第五章沥青混合料

1．沥青混合料是一种粘弹塑性材料，具有良好的力学性能，铺筑的路面平整无缝，振动小，噪音低，行车舒适。1．沥青混合料是一种粘弹塑性材料，具有良好的力学性能，铺筑的路面平整无缝，振动小，噪音低，行车舒适。 2．路面平整且有一定的粗糙度，耐磨好，无强烈反光，有利于行车安全。 3．施工方便，施工时不需要养护，能及时开通交通。 4．维修简单，旧沥青混合料可再生利用。 1．沥青路面容易老化。 2．温度稳定性差。第五章沥青混合料沥青路面越来越多地被应用于不同等级的公路，其原因何在？高速公路但是！城市道路

沥青路面老化现象 老化定义？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。

温度稳定性差的表现： 车辙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。泛油波浪

一、定义 沥青混合料是将经合理级配组成的矿质混合料（如碎石、砂、矿粉等），与适量的沥青材料在一定温度下经拌和所组成的混合物。将沥青混合料经摊铺后碾压成型，即成为各种类型的沥青混合料路面。沥青混凝土：结构是粗集料较多、细集料和矿粉也较多。特点：对级配要求严格、密实度大、空隙率＜10%，抗渗性好。沥青碎石：结构是粗集料较多，没有矿粉或矿粉含量较少。特点：对级配要求不很严格，不密实，空隙率＞10%，热稳定性好。

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.密级配沥青混合料 2.半开级配沥青混合料 3.开级配沥青混合料矿料级配组成及空隙率大小公称最大粒径沥青混合料矿质混合料的级配类型制造工艺分 1.热拌沥青混合料 2.冷拌沥青混合料 3.再生沥青混合料 1.连续级配沥青混合料 2.间断级配沥青混合料

热拌沥青混合料 定义：热拌沥青混合料是经人工组配的矿质混合料与粘稠沥青在专门设备中加热拌和而成，并在热态下进行摊铺和压实的混合料，也称为：热拌热铺沥青混合料。一、热拌沥青混合料的组成结构及强度理论 1．组成结构理论 ⑴表面理论：矿料形成矿质骨架，沥青作为胶结材料。起主导作用的是：矿料的强度及其级配的密实度。 ⑵胶浆理论：指沥青混合料是多级空间网络状结构的多级分散系。以集料为分散相，分散在沥青砂浆的介质中起主导作用的是：沥青与填料之间的关系。分为：微分散系、细分散系、粗分散系

2.沥青混合料组成结构类型 1）悬浮-密实结构：属于连续型密级配，细集料较多，粗集料较少特点：粘聚力大，内摩阻角小，高温稳定性差。强度主要来源于沥青的粘结力。沥青路面中，要求至少有一层是密级配沥青混合料。 2）骨架-空隙结构：属于连续开级配，粗集料多，细集料少特点：沥青与矿料间的粘聚力差，空隙率大，耐久性差，但热稳定性好，内摩阻力大，强度主要来源于粗集料间的摩擦力。使用这种混合料时，面层下面必须作下封层。 3）骨架-密实结构：是一种理想结构，它既有一定的粗集料形成骨架，又有足够的细集料充填空隙，既有较高的粘聚力，又有较高的内摩阻角。

3.沥青混合料的强度理论 • 沥青混合料铺筑的路面产生破坏的主要原因：夏季高温时的抗剪强度不足导致变形过大产生推挤、拥包等现象冬季低温时抵抗变形能力过差导致裂缝的产生 • 要求沥青混合料必须具备抗剪强度和抵抗变形的能力，一般采用库伦内摩擦理论，三个参数：抗剪强度τ,黏聚力c和内摩阻角 • 有如下关系式:

4.影响沥青混合料抗剪强度的因素 内因： 1.沥青黏度的影响通常沥青的黏度越高，沥青混合料的抗剪强度越高。黏聚力c随着沥青黏度的提高而增加，略有上升 2.沥青与矿料的吸附作用 ①物理吸附矿料与沥青间的分子力吸附，与沥青表面活性物质含量有关，且只有在干燥状态下才具有一定的黏附力。 ②化学吸附沥青在沥青混合料中以两种形式存在，一种为结构沥青，一种为自由沥青。

沥青与矿料交互作用后，沥青在矿料表面形成一层扩散结构膜如下图所示，在结构膜以内的称为结构沥青，在结构膜以外的称为自由沥青。沥青与矿料交互作用后，沥青在矿料表面形成一层扩散结构膜如下图所示，在结构膜以内的称为结构沥青，在结构膜以外的称为自由沥青。

故存在着最佳沥青用量 3.沥青与矿粉用量比例 • 当矿粉的用量一定时， • 沥青用量过少：不足以包裹矿料表面，使得沥青混合料的强度低； • 随着沥青的增加，完全包裹在矿料表面，逐渐形成结构沥青，使得沥青与矿料间的黏结力随沥青用量的增加而增加； • 但沥青用量过多，使得未与矿粉相互作用的自由沥青含量增加，沥青胶结物的粘聚力随自由沥青含量的增加而降低。同时，内摩擦角也降低。 • 当沥青的用量一定时， • 矿粉量越多，能提高结构沥青的比例，沥青和矿料的黏结力就高。 • 但矿粉量也不能太多，否则使沥青混合料结团成型，不易施工。

4.矿料级配类型及表面性质的影响 • 矿料的级配类型：密级配c↑、↓；开级配c↓、↑；间断级配c↑、↑。 • 矿料的表面状态：集料颗粒具有棱角、近似正方体、表面有明显的粗糙度时，具有很大的内摩擦角（↑），混合料的抗剪强度高（↑）。

外因： 5.温度及形变速率产生的影响温度升高：沥青易变形，黏聚力C下降，强度降低；温度降低：黏聚力C升高，内摩擦角变化不大，故抗剪强度增加，变形能力降低，所以温度过低使沥青混合料路面开裂。加荷频率高，产生不可恢复的永久变形。随着形变速率的增加，黏聚力c显著提高，内磨擦角变化很小，故强度增加。

（二）技术性质 二、沥青混合料的技术性质和技术标准㈠沥青路面使用性能的气候分区马歇尔试验—稳定度（1）高温稳定性车辙试验—动稳定度（2）低温抗裂性低温弯曲试验浸水马歇尔试验—残留稳定度（%）水稳性冻融劈裂试验—残留强度比（%）（3）耐久性耐老化性耐疲劳性（4）抗滑性（5）施工和易性

1.高温稳定性 指沥青混合料在夏季高温条件下，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。评定高温稳定性的方法：目前我国普遍采用的是马歇尔试验，通过测定沥青混合料稳定度（KN）和流值（以0.1mm计）两项指标，反映沥青混合料的高温稳定性。此外，对于路面性能要求较高的还应通过车辙试验（次/mm）测定其抗车辙能力。提高温度稳定性的措施： 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； ②提高内摩租角：增加粗集料用量采用表面粗糙有棱角的集料等

2.低温抗裂性 沥青混合料随温度的降低，变形能力下降，路面由于低温而收缩以及行车荷载的作用，在薄弱部位产生裂缝，从而影响道路的正常使用。低温裂缝引起的原因：混合料低温脆化、低温缩裂、温度疲劳引起的；低温脆化是指其在低温条件下，变形能力降低。低温缩裂通常是由于材料本身的抗拉强度不足而造成的。温度疲劳，由于多次温度循环而造成的疲劳破坏。措施：设计时选择沥青要稠度较低、温度敏感性低、抗老化能力强

3.耐久性 指在长期的荷载作用和自然因素影响下，保持正常使用状态而不出现剥落和松散等损坏的能力。影响因素：沥青的化学性质、矿料的矿物成分、混合料的组成结构等；针对混合料的组成结构： • 混合料的空隙率 • 空隙率尽可能小 • 但仍要留一定的空隙率，规定混合料中应残留3%～６％的空隙率 • 沥青的用量 • 沥青的用量低于最佳用量时，残留空隙率增大，耐久性下降。 • 沥青与矿料间的作用 • 尽量提高结构沥青的比例，提高混合料的粘聚力，防止路面剥落。

一般采用马歇尔试验测定沥青混合料试件的空隙率、饱和度和残留稳定度等指标，来评价沥青混合料的耐久性。一般采用马歇尔试验测定沥青混合料试件的空隙率、饱和度和残留稳定度等指标，来评价沥青混合料的耐久性。 • 空隙率（残留空隙率）：评价沥青混合料压实程度的指标。压实后，空隙的体积占沥青混合料总体积的百分率。 • 沥青饱和度（即沥青的填隙率） • 沥青体积占矿料间隙体积的百分率 • 饱和度过小，沥青难以充分裹覆矿料，粘聚性下降，空隙 • 率也增大。所以耐久性下降；饱和度过大，，夏季引起路面泛 • 油，降低了面层的高温稳定性。而且自由沥青多，粘聚力下降。 • 饱和度要适中。 • 残留稳定度残留稳定度是反映沥青混合料受水损害时抵抗剥落的能力。浸水后的稳定度与标准马歇尔稳定度的百分比即为残留稳定度。

4.抗滑性 随着公路等级的提高和车辆行驶速度的加快，路面的抗滑性显得尤为重要。路面的抗滑能力与沥青混合料的粗糙度、级配组成、沥青用量和矿质集料的微表面性质等因素有关。面层集料应选用质地坚硬具有棱角的碎石，采取适当增大集料粒径，适当减少一些沥青用量及严格控制沥青的含蜡量等措施，均可提高路面的抗滑性。

5.施工和易性 沥青混合料在施工过程中是否容易拌和、摊铺、压实的性能。 • 影响因素： • 矿料级配：不易离析现象 • 沥青用量 • 沥青用量多，容易结块，不容易摊铺。 • 沥青用量少，混合料较松散，不易压实。 • 故沥青用量要适量 • 另外，气候情况，机械性能，施工能力等外部条件也会不同程度地影响施工和易性 • 目前，评价施工和易性还没有一个定量的指标，只能凭经验来目估。

（三）热拌沥青混合料的技术标准 按热拌沥青混合料马歇尔试验指标要求，参照《公路沥青路面施工技术规范》技术标准。

这是路面施工要解决的问题 这就是建材课程要解决的问题沥青路面的施工有着严格的程序沥青混合料的拌合沥青混合料的运输沥青混合料的摊铺沥青混合料的碾压

最好都是 碱性材料沥青混合料组成材料沥青材料粗集料细集料填料各种粒径的碎石（方孔筛）天然砂机制砂石屑基质沥青改性沥青矿粉

（1）沥青材料 不同型号的沥青材料，具有不同的技术指标，适用于不同等级、不同类型的路面，在选择沥青材料的时候，要考虑到气候条件、交通量、施工方法等情况。寒冷地区宜选用稠度较小，延度较大的沥青，以免冬季裂缝；较热地区选用稠度较大，软化点高的沥青，以免夏季泛油、发软。一般路面的上层宜用较稠的沥青，下层和联结层宜用较稀的沥青。

（2）粗集料 要求洁净、干燥、无风化、无杂质，并且具有足够的强度和耐磨性。一般选用高强、碱性的岩石轧制成接近于立方体、表面粗糙、具有棱角的颗粒。沥青混合料对粗集料的级配不单独提出要求，只要求它与细集料、矿粉组成的矿质混合料能符合相应的沥青混合料的矿料级配范围。每种混合料按空隙率分为I型 (空隙率为３％～６％)和 II型（空隙率为6％～10％）两种。

（3）细集料 沥青混合料的细集料可根据当地条件及混合料级配要求选用天然砂或人工砂，在缺少砂的地区，也可用石屑代替。但对于高等级公路的面层或抗滑表层，石屑的用量不宜超过砂的用量。一种细集料不能满足级配要求时，可用两种以上、不同级配的细集料掺合使用。

（4）矿粉 矿粉是由石灰岩或岩浆岩中的碱性岩石磨制而成的，也可以利用工业粉末、废料、粉煤灰等代替，但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％。矿粉应干燥、不含泥土杂质和石块，含水量应不大于１％。

原材料名称 技术指标执行标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 JTJ 052-2000 针入度针入度指数软化点延度蜡含量闪点溶解度密度沥青材料压碎值磨耗值表观相对密度吸水率坚固性针片状颗粒含量＜0.075mm颗粒含量软尽弱颗粒含量磨光值粘附性破碎面要求粗集料 1.《公路工程集料试验规程》 JTG E42-2005 2.《公路沥青路面施工技术规范》 JTG F40-2004 细集料表观密度含水量粒径范围外观亲水系数塑性指数加热安定性填料原材料的技术要求表观相对密度坚固性含泥量砂当量亚申蓝值棱角性

沥青混合料的配合比设计 目标配合比设计阶段矿质混合料的组成设计矿料的配合比设计确定级配范围确定沥青混合料的类型马歇尔试验结果分析物理、力学指标的测定最佳沥青用量确定预估沥青用量制备试样，生产配合比设计阶段生产配合比验证阶段

HMA 热拌沥青混合料，A 普通道路石油沥青，T 道路煤沥青AH 重交通量道路用石油沥青(重交通道路沥青)PC 喷洒型阳离子乳化沥青；BC 拌和型阳离子乳化沥青PA 喷洒型阴离子乳化沥青；BA 拌和型阴离子乳化沥青AL（R）快凝液体石油沥青AL（M）中凝液体石油沥青AL（S）慢凝液体石油沥青AC 沥青混凝土混合料；LH 沥青混凝土混合料（采用圆孔筛时）AM 沥青碎石混合料；LS 沥青碎石混合料（采用圆孔筛时）AK 抗滑表层沥青混合料LK 抗滑表层沥青混合料（采用圆孔筛时）

OAC 沥青混合料的最佳沥青用量，MS 马歇尔稳定度， FL 马歇尔试验的流值VV 沥青混合料中的空隙率VMA 沥青混合料中的矿料间隙率， VFA 沥青混合料中的沥青饱和度， DS 沥青混合料车辙试验的动稳定度，COC 沥青的克利夫兰杯开工式闪点，TOC 沥青的泰格杯开式闪点，PSV 石料的磨光值，TFOT 沥青的薄腊加热试验， PI 沥青的针入度指数

确定沥青混合料类型 根据道路等级、路面类型、结构层位来选择沥青混合料的类型；确定矿质混合料的级配范围参照《公路沥青路面施工技术规范》推荐的级配作为沥青混合料的设计级配，见书中表5-14； 1.矿质混合料的配合组成设计目的：选配一个具有足够密实度，并且有较高内摩阻力的矿质混合料

配合比设计 ①组成材料的原始数据测定：取样、筛分、测密度 ②计算组成材料的配合比：试算法、图解法 ③调整配合比 a：一般情况下合成级配曲线应尽量接近设计级配中值，尤其是0.075、2.36、4.75mm三个筛孔的通过量尽量接近设计级配范围的中值 b：高等级公路偏下（粗）限一般公路偏上（细）限 c：合成级配，合理适用

2.确定最佳沥青用量（OAC） 采用马歇尔试验法来确定沥青最佳用量。按所设计的矿料配合比配制五组矿质混合料，每组按规范推荐的沥青用量范围加入适量沥青，并按0.5%的间隔递增，拌合均匀制成马歇尔试件，进行试验，测出试件的密实度、稳定度和流值等；绘制沥青用量与物理-力学指标关系图，确定出最佳沥青用量。

毛体稳积定相度对 (KN) 密度 (%) (%) 油石比油石比最佳沥青用量确定（1）将不同油石比（沥青用量）的马歇尔试验的所有指标点绘于图上： a1=5.9% a2=5.28% 规范要求＞5KN

空流隙值率 (mm) (%) (%) 油石比 (%) 油石比 a3=5.32% 规范要求3~6% 规范要求2~4.5mm

饱间和隙度率 (%) (%) (%) (%) 油石比油石比规范要求＞14% 规范要求70~85%

（2）确定OAC1 从上述图上找出毛体积密度最大值对应沥青用量a1、稳定度最大值对应沥青用量a2、目标空隙率（或中值）对应沥青用量a3、沥青饱和度范围内的中值对应沥青用量a4 a1=5.9%； a2=5.28%； a3=5.32%； a4无法确定如果所选择的沥青用量范围未能涵盖沥青饱和度的要求范围，只取a1、a2、a3计算计算：OAC1=（a1+a2+a3+a4）／4 OAC1=（a1+a2+a3）／3

（3）确定OAC2 • 从上述图上找出符合规范要求的各技术指标的用油量，绘于下图，找出满足所有指标的公共沥青用量范围，并查出最大值OACmax和最小值OACmin。公共沥青用量中 OACmax=5.78% OACmin=5.37% • 计算OAC2=（OACmax + OACmin）／2 （4）最佳沥青用量OAC=（OAC1+OAC2）／2

（5）检查图中所对应于OAC的各项指标是否均符合马歇 尔试验技术标准此时，还应包括矿料间隙率VMA的检验。（6）调整沥青的最佳用量 • 对热区公路以及重交通的高速公路、一级公路，山区公路的长大坡度路段，预计有可能造成较大车辙的情况下，将沥青最佳用量减少0.1%-0.5% 作为设计沥青用量。 • 对寒区公路及其它等级公路，旅游公路、交通量很少的公路，最佳用量可在OAC的基础上增加0.1%-0.3%，但不得降低压实度的要求。

（7）检验最佳沥青用量时的粉胶比和有效沥青膜厚度（7）检验最佳沥青用量时的粉胶比和有效沥青膜厚度 3.配合比的设计检验高温稳定性检验：对于公称最大粒径等于或小于19mm的混合料，必须按最佳沥青用量制作试件进行车辙试验。水稳定性检验：测定浸水残留稳定度和冻融劈裂强度比低温抗裂性检验渗水系数检验

冷拌沥青混合料 再生沥青混凝土沥青稀浆封层混合料多碎石沥青混凝土其他沥青混合料桥面铺装材料多孔隙沥青混凝土表面层沥青玛蹄脂碎石(SMA)

沥青玛蹄脂碎石混合料 SMA是沥青玛蹄脂碎石的缩写，是一种沥青结合料与少量的纤维稳定剂、细集料以及较多的填料（矿粉）组成的沥青玛蹄脂填充于间断级配的粗集料骨架间隙中，所形成的沥青混合料，简称SMA。

㈠SMA的技术性质 1.抗车辙能力高 2.优良的抗裂性能在低温条件下，由于SMA混合料中有着相当数量的沥青玛蹄脂，当温度下降时，沥青玛蹄脂具有较高的粘结能力，它的韧性和柔性使得混合料具有良好的低温变形能力。 3.较好的抗滑性能采用间断级配的矿料，压实后表面形成的构造深度大，一般超过1mm，这是得沥青面层具有良好的抗滑性和耐磨性能，还能减少溅水，减少噪声，提高道路行驶质量。

4.良好的耐久性 在SMA混合料中，粗集料骨架空隙被富含沥青的玛蹄脂密实填充，并将集料颗粒粘结在一起，沥青在集料表面形成较厚的沥青膜。此外，SMA混合料空隙率较小，沥青于水或空气的接触较少，因而SMA混合料的水稳定性和抗老化性较普通沥青混合料为好；又由于SMA混合料及本事不透水的，对中、下面层和基层有着较好的保护作用和隔水作用，使沥青路面保持较高的整体强度和稳定性。 5.摊铺和压实性好 6.能见度好 7.降低噪音

(二)SMA的组成材料要求 1.沥青在SMA混合料中，要求沥青具有较高的粘度，与集料有良好的粘附性。SMA所用沥青质量必须符合我国“重交通道路沥青技术要求”，并应采用比当地常用热拌沥青混合料所用沥青硬一级的沥青。南方炎热地区可以采用AH-70,寒冷地区用AH-70 或AH-90。对于高速公路、承受繁重交通的重大工程道路、夏季特别炎热活冬季特别寒冷地区的道路，最好采用改性沥青配制SMA混合料。

2.集料 用于SMA混合料中的粗集料应是高质量的轧制碎石，其岩石应坚韧，具有较高的强度和刚度，应严格控制集料中的针状颗粒含量，集料的力学性质要高于沥青混凝土的要求，还要尽量选择碱性集料。细集料最好使用坚硬的机制砂，当采用普通石屑作为细集料时，宜采用石灰岩石屑，石屑中不得含有泥土类杂物。当与天然砂混用时，天然砂的含量不宜超过机制砂或石屑的比例。细集料质量除了满足普通热拌沥青混合料对细集料的要求外，棱角性最好大于45%。

3.稳定剂——纤维 主要作用：一是稳定沥青，二是增加沥青混合料的抗拉强度和抗滑能力。无稳定剂时易产生流淌、离析稳定剂可用纤维和聚合物 (三)SMA的应用

图解法确定 热料比例生产配合比确定生产配合比最佳沥青用量 OAC 目标配合比与生产配合比设计关系图振动筛二次筛分热料取样冷料筛分矿料通过皮带输入拌和楼干燥筒加热提升到拌和楼热料仓热料筛分取分级通过调整控制室皮带图解法确定冷料比例热料比例与最佳沥青用量输入控制室计算机生产沥青混合料转速达到设计比例目标配合比为生产配合比最佳沥确定目标配合比最佳沥青用量 OAC 青用量确定提供标准根据冷料比例成型5组马歇尔试件根据目标配合比的 OAC、OAC±0.3% 三组沥青用量根据热料比例成型3组马歇尔试件

第五章 沥青混合料