第6章沥青混合料1

第6章沥青混合料土木工程材料本节内容概述

1沥青混合组成材料技术要求

2热拌沥青混合料组成结构和强度原理

3沥青混合料技术性质和技术标准

4热拌沥青混合料配合比设计

5沥青玛蹄酯碎石混合料

6▲▲▲【本章内容导读】讲述内容本章主要讲述沥青混合料的组成材料要求，沥青混合料的组成结构和强度理论；重点讲述沥青混合料的技术性质及技术标准，沥青混合料的配合比设计，讲述其他沥青混合料的主要性能及使用特点

。学习重点和要求通过本章的学习，要求学生应掌握热拌沥青混合料的组成结构、强度形成原理及其影响因素，熟练掌握沥青混合料的技术性能、影响技术性能的因素和评价方法，特别要重点把握普通热拌沥青混合料的组成设计方法（包括组成材料的选择、矿料配合比设计和最佳沥青用量确定方法），了解其他沥青混合料（如SMA、常温沥青混合料）的技术特点、组成材料的特点和基本要求。沥青混合料是适当比例的矿料（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沥青矿料沥青混合料沥青与填料起胶结和填充作用矿料起骨架作用6.1.1沥青混合料的定义6.1概述沥青混合料包括沥青混凝土混合料和沥青碎石混合料两种类型。沥青混凝土混合料（Asphaltconcretemixture简称AC）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料，与沥青结合料在严格控制条件下拌和而成的沥青混合料

沥青碎石混合料（Asphaltmacadammixture简称AM）是由适当比例的粗集料、细集料及填料（或不加填料）与沥青结合料拌和形成的沥青混合料

6.1.2沥青混合料的优缺点随着我国公路等级的提高，用沥青混合料修筑的沥青路面已成为高等级道路路面中占主要地位的路面结构。最常用的沥青路面包括：沥青表面处理、沥青贯入式、沥青碎石和沥青混凝土等四种类型。沥青路面越来越多地被应用于不同等级的公路地方道路高速公路城市道路沥青路面的主要优点：优良的结构力学性能和表面功能特性表面抗滑性能好施工方便经济耐久性好便于再生利用其它，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1．沥青路面容易老化。2．温度稳定性差。沥青混合料路面主要缺点：老化在长期的大气因素作用下，因沥青塑性降低，脆性增强，粘聚力减小，导致路面表面产生松散，引起路面破坏。沥青路面老化现象夏季高温沥青易软化，路面易产生车辙、波浪；冬季低温时易脆裂，在车辆重复作用下易产生开裂。波浪车辙泛油温度稳定性差的表现沥青混合料矿料级配组成及空隙率大小分材料组成及结构分

制造工艺分公称最大粒径分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.连续级配沥青混合料2.间断级配沥青混合料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.冷拌沥青混合料3.再生沥青混合料6.1.3沥青混合料的分类1.按材料组成及结构分类①连续级配沥青混合料：密级配、半开级配、开级配②间断级配沥青混合料：矿料级配组成中缺少1个或几个档次(或用量很少)而形成的沥青混合料。代表混合料：沥青玛蹄脂碎石混合料SMA。矿质混合料的3种典型级配曲线

1000500.0750.31.184.7519间断级配开级配密级配半开级配SMA（StoneMatrixAsphalt）混合料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。设计空隙率3~6%密实式沥青混凝土混合料（以AC表示）——粒径偏细，可适用于任何面层结构密实式沥青稳定碎石混合料（以ATB表示）——粒径偏粗，主要适用于基层2.按矿料级配及空隙率大小分类②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18％以上的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

③半开级配沥青混合料：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设计空隙率在6％～12％的半开式沥青混合料沥青碎石混合料（以AM表示）——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。排水式沥青路面①热拌热铺沥青混合料：粘稠沥青－热态施工②冷拌沥青混合料：液态沥青－常温施工

乳化沥青液体沥青泡沫沥青③再生沥青混合料：现场再生、场拌再生3.按制造工艺分类4.按集料的公称最大粒径分类砂粒式：公称最大粒径＜4.75mm细粒式：公称最大粒径＝9.5mm或13.2mm中粒式：公称最大粒径＝16mm或19mm粗粒式：公称最大粒径＝26.5mm特粗式：公称最大粒径≥31.5mm表6-1热拌沥青混合料的类型沥青混合料类型公称最大粒径/mm最大粒径/mm密级配半开级配开级配连续级配间断级配沥青碎石间断级配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稳定碎石基层砂粒式4.759.5AC-5——AM-5——细粒式9.513.2AC-10—SMA-10AM-10OGFC-10—13.216.0AC-13—SMA-13AM-13OGFC-13—中粒式16.019.0AC-16—SMA-16AM-16OGFC-16—19.026.5AC-20—SMA-20AM-20——粗粒式26.531.5AC-25ATB-25———ATPB-2531.537.5—ATB-30———ATPB-30特粗式37.553.0—ATB-40———ATPB-40设计空隙率/%3~53~63~46~12＞18＞186.2沥青混合料组成材料的技术要求6.2.1沥青材料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可根据当地沥青路面气候分区的温度水平参照第5章表5-3选择沥青

表6-2沥青路面使用性能气候分区气候分区指标气候分区按照高温指标高温气候区123气候区名称夏炎热区夏热区夏凉区最热月平均最高温度/℃＞3020~30＜20按照低温指标低温气候区1234气候区名称冬严寒区冬寒区冬冷区冬温区极端最低气温/℃＜-37-37~-21.5-21.5~-9＞-9按照雨量指标雨量气候区1234气候区名称潮湿区湿润区半干区干旱区年降雨量/mm＞10001000~500500~250＜250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、停车场等行车速度慢的路段，尤其是汽车荷载剪应力大的层次，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；选择原则：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。①沥青混合料的粗集料可采用碎石、破碎砾石、筛选砾石、矿渣等，但高速公路和一级公路不得使用筛选砾石和矿渣

。②沥青混合料的粗集料要求洁净、干燥、表面粗糙，接近立方体，无风化，不含杂质，其各项质量应符合表6-3的要求

。6.2.2粗集料1．一般要求表6-3沥青混合料用粗集料的质量技术要求技术指标单位高速公路及一级公路其他等级公路表面层其他层次表面层其他层次石料压碎值≤%262830洛杉矶磨耗损失≤%283035表观相对密度≥t/m32.602.502.45吸水率≤%2.03.03.0坚固性≤%1212—针片状颗粒含量（混合料）≤其中粒径大于9.5mm≤其中粒径小于9.5mm≤%%%15121818152020——水洗法＜0.075mm颗粒含量≤%111软石含量≤%3552．路面抗滑表层用粗集料的要求对路面抗滑表层的粗集料应选用坚硬、耐磨、抗冲击性好的碎石或破碎砾石，不可使用筛选砾石、矿渣及软质集料。高速公路、一级公路沥青路面的表面层（或磨耗层）的磨光值、应符合表6-4的要求。表6-4粗集料与沥青的粘附性、磨光值的技术要求雨量气候区1（潮湿区）2（湿润区）3（半干区）4（干旱区）年降雨量/mm＞10001000～500500～250＜250粗集料的磨光值PSV

≥高速公路、一级公路表面层42403836粗集料与沥青的粘附性/

≥高速公路、一级公路表面层高速公路、一级公路的其他层次及其他等级公路的各个层次544443333．粗集料与沥青的粘附性要求粗集料与沥青的粘附性应符合表6-4的要求。当使用不符要求的粗集料时，宜掺加消石灰、水泥或用饱和石灰水处理后使用，必要时可同时在沥青中掺加耐热、耐水、长期性能好的抗剥落剂，也可采用改性沥青的措施，使沥青混合料的水稳定性检验达到要求。掺加外加剂的剂量由沥青混合料的水稳定性检验确定4．粗集料的规格粗集料的粒径规格应满足书中表6-5的要求。6.2.3细集料1．细集料的物理力学性能要求①可以采用天然砂、机制砂或石屑。②应洁净、干燥、无风化、不含杂质，并有适当的级配范围，物理力学指标要求见表6-6。③与沥青有良好的粘结能力，在高速公路、一级公路、城市快速路、主干路沥青面层用沥青粘结性能差的天然砂或用花岗岩、石英岩等酸性岩石破碎的人工砂及石屑时，应采取前述粗集料的抗剥离措施对细集料进行处理。在高速公路、一级公路、城市快速路、主干路沥青路面面层及抗滑磨耗层中，所用石屑总量不宜超过天然砂或机制砂的用量。表6-6沥青混合料用细集料质量要求项目单位高速公路、一级公路其他等级公路表观相对密度，不小于—2.502.45坚固性（＞0.3mm部分），不小于﹪12—含泥量（小于0.075mm的含量），不大于﹪35砂当量，不小于﹪6050亚甲蓝值，不大于g/kg25—棱角性（流动时间），不小于s30—2．细集料的粒径规格天然砂可采用河砂或海砂，通常宜采用粗、中砂，其规格应符合表6-7中的规定。石屑是采石场破碎石料时通过4.75mm或2.36mm的筛下部分，其规格应符合表6-8的要求。6.2.4填料填料是指在沥青混合料中起填充作用的粒径小于0.075mm的矿质粉末。矿粉必须采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉应干燥、洁净，能自由地从矿粉仓流出，其质量应符合表6-9的技术要求高速公路、一级公路的沥青面层不宜采用粉煤灰做填料表6-9沥青混合料用矿粉质量要求项目单位高速公路、一级公路其他等级公路表观密度，不小于t/m32.502.45含水量，不大于﹪11粒度范围＜0.6mm＜0.15mm＜0.075mm﹪﹪﹪10090~10075~10010090~10070~100外观—无团粒结块亲水系数—＜1塑性指数—＜4加热安定性—实测记录沥青混合料的典型组成结构

a)悬浮-密实结构；b)骨架-空隙结构；c)骨架-密实结构连续密级配连续开级配间断级配6.3.1热拌沥青混合料的组成结构6.3热拌沥青混合料的组成结构与强度原理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密实骨架型级配特点：连续密级配，细集料较多，粗集料较少，悬浮于细集料中，不能形成嵌挤骨架，空隙率较小代表类型：按照连续密级配原理设计的AC型沥青混合料是典型的这种悬浮密实结构。1.悬浮密实结构力学特点：大颗粒未形成骨架，内摩阻力ф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：密实耐久、强度高，但高温稳定性较差级配特点：连续开级配，粗集料较多，细集料较少，不足以充分填充粗骨架空隙，空隙率较大代表类型：沥青碎石AM和开级配磨耗层沥青混合料OGFC等。2.

骨架空隙结构力学特点：大颗粒形成骨架，内摩阻力ф值较大；小颗粒与沥青胶浆含量不充分，粘结力C值较低。使用特点：高温稳定性好、耐水害、抗疲劳和耐久性较差。，所以一般要求采用高粘稠沥青，以防止沥青老化和剥落。级配特点：间断密级配，粗集料形成骨架，细集料充分填充骨架空隙，形成密实、骨架嵌挤结构代表类型：沥青玛蹄脂碎石混合料SMA。力学性能特点：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3.骨架密实结构使用特点：密实度、高、低温度稳定性均较好，具有较强的疲劳耐久特性；但间断级配在施工拌合过程中易产生离析现象，施工质量难以保证，使得混合料很难形成“骨架-密实”结构。随着施工技术的发展，这类结构得以普遍使用，但一定防止混合料拌合生产、运输和摊铺等施工过程中防止混合料产生离析。1.沥青混合料结构强度构成1）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。低温出现裂缝———由于低温时抗拉强度不足或变形能力较差而产生裂缝现象。总之，沥青路面必须具备一定的抗剪切破坏的能力。6.3.2沥青混合料的强度原理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及沥青自身的内聚力构成，可由下式表征：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。沥青混合料的粘结力和内摩阻角可以通过三轴剪切试验确定。应力圆的公切线为墨尔-库伦应力包络线，即抗剪强度曲线，该包络线与纵轴的截距表示沥青混合料的粘结力c，与横轴的交角为沥青混合料的内摩阻角φ。即可求出混合料的c、φ值。

1

1

3

3ηC

1）沥青粘度的影响η越大，C值越大，因为η越大，沥青胶团抗位错能力增强，使沥青混合料的粘滞阻力增大，保持了矿质集料的相对嵌锁作用。沥青粘度增大，沥青混合料粘结力明显增大，内摩阻角稍有增加。2．沥青混合料抗剪强度的影响因素（1）影响沥青混合料抗剪强度的内因列宾捷尔认为，沥青与矿料交互作用后，因化学组分重排列，形成沥青扩散膜。这一作用是化学吸附引起的，该沥青膜即为“结构沥青”，其粘度将大大提高；在“结构沥青”层外，可以“自由”运动的是“自由沥青”，这部分沥青的性能保持沥青初始状态性能，混合料的性能主要由结构沥青决定。a.沥青与矿料的交互作用2）沥青与矿料化学性质的影响矿料间由结构沥青膜联结，粘聚力大；矿料间由自由沥青所联结，则粘聚力小。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结构沥青连接自由沥青连接化学吸附有选择性，不同矿料的“结构沥青”膜厚度不一样，混合料中“结构沥青”占的比例也不同。碱性石料（如石灰岩）的混合料其“结构沥青”所占比例比酸性