定沥青混合料试件的破坏荷载和抗变形能力试件：圆柱体Ф=101.6mm,h=63.5mm试验评价指标：稳定度P：试件受压破坏时承受的最大荷载；流值F：达到最大破坏荷载是试件的垂直变形；PPF(1)马歇尔稳定度试验1.评价方法及评价指标2024/4/195244马歇尔试验，60℃，50mm/min3.1高温稳定性稳定度高？2024/4/1953

（2）车辙试验

定义：采用标准沥青混合料板块试件，在规定温度条件下试验轮以42次/min频率沿着试件同一轮迹反复行走，测定试验轮反复作用下的变形。

试件：300*300*50mm3板块试件

试验条件：60℃、轮压0.7MPa时间变形t1t2d1d2

1mm变形所需行走次数高温性能2024/4/1954

（2）车辙试验

高速公路和城市快速路≥800次/mm；2024/4/19552.高温性能的影响因素1）内因：沥青性质：针入度、针入度指数、粘度、软化点、蜡含量沥青用量集料性质：表面特性、形状、酸碱性集料级配矿粉沥青混合料的体积指标：空隙率，矿料间隙率路面厚度2）外因环境温度交通条件：荷载、行车速度2024/4/19563.提高措施用较高粘度的沥青，保证沥青结合料具有足够的粘度严格控制沥青用量，集料表面需具有充足的沥青膜厚度，确保粘聚力确保沥青混合料中含有较高的破碎集料大尺寸集料必须具有较好的表面纹理和粗糙度选用粒度均匀、呈立方体有棱角的集料，集料级配要含有足够的粗颗粒优化矿料级配：增加粗骨料含量以提高矿料骨架的内摩阻力，集料级配必须含有足够的矿粉2024/4/1957低温开裂抵抗能力3.2低温抗裂性2024/4/19581.低温开裂机理长期重复作用——温度疲劳裂缝σ>[σ]σσ应力来不及松弛2024/4/19593.实验方法

弯曲蠕变实验

收缩系数实验冻断应力实验劈裂实验

断裂温度试验小梁弯曲实验实验方法2024/4/1960（1）小梁弯曲试验(-10℃,50mm/min)

尺寸：35mm*30mm*250mm弯拉强度RB、梁底最大拉应变εB

：PBd3.试验方法2024/4/19614.影响因素沥青的性质感温性劲度粘度延度老化含蜡量沥青含量集料类型级配类型

空隙率

混合料性质路面宽度路面厚度层间粘结路面结构路面温度降温速率环境因素2024/4/1962水损害3.3水稳定性耐久性：沥青混合料在使用过程中抵抗环境因素及行车荷载反复作用的能力

2024/4/1963水损害是常见的一种病害与沥青、集料性能有关3.3水稳定性水稳定性定义：沥青混合料抵抗由于水侵蚀而逐渐产生沥青膜剥离、松散、坑槽等破坏的能力2024/4/1964水损害的机理2024/4/1965浸水马歇尔试验冻融劈裂试验3.水稳定性试验方法2024/4/1966（1）浸水马歇尔试验试件：马歇尔试件常规马歇尔试验：60℃、40min浸水马歇尔试验：60℃、48h残留稳定度=S1/S0*100%3.水稳定性试验方法2024/4/1967采用马歇尔试件，空隙率为7%试件条件：一组：25℃浸水2h，测劈裂强度R1二组：真空饱水15min，放置0.5h；-18℃16h；60℃水中24h；25℃2h后测定其冻融劈裂强度R2.规范要求：《公路改性沥青路面施工技术规范》规定，“采用沥青混合料冻融劈裂试验方法测定的劈裂强度比应不小于80%。

(2)

冻融劈裂试验（ASSHTOT283)残留强度=R2/R1*100%2024/4/1968(1)组成材料性质A.集料性质：表面化学性质（如Ca、Fe含量等）；集料颗粒的表面物理特性；集料表面的洁净程度。B.沥青的性质粘度酸值C.混合料类型空隙率、沥青与矿料交互作用能力等4.影响因素2024/4/1969SMA与AC水稳定性比较编号集料E与不同沥青、抗剥落剂的组合AC-13SMA-13《规范》要求1E+90号+液体抗剥落剂A75.0484.82≥80％2E+90号+“干法”石灰96.5397.723E+SBS82.7291.434E+SBS+液体抗剥落剂A83.5295.515E+SBS+“干法”石灰95.9798.24AC-13型级配沥青膜厚6.329μm，SMA-13沥青膜厚11.091μm

2024/4/1970（2）沥青混合料施工条件与施工质量施工温度、湿度摊铺均匀程度、压实度路面排水能力（3）自然因素冻融循环频繁地区4.影响因素2024/4/1971（1）集料：80%剥离来自于集料，选用孔隙率小，粗糙，洁净的碱性集料；（2）沥青：粘度大，酸值大的沥青（3）掺加抗剥离剂消石灰液体抗剥离剂（4）混合料类型：密实骨架（5）路面结构防水（6）严格控制施工质量5.提高水稳定性的措施2024/4/19723.4抗滑性沥青路面应具有足够的抗滑能力保证在最不利的情况下(路面潮湿时)车辆能够高速安全行驶，而且在外界因素作用下其抗滑能力不致很快降低。2024/4/19731.纹理宏观纹理：集料颗粒之间的空隙和排水能力，水平方向0.5~50mm,垂直方向0.2~10mm构造，影响高速行车的抗滑性、减少水漂、溅水、反光及降噪等作用；微观纹理：集料表面水平方向0~0.5mm,垂直方向0~0.2mm的微小构造——低速和高速抗滑性坚硬、粗糙、耐磨、抗冲击性、耐磨光性——酸性石料2024/4/1974A.铺砂法纹理深度2.检测方法TD=4000V/πD22024/4/1975B.摆式仪测摩擦系数2.检测方法SRV值2024/4/19763.影响因素集料的耐冲击性、耐磨性混合料的级配：SMA、OGFC、AC混合料的沥青用量混合料的空隙率：空隙率大纹理深2024/4/19773.5施工和易性影响因素：级配间断级配——分层

细料少——分布不均匀；

细料多——拌合困难

比例/质量:沥青用量多或矿粉质量差——结团、不易摊铺。沥青用量少或矿粉多——压不实3.6疲劳性能沥青路面在使用期间经受车轮荷载的反复作用，长期处于应力应变交迭变化状态，致使路面结构强度下降，当载荷重复作用超过一定次数以后，在荷载作用下路面内产生的应力就会超过强度下降后的结构抗力，使路面出现裂纹，产生疲劳破坏。疲劳3.6疲劳性能1、疲劳的产生路面面层在车轮下的受力状态B点应力随时间的变化路面疲劳设计大多数以面层底部拉应力或拉应变作为控制指标3.6疲劳性能2、疲劳性能研究的目的通过室内试验找出沥青混合料疲劳规律，并分析其影响因素结合室内试验与实际路面的使用性能，预估沥青路面的疲劳寿命通过疲劳寿命分析指导路面的结构设计和材料组成设计3.6疲劳性能3、疲劳性能试验研究方法三分点弯曲试验中心弯曲试验悬臂梁试验单轴试验间接拉伸3.6疲劳性能4、疲劳试验参数载荷施加控制方式加载频率试验温度输入荷载波形疲劳破坏标准应力水平3.6疲劳性能4.1载荷施加控制方式应力控制:重复加载过程中,应力保持不变应变控制:重复加载过程中,应变保持不变差别: