瀝青路面講義,長安大學,張登良編著《瀝青路面》講義

1、第一章緒論1第一節(jié)瀝青路面及其發(fā)展1第二節(jié)瀝青路面工作條件與工作特性3第三節(jié)瀝青路面的損壞類型及原因4第四節(jié)對瀝青路面的基本要求7第五節(jié)瀝青路面使用性能的氣候分區(qū)8第二章瀝青結合料9第一節(jié)瀝青材料的分類、組成和結構9第二節(jié)道路石油瀝青的技術性質11第三節(jié)改性瀝青12第四節(jié)其他瀝青14第五節(jié)本章小結16第六節(jié)復習題16第三章瀝青混合料技術特性17第一節(jié)瀝青混合料的類型與組成結構17第二節(jié)瀝青混合料強度機理及影響因素18第三節(jié)瀝青混合料路用性能20第四節(jié)瀝青混合料技術性質及標準23第四章瀝青混合料組成設計（簡介）26第一節(jié)普通熱拌瀝青混合料原材料及組成設計26第二節(jié) Superpave瀝青混合料組

2、成設計方法28第三節(jié) Marshall（馬歇爾）和SuperPave 混合料比較30第四節(jié) GTM瀝青混合料組成設計方法31第五章瀝青路面結構設計31第一節(jié)概述31第二節(jié)彈性層狀體系理論簡介32第三節(jié)瀝青路面結構組合設計33第四節(jié)我國瀝青路面設計方法34第五節(jié)瀝青路面改建設計37第六章瀝青路面新技術與展望38第一節(jié)瀝青瑪蹄脂碎石路面38第二節(jié)透水性瀝青路面4245瀝青路面講義第一章 緒論第一節(jié) 瀝青路面及其發(fā)展1. 引題1) 瀝青路面設計理論方法以彈性層狀體系靜力學理論為基礎，考慮行車荷載動力作用，引入材料動態(tài)參數。2) 長壽命瀝青路面技術理念：路面設計壽命3050年，期間整個路面結構完好，只

3、作表層維護或修復。3) 水泥混凝土路面耐久性技術為實現混凝土路面經久耐用，需有耐久的路面結構和材料，包括路基、基層和面層。4) 路面新材料開發(fā)與應用2. 瀝青路面典型結構及使用現狀1) 早期使用情況我國早期高速公路路面通常由半剛性底基層、半剛性基層和瀝青面層構成。早期破壞比較嚴重。2001年以前，瀝青路面“水損壞”現象較為普遍；2001年以后，路面“車轍” 較為突出，不僅南方地區(qū)，北方地區(qū)的高速公路也出現了大量車轍病害。通過不斷地研究和實踐，路面早期病害現象也得到了比較有效的遏制。總體來看，瀝青路面早期水損害現象的發(fā)生與片面追求路面平整度和抗滑性、空隙率過大、路面壓實度不足有很大關系。有些高速

4、公路為了減少水損壞，采取了矯枉過正的做法（如采用空隙率小的密級配瀝青混合料），而這又使得高速公路產生了車轍病害。2) 近年來的變化提出了新的道路瀝青標準和瀝青路面的氣候分區(qū)。在“八五”國家科技攻關課題“道路瀝青與瀝青混合料的路用性能”基礎上提出。瀝青標準發(fā)生了變化。將原來的“重交通道路石油瀝青”和“中、輕交通道路石油瀝青”兩個技術要求合并為一個“道路石油瀝青技術要求”，按技術性能分為A、B、C三個等級。新的技術要求中增加了感溫性指標：針入度指數PI、60動力粘度等，修訂了有些指標值。級配類型和范圍發(fā)生了變化。新規(guī)范取消了抗滑級配，并將原來的AC（I型和II型）和AK（A型和B型）兩類級配合二為

5、一，級配范圍擴大，統(tǒng)稱為AC級配，給設計者提供了更大的設計和優(yōu)化空間。改性瀝青應用范圍越來越廣。瀝青層的層厚發(fā)生變化。高速公路瀝青層總厚由原來的15cm18cm，增加到18cm25cm，各瀝青層層厚與公稱最大粒徑的比值由原來的2倍增加到2.53倍。此外，現越來越多的高速公路開始使用SMA、OGFC等混合料類型。3. 路面基層使用情況及變化1) 早期使用情況半剛性基層收縮性大、表面易積水且與瀝青面層的接觸條件差等缺陷使瀝青路面易出現裂縫、水損壞病害；半剛性基層剛度大，使面層的剪應力急劇增加，超過面層的強度極限而發(fā)生剪切裂縫或剪切變形，是路面易出現車轍、擁包及TOP-DOWN等病害的重要原因；半剛

6、性基層剛度大，與瀝青面層屬于“硬聯結”，相互嵌入不足，粘結性不好，存在層間粘結的薄弱環(huán)節(jié)，有層間滑移隱患；半剛性基層的固有缺陷易受交通荷載、氣候因素的影響更為惡化而導致路面的早期破壞。2) 近年來的變化基層形式多樣化：柔性基層瀝青路面、組合式瀝青路面、全厚式瀝青路面、半剛性基層瀝青路面及剛性基層瀝青路面。組合式基層得到越來越多的應用：在半剛性基層之上，再加鋪一層柔性材料，如瀝青穩(wěn)定碎石、級配碎石等。Ø 在面層與基層間設置起過渡作用的瀝青穩(wěn)定碎石層，一則可以減小面層基層模量梯度以減小拉應力；二則可以消除瀝青面層與半剛性基層直接接觸帶來的副作用（反射裂縫，表面易積水，結合不佳）；

7、6; 還可以進一步擴散路面應力。路面內部結構排水得到重視。開始研究和應用瀝青路面排水基層ATPB等，新規(guī)范也對有關內容作了技術規(guī)定。針對半剛性基層瀝青路面，提出了針對性技術措施，以降低瀝青路面早期病害發(fā)生率。Ø 對半剛性基層材料采用骨架密實結構，增加粗集料含量、減少粉塵含量，提高抗沖刷性和抗裂性；Ø 將基層、瀝青面層安排在一年內施工，避免層間污染；Ø 加強瀝青層間、瀝青層與基層之間的接觸，做好粘層、透層和封層等；Ø 做好瀝青路面整體包括邊溝、攔水帶、路面結構層中央分隔帶等部位的防排水設計。第二節(jié) 瀝青路面工作條件與工作特性1. 瀝青路面優(yōu)缺點Ø

8、 足夠的力學強度Ø 一定的彈性和塑性變形能力Ø 減少揚塵（與砂石路相比）Ø 高度的減振性能Ø 無接縫Ø 維修方便（混凝土齡期長）Ø 可再生利用（今后發(fā)展方向）Ø 耐久性差，使用壽命短（1215年）2. 工作條件1) 溫度不同的溫度和加荷方式下，瀝青路面可具有彈性、粘滯性或塑性性質。瀝青混合料是一種典型的彈、粘、塑性綜合體，在低溫小變形范圍內接近線彈性體，在高溫大變形活動范圍內表現為粘塑性體，通常溫度過渡范圍內一般為粘彈性體。2) 瀝青粘度受溫度影響極大：低溫硬脆常溫粘彈性高溫流動3) 瀝青混合料強度受溫度影響很大²

9、溫度高于脆化點時：強度隨溫度降低急劇增大；²溫度低于脆化點時：強度隨溫度降低而減小。脆化點：表征瀝青混合料在一定荷載速率下從粘性轉變?yōu)閺椥?，即從流動型破壞轉變?yōu)榇嘈云茐牡臏囟?。（評價瀝青低溫抗裂性能）瀝青混合料低溫時雖然強度高，但抗變形能力顯著降低。4) 水水對瀝青路面的影響表現在：水使瀝青和礦料分離，會將瀝青中某些可溶性化合物溶解并沖走。長期浸水會因含水量增加而發(fā)生體積膨脹，強度降低。影響程度取決于：當地氣候、水文情況、路表排水能力、路面滲水性以及瀝青路面本身水穩(wěn)定性。5) 空氣在陽光、溫度和空氣等大氣因素作用下，瀝青路面逐漸“老化”。 “老化”速度取決于當地氣候、瀝青路面層位、以

10、及瀝青和瀝青混合料性能。3. 工作特性瀝青路面承受車輛荷載和環(huán)境因素的直接作用。1) 行車荷載分類²作用方向：垂直荷載和水平荷載²荷載動力性質：靜荷載和動荷載²作用時間和頻率：長時間作用和瞬時的反復多次作用行車荷載對路面作用力大致分為：¶垂直壓力：彎拉應力和彎拉應變，低溫季節(jié)瀝青路面抗變形能力差，應力或應變超過瀝青路面疲勞極限，產生裂縫，導致路面破壞。¶水平力：剪切應力，使路面產生推移、擁包等病害。¶沖擊力和振動力：瀝青路面剛度較低，對沖擊力有一定緩沖或消減作用。¶真空吸力：細料被瀝青粘結在一起，真空吸力作用下不會揚塵。2)

11、 環(huán)境因素¶溫度¶水4. 瀝青路面溫度與氣溫不同Ø 瀝青路面溫度與氣溫不同，路面不同深度處溫度也不同。Ø 決定瀝青路面結構層內溫度狀況的因素有外部和內部兩類：² 外部：氣候條件（太陽輻射和大氣溫度）² 內部：結構層熱力學參數（熱傳導率、熱容量和輻射熱的吸收能等）Ø 瀝青路面溫度與氣溫之間一定的關系，以陜西為例：陜西省處于北緯31°4239°35，根據SHRP回歸模型可得瀝青路表溫度高出氣溫23.6 25.5。第三節(jié) 瀝青路面的損壞類型及原因瀝青路面病害分為四大類：Ø 裂縫（橫裂、縱裂、龜裂）&#

12、216; 變形（沉陷、車轍、推移擁包）Ø 表面損壞（泛油、磨光）Ø 水損壞（松散、坑洞、唧漿）1. 裂縫1) 橫向裂縫性狀：沿路面橫斷面方向出現的規(guī)則裂縫成因：§ 溫度裂縫§ 半剛性基層瀝青路面的反射裂縫§ 薄弱環(huán)節(jié)所致的橫向裂縫§ 荷載所致的橫向裂縫2) 縱向裂縫性狀：沿著道路縱向投影長度遠遠大于沿橫斷方向投影長度成因：通常由于路基或基層的沉降而產生，或者在瀝青混合料分幅攤鋪位置產生。3) 龜裂性狀：一系列多邊形小塊組成的網狀裂紋成因：行車荷載反復作用的結果2. 變形1) 沉陷性狀：路基頂面垂直變形而導致的路面產生的嚴重下陷變形成因

13、：由于路基壓實不足在荷載作用下路基發(fā)生大量的垂直變形2) 車轍性狀：輪跡帶逐漸產生下洼形變，并形成兩條縱向的槽成因：二次壓實、車載作用導致剪切形變、磨耗車轍類型：結構型車轍、失穩(wěn)型車轍、磨耗型車轍、壓密型車轍形成過程：初始壓密、側向流動、集料重排骨架破壞影響車轍的主要因素：3) 推移和擁包性狀：路表面出現隆起帶成因：交通量大小、車輛超載情況、路線線型等都有影響3. 表面損壞1) 磨光性狀：路面在行車作用下集料棱角被磨成圓滑或平滑狀。路面表面紋理喪失，路面抗滑能力下降。成因：主要是由于路面抗滑層集料組成設計和采用集料抗磨性能差所造成。2) 泛油性狀：瀝青從內部和下部向上移動使表面有過多瀝青成因：

14、Ø 瀝青用量過大是泛油產生的主要原因。Ø 使用劣質瀝青或瀝青用量偏高、稠度太小、集料粘附性差、設計空隙率過小。Ø 混合料拌和、攤鋪過程中，離析促使細料過于集中。Ø 混合料生產中瀝青用量控制不準而過量。Ø 內因是設計或施工不當，而誘發(fā)的直接外因是高溫。4. 水損壞1) 松散性狀：集料和瀝青逐漸脫開并散失成因：主要原因是瀝青與礦料之間粘附性較差，另一種可能性是施工中混合料加熱溫度過高，致使瀝青老化失去粘性。2) 坑槽性狀：路面上出現坑洞成因：表面水從損壞處浸入停留基層表面上使其與面層脫落并逐步破壞導致3) 唧漿性狀：細小顆粒從面層空隙噴射出來成因：

15、氣候條件、路面結構類型、路基路面排水等有關第四節(jié) 對瀝青路面的基本要求1. 高溫穩(wěn)定性破壞現象：波浪、推移、車轍、泛油、粘輪等措施：Ø 增加粗集料含量或控制剩余空隙率，使粗集料形成空間骨架結構，提高瀝青混合料的內摩阻力；Ø 適當提高瀝青材料的稠度，控制瀝青與礦粉的比例，嚴格控制瀝青用量，采用活性較高的礦粉，改善瀝青與礦料之間的相互作用，從而提高其粘聚力；Ø 摻入聚合物改善瀝青性能。2. 低溫抗裂性J 破壞現象：疲勞開裂；溫縮裂縫或反射裂縫J 措施：Ø 使用稠度較低及溫度敏感性低的瀝青；Ø 使用抗老化能力強的瀝青；Ø 摻加橡膠類高分子聚

16、合物；Ø 瀝青路面結構層中鋪設瀝青橡膠、土工布或塑料格柵等應力吸收薄膜3. 耐久性破壞現象：瀝青失去粘性、性質變脆、在行車荷載和其他因素作用下碎裂，乃致瀝青與礦料脫離，使路面松散破壞。措施：Ø 摻加足夠用量的瀝青；Ø 減小空隙率。4. 抗滑能力要求：保證在最不利情況下（路面潮濕時），車速能夠高速安全行駛，而且在外界因素作用下抗滑能力不致很快降低。措施：Ø 選擇硬質有棱角的石料；Ø 控制瀝青用量不過多。5. 防滲能力影響：抗?jié)B能力差影響路面本身和基層的穩(wěn)定性。措施：控制混合料空隙率。第五節(jié) 瀝青路面使用性能的氣候分區(qū)1. 分區(qū)指標高溫指標：七月平

17、均最高氣溫低溫指標：最低氣溫（30年一遇預期最低氣溫）雨量指標：年降雨量2. 瀝青路面氣候分區(qū)瀝青路面氣候分區(qū)由高溫和低溫組合而成；瀝青及瀝青混合料氣候分區(qū)由高溫、低溫和雨量組合而成，數字越小表示氣候因素的影響越嚴重。瀝青路面氣候分區(qū)為二級區(qū)劃，按最熱月平均最高氣溫和年極端最低氣溫把全國分為三大區(qū)，九種氣候，各氣候類型用兩個數字表示。瀝青及瀝青混合料氣候分區(qū)是在瀝青路面氣候分區(qū)的基礎上再增加一級雨量分級，每個氣候類型用三個數字表示。第二章 瀝青結合料內容簡介 瀝青分類、組分及膠體結構（了解） 普通石油瀝青的技術性質及評價指標（掌握） 普通石油瀝青常規(guī)試驗方法（掌握） 我國道路石油瀝青的技術標準

18、（熟悉） 改性瀝青、其他瀝青的技術性質美國SHRP瀝青PG分級標準（了解）學習難點 針入度、軟化點、延度及其測試方法第一節(jié) 瀝青材料的分類、組成和結構1. 瀝青組成及膠體結構化學組分Ø 三組分：油分、樹脂和瀝青質Ø 四組分：飽和分、芳香分、膠質、瀝青質石油瀝青的膠體結構溶膠型、凝膠型、溶凝膠型2. 道路石油瀝青的技術性質1) 物理性質密度、相對密度，體膨脹系數，介電常數2) 路用性質Ø 粘滯性定義：瀝青在外力作用下抵抗變形的能力，反映瀝青內部材料阻礙其相對流動的特性，一般采用剪切變形模型描述。影響因素：粘滯性的大小與組分、溫度有關。瀝青質高，含適量樹脂、少量油分時

19、，粘滯性較大。在一定溫度范圍內，溫度升高時，粘滯性隨之降低表達方式：絕對粘度、相對粘度 絕對粘度Ø動力粘度真空減壓毛細管法,Pa sØ運動粘度毛細管法,mm2/sØ表觀粘度布洛克菲爾德粘度計Pa s 相對粘度Ø液體瀝青 標準粘度試驗Ø粘稠瀝青 針入度針入度儀，0.1mm軟化點軟化點儀， 針入度（三大指標之一）規(guī)定溫度下的條件黏度作用：分級指標試驗方法：在規(guī)定的溫度和時間內，記錄一定質量的標準針垂直貫入試樣的深度表示方法：PT，m，t. 例如：P25，100g，5s =65(0.1mm) 軟化點（三大指標之二）達到規(guī)定條件黏度的溫度定義：瀝青條件

20、固化點到滴落點的溫度間隔的87.21%為軟化點。測試方法：將瀝青試樣裝入規(guī)定尺寸的銅環(huán)內試樣上放置標準鋼球（重3.5g）在水或甘油中，以5/min加熱瀝青軟化下垂至25.4mm 時的溫度表示方法： TR&BØ 低溫性質定義：瀝青在低溫下抵抗開裂的能力測試方法：將0.4g瀝青試樣均勻涂在金屬片上，置于有冷卻設備的脆點儀內，使涂有瀝青的金屬片重復彎曲，降溫速率1/min, 瀝青薄膜產生斷裂時的溫度為脆點。表達方式：脆性、延性延度（三大指標之三）定義：指瀝青受到外力的拉伸作用時，所能承受的塑性變形的總能力。測試方法：瀝青試樣制成字型在規(guī)定速度和溫度下拉伸至斷時的長度以cm表示表示方

21、法： D（cm）彎曲梁流變試驗（BBR）將瀝青先RTFOT短期老化，再PAV壓力老化。彎曲試驗在彎曲流變儀器（BBR）上進行，測試瀝青小梁試件在在蠕變荷載作用下的勁度，用蠕變荷載模擬溫度下降時路面中可產生的應力。直接拉伸實驗（DTT）測試瀝青在低溫時的極限拉伸應變。Ø 感溫性質針入度指數（PI） PI-2 溶膠型瀝青；+2 凝膠型瀝青；-2+2 溶凝膠型瀝青Ø 耐久性影響因素：熱、氧、光、水瀝青薄膜加熱試驗（TFOT短期老化）：163±1加熱5h，測質量損失、殘留物的針入度、軟化點、延度。旋轉薄膜烘箱試驗（RTFOT短期老化）：163加熱75min壓力老化試驗（P

22、AV長期老化）： 90110老化20hØ 粘彈性質瀝青是一種典型的粘彈性物體，具有蠕變和應力松弛行為，還具有瞬時彈性回復和彈性滯后現象（簡稱彈性后效）影響瀝青性能的因素：溫度、荷載作用方式和荷載作用時間可采用勁度模量來反應。Ø 黏附性評價方法：水煮法（ 13.219mm ）、水浸法（ 9.513.2mm ）表示方法：粘附等級（共5級）Ø 閃點和燃點：主要是反映施工安全性能。Ø 溶解度：瀝青在三氯乙烯中溶解的百分率有效物質含量。Ø 含水率：加熱過程中，瀝青如果含水量過多，易產生溢鍋現象，使材料損失，甚至引起火災第二節(jié) 道路石油瀝青的技術性質1.

23、道路石油瀝青的分級方法Ø 針入度分級P按所測得的瀝青25針入度所處水平劃分瀝青牌號Ø 粘度分級A按真空毛細管法測得瀝青60粘度所處水平劃分瀝青牌號 按原樣瀝青60粘度分級(AC)； 按薄膜烘箱(TFOT)或旋轉薄膜烘箱(RTFOT)試驗后殘余物60粘度分級(AR)兩種分級體系Ø 性能分級PG按瀝青所能夠適應的最高和最低環(huán)境溫度來劃分瀝青牌號2. 我國粘稠道路石油瀝青的技術要求Ø 按照25針入度指標進行瀝青分級7個標號Ø 按照技術性能進行瀝青分類：A、B、C 針入度指數PI 軟化點、60粘度、延度（10、15） TFOT或RTFOT 蠟含量、閃點

24、、溶解度A級瀝青各個等級的公路，適用于任何場合和層次。B級瀝青高速公路、一級公路瀝青下面層及以下的層次，二級及二級以下公路的各個層次；用作改性瀝青、乳化瀝青、改性乳化瀝青、稀釋瀝青的基質瀝青。C級瀝青三級及三級以下公路的各個層次。3. 我國液體瀝青的技術要求按凝固速度可分為快凝AL（R）、中凝AL（M）、慢凝AL（S）三個等級快凝，按粘度劃分為兩個標號中凝和慢凝液體瀝青各劃分為六個標號Ø 粘度測試方法：標準粘度計測定Ø 蒸餾餾分含量及殘餾物的性質Ø 閃點和含水量4. 美國SHRP瀝青PG分級與標準我國瀝青指標體系就是以三大指標等經驗性指標為核心的指標體系。PG分級

25、：SHRP標準是唯一的一個基于道路所在地區(qū)的氣候特點的性能標準，其物理特性要求相同，但是其試驗溫度隨特定條件的改變而改變。第三節(jié) 改性瀝青1. 概況由“瀝青的改性”發(fā)展為“混合料的改性”，改性方式由“內摻式”轉變?yōu)椤巴鈸绞健薄?. 瀝青改性技術與常用改性瀝青1) 瀝青改性技術改性瀝青品種的選擇提高抗永久變形能力：熱塑性橡膠類、熱塑性樹脂類提高抗低溫開裂能力：熱塑性橡膠類、橡膠類提高抗疲勞開裂能力：熱塑性橡膠類、橡膠類、熱塑性樹脂類提高抗水損害能力：各類抗剝落劑外摻劑2) 常用聚合物改性瀝青Ø 丁苯橡膠（SBR）改性瀝青SBR對瀝青的常溫性能影響不大，高溫性能有一定的提高，較為突出的是

26、瀝青的低溫變形能力大幅度提高Ø PE改性瀝青提高瀝青結合料的常溫粘度，改善高溫穩(wěn)定性，有利于提高瀝青的強度和勁度低溫性能改善效果不顯著易離析Ø 苯乙烯丁二烯嵌段共聚物（SBS）改性瀝青SBS的加入可以非常明顯的改善瀝青的高溫和低溫性能Ø 環(huán)氧樹脂改性瀝青從嚴格意義上講，環(huán)氧瀝青不屬于一般的改性瀝青！3) 外摻式改性劑Ø 抗車轍改性劑抗車轍劑專門用于提高瀝青混合料抗車轍性能，它大幅提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，并對混合料的水穩(wěn)定性也有改善。Ø 高模量改性劑1、模量高、減薄路面厚度約1/42、具有良好的抗高溫變形能力和抗疲勞能力，既可作為長壽命路面的

27、抗車轍層，也可作為抗疲勞層，延長路面的使用壽命，綜合效益更好。Ø 橡膠瀝青改性技術瀝青、回收輪胎橡膠和某些添加劑混合而成的膠結料，橡膠成分最少占到總量的16%，并且與熱瀝青、橡膠顆粒產生融脹，具有高的彈性性能和低的彈性模量?？估匣沽涯芰娎诃h(huán)境保護，節(jié)約資源可用于路面結構層結合料、罩面層、應力吸收層、橋面防水粘接層等Ø 纖維增強技術摻加纖維后，瀝青混合料具有良好的抗疲勞性能，疲勞壽命顯著增加。摻加纖維后，瀝青混合料具有良好的沖擊韌性，特別適合在舊水泥混凝土路面加鋪瀝青層使用。摻加纖維后，瀝青混合料耐磨性能提高，特別適用于橋面、坡道、彎道等防滑路面、履帶車通行路面等對路面

28、性能要求較高的特殊場所。3. 改性瀝青的技術要求1) 改性瀝青的評價指標除：針入度、軟化點、延度、粘度等指標外專門針對改性瀝青的試驗指標有： 聚合物改性瀝青的離析試驗 瀝青彈性恢復試驗 瀝青粘韌性試驗 測力延度試驗第四節(jié) 其他瀝青1. 煤瀝青1) 煤瀝青的化學組成可分離為：油分、軟樹脂、硬樹脂和游離碳2) 煤瀝青的結構膠體分散系分散相：游離碳和硬樹脂組成的膠體微粒分散介質：油分穩(wěn)定介質：軟樹脂，吸附于固態(tài)分散膠粒，逐漸向外擴散，并溶解于油分中，穩(wěn)定分散系3) 煤瀝青與石油瀝青的差異a、煤瀝青的溫度穩(wěn)定性差b、煤瀝青的大氣穩(wěn)定性差c、煤瀝青塑性較差d、煤瀝青與礦質材料表面粘附性能好e、煤瀝青防腐

29、性能好f、煤瀝青含有對人體有害成分較多，臭味較重2. 天然瀝青天然瀝青粘度大，抗氧化性強，與集料有很好的粘附性及抗剝落性按形成環(huán)境可分：湖瀝青、巖瀝青和海底瀝青等。將天然瀝青與石油瀝青混融，可以調和出具有良好高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性及耐久性的瀝青膠結料。1) 湖瀝青代表性產品TLA。湖瀝青改性瀝青的優(yōu)點：與瀝青有良好的相容性，生產、存儲、運輸和使用簡便，路用性能優(yōu)良。2) 巖瀝青3. 乳化瀝青乳化瀝青是將粘稠瀝青加熱至流動狀態(tài)，再經高速離心、攪拌及剪切等機械作用，使瀝青形成細小的微粒(25m左右)，且以此狀態(tài)均勻分散在含有乳化劑和穩(wěn)定劑的水中，形成水包油（O/W）型瀝青乳液。Ø 乳化瀝

30、青的組成材料：瀝青、乳化劑、穩(wěn)定劑和水Ø 乳化瀝青適用范圍瀝青表面處治路面、瀝青貫入式路面、冷拌瀝青混合料路面，修補裂縫，噴灑透層、粘層與封層等。4. 泡沫瀝青在高溫的普通針入度級瀝青中加入少量冷水，由于水的急速氣化形成爆炸性泡沫，使瀝青表面積大量增加，體積膨脹數倍至數十倍，然后在近1min內瀝青又恢復原狀，這種膨脹成泡沫的瀝青稱為泡沫瀝青。第五節(jié) 本章小結1. 石油瀝青是復雜的高分子化合物，可分離為飽和分、芳香分、膠質和瀝青質等組分2. 根據組分含量的不同，可將瀝青分為溶膠、凝膠和溶凝膠三種膠體結構3. 瀝青的化學組分、膠體結構與瀝青的路用性能有著密切的關系4. 瀝青技術性能包括粘

31、滯性、粘彈性、感溫性等一系列特性5. 可根據瀝青技術性能進行分級，并根據工程要求選擇合適的標號和等級6. 瀝青PG分級與標準7. SBR、PE、SBS等常用聚合物改性瀝青，及其性能測試方法8. 乳化瀝青具有可冷態(tài)施工的特點，應掌握其組成機理和用途9. 天然瀝青（巖瀝青、湖瀝青）、泡沫瀝青、煤瀝青的應用第六節(jié) 復習題1采用瀝青化學組分分析方法可將瀝青分離為哪幾組分，與瀝青的技術性質有何關系？2石油瀝青可劃分為哪幾種膠體結構？各種膠體結構的石油瀝青有何特點？3石油瀝青的“三大指標”表征瀝青哪些特征？簡述其主要試驗方法與條件。4美國SHRP的瀝青技術規(guī)范中瀝青的性能提出哪些新的試驗方法，各自反映瀝青

32、哪些方面的性能？5瀝青的感溫性采用哪些指標來表征？6重交通道路瀝青的技術標準有哪幾項指標？7什么是瀝青粘彈性，采用什么技術指標對其進行評價？8 為什么對瀝青進行改性？常用的聚合物改性瀝青有哪幾種？改性瀝青性能的評價方法與指標有哪些？9 試述乳化瀝青形成和分裂機理及其在節(jié)約能源、保護環(huán)境和經濟效益等方面的優(yōu)越性。10 瀝青在10、25和30下測定的針入度分別為24、85和125(0.1mm)，求出瀝青的針入度溫度敏感性系數A，由此計算針入度指數PI，并判斷瀝青的膠體結構類型。第三章 瀝青混合料技術特性內容簡介Ø 瀝青混合料的組成與結構（理解）Ø 強度形成原理及其影響因素（理解

33、）Ø 瀝青混合料路用性能、評價方法與技術標準（掌握）Ø 普通熱拌瀝青混合料組成設計方法（掌握）學習難點Ø 體積參數、組成設計方法、路用性能評價指標Ø 優(yōu)點表面平整無接縫，行車振動小，噪音低便于機械化施工，開放交通快，養(yǎng)護簡便具有良好的力學性能和路用性能瀝青混合料可再生利用Ø 缺點瀝青路面易老化溫度敏感性較高施工受氣候和季節(jié)影響大第一節(jié) 瀝青混合料的類型與組成結構1. 瀝青混合料的分類1) 按礦料級配類型連續(xù)級配瀝青混合料間斷級配瀝青混合料開級配瀝青混合料2) 按級配類型和空隙率連續(xù)密級配（VV=36%）密實型瀝青混凝土AC、密級配瀝青穩(wěn)定碎石A

34、TB連續(xù)半開級配（VV=612%）瀝青瑪蹄脂碎石SMA開級配（VV=1825%）瀝青碎石AM間斷密級配（VV=34%）開級配磨耗層OGFC、瀝青排水基層混合料ATPB3) 按公稱最大粒徑特粗式、粗粒式、中粒式、細料式、砂粒式4) 按生產溫度Ø HMA熱拌混合料150-180優(yōu)點：主流技術，路用性能好缺點：環(huán)境污染重，能耗大，易老化Ø WMA溫拌混合料110-130優(yōu)點：環(huán)保，節(jié)能缺點：技術不成熟Ø CMA冷拌混合料15-40優(yōu)點：環(huán)保，節(jié)能，混合料能儲存缺點：路用性能差5) 按再生工藝廠拌熱再生、就地熱再生、就地冷再生、廠拌冷再生2. 瀝青混合料的組成結構1) 瀝

35、青混合料組成結構理論表面理論：強調瀝青的裹覆作用膠漿理論：多級分散體系，強調瀝青膠漿的作用2) 瀝青混合料的結構類型Ø 懸浮密實結構連續(xù)型密級配礦料：粘聚力較高、密實性與耐久性好、內摩阻力較小、高溫穩(wěn)定性較差。典型代表：ACØ 骨架空隙結構連續(xù)型開級配礦料：內摩擦角較高、高溫穩(wěn)定性較好、粘聚力較低、耐久性差。典型代表：OGFCØ 骨架密實結構間斷型級配礦料：較高的密實度、C、同時具有、高溫穩(wěn)定性好、施工和易性較差。典型代表：SMA第二節(jié) 瀝青混合料強度機理及影響因素1. 瀝青混合料的強度形成原理1) 瀝青路面典型破壞型式Ø高溫時：抗剪強度不足Ø

36、低溫時：抗拉強度不足Ø常溫時：疲勞強度不足2) 摩爾-庫倫強度理論分析強度破壞形式: 剪切破壞原理：莫爾-庫倫理論2. 瀝青混合料強度的影響因素Ø 內因瀝青黏度的影響瀝青與礦料交互作用的影響礦料的影響瀝青用量的影響礦料的級配、形狀和表面性質影響Ø 外因溫度的影響變形速率的影響1) 瀝青黏度的影響瀝青混凝土抗剪強度與粘度有著密切的關系。2) 礦粉的影響 礦粉性質不同性質礦粉表面形成不同組成結構和厚度的吸附溶化膜石灰石粉表面形成發(fā)育較好的吸附溶化膜石英石粉表面則形成發(fā)育較差的吸附溶化膜 礦粉細度和用量提高細度，可增加礦粉比表面積，所以要求小于0.075mm粒徑的礦粉含

37、量不宜過少；但亦不宜過多，否則將使瀝青混合料結成團塊，不易施工。3) 礦料與瀝青界面交互作用的影響a. 瀝青與礦粉交互作用形成結構b. 礦粉顆粒之間為結構瀝青聯結，粘結力較大c. 礦粉顆粒之間為自由瀝青聯結，其粘結力較小4) 瀝青用量的影響Ø過少，則不足以形成結構瀝青膜；Ø偏多，則自由瀝青偏多，粘聚力降低；Ø過多，則部分自由瀝青起潤滑作用，降低內摩擦角；Ø瀝青用量須適中。5) 礦料級配、顆粒形狀、表面性質的影響Ø礦料級配不同，c、不同Ø顆粒形狀及其粗糙度ü具有顯著的破裂面和棱角ü近似正方體ü表面粗糙

38、52;顆粒愈粗6) 溫度和變形速率的影響Ø溫度的影響：c值隨溫度升高而顯著降低，而受溫度變化的影響較少。Ø變形速率的影響：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。第三節(jié) 瀝青混合料路用性能1. 高溫穩(wěn)定性1) 病害表現類型車轍、推移、擁包、推擠、搓板、泛油等病害2) 評估方法與指標 馬歇爾試驗穩(wěn)定度、流值 輪轍試驗動穩(wěn)定度、輪轍深度 剪切試驗粘聚力、內摩阻角 蠕變試驗蠕變模量、勁度模量 足尺試驗直道、環(huán)道、加速加載3) 影響因素2. 低溫抗裂性1) 病害表現形式低溫收縮裂縫、低溫收縮疲勞裂縫2) 評價方法與指標 預估開裂溫度 評價低溫變形能力或松弛能力的方

39、法 評價斷裂能的方法試驗方法 直接、間接拉伸試驗 低溫收縮試驗 低溫蠕變、彎曲試驗 應力松馳試驗 約束試件溫度應力試驗（凍斷試驗，SHRP）評價方法與指標3) 影響因素 瀝青的低溫勁度低溫勁度小，變形能力強在低溫地區(qū)，多選用針入度大，敏感性低的瀝青，或橡膠類改性瀝青 礦料級配通常密級配由于開級配 環(huán)境因素環(huán)境溫度越低，越容易開裂3. 抗老化性能瀝青薄膜加熱試驗（TFOT）短期老化旋轉薄膜烘箱試驗（RTFOT）短期老化壓力老化試驗（PAV）長期老化4. 水穩(wěn)定性1) 病害表現類型松散、瀝青膜剝落、坑槽2) 評價方法與指標粘附性試驗粘附性等級浸水前后性能對比浸水馬歇爾試驗殘留穩(wěn)定度浸水車轍試驗質量

40、損失凍融前后性能對比凍融劈裂試驗凍融劈裂強度比3) 影響因素 瀝青性質粘度、酸值、表面活性物質含量 礦料酸堿度（堿值），表面粗糙度 混合料類型空隙率，瀝青用量 施工質量離析程度，壓實度 路面排水中央分隔帶排水，路表排水，路面結構層排水 基層類型及層間結合5. 抗滑性道路安全指標1) 影響因素磨光值構造深度顆粒形狀與尺寸2) 評價方法與指標摩擦系數（擺式儀）構造深度TD6. 抗疲勞性能1) 疲勞的幾個概念疲勞：材料在重復荷載作用下，在低于靜態(tài)極限強度時發(fā)生破壞疲勞強度：疲勞破壞對應的應力疲勞壽命：疲勞破壞對應的荷載作用次數疲勞壽命=f（疲勞強度）2) 評價方法試驗路實體工程：足尺試驗環(huán)道試驗和加

41、速加載試驗室內試驗：3分點加載小梁疲勞試驗7. 施工和易性要求：不離析、易密實、裹覆良好實際施工時，以拌合、攤鋪、碾壓時溫度為依據第四節(jié) 瀝青混合料技術性質及標準1. 瀝青混合料的體積特征參數1) 瀝青混合料的密度瀝青混合料的理論最大密度實測法：真空法、溶劑法針對普通瀝青混合料，但改性瀝青混合料難以分散，一般采用計算法計算法：瀝青混合料的毛體積密度表干法 吸水率2%蠟封法 吸水率>2%體積法 大空隙瀝青混凝土2) 空隙率VV空隙率是指壓實瀝青混合內礦料與瀝青實體以外的空隙體積占試件總體積的百分率。Ø VV過小會引起瀝青路面高溫穩(wěn)定性下降，VV太大則會導致瀝青路面透水而發(fā)生水損壞

42、。Ø VV的大小應與交通、氣溫、降水等掛勾。Ø 瀝青路面壓實完工后其總體剩余空隙率宜控制在8%以內。通常，設計剩余空隙率以35%為宜。3) 礦料間隙率VMA礦料間隙率是指壓實瀝青混合料試件中礦料實體以外的體積（包括空隙及有效瀝青體積）占試件總體積的百分率Ø VMA過小會導致瀝青含量過低或剩余空隙率偏??；Ø VMA過大會導致瀝青含量過高或剩余空隙率過大。Ø VMA的適宜數值取決于瀝青混合料的類型，以及壓實成型的條件。VMA要求值隨4.75mm通過率的增多而增大，每增加5%，VMA的要求值增大0.50.8%。Ø 對密級配，細集料通過量偏離

43、最大密度線，VMA將增大。Ø 增加礦粉量，會使VMA迅速增大。4) 瀝青飽和度VFA瀝青飽和度是指壓實瀝青混合料試件礦料間隙中，扣除被集料吸收的瀝青以外的有效瀝青實體體積占礦料間隙中所占的百分率Ø VFA過大，會導致瀝青含量過多或VV偏小，Ø VFA過小，則導致瀝青含量太少或VV偏大。Ø VFA的大小應結合VMA和VV綜合考慮予以確定。2. 瀝青路面使用性能的氣候分區(qū)1) 分區(qū)目的全國各地區(qū)氣候條件差異很大，對瀝青提出的要求也不盡相同，為保證瀝青路面對氣候的適應性，提出了瀝青及瀝青路面的氣候分區(qū)。2) 分區(qū)方法由一、二、三級區(qū)劃組合而成，三個數字分別為高

44、溫分區(qū) 低溫分區(qū) 雨量分區(qū)（1、2、3）（1、2、3、4）（1、2、3、4）數字越小，表示氣候因素對瀝青路面的影響越嚴重3) 分區(qū)指標高溫指標：近30年設計周期最熱月的平均日最高溫度的平均值。低溫指標：最近30年的極端最低氣溫的最小值降雨指標：最近30年的年平均降雨量的平均值3. 瀝青混合料技術標準1) 馬歇爾技術標準2) 高溫穩(wěn)定性技術標準3) 低溫抗裂性技術標準4) 水穩(wěn)定性技術標準第四章 瀝青混合料組成設計（簡介）第一節(jié) 普通熱拌瀝青混合料原材料及組成設計1. 原材料技術要求1) 選用瀝青需注意的問題根據公路等級和路面類型、氣候和交通條件、層位及受力特點、施工條件選用瀝青氣候炎熱、重交通

45、：選用高粘度、低標號瀝青氣候寒冷、降溫快：選用低粘度、高標號瀝青溫差較大：選用PI大、感溫性小的瀝青2) 選用粗集料需注意的問題Ø 滿足瀝青混合料用粗集料質量技術要求Ø 滿足粗集料與瀝青的粘附性、磨光值的技術要求表觀密度與吸水率是綜合指標，石質堅硬致密，吸水率小的集料比較耐磨，耐久性好。但并不是說密度越大越好，過分致密的石料破碎面可能比較光滑，不能吸附較多的瀝青，影響瀝青薄膜厚度。3) 選用細集料需注意的問題可用天然砂、機制砂、石屑應潔凈、干燥、無風化、有一定級配石屑與機制砂的本質區(qū)別：石屑為破碎集料過4.75/2.36mm篩的篩下部分邊角料、強度低、針片狀含量高、含泥量高

46、4) 選用填料需注意的問題Ø 堿性石料研磨而成，潔凈、干燥、能自由流出Ø 可以用水泥、石灰代替部分礦粉，用量2% Ø 回收粉塵盡量不要使用，用量填料25%Ø 粉煤灰滿足一定要求時可以使用，用量填料50%2. 瀝青混合料配合比設計方法（馬歇爾法）（還不如參考道材課本）設計內容：原材料選擇、礦料組成設計、瀝青用量設計技術要求：體積指標、高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)性設計三階段：目標配合比設計、生產配合比設計、生產配合比驗證1) 目標配合比設計選擇熱拌瀝青混合料類型依據道路等級、所處層位、面層厚度確定確定工程設計級配范圍Ø 通常情況下，取中值

47、6; 考慮交通條件和氣候狀況，選用粗or細型高溫嚴重、重交通粗型，VV設計取高值溫度偏低、輕交通細型，VV設計取低值Ø 為保證抗車轍能力，兼顧低溫抗裂性要求，采用“S”級配適當減少dNmax附近粗集料的用量減少0.6mm以下細集料的用量Ø 采用計算法或圖解法確定各檔集料的用量比例，驗證合成級配，并進行適當調整瀝青混合料馬歇爾試驗Ø 制備試樣Ø 測定試件的物理力學指標測定體積參數密度，計算VV、VMA、VFA。測定馬歇爾穩(wěn)定度及流值Ø 試驗結果分析a)繪制瀝青用量(或油石比)與物理一力學指標關系圖b)確定瀝青混合料的最佳瀝青用量OAC1，取密度和

48、穩(wěn)定度最大值、目標空隙率、瀝青飽和度中值所對應瀝青用量a1、a2、a3、a4平均值。c)確定瀝青混合料的最佳瀝青用量OAC2，以各項指標均符合技術標準要求(不含VMA)的瀝青用量范圍OACminOACmax中值作為OAC2d)確定最佳瀝青用量OAC（OAC1，OAC2之平均）路用性能檢驗Ø 高溫穩(wěn)定性檢驗Ø 低溫抗裂性能檢驗Ø 水穩(wěn)定性檢驗（殘留穩(wěn)定度或凍融劈裂強度比）Ø 瀝青混合料滲水系數檢驗注意要點Ø 參考當地成功經驗，預估最佳油石比；Ø 各個環(huán)節(jié)的試驗溫度；Ø 試件成型時的細節(jié)；Ø 理論密度的確定方法。2)

49、生產配合比設計一般使用間歇式拌和機拌和瀝青混合料，須從各熱料倉中取樣進行篩分，根據篩分結果再進行礦料配比計算，決定各熱料倉的供料比例。(1)取熱料倉集料篩分，進行礦料組成設計(2)取目標配比最佳油石比及其±0.3%共3個油石比進行馬歇爾試驗，測定物理力學參數，確定生產配合比的最佳油石比。(3)確定的最佳油石比與目標配合比的差值不宜大于2%。3) 生產配合比驗證Ø 生產配合比驗證階段，即試拌試鋪階段；Ø 按照生產配合比試拌、觀察；Ø 試鋪，觀察攤鋪、碾壓過程和成型混合料的表面狀況，判斷混合料的級配和油石比。第二節(jié) Superpave瀝青混合料組成設計方法S

50、uperpave高性能瀝青路面1. 原材料1) 瀝青性能評價Ø 我國現行瀝青指標體系（1）針入度（2）軟化點（3）延度我國瀝青指標體系是以三大指標等經驗性指標為核心的指標體系。Ø PG分級PG分級是唯一的基于道路所在地區(qū)的氣候特點的性能標準，其物理特性要求相同，但是其試驗溫度隨特定條件的改變而改變。PG 64 22：Performance Grade（性能等級）+平均7天最高路面溫度+最低路面溫度Ø Superpave對瀝青的選用路面溫度的確定根據多年氣候數據庫和一定的保證率（>50%），Superpave提供了計算路表以下20mm的最高溫度和路表最低溫度的

51、辦法。等2) 集料性能評Ø 粘土含量砂當量試驗Ø 堅固性洛杉磯磨耗試驗Ø 安定性硫酸鈉或硫酸鎂溶液中的浸泡損失百分率Ø Superpave級配設計理論ØSHRP采用0.45次方級配線圖縱坐標為集料的通過百分率ü橫座標是粒徑的0.45次方兩個控制點：控制點和禁區(qū)ü控制點為級配曲線必須通過的幾個特定的尺寸范圍ü禁區(qū)為最大密度線附近0.3-2.36mm范圍不希望級配通過的區(qū)域。2. Superpave瀝青混合料設計方法1) 試件成型方法傳統(tǒng)馬歇爾擊實法：Ø 試件成型方法不能模擬施工和行車壓實。u 容易將某些顆粒

52、擊碎，而改變混合料級配組成；u 擊實方法不能模擬壓路機和行車的搓揉碾壓作用。Ø 不適用于開級配瀝青混合料；Ø 瀝青混合料沒有老化過程，與現場條件不符。Superpave旋轉壓實Ø 旋轉壓實更接近現場壓實過程；Ø 增加了混合料短期老化；Ø 加大了試件直徑（150mm）Ø 試件高度：混合料設計為110115 mm水敏感性設計為 95 mm。2) 礦質混合料組成設計Superpave通過控制點和限制區(qū)代替了馬歇爾設計法中的級配范圍，禁區(qū)能避則避，如果細集料棱角性、混合料的體積指標能夠滿足設計要求，即使通過限制區(qū)混合料也可以接受。至少三種試驗

53、級配，預估試拌瀝青用量，每種級配準備四個試件，兩個用于壓實，兩個用于測量最大理論密度；分析混合料體積性質并與Superpave混合料設計標準進行比較，只要符合標準，就可選為設計級配。3) 瀝青用量設計根據設計級配，以0.5%為間隔選用5個用量旋轉壓實成型試件，計算在設計壓實次數時的VV、VMA、VFA、F/B最佳瀝青用量：選定空隙率為4% 的瀝青用量作為設計瀝青用量檢驗VMA、VFA，F/B介于0.61.24) 水敏感性評價第三節(jié) Marshall（馬歇爾）和SuperPave 混合料比較1. 瀝青標準Marshall法：針入度分級Superpave法：PG分級比較:ü針入度分級體系

54、是經驗性的和條件性的，但由于方法和所使用的儀器相對簡單，易于普及；在一定程度上可以滿足對瀝青質量控制的要求，目前美國、歐盟、澳大利亞、日本等國家的現行標準仍保留針入度分級體系；üPG分級基于道路所在地區(qū)的氣候特點，儀器價格貴，操作相對復雜，技術性高；雖然在北美比較普及，但其他國家正在研究和認識中。2. 級配設計Marshall法：泰波公式（n=0.30.7）Superpave法：0.45次方圖比較:ü兩者都是基于最大密實度理論泰波公式通過指數變化確定級配范圍ü0.45次方圖通過控制點確定級配范圍ü0.45次方圖中的“禁區(qū)”存在爭議3. 成型方法Marsh

55、all法：擊實成型Superpave法：旋轉壓實成型旋轉壓實的優(yōu)點:ü將壓實條件和交通量條件建立起更加密切的關系ü減少了集料在壓實過程中的破碎ü壓實過程更接近于實際路面的壓實效果ü集料形狀排列更接近于實際路面的情況4. 體積參數計算方法Marshall法：未考慮集料吸收瀝青Superpave法：考慮集料吸收瀝青目前，已經借鑒Superpave的計算方法?，F行馬歇爾設計，也考慮有效瀝青的計算。5. 最佳瀝青用量Marshall法：OAC=（OAC1+OAC2）/2，VV不定Superpave法：VV=4%6. 短期老化Marshall法：無短期老化Supe

56、rpave法：有短期老化老化后混合料呈硬化趨勢，空隙率變大，穩(wěn)定度變大，流值變小建議馬歇爾設計方法中增加老化過程第四節(jié) GTM瀝青混合料組成設計方法美國工程兵旋轉壓實剪切試驗（GYRATORY TETING MACHINE，簡稱GTM）美國工程兵為解決轟炸機跑道容易破損的問題專門研發(fā)的采用搓揉方法壓實瀝青混合料，并且模擬了現場壓實設備與隨后交通的作用，具有改變垂直壓力的靈活性。第五章 瀝青路面結構設計第一節(jié) 概述1. 瀝青路面設計的內容及任務2. 瀝青路面結構設計的原則3. 瀝青路面結構設計理論與方法Ø 經驗法對試驗路或使用道路的實驗觀測，建立路面結構（結構層組合、厚度和材料性質）、車輛荷載（軸載大小和作用次數）和路面使用性能之間的關系。典型代表：CBR法，AASHTO法Ø 力學經驗法應用力學原理分析路面結構在荷載與環(huán)境作用下的力學響應（應力、應變和位移），建立力學響應與路面使用性能之間的關系模型，路面設計按使用要求，運用關系模型完成結構設計。典型代表：我國現行瀝青路面設計方法、AI法和SHELL法Ø 我國采用力學經驗法，以彈性層狀體系作為力學分析的理論基礎，以雙圓垂直均布荷載作用下的路面整體沉降（彎沉）和結構層的