建筑土木材料 瀝青與瀝青混合料2

第九章瀝青(lìqīng)與瀝青(lìqīng)混合料9.1石油(shíyóu)瀝青9.2路面用瀝青混合料精品資料§9.2瀝青(lìqīng)混合料瀝青混合料是由礦料與瀝青結(jié)合料拌和而成的混合料的總稱。工程上最常用的瀝青混合料有兩種：

(1)瀝青混凝土混合料是由適當(dāng)比例的粗集料、細(xì)集料及填料組成的符合規(guī)定級配的礦料，與瀝青結(jié)合料拌和而制成的空隙率＜10%的瀝青混合料。通常用于公路的面層。

(2)瀝青碎石(suìshí)混合料是由適當(dāng)比例的粗集料、細(xì)集料及少量填料(或不加填料)與瀝青拌和的空隙率≥10%的瀝青混合料。常用于公路的過渡層和整平層。

精品資料瀝青混合料的分類：1、按膠結(jié)料品種分：石油瀝青、煤瀝青混合料2、按公稱(gōngchēng)最大粒徑分：特粗式瀝青混合料：Dm≥37.5mm粗粒式：Dm=26.5mm或Dm=31.5mm中粒式：Dm=16mm或Dm=19mm細(xì)粒式：Dm=9.5mm或Dm=13.2mm砂粒式：Dm≤4.75mm3、按礦料級配類型分：連續(xù)級配瀝青混合料、間斷級配。精品資料4、按礦料級配組成及空隙(kòngxì)率大小分類：密級配瀝青混合料：粗細(xì)集料和填料密實(shí)填充，剩余空隙(kòngxì)率＜5%。半開級配瀝青混合料：適當(dāng)比例粗集料、細(xì)集料及少量填料或無填料。剩余空隙(kòngxì)率5~10%。開級配瀝青混合料：粗集料嵌擠組成，細(xì)集料及料較少。剩余空隙(kòngxì)率＞10%。5、按施工條件（溫度）分：熱拌、冷拌、再生瀝青混合料。精品資料瀝青混合料的特點(diǎn)：彈-塑-粘性材料，良好的力學(xué)性能，一定的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性，不需設(shè)施工縫和伸縮縫。路面平整且有彈性，行車舒適。有一定的粗糙度，防滑，降噪,不反光（路面為黑色)。行車比較安全。施工方便快速。能及時(shí)開放交通。經(jīng)濟(jì)耐久。分期(fēnqī)改造，再生利用。缺點(diǎn)：溫度敏感性和老化現(xiàn)象。精品資料1瀝青混合料的組成(zǔchénɡ)結(jié)構(gòu)瀝青混合(hùnhé)料組成結(jié)構(gòu)類型有：懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)、骨架空隙結(jié)構(gòu)、骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)。

a)懸浮-密實(shí)結(jié)構(gòu)b)骨架-空隙結(jié)構(gòu)c)密實(shí)-骨架結(jié)構(gòu)精品資料懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu):是指礦質(zhì)集料由大至小組成連續(xù)密級配的混合料結(jié)構(gòu)，混合料中粗集料數(shù)量較少，被細(xì)集料隔開，不能形成骨架，而是懸浮在細(xì)集料和瀝青(lìqīng)膠漿之間。這種瀝青(lìqīng)混合料粘聚力較大，內(nèi)摩擦力較小，因此高溫穩(wěn)定性較差。骨架空隙結(jié)構(gòu):是指礦質(zhì)集料屬于連續(xù)型開級配的混合料結(jié)構(gòu)，礦質(zhì)集料中粗集料較多，可形成礦質(zhì)骨架，細(xì)集料較少，不足以填滿空隙。這種結(jié)構(gòu)的瀝青(lìqīng)混合料內(nèi)摩擦力大，但空隙率大，耐久性差，瀝青(lìqīng)與礦料的粘聚力差，難以攤鋪壓實(shí)成密實(shí)平整的路面。精品資料骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)(jiégòu):是指此結(jié)構(gòu)(jiégòu)具有較多數(shù)量的粗集料形成空間骨架，同時(shí)又有足夠的細(xì)集料可填滿骨架的空隙。這種結(jié)構(gòu)(jiégòu)的瀝青混合料具有較高的粘聚力和較高的內(nèi)摩阻力，是瀝青混合料中最理想的一種結(jié)構(gòu)(jiégòu)類型。瀝青混合料級配類型主要特征密實(shí)度穩(wěn)定度施工耐久性懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)連續(xù)型密級配粗集料少，細(xì)集料多。粗集料懸浮在細(xì)集料中。大差易好骨架空隙結(jié)構(gòu)連續(xù)型開級配粗集料多，形成骨架。細(xì)集料少，不足以填充空隙。小好易差骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)間斷型密級配既有足夠粗集料形成骨架。又有足夠細(xì)集料填充空隙。較大較好不易較好精品資料破壞機(jī)理：高溫時(shí)由于抗剪強(qiáng)度不足或塑性變形增大(zēnɡdà)而產(chǎn)生推擠波浪、擁包等現(xiàn)象，和低溫時(shí)抗拉強(qiáng)度不足或變形能力較差而產(chǎn)生裂縫現(xiàn)象。

目前對于瀝青混合料強(qiáng)度的研究，一般采用庫倫內(nèi)摩擦理論分析。瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度τ主要取決于瀝青與礦質(zhì)集料物理、化學(xué)交互作用而產(chǎn)生的粘聚力c，以及礦質(zhì)集料在瀝青混合料中分散程度不同而產(chǎn)生的內(nèi)摩阻角φ。如下式所示：2瀝青(lìqīng)混合料的強(qiáng)度機(jī)理精品資料(1)影響瀝青混合料抗剪強(qiáng)度的內(nèi)因

瀝青粘度的影響：

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。因?yàn)?yīnwèi)瀝青的粘度即瀝青內(nèi)部瀝青膠團(tuán)相互位移時(shí)，其分散介質(zhì)抵抗剪切作用的抗力，所以瀝青混合料受到剪切作用時(shí)，特別是受到短暫的瞬時(shí)荷載時(shí)，具有高粘度的瀝青能賦予瀝青混合料較大的粘滯阻力，因而具有較高抗剪強(qiáng)度。影響瀝青混合料抗剪強(qiáng)度(qiángdù)的因素精品資料瀝青(lìqīng)用量的影響：

瀝青(lìqīng)與礦料相互作用后，瀝青(lìqīng)在礦料表面形成一層擴(kuò)散結(jié)構(gòu)膜，在此結(jié)構(gòu)膜以內(nèi)的瀝青(lìqīng)稱為結(jié)構(gòu)瀝青(lìqīng)，在此結(jié)構(gòu)膜以外的瀝青(lìqīng)稱為自由瀝青(lìqīng)，結(jié)構(gòu)瀝青(lìqīng)的粘度和粘聚力遠(yuǎn)大于自由瀝青(lìqīng)。如果礦料顆粒之間的粘結(jié)力是由結(jié)構(gòu)瀝青(lìqīng)提供，則粘結(jié)力較大，如果礦料顆粒之間的粘結(jié)力是由自由瀝青(lìqīng)提供，則粘結(jié)力較小。所以我們在配制瀝青(lìqīng)混合料時(shí)，應(yīng)控制瀝青(lìqīng)用量，使混合料能形成結(jié)構(gòu)瀝青(lìqīng)，減少自由瀝青(lìqīng)。精品資料在瀝青用量很少時(shí)，瀝青不足以形成結(jié)構(gòu)瀝青薄膜來粘結(jié)礦料顆粒(kēlì)。隨著瀝青用量的增加，結(jié)構(gòu)瀝青逐漸形成，瀝青與礦料間的粘附力隨著瀝青的用量增加而增加。當(dāng)瀝青用量足以形成薄膜并充分粘附礦粉顆粒(kēlì)表面時(shí)，瀝青膠漿具有最優(yōu)的粘聚力。如瀝青用量繼續(xù)增加，由于瀝青用量過多，逐漸將礦料顆粒(kēlì)推開，在顆粒(kēlì)間形成未與礦粉交互作用的自由瀝青，則瀝青膠漿的粘聚力隨著自由瀝青的增加而降低。當(dāng)瀝青用量增加至某一用量后，瀝青混合料的粘聚力主要取決于自由瀝青，所以抗剪強(qiáng)度幾乎不變。精品資料瀝青用量不僅影響瀝青混合料的粘聚力，同時(shí)也影響瀝青混合料的內(nèi)摩擦角。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。通常(tōngcháng)當(dāng)瀝青薄膜達(dá)最佳厚度(亦即主要以結(jié)構(gòu)瀝青粘結(jié))時(shí)，具有最大的粘聚力；隨著瀝青用量的增加，瀝青混合料的內(nèi)摩擦角逐漸降低。精品資料12345瀝青含量%瀝青混合料強(qiáng)度/MPa0.50.40.30.20φcc精品資料集料的級配、粒徑、表面狀態(tài)的影響：

合理的礦料級配類是影響瀝青混合料抗剪強(qiáng)度及穩(wěn)定性的重要因素。合理的級配可以形成密實(shí)骨架結(jié)構(gòu)，獲得結(jié)構(gòu)密實(shí)、力學(xué)性能穩(wěn)定的瀝青混合料。

通常礦質(zhì)集料顆粒(kēlì)愈粗，所配制成的瀝青混合料的內(nèi)摩擦角越高。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，粗粒徑且具有粗糙表面狀態(tài)的集料組成的瀝青混合料具有較高的抗剪強(qiáng)度。精品資料礦料的表面性質(zhì)的影響：

瀝青與礦料相互作用不僅與瀝青的化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，而且與礦粉的性質(zhì)有關(guān)。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較為發(fā)育的吸附溶化膜（化學(xué)吸附）；而在石英石粉表面則形成發(fā)育較差的吸附溶化膜（物理吸附）。所以在瀝青混合料中，當(dāng)采用石灰石礦粉時(shí)，礦粉之間更有可能通過(tōngguò)結(jié)構(gòu)瀝青來聯(lián)結(jié)，因而具有較高的粘聚力。

堿性巖石對瀝青吸附性強(qiáng)＞酸性巖石精品資料(2)影響瀝青混合料抗剪強(qiáng)度的外因。

溫度形變速率

隨著溫度升高，瀝青的粘聚力值減小，而變形能力增強(qiáng)(zēngqiáng)。當(dāng)溫度降低，可使混合料粘聚力提高，強(qiáng)度增加，變形能力降低。但溫度過低會使瀝青混合料路面開裂。

瀝青混合料是粘彈性材料，其剪切強(qiáng)度和力學(xué)穩(wěn)定性隨著變形速率加快而增大。加荷頻率過高，可使瀝青混合料產(chǎn)生過大的應(yīng)力和塑性變形，彈性恢復(fù)很慢，產(chǎn)生不可恢復(fù)的永久變形。精品資料(1)瀝青混合料的技術(shù)性質(zhì)

高溫穩(wěn)定性

1）定義：高溫穩(wěn)定性是指瀝青混合料在高溫條件（通常溫度為60℃）下，承受多次重復(fù)荷載作用而不發(fā)生過大塑性變形的能力(nénglì)。

2）評價(jià)方法：馬歇爾試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)等。

3）馬歇爾試驗(yàn)指標(biāo)：馬歇爾穩(wěn)定度、模數(shù)、流值。

車轍試驗(yàn)指標(biāo)：動穩(wěn)定度。3瀝青(lìqīng)混合料的技術(shù)性質(zhì)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)精品資料車轍試驗(yàn)：測定動態(tài)穩(wěn)定度。在60℃條件下，用車轍試驗(yàn)機(jī)的試驗(yàn)輪對瀝青混合料試件進(jìn)行往返(wǎngfǎn)碾壓，測定其在變形穩(wěn)定期每增加變形1mm的碾壓次數(shù)，即為動態(tài)穩(wěn)定度。對于高速公路，此值不小于800次/mm，對于一級公路，不小于600次/mm。精品資料

影響高溫穩(wěn)定性的主要(zhǔyào)因素有瀝青的用量、瀝青的粘度、礦料的級配、礦料的大小、形狀等。

提高高溫穩(wěn)定性的措施可采用提高瀝青混合料的粘結(jié)力和內(nèi)摩阻力的方法等。增加粗集料含量可提高瀝青混合料的內(nèi)摩阻力，適當(dāng)提高瀝青材料的粘度，控制瀝青與礦料比值，嚴(yán)格控制瀝青用量，均能改善瀝青混合料的粘結(jié)力。這樣就可以增強(qiáng)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。精品資料低溫抗裂性

低溫抗裂性是瀝青混合料抵抗低溫開裂的能力。瀝青混合料隨著溫度的降低，變形能力下降。如瀝青路面由于低溫而收縮及行車荷載(hèzài)的作用，在薄弱部位產(chǎn)生裂縫，從而影響道路的正常使用。因此，要求瀝青混合料具有一定的低溫抗裂性。

瀝青混合料的低溫裂縫是由混合料的低溫脆化、低溫縮裂和溫度疲勞引起的，因此在混合料設(shè)計(jì)中，應(yīng)選用稠度較低、溫度敏感性低、抗老化能力強(qiáng)的瀝青。精品資料耐久性

瀝青(lìqīng)混合料的耐久性是指在長期的荷載作用和自然因素影響下，保持原有性能的能力。其判斷指標(biāo)有：空隙率、瀝青(lìqīng)飽和度、殘留穩(wěn)定度。

空隙率：空隙率大，抗滑性和高溫穩(wěn)定性好，但抗?jié)B性、耐久性降低，對強(qiáng)度不利。

瀝青(lìqīng)飽和度：壓實(shí)瀝青(lìqīng)體積占礦料以外體積的百分率。過小則瀝青(lìqīng)難以充分覆蓋礦料，影響瀝青(lìqīng)混合料的粘聚性，降低耐久性；過大會減少瀝青(lìqīng)混合料的空隙率，妨礙夏季瀝青(lìqīng)體積膨脹，引起路面泛油，降低高溫穩(wěn)定性。

殘留穩(wěn)定度：受水損害時(shí)抵抗剝落能力。浸水48h后的穩(wěn)定度/標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定度。精品資料抗滑性：用于高等級公路瀝青路面的瀝青混合料，其表面應(yīng)具有一定的抗滑性，才能保證(bǎozhèng)汽車高速行駛的安全性。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、蠟含量等因素有關(guān)。

施工和易性：瀝青混合料應(yīng)該具有良好的和易性，使其易于拌和、攤鋪和碾壓。影響因素：礦料級配及瀝青用量。

礦料級配：如粗細(xì)集料的顆粒大小相差過大，缺乏中間尺寸，混合料易分層離析；如細(xì)集料太少，瀝青層就不容易均勻地分布在粗顆粒表面；細(xì)集料過多，難以拌和均勻。

瀝青用量：過少時(shí)混合料容易產(chǎn)生疏松不易壓實(shí)。如瀝青用量過多則容易使混合料粘結(jié)成團(tuán)塊，不易攤鋪。精品資料1穩(wěn)定度（MS）：指標(biāo)準(zhǔn)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，單位：kN。

2流值（FL）：達(dá)到最大破壞荷載時(shí)試件的垂直變形，單位：mm。

3馬歇爾模數(shù)（T）：計(jì)算得到，等于穩(wěn)定度除以流值，T=MS/FL。單位：kN/mm。可以間接地反映瀝青(lìqīng)混合料的抗車轍能力。

4殘留穩(wěn)定度（MS0）：受水損害時(shí)抵抗剝落能力。浸水（60℃）48h后的穩(wěn)定度/標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定度。MS0=MS1/MS。（2）瀝青(lìqīng)混合料的技術(shù)指標(biāo)

精品資料5空隙率（VV）：在壓實(shí)瀝青混合(hùnhé)料中，空隙體積占瀝青混合(hùnhé)料總體積的百分率。//試件壓實(shí)后，礦料及瀝青以外的空隙的體積占試件總體積的百分率。

VV=V空隙/V總=1－ρf/ρt=1－毛體積密度/理論密度

6瀝青體積百分率（VA）：VA=瀝青體積/混合(hùnhé)料體積

7礦料間隙率（VMA）：試件全部礦料以外的體積占試件總體積的百分率。VMA=VA+VV

8瀝青飽和度(VFA)：是指在壓實(shí)瀝青混合(hùnhé)料中，瀝青體積占礦料以外體積的百分率。

VFA=V瀝青/(V總-V礦料)=VA/VMA精品資料目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)礦質(zhì)混合料配合組成

設(shè)計(jì)三階段瀝青最佳用量確定

生產(chǎn)(shēngchǎn)配合比設(shè)計(jì)

生產(chǎn)(shēngchǎn)配合比驗(yàn)證(試拌試鋪配合比調(diào)整)

（1）目標(biāo)配合比（試驗(yàn)室配合比）設(shè)計(jì)階段

試驗(yàn)室配合比設(shè)計(jì)可分為礦質(zhì)混合料配合組成設(shè)計(jì)和瀝青最佳用量確定兩部分。

適用于密級配瀝青混合料及瀝青穩(wěn)定碎石混合料。4瀝青混合料配合(pèihé)比設(shè)計(jì)精品資料礦質(zhì)混合料的配合組成設(shè)計(jì)

礦質(zhì)混合料配合組成設(shè)計(jì)的目的，是選配一種具有足夠密實(shí)度，并且有較高內(nèi)摩阻力的礦質(zhì)混合料。計(jì)算出需要的礦質(zhì)混合料的級配范圍。應(yīng)用已有的研究成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，采用規(guī)范(guīfàn)推薦的礦質(zhì)混合料級配范圍來確定。

1)確定瀝青混合料類型。瀝青混料的類型，根據(jù)道路等級、路面類型、所處的結(jié)構(gòu)層位，按表5-13選定。

2)確定礦質(zhì)混合料的級配范圍。根據(jù)確定的混合料類型，按規(guī)范(guīfàn)推薦的礦質(zhì)混合料級配范圍（見表5-14），即可確定所需的級配范圍。按規(guī)格參照。精品資料3)計(jì)算礦質(zhì)混合料配合(pèihé)比

①測定組成材料的原始數(shù)據(jù)。根據(jù)現(xiàn)場取樣，對粗集料、細(xì)集料和礦粉進(jìn)行篩析試驗(yàn)，按篩析結(jié)果分別繪出各組成材料的篩分曲線。同時(shí)并測出各組成材料的相對密度，以供計(jì)算物理常數(shù)使用。

②計(jì)算組成材料的配合(pèihé)比。根據(jù)各組成材料的篩析試驗(yàn)資料，采用圖解法或試算(電算)法，計(jì)算符合要求級配范圍的各組成材料用量比例。（見第1章第2節(jié)）

③調(diào)整配合(pèihé)比。計(jì)算得的合成級配應(yīng)根據(jù)下列要求作必要的配合(pèihé)比調(diào)整。

精品資料通常情況下，合成級配曲線宜盡量接近設(shè)計(jì)級配中限，尤其應(yīng)使0.075mm、2.36mm和4.75mm篩孔的通過(tōngguò)量盡量接近設(shè)計(jì)級配范圍的中限。

對高速公路、一級公路、城市快速路、主干路等交通量大、軸載重的道路，宜偏向級配范圍的下(粗)限；對一般道路、中小交通量或人行道路等宜偏向級配范圍的上(細(xì))限。

合成級配曲線應(yīng)接近連續(xù)的或合理的間斷級配，但不應(yīng)過多的犬牙交錯(cuò)。當(dāng)經(jīng)過經(jīng)再三調(diào)整，仍有兩個(gè)以上的篩孔超出級配范圍時(shí)，必須對原材料進(jìn)行調(diào)整或更換原材料重新試驗(yàn)。精品資料瀝青混合料的最佳瀝青用量，可以通過各種(ɡèzhǒnɡ)理論計(jì)算的方法求得。但是由于實(shí)際材料性質(zhì)的差異，按理論公式計(jì)算得到的最佳瀝青用量，仍然要通過實(shí)驗(yàn)方法修正，因此理論法只能得到一個(gè)供實(shí)驗(yàn)的參考數(shù)據(jù)。采用實(shí)驗(yàn)的方法確定瀝青最佳用量，目前最常用的是馬歇爾法。

1)制備試樣

①按確定的礦質(zhì)混合料配合比，計(jì)算各種(ɡèzhǒnɡ)礦質(zhì)的用量。

②根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定瀝青用量范圍，估計(jì)適宜的瀝青用量(油石比)。按一定間隔(對密級配瀝青混合料通常為0.5%，取5個(gè)或5個(gè)以上不同的油石比分別成型馬歇爾試件。確定瀝青(lìqīng)混合料的最佳瀝青(lìqīng)用量精品資料2)測定物理指標(biāo)。根據(jù)規(guī)范規(guī)定(guīdìng)測定試件的密度等，并計(jì)算空隙率、飽和度及礦料間隙率等

3)測定力學(xué)指標(biāo)。為確定瀝青混合料的瀝青最佳用量，應(yīng)測定瀝青混合料的力學(xué)指標(biāo)。如馬歇爾穩(wěn)定度、流值。

4)馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果分析

①繪制瀝青用量與物理—力學(xué)指標(biāo)關(guān)系圖，以瀝青用量為橫坐標(biāo)，以毛體積密度、空隙率（VV）、礦料空隙率（VMA）、飽和度（VFA）、穩(wěn)定度（MS）和流值（FL）為縱坐標(biāo)，將試驗(yàn)結(jié)果繪制成瀝青用量與各項(xiàng)指標(biāo)的關(guān)系曲線。精品資料a1a3a2精品資料②確定最佳瀝青用量初始值(OAC1):毛體積密度最大值、穩(wěn)定度最大值、規(guī)定空隙率范圍的中值、瀝青飽和度范圍的中值：OACl=(a1+a2+a3+a4)/4

如果所選擇原瀝青用量范圍未能涵蓋瀝青飽和度的要求范圍，按下式求取3者平均值:OACl=(a1+a2+a3)/3

對所選擇試驗(yàn)(shìyàn)瀝青用范圍，密度或穩(wěn)定度沒有出峰值時(shí)，以目標(biāo)空隙率對應(yīng)的瀝青用量a3作為OAC1：OACl=a3

③以各項(xiàng)指標(biāo)均符合枝術(shù)指標(biāo)的瀝青用量范圍OACmin和OACmax的中值作為OAC2，OAC2=(OACmin＋OACmax)/2

通常取OAC1及OAC2的中值作為計(jì)算的最佳瀝青用量OAC=(OAC1＋OAC2)/2精品資料④根據(jù)氣候條件和交通特性調(diào)整最佳瀝青(lìqīng)用量

對炎熱區(qū)道路以及高速公路、一級公路重載交通路段，山區(qū)公路的長大坡度路段，預(yù)計(jì)有可能造成較大車轍的情況時(shí)，宜在空隙率符合要求的范圍內(nèi)將計(jì)算的最佳瀝青(lìqīng)用量減小0.1～0.5％作為設(shè)計(jì)瀝青(lìqīng)用量。

對寒區(qū)道路以及交通量很少的公路，最佳瀝青(lìqīng)用量可以在OAC的基礎(chǔ)上增加0.1～0.3％。以適當(dāng)減小設(shè)計(jì)空隙率,但不得降低壓實(shí)度要求