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2013.09道路工程材料土木工程与建筑系道路工程材料第三章沥青混合料第三章沥青混合料1沥青混合料的类型与组成结构2沥青混合料的技术性能3沥青混合料的组成设计4其他类型的沥青混合料道路工程材料第三章沥青混合料1沥青混合料的类型与组成结构1.1定义沥青混合料是经人工合理选择级配组成的矿质混合料与适量沥青材料，在一定温度下经拌和而成的高等级路面材料。沥青混凝土混合料（Asphaltconcretemixture）[粗集料+细集料+填料+沥青]简称AC沥青碎石混合料（Asphaltmacadanmixture）[粗集料+细集料+填料+沥青]简称AM道路工程材料第三章沥青混合料1沥青混合料的类型与组成结构优点1、良好的力学性能：弹塑性，无需设置施工缝、伸缩缝，路面平整且有弹性。2、良好的抗滑性能：平整且有一定的粗糙度，不反光，行车安全。3、施工方便，速度快，能够及时开放交通。4、可分期改造和再生利用。5、晴天无尘，雨天不泞，便于汽车高速行驶。缺点：1、老化表层产生松散。2、温度稳定性差：高温软化，产生过分变形；低温脆化，产生裂缝。1.2沥青混合料的特点道路工程材料第三章沥青混合料1.3.1按胶凝材料种类（1）石油沥青混合料（2）煤沥青混合料1.3.2按砂料最大粒径可分为以下几种（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1沥青混合料的类型与组成结构1.3沥青混合料分类道路工程材料第三章沥青混合料1.3沥青混合料分类1沥青混合料的类型与组成结构1.3.3按砂质混合料级配类型分类（1）连续级配如沥青混凝土混合料（2）间断级配如SMA(StoneMasticAsphalt)1.3.4按连续级配密实度分（1）密级配沥青混合料ACVV10%其中：I型3%~6%;II型4~10%（2）半开级配沥青混合料AMVV10%（3）开级配沥青混合料AKVV15%1.3.5按施工温度分（1）热拌热铺沥青混合料（2）热拌冷铺沥青混合料（3）冷拌冷铺沥青混合料道路工程材料第三章沥青混合料1沥青混合料的类型与组成结构1.4沥青混合料的体积组成沥青混合料体积参数基本指标试件空隙率VV(VolumeofairVoids)表征沥青混合料的组成材料与压实状态之间的关系，直接影响沥青混合料的稳定性和耐久性。矿料间隙率VMA(VoidsinMineralAggregate)反映沥青混合料矿料级配组成特征，决定了沥青混合料的组成结构类型。沥青饱和度VFA(VoidsFilledwithAsphalt)沥青结合料填充矿料间隙的程度，直接决定沥青用量和路面性能。道路工程材料第三章沥青混合料1沥青混合料的类型与组成结构1.5.1沥青混合料结构理论1、表面理论：沥青混合料是由粗、细集料和矿粉，大小不同粒径组成密实矿质混合料的骨架，利用沥青胶结料的粘聚力，在加热状态下施工，使沥青包裹在矿料的表面经过压实固结后，将松散的矿质颗粒胶结成具有一定强度的整体。1.5沥青混合料的组成结构类型粗、细骨料及填料密实级配的矿质骨架较稀沥青分布其间沥青混合料道路工程材料第三章沥青混合料1沥青混合料的类型与组成结构1.5沥青混合料的组成结构类型特点:高稠度沥青/沥青用量大/间断级配胶浆理论：(现代理论)将高稠度沥青加到矿粉中形成胶浆－微分散体系将细骨料添加到胶浆中形成沥青砂浆－细分散体系将粗骨料添加到沥青砂浆中形成沥青混合料－粗分散体系道路工程材料第三章沥青混合料1沥青混合料的类型与组成结构1.5沥青混合料的组成结构类型两种理论的主要区别表面理论重点突出矿质骨料的骨架作用，强度的关键首先是矿质骨料的强度和密实度；而胶浆理论则突出沥青胶结构在混合料中的作用，以及沥青与填充料之间的关系，这对沥青混合料的高温稳定性和低温抗裂性的影响尤为重要。道路工程材料第三章沥青混合料1、悬浮—密实结构是指矿质集料由大到小组成连续型密级配的混合料结构（典型的AC型）。2、骨架—空隙结构是指矿质集料属于连续型开级配的混合料结构（典型的AM型和OGFC型）。3、骨架—密实结构是指矿质集料具有较多数量的粗集料形成空间骨架，同时又有足够的细集料填满骨架的空隙的混合料结构（典型的SMA型）。1沥青混合料的类型与组成结构1.5沥青混合料的组成结构类型道路工程材料第三章沥青混合料1沥青混合料的类型与组成结构悬浮﹣密实结构骨架﹣空隙结构骨架﹣密实结构沥青混合料的典型组成结构类型道路工程材料第三章沥青混合料1沥青混合料的类型与组成结构1.6沥青混合料的结构强度理论沥青混合料在路面结构中有两种破坏性式：1、库仑理论：在常温或较高温度下，粘结力不足引起的变形，及抗剪强度不足引起的推挤波浪、拥包等破坏。2、在低温下：塑形能力变差，使抗拉强度不足导致裂缝而产生破坏。通过三轴剪切强度研究得出结论：沥青混合料的抗剪强度(τ)主要取决于沥青与矿质集料物理、化学交互作用而产生的粘聚力（c），以及矿质集料在沥青混合料中分散程度不同而产生的内摩擦角(φ)。道路工程材料第三章沥青混合料实验方法:三轴剪切试验τ—抗剪强度C—粘聚力σ—剪切法向压应力φ—内摩擦角结论：沥青混合料抗剪强度τ取决于粘聚力C和内摩擦阻角Ф。tanc1沥青混合料的类型与组成结构1.6沥青混合料的结构强度理论道路工程材料第三章沥青混合料沥青性质对粘结力的影响：沥青粘结性↑（粘度↑）→粘聚力C↑→抗剪强度τ↑沥青与矿料相互作用矿粉对涂敷于周围的沥青分子有吸附作用→靠近界面处粘度↑→扩散溶剂化膜(10um)膜内—结构沥青：粘度高→C大膜外—自由沥青：粘度小→C小影响φ和C的因素1沥青混合料的类型与组成结构1.6沥青混合料的结构强度理论道路工程材料第三章沥青混合料沥青与矿粉的用量比例对沥青混合料抗剪强度的影响沥青用量过少，不足以形成薄膜粘结矿料颗粒表面，粘结力不够；沥青用量过多，逐渐将矿料颗粒推开，沥青胶结物的粘结力随着自由沥青的增加而降低，粘结力反而下降；适量的沥青用量，沥青胶结物具有最优的粘结力（P103图3-11）。在沥青用量固定的情况下，矿粉的用量多少也直接影响沥青混合料的密实程度及粘结力，矿粉用量不能过多，否则使沥青混合料结团成块，不易施工。1沥青混合料的类型与组成结构1.6沥青混合料的结构强度理论影响抗剪强度τ的因素道路工程材料第三章沥青混合料1沥青混合料的类型与组成结构1.6沥青混合料的结构强度理论矿料的级配类型及表面性质对沥青混合料抗剪强度的影响沥青混合料的抗剪强度与矿质集料在沥青混合料中的分布情况有密切关系。矿料级配类型是影响沥青混合料抗剪强度的因素之一。在沥青混合料中，矿质集料的粗度、形状对沥青混合料的抗剪强度也有明显的影响，通常集料颗粒具有棱角，表面有明显的粗糙度，铺筑路面具有很大的内摩阻角Ф，提高了混合料的抗剪强度。矿质集料愈粗，配制成的沥青混合料的内摩阻角就愈高。影响抗剪强度τ的因素道路工程材料第三章沥青混合料1沥青混合料的类型与组成结构1.6沥青混合料的结构强度理论影响抗剪强度τ的因素温度及形变速率对沥青混合料抗剪强度的影响随温度升高，沥青的粘聚力C值减小，而变形能力增强。温度降低，可使混合料粘聚力提高，强度增加，变形能力降低。温度过低会使沥青混合料路面开裂。沥青混合料的抗剪强度与形变速率也有关，粘聚力C值随形变速率的增加而显著提高，内摩阻角随形变速率的变化很小。道路工程材料第三章沥青混合料2沥青混合料的技术性能高温稳定性低温抗裂性疲劳特性耐久性水稳定性抗滑性施工和易性道路工程材料第三章沥青混合料2沥青混合料的技术性能2.1高温稳定性影响因素：沥青粘度、沥青与石料相互作用特征、矿料性质。定义：沥青混合料在高温条件下，承受多次重复荷载不产生过大的累积塑性变形的性质。经长期荷载作用不产生车辙、波浪等现象的性质。高温稳定性的意义：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。道路工程材料第三章沥青混合料沥青路面的高温病害道路工程材料第三章沥青混合料2沥青混合料的技术性能2.1高温稳定性评价方法：我国最常用评价方法是：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。马歇尔试验用于测定沥青混合料试件的破荷载和抗变形能力，得到马歇尔稳定度、流值和马歇尔模数。1、马歇尔稳定度试验①稳定度(Ms)：指标准尺寸试件在规定温度下和加荷速度下，在马歇尔试验仪中最大的破坏荷载（kN）。②流值(FL)：达到最大破坏荷重时，试件的垂直变形，以0.1mm计。③马歇尓模数FLMTS10道路工程材料第三章沥青混合料2沥青混合料的技术性能马歇尔稳定度试验试件尺寸：（1）Ф101.6mm×63.5mm（±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）Ф152.4mm×95.3mm(±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。道路工程材料第三章沥青混合料道路工程材料第三章沥青混合料道路工程材料第三章沥青混合料道路工程材料第三章沥青混合料道路工程材料第三章沥青混合料道路工程材料第三章沥青混合料道路工程材料第三章沥青混合料2、车辙试验300mm×300mm×50mm的试件，在60℃的温度条件下，以轮压为0.7MPade实心橡胶轮在同一轨迹上作一定时间的反复行走（42±1次/min的频率），形成一定的车辙深度，然后计算试件变形1mm所需车轮行驶次数，即为动稳定度规定：高速公路，不宜小于800次/mm一级公路、城市主干道，不宜小于600次/mm影响混合料高温稳定性的因素：沥青用量、沥青的粘度、矿料的级配、矿料尺寸、形状2沥青混合料的技术性能2.1高温稳定性道路工程材料第三章沥青混合料车辙实验方法首先是英国运输与道路研究试验所(TRRL)开发的，并经过了法国、日本等道路工作者的改进与完善。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。2沥青混合料的技术性能2.1高温稳定性规定：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。道路工程材料第三章沥青混合料全自动车辙试验机道路工程材料第三章沥青混合料车辙试验试模及成型试件道路工程材料第三章沥青混合料道路工程材料第三章沥青混合料道路工程材料第三章沥青混合料道路工程材料第三章沥青混合料道路工程材料第三章沥青混合料道路工程材料第三章沥青混合料2沥青混合料的技术性能2.1高温稳定性沥青混合料三轴试验仪（P105）道路工程材料第三章沥青混合料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。2沥青混合料的技术性能2.1高温稳定性（1）矿料的影响在沥青混合料的组成材料中，矿料性质对沥青混合料高温性能影响是至关重要的。采用表面粗糙、多棱角、颗粒接近立方体的碎石集料。（2）沥青的影响沥青的高温粘度越大，与集料的粘附性越好，相应的沥青混合料的抗高温变形能力就越强。可以使用合适的改性剂来提高沥青的高温粘度，降低感温性，提高沥青混合料的粘结力，从而改善了沥青混合料的高温稳定性。道路工程材料第三章沥青混合料2沥青混合料的技术性能2.1高温稳定性（3）沥青用量的影响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，易发生明显的流动变形，从而导致沥青混合料抗高