熱拌合瀝青混合料

1、熱拌瀝青混合料熱拌瀝青混合料是經(jīng)人工組配的礦料與瀝青在專門設備中加熱拌和而成，用保溫運輸工具運至施工現(xiàn)場，在熱態(tài)下進行攤鋪和壓實的混合料。通常將熱拌熱鋪瀝青混合料簡稱為“熱拌瀝青混合料”。熱拌瀝青混合料是瀝青混合料中最典型的品種，其他各種瀝青混合料均由其發(fā)展而來的品種。瀝青混合料是一種復合材料，是由瀝青、粗集料、細集料、填料等礦料與瀝青結(jié)合料拌和而成的混合料。由于組成材料質(zhì)量的差異和數(shù)量的多寡，可形成不同的組成結(jié)構(gòu)，并表現(xiàn)為不同的力學性能。我國的現(xiàn)行國家標準規(guī)定如表10-9所示。該標準按交通性質(zhì)可分為： 高速公路、一級公路、城市快速路、主干路； 其他等級公路和城市道路； 行人道路。各等級道路對

2、馬歇爾試驗指標（包括穩(wěn)定度、流值、空隙率、瀝青飽和度及殘留穩(wěn)定度等）提出不同要求。而對不同組成結(jié)構(gòu)的混合料（如瀝青混合料或瀝青碎石混合料；型瀝青混凝土和型瀝青混凝土等）按類別分別提出不同的要求。這是我國近年科學研究和實踐經(jīng)驗的總結(jié)，對我國瀝青混合料的生產(chǎn)、應用都有指導意義。表面理論：按傳統(tǒng)的理解瀝青混合料是由粗集料、細集料和填料經(jīng)人工組配成密實的級配礦質(zhì)骨架，在其表面分布著瀝青結(jié)合料，將他們膠結(jié)成為一個具有強度的整體。膠漿理論：近代某些研究認為瀝青混合料是一種多級空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的分散系。它是以粗集料為分散相，分散在瀝青砂漿介質(zhì)中的一種粗分散系；同樣，瀝青砂漿是以細集料為分散相，分散在瀝青膠漿介質(zhì)

3、中的一種細分散系；瀝青膠漿是以填料為分散相，分散在瀝青介質(zhì)中的一種微分散系。該分散系以瀝青膠漿最為重要，它的組成結(jié)構(gòu)決定瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和低溫變形能力。目前這一理論比較集中于研究填料（礦粉）的礦物成分、填料的級配（以0.080mm為最大粒徑）以及瀝青與填料的交互作用等因素對于混合料性能的影響等。同時這一理論的研究比較強調(diào)采用高稠度的瀝青和大的瀝青用量，以及采用間斷級配的礦料。懸浮密實結(jié)構(gòu)：當連續(xù)型密級配礦料（如圖10-12中曲線a）與瀝青組成瀝青混合料時，按粒子干涉理論，為避免次級集料對前級集料密排的干涉，前級集料之間必須留出比次級集料粒徑稍大的空隙供次級集料排布。按此組成的瀝青混合料，

4、經(jīng)過多級密垛雖然可以獲得很大的密實度，但是各級集料均為次級集料所隔開，不能直接靠攏而形成骨架，有如懸浮于次級集料及瀝青膠漿之間，其結(jié)構(gòu)組成示意如圖（10-13中a）。這種結(jié)構(gòu)的瀝青混合料雖然具有較高的粘聚力c，但摩擦角 較低，因此高溫穩(wěn)定性較差。骨架空隙結(jié)構(gòu)：當連續(xù)型開級配礦料（如圖10-12中曲線b）與瀝青組成瀝青混合料時，由于這種礦料遞減系數(shù)較大，粗集料所占的比例較高，細集料則很少，甚至沒有。按此組成的瀝青混合料，粗集料可以互相靠攏形成骨架，但由于細集料數(shù)量過少，不足以填滿粗集料之間的空隙，因此形成“骨架-空隙”結(jié)構(gòu)（如10-13中b）。這種結(jié)構(gòu)的瀝青混合料，雖然具有較高的內(nèi)摩擦角 ，但粘

5、聚力c較低。密實骨架結(jié)構(gòu)：當間斷型密級配礦質(zhì)混合料（如圖圖10-12中曲線c）與瀝青組成瀝青混合料時，由于這種礦料沒有中間尺寸粒徑的集料，即較多數(shù)量的粗集料可形成空間骨架，同時有相當數(shù)量的細集料可填充骨架的空隙，因此形成“密實骨架”結(jié)構(gòu)（如10-13中c）。這種結(jié)構(gòu)的瀝青混合料，不僅具有較高的粘聚力c，而且具有較高的內(nèi)摩擦角。瀝青混合料抗剪強度的材料參數(shù)，瀝青混合料在路面結(jié)構(gòu)中破壞，主要是在高溫時由于抗剪強度不足或塑性變形過剩而產(chǎn)生推擠等，以及低溫時抗拉強度不足或變形能力較差而產(chǎn)生裂縫。目前瀝青混合料的強度和穩(wěn)定性理論，主要是要求瀝青混合料在高溫時必須具有一定的抗剪強度和抵抗變形的能力。設計時

6、為了防止瀝青路面產(chǎn)生高溫剪切破壞，在驗算瀝青混凝土路面抗剪強度時，要求瀝青混合料的許用剪切應力應大于或等于瀝青混凝土破裂面上可能發(fā)生的剪應力。即：（10-12）而瀝青混合料的許用剪應力r取決于瀝青混合料的抗剪強度，即：（10-13）式中k2為系數(shù)（即瀝青混合料許用應力與實際強度的比值）。瀝青混合料的抗剪強度，可通過三軸試驗方法應用莫爾一庫侖包絡線，如圖10-14所示，方程按式（10-12）求得：（10-14）式中：瀝青混合料的抗剪強度（mpa）；正應力（mpa）；c瀝青混合料的粘聚力（mpa）； 瀝青混合料的內(nèi)摩擦角。由式（10-14）可知，瀝青混合料的抗剪強度主要取決于粘聚力c和內(nèi)摩擦角兩個

7、參數(shù)，即：（10-14）瀝青粘度的影響：瀝青混凝土作為一個具有多級空間網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的分散系，從最細一級網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)來看，它是各種礦質(zhì)集料分散在瀝青中的分散系，因此它的抗剪強度與分散相濃度和分散介質(zhì)粘度有著密切的關(guān)系。在其他因素固定的條件下，瀝青混合料的粘聚力c是隨著瀝青粘度的提高而增加的。由于瀝青粘度的原因，瀝青內(nèi)部瀝青膠團相互位移時，其分散介質(zhì)具有抵抗剪切作用，所以瀝青混合料受到剪切作用，特別是受到短暫的瞬時荷載時，具有高粘度的瀝青能賦予瀝青混合料較大的粘滯阻力，具有較高的抗剪強度。瀝青與礦料化學性質(zhì)的影響：瀝青混合料中，對瀝青與礦料交互作用的物理化學過程，多年來許多學者曾做了大量研究工作。ji.a

8、.列賓捷爾等研究認為：瀝青與礦粉交互作用后，瀝青在礦粉表面產(chǎn)生化學組分的重新排列，在礦粉表面形成一層厚度為0的擴散溶劑化膜，如圖10-15a所示。在此膜厚度以內(nèi)的瀝青稱為“結(jié)構(gòu)瀝青”，在此膜厚度以外的瀝青稱為“自由瀝青”。如果礦粉顆粒之間接觸處是由結(jié)構(gòu)瀝青膜所聯(lián)結(jié)，如10-15b所示，這樣促成瀝青具有更高的粘度和更大的擴散溶化膜的接觸面積，因而可以獲得更大的粘聚力。反之，如顆粒之間接觸處是自由瀝青所聯(lián)結(jié)，如10-15c所示，則具有較小的粘聚力。瀝青與礦料相互作用不僅與瀝青的化學性質(zhì)有關(guān)，而且與礦粉的性質(zhì)有關(guān)。h.m.鮑爾雪曾采用紫外線分析法對兩種最典型的礦粉進行研究，在石灰石粉和石英石粉的表面

9、上形成一層吸附溶化膜，如圖10-16所示。研究認為，在不同性質(zhì)礦粉表面形成不同組成結(jié)構(gòu)和厚度的吸附溶化膜，在石灰石粉表面形成發(fā)育較好的吸附溶化膜；而在石英石粉表面則形成發(fā)育較差的吸附溶化膜。所以在瀝青混合料中，當采用石灰石礦粉時，礦粉之間更有可能通過結(jié)構(gòu)瀝青來聯(lián)結(jié)，因而具有較高的粘聚力。礦料比表面積的影響：由前述瀝青與礦粉交互作用的原理可知，結(jié)構(gòu)瀝青的形成主要是由于礦料與瀝青的交互作用，而引起瀝青化學組分在礦料表面的重分布。所以在相同的瀝青用量條件下，與瀝青產(chǎn)生交互作用的礦料表面積愈大，形成的瀝青膜愈薄，在瀝青中結(jié)構(gòu)瀝青所占的比率愈大，因而瀝青混合料的粘聚力也愈高。在瀝青混合料中礦粉用量雖只占

10、7%左右，但其表面積卻占礦料總表面積的80%以上，所以礦粉的性質(zhì)和用量對瀝青混合料的抗剪強度影響很大。為增加瀝青與礦料物理化學作用的表面積，在瀝青混合料配料時，必須有適量的礦粉；提高礦粉細度可增加礦粉比表面積，所以對礦粉細度也有一定的要求。希望小于0.075mm粒徑的礦粉含量不宜過少；但是小于0.005mm粒徑的礦粉含量亦不宜過多，否則將使瀝青混合料結(jié)成團塊，不易施工。瀝青用量的影響：在瀝青和礦料選定的條件下，瀝青與礦料的比例（即瀝青用量）是影響瀝青混合料抗剪強度的重要因素，不同瀝青用量的瀝青混合料結(jié)構(gòu)示意如圖10-17。當瀝青用量很少時，瀝青不足以形成結(jié)構(gòu)瀝青薄膜來粘結(jié)礦料顆粒。此時，隨著瀝

11、青用量的增加，結(jié)構(gòu)瀝青逐漸增多，較好地包裹在礦料表面，使瀝青與礦料間的粘附力隨著瀝青的用量增加而增大。當瀝青用量足以形成薄膜并充分粘附礦料顆粒表面時，瀝青膠漿具有最優(yōu)的粘聚力。隨后如果瀝青用量繼續(xù)增加，則由于瀝青用量過多逐漸將礦料顆粒推開，在顆粒間形成未與礦料交互作用的“自由瀝青”，所以瀝青膠漿的粘聚力隨著自由瀝青的增加而降低。當瀝青用量超過某一用量后，瀝青混合料的粘聚力主要取決于自由瀝青，所以抗剪強度幾乎不變。隨著瀝青用量的增加，瀝青不僅起著粘結(jié)劑的作用，而且起著潤滑劑的作用，降低了粗集料的相互密排作用，因而降低了瀝青混合料的內(nèi)摩擦角?？傊瑸r青用量不僅影響瀝青混合料的粘聚力，同時也影響瀝青

12、混合料的內(nèi)摩擦角。通常當瀝青薄膜達到最佳厚度（亦即主要以結(jié)構(gòu)瀝青粘結(jié)）時，具有最大粘聚力；隨著瀝青用量的增加，瀝青混合料的內(nèi)摩擦角逐漸降低。礦質(zhì)集料的級配類型、粒度、表面性質(zhì)的影響：瀝青混合料的抗剪強度與礦質(zhì)集料在瀝青混合料中的分布情況有密切關(guān)系。瀝青混合料有密級配、開級配和間斷級配等不同組成結(jié)構(gòu)類型，礦料級配類型是影響瀝青混合料抗剪強度的因素之一。此外，瀝青混合料中，礦質(zhì)集料的粒度、形狀和表面粗糙度對瀝青混合料的抗剪強度都具有極為明顯的影響。因為顆粒形狀及其粗糙度，在很大程度上將決定混合料壓實后顆粒間的相互位置特性和有效接觸面積的大小。通常具有顯著的面和棱角，各方向尺寸相差不大，近似正方體，

13、以及具有明顯粗糙表面的礦質(zhì)集料，在碾壓后能相互嵌擠鎖結(jié)而具有很大的內(nèi)摩擦角。在其他條件相同的情況下，這種礦料所組成的瀝青混合料較之形狀圓且表面平滑的顆粒組成的瀝青混合料具有更高的抗剪強度。許多試驗證明，要想獲得具有較大內(nèi)摩擦角的礦質(zhì)混合料，必須采用粗大、均勻的顆粒。在其他條件相同的情況下，礦質(zhì)集料顆粒愈粗，所配制的瀝青混合料內(nèi)摩擦角愈大。溫度的影響：瀝青混合料是一種熱塑性材料，它的抗剪強度（）隨著溫度（t）的升高而降低。在材料參數(shù)中，粘聚力c值隨溫度升高而顯著降低，但是內(nèi)摩擦角受溫度變化的影響較少。其變化規(guī)律示意，如圖10-18a所示。變形速率的影響：瀝青混合料是一種粘彈性材料，它的抗剪強度（

14、）與變形速率（d/dt）有密切關(guān)系。在其他條件相同的情況下，變形速率對瀝青混合料的內(nèi)摩擦角（）影響較小，而對瀝青混合料的粘聚力（c）影響則較為顯著。試驗資料表明，c值隨變形速率的增大而顯著提高，而值隨變形速率的變化很小。其變化規(guī)律如圖10-18b所示。高溫穩(wěn)定性：瀝青混合料是一種典型的流變性材料，它的強度和勁度模量隨著溫度的升高而降低。所以瀝青混凝土路面在夏季高溫時，在重交通的重復作用下，由于交通的渠化，輪跡帶逐漸變形下凹，兩側(cè)鼓起出現(xiàn)所謂“車轍”，這是現(xiàn)代高等級瀝青路面最常見的病害。瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，是指瀝青混合料在夏季高溫（通常為60）條件下，經(jīng)車輛荷載長期重復作用后，不產(chǎn)生車轍和波

15、浪等病害的性能。我國現(xiàn)行國家標準規(guī)定，采用馬歇爾穩(wěn)定度試驗（包括穩(wěn)定度、流值、馬歇爾模數(shù)）來評價瀝青混合料高溫穩(wěn)定性；對高速公路、一級公路、城市快速路、主干路所用瀝青混合料，還應通過動穩(wěn)定度試驗檢驗其抗車轍能力。1）馬歇爾穩(wěn)定度：馬歇爾穩(wěn)定度試驗方法自b.馬歇爾（marshall）提出，迄今已半個多世紀，經(jīng)過許多研究者的改進，目前普遍測定馬歇爾穩(wěn)定度（ms）、流值（fl）和馬歇爾模數(shù)（t）三項指標。穩(wěn)定度是標準尺寸試件在規(guī)定溫度和加荷速度下，在馬歇爾儀中最大的破壞荷載（kn）；流值是達到最大破壞荷載時試件的垂直變形（以0.1mm計）；馬歇爾模數(shù)為穩(wěn)定度除以流值的商，即：（10-15）式中：t馬

16、歇爾模數(shù)（kn/mm）； ms穩(wěn)定度（kn）； fl流值（0.1mm）。2）車轍試驗：車轍試驗的方法是用標準成型方法，制成300mm300mm50mm的瀝青混合料試件，在60的溫度條件下，以一定荷載的輪子在同一軌跡上作一定時間的反復行走，形成一定的車轍深度，然后計算試件變形1mm時車輪行走的次數(shù)，即為動穩(wěn)定度。ds=42（t2-t1）/(d2-d1)c1c2 式中：ds為瀝青混合料動穩(wěn)定度（次/mm）；d1、d2為時間t1和t2的變形量（mm）；42:每分鐘行走次數(shù)（次/min）；c1、c2為試驗機或試樣修正系數(shù)。我國現(xiàn)行國家標準規(guī)定：用于上面層、中面層瀝青混凝土混合料其60時的動穩(wěn)定度，高速

17、公路和城市快車路應不小于800次/mm；對一級公路、城市主干道應不小于600次/mm。低溫抗裂性，瀝青混合料不僅應具備高溫穩(wěn)定性，同時還應具有低溫抗裂性，以保證路面在冬季低溫時不產(chǎn)生裂縫。瀝青混合料低溫抗裂性的指標，目前尚處于研究階段，尚未列入技術(shù)標準。許多研究者曾提出過不同的指標，但是多數(shù)人所采納的方法是測定混合料在低溫時的純拉勁度和溫度收縮系數(shù)，用上述兩參數(shù)作為瀝青混合料在低溫時的特征參數(shù)。用溫度應力與抗拉強度對比的方法，預估瀝青混合料的斷裂溫度。有的研究認為，瀝青路面在低溫時開裂與瀝青混合料的抗疲勞性能有關(guān)。建議采用瀝青混合料在一定變形條件下，達到試件破壞時所需的荷載作用次數(shù)來表征瀝青混

18、合料的疲勞壽命。此破壞時的作用次數(shù)稱為柔度。根據(jù)研究認為，柔度與瀝青混合料純拉試驗的延伸度有明顯關(guān)系?？够?，隨著現(xiàn)代高速公路的發(fā)展，對瀝青混合料路面的抗滑性提出更高的要求。瀝青混合料路面的抗滑性與礦質(zhì)集料的表面性質(zhì)、混合料的級配組成以及瀝青用量等因素有關(guān)。為保證長期高速行車的安全，配料時要特別注意粗集料的耐磨性，應選擇硬質(zhì)有棱角的集料。硬質(zhì)集料往往屬于酸性集料，與瀝青的粘附性差，為此，在瀝青混合料施工時，必須在當?shù)禺a(chǎn)的軟質(zhì)集料中摻加外運來的硬質(zhì)集料組成復合集料，并采取摻加抗剝離劑等措施。我國現(xiàn)行國家標準瀝青路面施工及驗收規(guī)范（gb50092-96）對抗滑層集料提出了磨光值、道瑞磨耗值和沖擊值

19、等三項新指標。瀝青用量對抗滑性非常敏感，瀝青用量超過最佳用量的0.5%即可使抗滑系數(shù)明顯降低。含蠟量對瀝青混合料抗滑性有明顯的影響，我國現(xiàn)行交通行業(yè)標準規(guī)定，重交通量道路用石油瀝青的含蠟量應不大于3%。瀝青來源確有困難時，對路面下面層含蠟量可加大至4%5%。耐久性，影響瀝青混合料耐久性的因素很多，諸如：瀝青的化學性質(zhì)、礦料的礦物成分和瀝青混合料的組成結(jié)構(gòu)（殘留空隙、瀝青填隙率）等。瀝青的化學性質(zhì)和礦料的礦物成分，對耐久性的影響已如前述。就瀝青混合料的組成結(jié)構(gòu)而言，首先是瀝青混合料的空隙率?？障堵实拇笮∨c礦質(zhì)骨料的級配、瀝青材料的用量以及壓實程度等有關(guān)。從耐久性角度出發(fā)，希望瀝青混合料空隙率盡量

20、減少，以防止水的滲入和日光中紫外線對瀝青的老化作用等，但是一般瀝青混合料中均應殘留3%6%空隙，以備夏季瀝青材料膨脹。瀝青混合料空隙率與水穩(wěn)定性有關(guān)?？障堵蚀螅覟r青與礦料粘附性差的混合料，在飽水后礦料與瀝青粘附力降低，易發(fā)生剝落，同時顆粒相互推移產(chǎn)生體積膨脹以及強度顯著降低等，引起路面早期破壞。此外，瀝青路面的使用壽命還與混合料中的瀝青含量有很大的關(guān)系。當瀝青用量較正常的用量減少時，則瀝青膜變薄，混合料的延伸能力降低，脆性增加；如瀝青用量過少，將使混合料的空隙率增大，瀝青膜暴露較多，加速老化作用。同時增加了滲水率，增大了水對瀝青的剝落作用。有研究認為，瀝青用量較最佳瀝青用量少0.5%的混合料能使路面使用壽命減少一半以上。我國現(xiàn)行規(guī)范采用空隙率、飽和度（即瀝青填隙率）和殘留穩(wěn)定度等指標來表征瀝青混合料的耐久性。施工和