本章重點(diǎn)：熱拌瀝青混合料的組成結(jié)構(gòu)、技術(shù)性質(zhì)、組成材料和設(shè)計(jì)

1、瀝青混合料第 五 章第五章 瀝青混合料 本章重點(diǎn)：熱拌瀝青混合料的組成結(jié)構(gòu)、技術(shù)性質(zhì)、組成材料和設(shè)計(jì)方法。 本章要求：掌握瀝青混合料的結(jié)構(gòu)類(lèi)型和強(qiáng)度形成原理；掌握瀝青混合料的技術(shù)性質(zhì)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；能按照現(xiàn)行方法進(jìn)行瀝青混合料的組成設(shè)計(jì)。 第一節(jié) 概述 一、瀝青混合料的特點(diǎn) 瀝青混合料作為高等級(jí)公路最主要的路面材料，具有其它建筑材料無(wú)法比擬的優(yōu)越性。具體表現(xiàn)為： 1、瀝青混合料是一種彈塑性粘性材料，具有一定的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性。 2、瀝青混合料路面有一定的粗糙度，具有良好的抗滑性。 3、施工方便，速度快，養(yǎng)護(hù)期短，能及時(shí)開(kāi)放交通。 4、瀝青混合料路面可分期改造和再生利用。 瀝青混合料也存在問(wèn)題

2、，即在夏季高溫時(shí)易軟化，路面易產(chǎn)生車(chē)轍、波浪等現(xiàn)象；冬季低溫時(shí)易脆裂，在車(chē)輛重復(fù)荷載作用下易產(chǎn)生裂縫；易老化，使路面表層產(chǎn)生松散開(kāi)裂而破壞路面。 二、瀝青混合料的分類(lèi) 1、按膠凝材料分類(lèi) 分為石油瀝青混合料和煤瀝青混合料。 2、按公稱(chēng)最大粒徑分類(lèi) 分為：特粗式瀝青混合料 公稱(chēng)最大粒徑等于或大于31.5mm的瀝青混合料； 粗粒式瀝青混合料 公稱(chēng)最大粒徑為26.5mm的瀝青混合料； 中粒式瀝青混合料 公稱(chēng)最大粒徑為16mm或19mm的瀝青混合料； 細(xì)粒式瀝青混合料 公稱(chēng)最大粒徑為9.5mm或13.2mm的瀝青混合料； 砂粒式瀝青混合料 公稱(chēng)最大粒徑小于4.75mm的瀝青混合料。 3、按礦質(zhì)材料的級(jí)

3、配類(lèi)型分類(lèi) 分為連續(xù)級(jí)配瀝青混合料和間斷級(jí)配瀝青混合料。 4、按礦料級(jí)配組成及空隙率大小分類(lèi) 分為密級(jí)配瀝青混合料、半開(kāi)級(jí)配瀝青混合料、開(kāi)級(jí)配瀝青混合料。 1）密級(jí)配瀝青混合料 設(shè)計(jì)空隙率較小 2）半開(kāi)級(jí)配瀝青混合料 成型試件的剩余空隙率在6%12%。 3）開(kāi)級(jí)配瀝青混合料 設(shè)計(jì)空隙率為18%。 5、按瀝青混合料制造工藝分類(lèi) 分為熱拌瀝青混合料、冷拌瀝青混合料和再生瀝青混合料。 第二節(jié) 熱拌瀝青混合料 熱拌瀝青混合料是人工組配的礦質(zhì)混合料與瀝青在專(zhuān)門(mén)設(shè)備中加熱拌和而成，在熱態(tài)下進(jìn)行攤鋪和壓實(shí)的混合料。 一、瀝青混合料的組成結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度理論（一）瀝青混合料的組成結(jié)構(gòu) 瀝青混合料的組成結(jié)構(gòu)可分為三種

4、類(lèi)型 1、懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu) 是指礦質(zhì)集料由大到小組成連續(xù)型密級(jí)配的混合料結(jié)構(gòu)。（典型的AC型） 2、骨架空隙結(jié)構(gòu) 是指礦質(zhì)集料屬于連續(xù)型開(kāi)級(jí)配的混合料結(jié)構(gòu)。（典型的AM型和OGFC型） 3、骨架密實(shí)結(jié)構(gòu) 是指礦質(zhì)集料具有較多數(shù)量的粗集料形成空間骨架，同時(shí)又有足夠的細(xì)集料填滿(mǎn)骨架的空隙的混合料結(jié)構(gòu)。（典型的SMA型） 瀝青混合料的典型組成結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5-1所示。 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) 圖5-1 瀝青混合料的典型組成結(jié)構(gòu) （二）瀝青混合料的強(qiáng)度理論 瀝青混合料的強(qiáng)度理論，主要是要求瀝青混合料在高溫時(shí)，必須具備抗剪強(qiáng)度和抵抗變形的能力。 瀝青路面結(jié)構(gòu)破壞的原因，主要是高溫時(shí)抗剪強(qiáng)度降低塑

5、性變形增大而產(chǎn)生推擠波浪、擁包等現(xiàn)象；低溫時(shí)，塑性能力變差，使瀝青路面易產(chǎn)生裂縫現(xiàn)象。 通過(guò)三軸剪切強(qiáng)度研究得出結(jié)論：瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度()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)摩擦角()。下式所示 = c + tan（三）影響瀝青混合料抗剪強(qiáng)度的因素 瀝青混合料抗剪強(qiáng)度的影響因素主要是材料的組成、材料的技術(shù)性質(zhì)，以及外界因素。 1、瀝青的粘度對(duì)瀝青混合料抗剪強(qiáng)度的影響 瀝青混合料的粘聚力c是隨著瀝青粘度的提高而增加，內(nèi)摩阻角隨著瀝青粘度的提高稍有提高；瀝青粘度大，內(nèi)部膠團(tuán)相互位移時(shí)，介質(zhì)抵抗剪切作用力大，使瀝青混合料

6、的粘滯阻力增大，因而具有較高抗剪強(qiáng)度。 2、瀝青與礦料在界面上的交互作用對(duì)瀝青混合料抗剪強(qiáng)度的影響 瀝青與礦料的交互作用形成一層吸附溶化膜，即“結(jié)構(gòu)瀝青”，結(jié)構(gòu)瀝青膜層較薄，粘度較高，與礦料之間有著較強(qiáng)的粘結(jié)力。 3、瀝青與礦粉的用量比例對(duì)瀝青混合料抗剪強(qiáng)度的影響 瀝青用量過(guò)少，不足以形成薄膜粘結(jié)礦料顆粒表面，粘結(jié)力不夠；瀝青用量過(guò)多，逐漸將礦料顆粒推開(kāi)，瀝青膠結(jié)物的粘結(jié)力隨著自由瀝青的增加而降低，粘結(jié)力反而下降；適量的瀝青用量，瀝青膠結(jié)物具有最優(yōu)的粘結(jié)力。 在瀝青用量固定的情況下，礦粉的用量多少也直接影響瀝青混合料的密實(shí)程度及粘結(jié)力，礦粉用量不能過(guò)多，否則使瀝青混合料結(jié)團(tuán)成塊，不易施工。 4

7、、礦料的級(jí)配類(lèi)型及表面性質(zhì)對(duì)瀝青混合料抗剪強(qiáng)度的影響 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。礦料級(jí)配類(lèi)型是影響瀝青混合料抗剪強(qiáng)度的因素之一。 在瀝青混合料中，礦質(zhì)集料的粗度、形狀對(duì)瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度也有明顯的影響，通常集料顆粒具有棱角，表面有明顯的粗糙度，鋪筑路面具有很大的內(nèi)摩阻角，提高了混合料的抗剪強(qiáng)度。礦質(zhì)集料愈粗，配制成的瀝青混合料的內(nèi)摩阻角就愈高。 5、溫度及形變速率對(duì)瀝青混合料抗剪強(qiáng)度的影響 隨溫度升高，瀝青的粘聚力c值減小，而變形能力增強(qiáng)。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。溫度過(guò)低會(huì)使瀝青混合料路面開(kāi)裂。 瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度與形

8、變速率也有關(guān)，粘聚力c值隨形變速率的增加而顯著提高，內(nèi)摩阻角隨形變速率的變化很小。 二、瀝青混合料的技術(shù)性質(zhì)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（一）瀝青路面使用性能的氣候分區(qū) 瀝青混合料的技術(shù)性質(zhì)與使用環(huán)境（氣溫和濕度）關(guān)系密切。在選擇瀝青材料的等級(jí)、進(jìn)行瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)瀝青混合料的使用性能時(shí)，應(yīng)考慮瀝青路面工程的環(huán)境因素，尤其是氣溫和濕度條件。 氣候分區(qū)指標(biāo)氣候分區(qū)按照高溫指標(biāo)高溫氣候區(qū)123氣候區(qū)名稱(chēng)夏炎熱區(qū)夏熱區(qū)夏涼區(qū)七月平均最高溫度（） 3020 - 30 20按照低溫指標(biāo)低溫氣候區(qū)1234氣候區(qū)名稱(chēng)冬嚴(yán)寒區(qū)冬寒區(qū)冬冷區(qū)冬溫區(qū)極端最低氣溫（） - 9.0按照雨量指標(biāo)雨量氣候區(qū)1234氣候區(qū)名稱(chēng)潮濕區(qū)

9、濕潤(rùn)區(qū)半干區(qū)干旱區(qū)年降雨量（mm） 10001000 - 500500 - 250 250瀝青路面使用性能氣候分區(qū) 表5-2瀝青路面使用性能氣候分區(qū)見(jiàn)表5-2。（二）瀝青混合料的技術(shù)性質(zhì)1、高溫穩(wěn)定性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性是指混合料在高溫（60）的條件下，經(jīng)車(chē)輛荷載長(zhǎng)期重復(fù)作用后，不產(chǎn)生車(chē)轍和波浪等病害的性能。我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范（JTG F402004）規(guī)定，采用馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混合料高溫穩(wěn)定性；對(duì)于高速公路、一級(jí)公路、城市快速路、主干路用瀝青混合料，還應(yīng)通過(guò)車(chē)轍試驗(yàn)檢驗(yàn)其抗車(chē)轍能力。影響瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的主要因素有瀝青的用量、瀝青的粘度、礦料的級(jí)配、礦料的尺寸

10、、形狀等。提高路的高溫穩(wěn)定性，可采用提高瀝青混合料的粘結(jié)力和內(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，就可增強(qiáng)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。 2、低溫抗裂性 瀝青混合料隨著溫度的降低，變形能力下降。路面由于低溫而收縮以及行車(chē)荷載的作用，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。因此在瀝青混合料組成設(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。 3、耐久性 瀝青混合料的耐久性，是指其在長(zhǎng)期的荷載作用和自然因素影響下，保持正常使用狀態(tài)而不出現(xiàn)剝落和松散等損壞的能力。 影響瀝青混合料耐久性的

11、因素有：瀝青的化學(xué)性質(zhì)、礦料的礦物成分、離奇混合料的組成結(jié)構(gòu)等?？障堵试叫?，可以越有效地防止水分滲入和日光紫外線對(duì)瀝青的老化作用，一般瀝青混合料中均應(yīng)殘留一定的空隙，以備夏季瀝青材料膨脹。 瀝青路面的使用壽命與瀝青含量有很大關(guān)系，當(dāng)瀝青用量低于要求用量時(shí)，將降低瀝青的變形能力，使瀝青混合料的殘留空隙率增大。 4、抗滑性 用于高等級(jí)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，才能保證汽車(chē)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(jí)配組成以及瀝青用量等因素有關(guān)。配料時(shí)應(yīng)特別注意礦料的耐磨光性，應(yīng)選擇硬質(zhì)有棱角的礦料。我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范（JTG

12、 F402004）指明：瀝青用量對(duì)抗滑性影響也非常敏感，瀝青用量超過(guò)最佳用量的0.5%，即可使摩阻系數(shù)明顯降低。 5、施工和易性 瀝青混合料的施工和易性，是指瀝青混合料在施工過(guò)程中是否容易拌和、攤鋪和壓實(shí)的性能。主要決定于礦料的級(jí)配、瀝青的品種及用量，以及施工環(huán)境條件等。 粗細(xì)集料的顆粒大小相距過(guò)大，缺乏中間尺寸，混合料容易產(chǎn)生疏松，不易壓實(shí)；瀝青用量過(guò)多或礦粉質(zhì)量不好，則容易使混合料粘結(jié)成塊，不易攤鋪。 三、瀝青混合料組成材料的技術(shù)要求 1、瀝青材料 瀝青是瀝青混合料的重要組成材料，對(duì)高速公路、一級(jí)公路、重載交通、山區(qū)及丘陵區(qū)上坡路段、服務(wù)區(qū)、停車(chē)場(chǎng)等，汽車(chē)荷載剪應(yīng)力大的層次，宜采用稠度大、

13、60粘度大的瀝青；對(duì)冬季寒冷的地區(qū)或交通量小的公路選用稠度小、低溫延度大的瀝青；對(duì)溫度日溫差、年溫差大的地區(qū)選用針入度指數(shù)大的瀝青。 2、粗集料 1）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，形狀要接近正立方體，針片狀顆粒的含量應(yīng)符合表5-5的要求，集料要求表面粗糙，有一定的棱角。瀝青混合料的粗集料的規(guī)格應(yīng)符合表5-6的要求。 2）巖石應(yīng)盡量選用堿性巖石。堿性巖石與瀝青具有較強(qiáng)的粘附力，組成瀝青混合料可得到較高的力學(xué)強(qiáng)度。對(duì)高速公路、一級(jí)公路瀝青路面的表面層的粗集料的磨光值應(yīng)滿(mǎn)足表5-7的規(guī)定。 3、細(xì)集料 細(xì)集料一般采用天然砂、機(jī)制砂和石屑。細(xì)集料與粗集料和填

14、料配制成礦質(zhì)混合料，其級(jí)配應(yīng)符合要求，在熱拌密級(jí)配瀝青混合料中的天然砂，通常采用河砂或海砂中的粗砂和中砂，用量不宜超過(guò)集料總量的20%。我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范（JTG F402004）對(duì)細(xì)集料（天然砂）的規(guī)格見(jiàn)表5-8。石屑的規(guī)格應(yīng)符合表5-9的要求。 4、填料 瀝青混合料的填料多為礦粉。礦粉應(yīng)干燥、潔凈，其質(zhì)量應(yīng)符合表5-10的要求，若使用粉煤灰作為填料時(shí)，用量不得超過(guò)填料總量的50%，燒失量應(yīng)小于12%，與礦粉混合后塑性指數(shù)小于4%。但高速公路、一級(jí)公路瀝青面層不宜采用粉煤灰作為填料。 四、瀝青混合料配合比設(shè)計(jì) 瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)包括：目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)、生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)和生產(chǎn)配合比驗(yàn)證三個(gè)階段。本節(jié)僅介紹目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)步驟分為兩大步，即： 1、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，是選配一個(gè)具有足夠密實(shí)度，并且有較高的內(nèi)摩阻力的礦質(zhì)混合料。按我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范（JTG F402004）的規(guī)定，按下列步驟進(jìn)行。 1）確定瀝青混合料類(lèi)型 瀝青混合料的類(lèi)型，根據(jù)道路等級(jí)、路面類(lèi)型、所處的結(jié)構(gòu)層位，按書(shū)中表