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(shè)備中加熱拌和而成，用保溫運(yùn)輸工具運(yùn)至施工現(xiàn)場，在熱態(tài)下進(jìn)行攤鋪和壓實(shí)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(fù)合材料，是由瀝青、粗集料、細(xì)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(xué)性能。我國的現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定如表10-9所示。該標(biāo)準(zhǔn)按交通性質(zhì)可分為： 高速公路、一級(jí)公路、城市快速路、主干路； 其他等級(jí)公路和城市道路； 行人道路。各等級(jí)道路對(duì)

2、馬歇爾試驗(yàn)指標(biāo)（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(duì)不同組成結(jié)構(gòu)的混合料（如瀝青混合料或?yàn)r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(xué)研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，對(duì)我國瀝青混合料的生產(chǎn)、應(yīng)用都有指導(dǎo)意義。表面理論：按傳統(tǒng)的理解瀝青混合料是由粗集料、細(xì)集料和填料經(jīng)人工組配成密實(shí)的級(jí)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(gè)具有強(qiáng)度的整體。膠漿理論：近代某些研究認(rèn)為瀝青混合料是一種多級(jí)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(xì)集料為分散相，分散在瀝青膠漿介質(zhì)

3、中的一種細(xì)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(jí)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(duì)于混合料性能的影響等。同時(shí)這一理論的研究比較強(qiáng)調(diào)采用高稠度的瀝青和大的瀝青用量，以及采用間斷級(jí)配的礦料。懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)：當(dāng)連續(xù)型密級(jí)配礦料（如圖10-12中曲線a）與瀝青組成瀝青混合料時(shí)，按粒子干涉理論，為避免次級(jí)集料對(duì)前級(jí)集料密排的干涉，前級(jí)集料之間必須留出比次級(jí)集料粒徑稍大的空隙供次級(jí)集料排布。按此組成的瀝青混合料，

4、經(jīng)過多級(jí)密垛雖然可以獲得很大的密實(shí)度，但是各級(jí)集料均為次級(jí)集料所隔開，不能直接靠攏而形成骨架，有如懸浮于次級(jí)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(dāng)連續(xù)型開級(jí)配礦料（如圖10-12中曲線b）與瀝青組成瀝青混合料時(shí)，由于這種礦料遞減系數(shù)較大，粗集料所占的比例較高，細(xì)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(xì)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(shí)骨架結(jié)構(gòu)：當(dāng)間斷型密級(jí)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(shí)，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(shí)有相當(dāng)數(shù)量的細(xì)集料可填充骨架的空隙，因此形成“密實(shí)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(qiáng)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(shí)由于抗剪強(qiáng)度不足或塑性變形過剩而產(chǎn)生推擠等，以及低溫時(shí)抗拉強(qiáng)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(qiáng)度和穩(wěn)定性理論，主要是要求瀝青混合料在高溫時(shí)必須具有一定的抗剪強(qiáng)度和抵抗變形的能力。設(shè)計(jì)時(shí)

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

7、參數(shù)，即：（10-14）瀝青粘度的影響：瀝青混凝土作為一個(gè)具有多級(jí)空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的分散系，從最細(xì)一級(jí)網(wǎng)絡(luò)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(qiáng)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(tuán)相互位移時(shí)，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(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，具有較高的抗剪強(qiáng)度。瀝青與礦料化學(xué)性質(zhì)的影響：瀝青混合料中，對(duì)瀝青與礦料交互作用的物理化學(xué)過程，多年來許多學(xué)者曾做了大量研究工作。ji.a

8、.列賓捷爾等研究認(rèn)為：瀝青與礦粉交互作用后，瀝青在礦粉表面產(chǎn)生化學(xué)組分的重新排列，在礦粉表面形成一層厚度為0的擴(kuò)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(kuò)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(xué)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(duì)兩種最典型的礦粉進(jìn)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(rèn)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(dāng)采用石灰石礦粉時(shí)，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(xué)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(duì)瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度影響很大。為增加瀝青與礦料物理化學(xué)作用的表面積，在瀝青混合料配料時(shí)，必須有適量的礦粉；提高礦粉細(xì)度可增加礦粉比表面積，所以對(duì)礦粉細(xì)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(tuán)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(qiáng)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(dāng)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。此時(shí)，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(dāng)瀝青用量足以形成薄膜并充分粘附礦料顆粒表面時(shí)，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(dāng)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(qiáng)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?，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

12、混合料的內(nèi)摩擦角。通常當(dāng)瀝青薄膜達(dá)到最佳厚度（亦即主要以結(jié)構(gòu)瀝青粘結(jié)）時(shí)，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(jí)配類型、粒度、表面性質(zhì)的影響：瀝青混合料的抗剪強(qiáng)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(jí)配、開級(jí)配和間斷級(jí)配等不同組成結(jié)構(gòu)類型，礦料級(jí)配類型是影響瀝青混合料抗剪強(qiáng)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(duì)瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度都具有極為明顯的影響。因?yàn)轭w粒形狀及其粗糙度，在很大程度上將決定混合料壓實(shí)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(qiáng)度。許多試驗(yàn)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(qiáng)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(qiáng)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(duì)瀝青混合料的內(nèi)摩擦角（）影響較小，而對(duì)瀝青混合料的粘聚力（c）影響則較為顯著。試驗(yàn)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(qiáng)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(shí)，在重交通的重復(fù)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(jí)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(fù)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，采用馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)（包括穩(wěn)定度、流值、馬歇爾模數(shù)）來評(píng)價(jià)瀝青混合料高溫穩(wěn)定性；對(duì)高速公路、一級(jí)公路、城市快速路、主干路所用瀝青混合料，還應(yīng)通過動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)檢驗(yàn)其抗車轍能力。1）馬歇爾穩(wěn)定度：馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)方法自b.馬歇爾（marshall）提出，迄今已半個(gè)多世紀(jì)，經(jīng)過許多研究者的改進(jìn)，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(xiàng)指標(biāo)。穩(wěn)定度是標(biāo)準(zhǔn)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(dá)到最大破壞荷載時(shí)試件的垂直變形（以0.1mm計(jì)）；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(yàn)：車轍試驗(yàn)的方法是用標(biāo)準(zhǔn)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(shí)間的反復(fù)行走，形成一定的車轍深度，然后計(jì)算試件變形1mm時(shí)車輪行走的次數(shù)，即為動(dòng)穩(wěn)定度。ds=42（t2-t1）/(d2-d1)c1c2 式中：ds為瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度（次/mm）；d1、d2為時(shí)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(yàn)機(jī)或試樣修正系數(shù)。我國現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：用于上面層、中面層瀝青混凝土混合料其60時(shí)的動(dòng)穩(wěn)定度，高速

17、公路和城市快車路應(yīng)不小于800次/mm；對(duì)一級(jí)公路、城市主干道應(yīng)不小于600次/mm。低溫抗裂性，瀝青混合料不僅應(yīng)具備高溫穩(wěn)定性，同時(shí)還應(yīng)具有低溫抗裂性，以保證路面在冬季低溫時(shí)不產(chǎn)生裂縫。瀝青混合料低溫抗裂性的指標(biāo)，目前尚處于研究階段，尚未列入技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。許多研究者曾提出過不同的指標(biāo)，但是多數(shù)人所采納的方法是測定混合料在低溫時(shí)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(shí)的特征參數(shù)。用溫度應(yīng)力與抗拉強(qiáng)度對(duì)比的方法，預(yù)估瀝青混合料的斷裂溫度。有的研究認(rèn)為，瀝青路面在低溫時(shí)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(dá)到試件破壞時(shí)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(shí)的作用次數(shù)稱為柔度。根據(jù)研究認(rèn)為，柔度與瀝青混合料純拉試驗(yàn)的延伸度有明顯關(guān)系。抗滑性，隨著現(xiàn)代高速公路的發(fā)展，對(duì)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(jí)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(shí)要特別注意粗集料的耐磨性，應(yīng)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(shí)，必須在當(dāng)?shù)禺a(chǎn)的軟質(zhì)集料中摻加外運(yùn)來的硬質(zhì)集料組成復(fù)合集料，并采取摻加抗剝離劑等措施。我國現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)瀝青路面施工及驗(yàn)收規(guī)范（gb50092-96）對(duì)抗滑層集料提出了磨光值、道瑞磨耗值和沖擊值

19、等三項(xiàng)新指標(biāo)。瀝青用量對(duì)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(duì)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，重交通量道路用石油瀝青的含蠟量應(yīng)不大于3%。瀝青來源確有困難時(shí)，對(duì)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(xué)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(xué)性質(zhì)和礦料的礦物成分，對(duì)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(jí)配、瀝青材料的用量以及壓實(shí)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(duì)瀝青的老化作用等，但是一般瀝青混合料中均應(yīng)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)。空隙率大，且瀝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(shí)顆粒相互推移產(chǎn)生體積膨脹以及強(qiáng)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(dāng)瀝青用量較正常的用量減少時(shí)，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(shí)增加了滲水率，增大了水對(duì)瀝青的剝落作用。有研究認(rèn)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(biāo)來表征瀝青混合料的耐久性。施工和