第6章 瀝青與瀝青混合料-清華版土木工程材料課件

（第六章瀝青與瀝青混合料）主講人：陳德鵬安徽工業(yè)大學(xué)本科生課程清華大學(xué)出版社

TSINGHUAUNIVERSITYPRESSCivilEngineeringMaterials第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料教學(xué)目標(biāo)掌握：石油瀝青的組成與結(jié)構(gòu)；石油瀝青的技術(shù)性質(zhì)；瀝青混合料的組成結(jié)構(gòu)；瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)。熟悉：石油瀝青的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與選用；瀝青混合料的技術(shù)性質(zhì)與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。了解：煤瀝青的組成與應(yīng)用；乳化瀝青的特點(diǎn)及其種類；瀝青防水材料的種類，性能與用途。教學(xué)重點(diǎn)石油瀝青的技術(shù)性質(zhì)瀝青混合料的技術(shù)性質(zhì)與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)本章主要教學(xué)內(nèi)容與要求第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料瀝青與瀝青混合料瀝青材料瀝青基防水材料瀝青混合料本章知識(shí)歸納第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料一、瀝青材料瀝青材料是由高分子碳?xì)浠衔锛捌溲苌锝M成的、黑色或深褐色、不溶于水而幾乎全溶于二硫化碳，且符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的非晶態(tài)有機(jī)材料。常溫時(shí)，瀝青呈褐色至黑色的固體、半固體或液體。按瀝青的產(chǎn)源可將瀝青分為地瀝青和焦油瀝青，其進(jìn)一步分類如下表所示。瀝青地瀝青天然瀝青原油滲流到地球表面，經(jīng)過(guò)自然條件下的蒸發(fā)、老化過(guò)程而形成的瀝青石油瀝青由提煉石油的殘留物制得的瀝青焦油瀝青煤瀝青由煙煤、褐煤等物質(zhì)，在隔絕空氣和高溫下進(jìn)行干餾，冷凝其揮發(fā)物而獲得的煤焦油，經(jīng)再提取輕組份餾分之后的殘余物頁(yè)巖瀝青由頁(yè)巖經(jīng)低溫干餾而得第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料石油瀝青石油瀝青主要是由原油經(jīng)過(guò)加工煉制而得到的，其生產(chǎn)工藝流程圖如下圖所示。第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料石油瀝青加工方法蒸餾法氧化法溶劑法調(diào)配法1.石油瀝青的結(jié)成與結(jié)構(gòu)

1）石油瀝青的組分石油瀝青是由多種碳?xì)浠衔锛捌浞墙饘傺苌锝M成的混合物，主要成分為碳和氫，其余成分為氧、硫、氮等非金屬元素，此外還含有極少量的金屬元素。第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料

通常采用三組分分析法和四組分分析法來(lái)反映石油瀝青的組成成分與其性能之間的關(guān)系。

（1）三組分分析法

石油瀝青的三組分分析法采用選擇性溶解和吸附的方法將石油瀝青分離為：油分、樹脂和瀝青質(zhì)三個(gè)組分，各組分性狀見下表。

性狀組分外觀特性平均分子量碳?xì)浔荣|(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）物化特征油分淡黃色透明液體200～7000.5～0.745～60幾乎可溶于大部分有機(jī)溶劑，具有光學(xué)活性，相對(duì)密度為0.7～1.0樹脂紅褐色粘稠半固體800～30000.7～0.815～30溫敏感性高，溶點(diǎn)低于，相對(duì)密度為1.0～1.1瀝青質(zhì)深褐色固體微粒1000～50000.8～1.05～30加熱不熔化，分解為硬焦炭，使瀝青呈黑色，相對(duì)密度為1.1～1.5表6-1石油瀝青三組分分析法的各組分性狀第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料（2）四組組分分析法

石油瀝青的四組分分析法是將石油瀝青分離為：飽和分、芳香分、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)。各組分性狀見下表。性狀組分外觀特性平均相對(duì)密度平均分子量主要化學(xué)結(jié)構(gòu)飽和分無(wú)色液體0.89625烷烴、環(huán)烷烴芳香分黃色至紅色液體0.99730芳香烴、含S衍生物膠質(zhì)棕色粘稠液體1.09970多環(huán)結(jié)構(gòu)，含S、O、N衍生物瀝青質(zhì)深棕色至黑色固體1.153400縮合環(huán)結(jié)構(gòu)，含S、O、N衍生物表6-2石油瀝青四組分分析法的各組分性狀第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料2）石油瀝青的膠體結(jié)構(gòu)

在瀝青膠體結(jié)構(gòu)中，因各組分相對(duì)含量不同可形成不同的膠體結(jié)構(gòu)：溶膠型結(jié)構(gòu)、溶-凝膠型結(jié)構(gòu)和凝膠型結(jié)構(gòu)，如下圖所示。（a）溶膠型結(jié)構(gòu)（b）溶-凝型膠結(jié)構(gòu)（c）凝膠型結(jié)構(gòu)第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料2.石油瀝青的技術(shù)性質(zhì)

1）物理特性常數(shù)密度、熱脹系數(shù)、溶解度2）防水性

石油瀝青是憎水性材料，幾乎完全不溶于水，而且本身構(gòu)造致密，加之它與礦物材料表面有很好的粘結(jié)力，能緊密粘附于礦物材料表面。3）粘滯性

石油瀝青的粘滯性是反映瀝青材料內(nèi)部阻礙其相對(duì)流動(dòng)的一種特性，以絕對(duì)粘度表示。瀝青的絕對(duì)粘度有動(dòng)力粘度和運(yùn)動(dòng)粘度兩種表達(dá)方式，而工程中常用針入度和標(biāo)準(zhǔn)粘度等條件粘度來(lái)反映瀝青粘度。

第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料（1）針入度

針入度是在規(guī)定溫度條件下，以規(guī)定質(zhì)量100g的標(biāo)準(zhǔn)針經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間5s貫入瀝青的深度，以0.1mm為單位，瀝青的針入度值越大，表示其粘度越小。其實(shí)驗(yàn)示意圖如下圖所示。第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料

（2）標(biāo)準(zhǔn)粘度

石油瀝青的標(biāo)準(zhǔn)粘度計(jì)可用于測(cè)定液體石油瀝青或較稀的石油瀝青的標(biāo)準(zhǔn)粘度。標(biāo)準(zhǔn)粘度是在規(guī)定溫度、規(guī)定直徑的孔口流出50cm3瀝青所需的時(shí)間，以s為單位。以

表示，其中t為測(cè)試溫度，d為流孔直徑。4）塑性

塑性是指石油瀝青在外力作用下產(chǎn)生變形而不破壞（即不產(chǎn)生裂縫或斷開），并在除去外力后仍保持變形后形狀不變的性質(zhì)。5）溫度敏感性

溫度敏感性是指石油瀝青的粘滯性、塑性等物理性能隨溫度升降而變化的性能。第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料

石油瀝青的溫度敏感性常用軟化點(diǎn)指標(biāo)或針入度指數(shù)表示。（1）軟化點(diǎn)

軟化點(diǎn)是反映瀝青達(dá)到某種物理狀態(tài)時(shí)的條件溫度，由于瀝青材料從固態(tài)至液態(tài)有一定的變態(tài)間隔，故規(guī)定其中某一狀態(tài)作為從固態(tài)轉(zhuǎn)到粘流態(tài)的起點(diǎn)，相應(yīng)的溫度轉(zhuǎn)為瀝青軟化點(diǎn)。瀝青的軟化點(diǎn)越高，表示瀝青的耐熱性越好，即高溫穩(wěn)定性好。

軟化點(diǎn)的測(cè)定方法很多，我國(guó)采用環(huán)球法軟化點(diǎn)儀測(cè)定，見下圖。

第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料

（2）針入度指數(shù)

大量的試驗(yàn)結(jié)果顯示，針入度值（P)與溫度(T)存在下圖所示的關(guān)系。(a)(b)由圖（b）可知，針入度值的對(duì)數(shù)（lgP）與溫度（T）呈線性關(guān)系，斜率

A可以用來(lái)表征瀝青的溫度敏感性，稱

為針入度-溫度感應(yīng)性系數(shù)。針入度指數(shù)（PI）可以通過(guò)下式求出：第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料由該式計(jì)算出的針入度指數(shù)的變化范圍為-10～15，針入度指數(shù)（PI）越大，表示瀝青的溫度敏感性越低。用PI值來(lái)評(píng)價(jià)瀝青的感溫性時(shí)，要求瀝青的針入度數(shù)為PI=-1～+1。針入度指數(shù)不僅可以用來(lái)評(píng)價(jià)瀝青的溫度敏感性，還可以用來(lái)判斷石油瀝青的膠體結(jié)構(gòu)類型。PI<-2時(shí)，石油瀝青屬于溶膠結(jié)構(gòu)，溫度敏感性較強(qiáng)；

PI=-2～+2時(shí)，屬于溶—凝膠結(jié)構(gòu)；PI>+2時(shí)，石油瀝青屬于凝膠結(jié)構(gòu)，溫度穩(wěn)定性較好。第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料

6）抗老化性抗老化性是指石油瀝青在使用過(guò)程中受到溫度、太陽(yáng)光、氧氣和水分的影響而能保持性能基本不變的能力。

石油瀝青老化分：短期老化、長(zhǎng)期老化(1)短期老化瀝青在加熱拌和、儲(chǔ)運(yùn)及鋪筑過(guò)程中的老化,主要表現(xiàn)為熱氧老化?，F(xiàn)在用薄膜加熱試驗(yàn)(TFOT)和旋轉(zhuǎn)薄膜加熱試驗(yàn)(RTFOT)來(lái)模擬。

（2）長(zhǎng)期老化瀝青在路面服役期間的老化,是一個(gè)比較緩慢的長(zhǎng)期過(guò)程?，F(xiàn)主要通過(guò)壓力老化容器（PAV)老化和紫外線（UV）老化，分別模擬其在長(zhǎng)期使用期間的熱氧老化和光氧老化過(guò)程。第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料

瀝青老化后的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，這個(gè)結(jié)果必然會(huì)造成瀝青性能的變化，從而加速瀝青路面的破壞，所以通過(guò)研究以提高瀝青的抗老化能力是非常重要的。7）安全性由于瀝青是一種有機(jī)物，容易燃燒，為了保證其實(shí)驗(yàn)或施工中的安全性，還需要了解其閃點(diǎn)和燃點(diǎn)。我國(guó)規(guī)范規(guī)定采用克利夫蘭開口杯法測(cè)定瀝青的閃點(diǎn)和燃點(diǎn)。

閃點(diǎn)是指加熱瀝青至揮發(fā)出的可燃?xì)怏w和空氣的混合物，在規(guī)定條件下與火焰接觸，初次閃火時(shí)的瀝青溫度，單位為℃。

燃點(diǎn)是指加熱瀝青產(chǎn)生的氣體和空氣的混合物，與火焰接觸能持續(xù)燃燒5s以上時(shí)的溫度，單位為℃。第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料3.石油瀝青的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與選用

石油瀝青按用途分為道路石油瀝青、建筑石油瀝青和普通石油瀝青。在土木工程中主要用到的是道路石油瀝青和建筑石油瀝青。

1）石油瀝青的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

目前我國(guó)石油瀝青標(biāo)號(hào)主要是依據(jù)瀝青的針入度或針入度指數(shù)來(lái)劃分的。由于我國(guó)國(guó)土面積較廣，南北向和東西向氣候差異大，因此在選用瀝青時(shí)要充分考慮到各地的氣候條件。

美國(guó)戰(zhàn)略性公路研究計(jì)劃（SHRP）的研究成果superpaveTM提出了一個(gè)按照路用性能對(duì)瀝青進(jìn)行分級(jí)的瀝青混合料規(guī)范，PG分級(jí)采用設(shè)計(jì)使用溫度表示其適用范圍。

第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料2）石油瀝青的選用

（1）道路石油瀝青

道路石油瀝青可用于鋪筑各種等級(jí)的道路路面。在選用瀝青時(shí)，需要根據(jù)所修筑公路的等級(jí)、氣候條件、交通條件、路面類型及在結(jié)構(gòu)層中的位置及受力特點(diǎn)和施工方法，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)技術(shù)論證后確定。

我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定，道路石油瀝青分為160號(hào)、130號(hào)、110號(hào)、90號(hào)、70號(hào)、50號(hào)和30號(hào)七個(gè)標(biāo)號(hào)，各標(biāo)號(hào)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)見《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中表4.2.1-2道路石油瀝青技術(shù)要求。

當(dāng)缺乏所需標(biāo)號(hào)的瀝青時(shí)，可采用不同標(biāo)號(hào)瀝青摻配的調(diào)和瀝青，但摻配后的瀝青質(zhì)量應(yīng)符合規(guī)范要求。第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料

若要摻配得到軟化點(diǎn)為T的瀝青，兩種瀝青摻配比例可由下式進(jìn)行估算：

式中，P1為較軟瀝青用量，%；P2為較硬瀝青用量，%；T1為較軟瀝青的軟化點(diǎn)，℃；T2為較硬瀝青的軟化點(diǎn)，℃。第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料

（2）建筑石油瀝青

建筑石油瀝青粘度較大，高溫穩(wěn)定性較好，但塑性較小，可用于制造建筑防水卷材、防水材料、冷底子油和瀝青嵌縫膏等防水材料，其產(chǎn)品主要用于屋面和地下防水、溝槽防水、防腐蝕及管道防腐等工程。

我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定，建筑石油瀝青分為10號(hào)、30號(hào)和40號(hào)三種標(biāo)號(hào)，各標(biāo)號(hào)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)見《建筑石油瀝青》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料煤瀝青煤瀝青是焦油瀝青的一種。在煉油過(guò)程中，從干餾所揮發(fā)的物質(zhì)中冷凝出煤焦油，煤焦油加工后得到煤瀝青。

根據(jù)煤干餾的溫度不同煤焦油可以分為高溫煤焦油和低溫煤焦油。1.煤瀝青的化學(xué)組成與組分

煤瀝青的組成主要是芳香族碳?xì)浠衔锛捌溲酢⒘?、氮衍生物的混合物?/p>

根據(jù)目前最常采用的分析方法可將煤瀝青分為：

油分、樹脂A、樹脂B、游離碳C1和游離碳C22.煤瀝青的技術(shù)特性

1）芳香分含量多，成分較石油瀝青更為復(fù)雜；第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料2）易結(jié)晶的成分較多，膠體體系中分散相的粒子較粗，所以當(dāng)溫度變化時(shí)煤瀝青的粘度變化大，溫度穩(wěn)定性差；3）耐老化性比石油瀝青差；4）粘附性能好5）防腐性能好。3.煤瀝青的應(yīng)用1）作電極粘結(jié)劑2）型煤粘結(jié)劑3）生產(chǎn)瀝青焦4）制造瀝青清漆5）路用煤瀝青6）其它用途

第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料乳化瀝青乳化瀝青是將粘稠瀝青熱融，經(jīng)過(guò)機(jī)械的作用，以細(xì)小的微滴狀態(tài)分散于含有乳化-穩(wěn)定劑的水溶液中，形成水包油狀的瀝青乳液。1.乳化瀝青的特點(diǎn)

乳化瀝青與石油瀝青相比具有許多優(yōu)越性，主要優(yōu)點(diǎn)如下：

1）乳化瀝青可以在常溫下施工，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)加熱設(shè)備，減少能源消耗，扣除制備乳化瀝青所消耗的能源后，仍然可以節(jié)約大量能源；2）由于乳化瀝青粘度低、和易性好，施工方便。由于乳化瀝青可以均勻地分布在集料表面，能產(chǎn)生較好的粘附性，且在集料表面形成的瀝青膜較薄，可以節(jié)約瀝青用量；3）乳化瀝青施工不需要加熱，不污染環(huán)境，同時(shí)避免工作人員受到瀝青揮發(fā)物的毒害，對(duì)健康較有利；4）乳化瀝青所筑路面有一定的粗糙度，可以避免道路過(guò)于光滑發(fā)生事故。第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料2.乳化瀝青的種類

乳化瀝青的類型根據(jù)添加的乳化劑類型來(lái)劃分，目前乳化瀝青使用的乳化劑主要有以下三種類型：陰離子乳化劑、陽(yáng)離子乳化劑和非離子乳化劑。3.乳化瀝青的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

乳化瀝青適用于瀝青表面處治路面、瀝青貫入式路面、冷拌瀝青混合料路面，修補(bǔ)裂縫，噴灑透層、粘層與封層等。第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料改性瀝青改性瀝青是指在基質(zhì)瀝青或基質(zhì)瀝青混合料中，加入一種或數(shù)種改性材料，通過(guò)適當(dāng)?shù)募庸すに?，使改性材料熔融或分散在基質(zhì)瀝青或基質(zhì)瀝青混合料中，形成均質(zhì)混合物，從而改善或提高瀝青的路用性能。1.改性瀝青的分類改性瀝青及混合料技術(shù)摻加改性劑瀝青工藝調(diào)和瀝青物理改性改善力學(xué)性能改善粘附性耐老化性高溫穩(wěn)定性耐疲勞性低溫抗裂性橡膠類熱塑性橡膠類熱塑性樹脂類抗剝離劑：金屬皂、有機(jī)胺、消石灰等抗老化劑礦物填料：炭黑、硫磺、石棉、木質(zhì)素纖維等玻璃纖維格柵、塑料格柵、土工布等廢橡膠粉摻加天然瀝青（湖瀝青、巖瀝青、海底瀝青）半氧化瀝青、泡沫瀝青等聚合物第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料

從廣義上劃分，根據(jù)不同目的所采取的改性瀝青及改性瀝青混合料技術(shù)匯總?cè)缟蠄D所示。

從狹義上劃分，道路改性瀝青一般是指聚合物改性瀝青，簡(jiǎn)稱PMA。按照改性劑的不同，一般將其分為三類：1)熱塑性橡膠類：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物等其具有良好的變性自恢復(fù)性、裂縫自愈性和賦予瀝青良好的高低溫性能2)橡膠類：丁苯橡膠、氯丁橡膠、乙丙橡膠等

其主要特性是高溫穩(wěn)定性、高彈性、高機(jī)械強(qiáng)度和高粘附性。3)樹脂類：乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯等

其可改善瀝青高溫穩(wěn)定性，又可改善低溫脆性。第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料二、瀝青基防水卷材1.瀝青防水卷材

瀝青防水卷材由于卷材質(zhì)量輕、防水性能良好、施工方便、能適應(yīng)一定的溫度變化和基層伸縮變形。主要包括以織物、纖維氈、金屬箔等為胎基，兩面浸涂瀝青材料而制成的各種卷材和以橡膠或其他聚合物為改性材料制成的各種卷材。1）改性防水卷材

常用的改性瀝青卷材的品種有：

（1）瀝青玻璃布卷材

（2）瀝青玻纖胎卷材

（3）彈性瀝青單層油氈

（4）自粘結(jié)改性瀝青防水卷材

（5）金屬箔改性瀝青防水卷材第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料2）瀝青油氈瓦瀝青油氈瓦是以玻纖維為胎基，以氧化瀝青為浸涂材料，上撒彩色礦物粒料，下覆石英砂（或滑石粉）與塑料薄膜而成。瀝青油氈瓦結(jié)構(gòu)輕，有色彩，能裝飾美化屋頂，油氈瓦正面有一自行粘結(jié)的粘結(jié)點(diǎn)，在陽(yáng)光照射下能自行粘結(jié)為一體，故施工和維修都極為方便。油氈瀝青瓦屋面在結(jié)冰、積雪時(shí)有較好的排水性。3）卷材膠粘劑利用卷材作防水層，可以通過(guò)熱熔、熱粘、冷粘等方式將卷材固定在所需部位，當(dāng)用作粘結(jié)時(shí)，則應(yīng)選用膠粘劑。改性瀝青膠粘劑是改性瀝青類防水卷材的粘結(jié)材料，一般有冷瀝青膠和熱瀝青膠兩種，卷材膠粘劑主要用于卷材與卷材、卷材與基層的粘結(jié)。第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料2.瀝青防水涂料瀝青防水涂料在常溫下能形成有一定彈性的涂膜防水層，不僅無(wú)接縫，而且涂膜防水性好，能適應(yīng)屋面、地面、地下防水的要求。施工操作簡(jiǎn)便，可噴、可涂，施工速度快。采用冷施工，避免了現(xiàn)場(chǎng)熱熬時(shí)對(duì)環(huán)境的污染。屋面采用防水材料，不僅能減輕屋面荷重，降低成本，而且改善了勞動(dòng)條件，便于操作與維修。

瀝青防水涂料主要分類如下：1）瀝青基防水涂料2）高聚物改性瀝青防水涂料

（1）氯丁膠乳瀝青防水涂料

（2）SBS改性瀝青防水涂料

（3）SBR改性瀝青防水涂料第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料3.建筑密封材料

建筑密封材料按材質(zhì)分：

改性瀝青密封材料和合成高分子密封材料

常見建筑密封材料有：1）SBS改性瀝青彈性密封膏2）橡膠瀝青嵌縫油膏3）橡膠桐油改性瀝青嵌縫油膏第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料三、瀝青混合料瀝青混合料是指礦物集料與瀝青結(jié)合料拌制而成的混合物的總稱，瀝青混合料經(jīng)攤鋪、壓實(shí)成型后成為瀝青路面。其具有以下特點(diǎn)：

1）具有良好的力學(xué)性質(zhì)和路用性能，鋪筑的路面平整無(wú)接縫，減振吸聲，行車舒適。路表具有一定的粗糙度，且無(wú)強(qiáng)烈反光，有利于行車安全；2）采用機(jī)械化施工，有利于施工質(zhì)量控制，施工后即可開放交通；3）便于分期修建和再生利用。瀝青混合料的分類1）按結(jié)合料的不同分：

石油瀝青和煤瀝青混合料第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料2）按集料的最大粒徑分：

特粗式、粗粒式、中粒式、細(xì)粒式和砂粒式瀝青混合料3）按礦料級(jí)配分：

連續(xù)密級(jí)配、半開級(jí)配、開級(jí)配和間斷級(jí)配瀝青混合料4）按施工條件分：

熱拌熱鋪、熱拌冷鋪、冷拌冷鋪和溫拌瀝青混合料第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料1.瀝青混合料的組成結(jié)構(gòu)

瀝青混合料是由粗集料、細(xì)集料、填料與瀝青以及外加劑所組成的一種復(fù)合材料。對(duì)于瀝青混合料組成結(jié)構(gòu)的研究，目前存在著以下兩種相互對(duì)立的理論。

1）表面理論

按傳統(tǒng)理解，瀝青混合料是由粗集料、細(xì)集料和填料組成的密實(shí)的礦質(zhì)骨架，瀝青結(jié)合料分布其表面，從而將它們膠結(jié)成一個(gè)具有強(qiáng)度和整體。該理論較為突出礦質(zhì)骨料的骨架作用，認(rèn)為強(qiáng)度的關(guān)鍵是礦質(zhì)骨料的強(qiáng)度和密實(shí)度。2）膠漿理論

膠漿理論把瀝青混合料看作是一種多級(jí)空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的分散系，主要分為粗分散系、細(xì)分散系和微分散系三級(jí)分散系。粗分散系是以粗集料為分散相，分散在瀝青砂漿的介質(zhì)中；細(xì)分散系是以細(xì)集料為分散相，分散在瀝青膠漿的介質(zhì)中；微分散系是以礦粉填料為分散相，分散在高稠度的瀝青介質(zhì)中。三級(jí)分散系中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。第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料

瀝青混合料的組成結(jié)構(gòu)通常按其礦質(zhì)混合料的組成分為懸浮密實(shí)型、骨架空隙型和骨架密實(shí)型三種結(jié)構(gòu)類型，如下圖所示。

（1）懸浮密實(shí)型

（2）骨架空隙型

（3）骨架密實(shí)型第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料懸浮密實(shí)型結(jié)構(gòu)

當(dāng)瀝青混合料采用連續(xù)型密級(jí)配礦質(zhì)混合料時(shí)，由于混合料中各級(jí)配都有且細(xì)集料較多粗集料較少，礦質(zhì)材料會(huì)形成由大到小相互嵌固的連續(xù)密實(shí)混合料。在這種混合料中，因?yàn)楦骷?jí)集料均為次級(jí)集料所隔開，不能直接靠攏而形成骨架，以懸浮狀態(tài)處于較小顆粒之中。這種結(jié)構(gòu)雖然密實(shí)度很高，有較高的粘聚力，但內(nèi)摩擦角很小，高溫穩(wěn)定性很差。按照連續(xù)型密級(jí)配原理設(shè)計(jì)的瀝青混凝土屬于典型的懸浮密實(shí)型結(jié)構(gòu)。第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料骨架空隙型結(jié)構(gòu)

當(dāng)采用連續(xù)型開級(jí)配礦質(zhì)混合料時(shí)，較大粒徑石料彼此緊密相接，而較小粒徑石料的數(shù)量較少，不足以充分填充大顆粒間的空隙，而形成骨架空隙結(jié)構(gòu)，瀝青碎石混合料多屬于這類型。這種結(jié)構(gòu)的瀝青混合料，粗骨料能充分形成骨架，骨料之間的嵌擠力和內(nèi)摩擦力起重要作用。因此，這種瀝青混合料受瀝青材料性質(zhì)的變化影響較小，因而熱穩(wěn)定性較好，但瀝青與礦料的粘結(jié)力較小、空隙率大，耐久性較差。第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)

當(dāng)采用間斷型密級(jí)配礦質(zhì)混合料時(shí)，礦質(zhì)混合料既有足夠數(shù)量的粗集料形成骨架，粗集料間空隙中又有適量的細(xì)集料填充，并形成較為密實(shí)的結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)類型的瀝青混合料的密實(shí)度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性都較好，是一種較理想的結(jié)構(gòu)類型。第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料2.瀝青混合料的強(qiáng)度理論

瀝青混合料強(qiáng)度和穩(wěn)定性理論主要是要求瀝青混合料在高溫時(shí)必須有一定的抗剪強(qiáng)度和抵抗變形的能力。1）瀝青混合料的強(qiáng)度理論

利用庫(kù)侖理論來(lái)分析瀝青混合料的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。由下式可知，瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度主要取決于粘聚力和內(nèi)摩擦角兩個(gè)參數(shù)。式中，τ為瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度；C為瀝青混合料的粘聚力；φ為瀝青混合料的內(nèi)摩擦角；σ為瀝青混合料所承受的壓應(yīng)力。

第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料

2）影響瀝青混合料抗剪強(qiáng)度的主要因素影響瀝青混合料抗剪強(qiáng)度的因素有內(nèi)因和外因兩種。

內(nèi)因：瀝青粘度、集料級(jí)配粒徑與顆粒狀態(tài)、瀝青用量、礦料比表面積等

外因：溫度和變形速率3.瀝青混合料的技術(shù)性質(zhì)與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

瀝青混合料在使用過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)具有較好的抗高溫變形、抗低溫脆裂、抗滑性、耐久性和施工和易性等技術(shù)性質(zhì)，以保證瀝青路面優(yōu)良的服務(wù)性能，經(jīng)久耐用。

1）高溫穩(wěn)定性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性是指在高溫條件下，瀝青混合料承受多次重復(fù)荷載作用而不發(fā)生過(guò)大的累積塑性變形的能力。

第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范要求采用馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)和車轍試驗(yàn)方法評(píng)價(jià)瀝青混合料高溫穩(wěn)定性。

（1）馬歇爾試驗(yàn)

馬歇爾試驗(yàn)測(cè)得三項(xiàng)指標(biāo)：

穩(wěn)定度（MS）、流值（FL）、馬歇爾模數(shù)（T）

馬歇爾穩(wěn)定度是指在規(guī)定溫度與加荷速度下，標(biāo)準(zhǔn)尺寸試件可承受的最大荷載；流值是最大荷載時(shí)試件的垂直變形（以0.1mm計(jì)）；馬歇爾模數(shù)則是穩(wěn)定度與其流值之比，見下式：第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料

(2)車轍試驗(yàn)

通過(guò)車轍試驗(yàn)計(jì)算得動(dòng)穩(wěn)定度（DS）來(lái)檢驗(yàn)瀝青混合料的抗車轍能力，DS越大表示抗車轍能力越大。影響瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的主要因素有瀝青的用量，粘度和礦料的級(jí)配、尺寸、形狀等。2）低溫抗裂性瀝青混合料的低溫抗裂性是指在低溫下瀝青混合料抵抗低溫開裂的能力。瀝青混合料路面的低溫收縮開裂主要有兩種形式：一種是由于氣溫驟降造成材料低溫收縮，在有約束的瀝青混合料面層內(nèi)產(chǎn)生溫度應(yīng)力超過(guò)瀝青混合料在相應(yīng)溫度下的抗拉強(qiáng)度時(shí)就會(huì)造成開裂；第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料另一種形式是低溫收縮疲勞裂縫，這是由于在瀝青混合料經(jīng)受長(zhǎng)期多次的溫度循環(huán)后，瀝青混合料的極限拉伸應(yīng)變變小，應(yīng)力松弛性能降低，這樣會(huì)導(dǎo)致在降溫過(guò)程了瀝青混合料路面更容易開裂，這種裂縫主要發(fā)生在溫度變化頻繁的溫和地區(qū)。3）疲勞特性瀝青混合料的疲勞破壞是指在重復(fù)應(yīng)力的作用下，在低于靜載一次作用下的極限應(yīng)力時(shí)發(fā)生破壞。

影響瀝青路面疲勞性能的因素主要包括瀝青混合料材料組成特性和疲勞試驗(yàn)條件。第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料4）耐久性瀝青混合料的耐久性是指其在光照、溫度、水、風(fēng)等自然因素和行車荷載的長(zhǎng)期作用下能保持其原有性能的能力，瀝青的耐久性包括耐老化性、耐疲勞性和水穩(wěn)定性。瀝青混合料的耐久性評(píng)價(jià)可采用浸水馬歇爾試驗(yàn)和真空飽水試驗(yàn)，有時(shí)還可采用浸水劈裂試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)、浸水車轍試驗(yàn)等方法。5）抗滑性瀝青路面抗滑性能與集料的表面結(jié)構(gòu)（粗糙度）、級(jí)配組成、瀝青用量等因素有關(guān)。6）施工和易性影響瀝青混合料施工和易性的主要因素是混合料的級(jí)配和瀝青用量。第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料4.瀝青混合料組成材料的技術(shù)要求1）瀝青混合料對(duì)瀝青技術(shù)性質(zhì)的要求為滿足瀝青混合料路面強(qiáng)度、穩(wěn)定性與施工和易性等的要求，保證瀝青路面有足夠的耐久性，所用瀝青材料的技術(shù)性質(zhì)應(yīng)滿足環(huán)境與使用條件的要求。對(duì)于炎熱地區(qū)、交通繁重的道路、細(xì)粒式或砂粒式混合料，應(yīng)采用稠度較高的瀝青以免夏季泛油；寒冷地區(qū)宜選用稠度較小，延度較大的瀝青，以免冬季產(chǎn)生裂縫。2）瀝青混合料對(duì)粗集料技術(shù)性質(zhì)的要求瀝青混合料的粗集料要求潔凈、干燥、無(wú)風(fēng)化、無(wú)雜質(zhì)，具有足夠的強(qiáng)度和耐磨性，并且需要滿足規(guī)范要求。第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料

3）瀝青混合料對(duì)細(xì)集料的技術(shù)性質(zhì)的要求用于拌制瀝青混合料的細(xì)集料是指粒徑小于2.36mm的天然砂、人工砂或石屑。細(xì)集料應(yīng)潔凈、干燥、無(wú)風(fēng)化、無(wú)雜質(zhì)，并有適當(dāng)?shù)念w粒級(jí)配；天然砂可采用河砂或海砂，通常宜采用粗、中砂；石屑是采石場(chǎng)破碎石料時(shí)通過(guò)4.75mm或2.36mm的篩下部分；并且質(zhì)量都應(yīng)滿足規(guī)范要求。4）瀝青混合料對(duì)填料的技術(shù)性質(zhì)的要求瀝青混合料用填料是指粒徑小于0.075mm的礦質(zhì)粉末，通常采用石灰?guī)r或巖漿巖中的強(qiáng)堿性巖石磨細(xì)的礦粉，除要求其干燥、潔凈外，質(zhì)量應(yīng)滿足規(guī)范要求。第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料5.瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)1)確定礦質(zhì)混合料配合比例（1）組成材料的原始數(shù)據(jù)測(cè)定按照規(guī)定方法對(duì)實(shí)際工程使用的材料進(jìn)行取樣，測(cè)試粗集料、細(xì)集料及礦粉的密度，并進(jìn)行篩分試驗(yàn)，測(cè)定各種規(guī)格集料的粒徑組成。（2）確定各檔集料的用量比例根據(jù)各檔集料的篩分結(jié)果，采用計(jì)算法和圖解法，確定各規(guī)格集料的用量比例，求得礦質(zhì)混合料的合成級(jí)配。礦質(zhì)混合料的合成級(jí)配曲線必須符合設(shè)計(jì)級(jí)配范圍的要求，不得有過(guò)多的犬牙交錯(cuò)。當(dāng)經(jīng)過(guò)反復(fù)的調(diào)整仍有兩個(gè)以上的超出設(shè)計(jì)級(jí)配范圍時(shí)，必須對(duì)原材料進(jìn)行調(diào)整或更換原材料重新設(shè)計(jì)。通常情況下，合成級(jí)配曲線宜盡量接近設(shè)計(jì)級(jí)配中限，尤其應(yīng)使0.075mm、2.36mm、4.75mm等篩孔的通過(guò)量盡量接近設(shè)計(jì)級(jí)配范圍的中限。對(duì)于交通量大、軸載重的道路，合成級(jí)配可以考慮偏向級(jí)配范圍的下限，而對(duì)于中小交通量或人行道路等，合成級(jí)配宜偏向級(jí)配范圍的上限。第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料

2）瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)

瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)的主要目的是確定最佳瀝青用量（以O(shè)AC表示）。瀝青用量可以通過(guò)各種理論公式計(jì)算得到，但由于實(shí)際材料性質(zhì)的差異，計(jì)算得到的最佳瀝青用量，仍然要通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行修正，所以采用馬歇爾試驗(yàn)作為瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)的基本方法。按照標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試驗(yàn)，測(cè)定瀝青混合料試件的馬歇爾穩(wěn)定度和流值。3）最佳瀝青用量的確定

以瀝青用量（通常采用油石比表示）為橫坐標(biāo)，以瀝青混合料試件的密度、空隙率、瀝青飽和度、馬歇爾穩(wěn)定度和流值指標(biāo)為縱坐標(biāo)，將試驗(yàn)結(jié)果繪制成關(guān)系曲線如下圖所示。第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料（1）確定最佳瀝青用量的初始值OAC1根據(jù)上圖在曲線上求取相應(yīng)于密度最大值、穩(wěn)定度最大值、目標(biāo)空隙率（或中值）、瀝青飽和度范圍的中值的瀝青用量a1、a2、a3、a4，取平均值作為OAC1，見下式

OAC1=（a1十a(chǎn)2十a(chǎn)3十a(chǎn)4）/4第6章瀝青與瀝青混合料--清華版土木工程材料

如果在所選擇的瀝青用量范圍未能涵蓋瀝青飽和度的要求范圍，則按下式求取3者的平均值作為OAC1。OAC1=（a1十a(chǎn)2十a(chǎn)3）/