第7章瀝青混合料

17瀝青混合料的組成與性質(zhì)

剛性路面：水泥混凝土路面道路路面柔性路面：瀝青路面(瀝青混合料)2（1）瀝青混合料

(英:Bituminousmixtures美:Asphaltmixtures)

礦質(zhì)混合料+粘結(jié)材料瀝青混合料(粗集料+細(xì)集料+填料）（瀝青）（2）類型瀝青混合料包括：瀝青混凝土混合料和瀝青碎石混合料通常定義：瀝青混合料為瀝青混凝土混合料和瀝青碎石混合料的總稱（適當(dāng)比例拌和）基本概念3（3）瀝青混凝土混合料（Asphaltconcretemixture)

由適當(dāng)比例的粗集料、細(xì)集料及填料與瀝青在嚴(yán)格控制條件下拌和而成的瀝青混合料，簡稱AC。

（4）瀝青碎石混合料（Asphaltmacadanmixture）由適當(dāng)比例的粗集料、細(xì)集料及填料（或不加填料）與瀝青拌和而成的瀝青混合料，簡稱AM。分類4（1）按結(jié)合料分類：石油瀝青混合料、煤瀝青混合料（2）按瀝青混合料施工工藝分類：熱拌瀝青混合料、冷拌(常溫)瀝青混合料、再生瀝青混合料（3）按礦質(zhì)集料級配類型分類：

連續(xù)級配瀝青混合料、間斷級配瀝青混合料（4）按瀝青混合料密實度（空隙率）分類：密級配瀝青混合料：按密實原則設(shè)計，常采用連續(xù)型密級配瀝青混合料，剩余空隙率小于10%（通?！?%）。開級配瀝青混合料：連續(xù)型級配混合料，主要以粗集料嵌擠組成，細(xì)集料和填料較少，通常設(shè)計空隙率為18%。半開級配瀝青混合料：介于密級配和開級配之間，由適當(dāng)比例的粗集料、細(xì)集料及少量填料（或不加填料）與瀝青拌制而成，剩余空隙率為6%～12%。5（5）按公稱最大粒徑分類特粗式：公稱集料最大粒徑等于或大于31.5mm。粗粒式：公稱集料最大粒徑為26.5mm中粒式：公稱集料最大粒徑為16mm或19mm細(xì)粒式：公稱集料最大粒徑為9.5mm或13.2mm砂粒式（瀝青石屑或瀝青砂）：公稱集料最大粒徑小于4.75mm7.1瀝青混合料的組成結(jié)構(gòu)61.瀝青混合料的組成結(jié)構(gòu)

通常按其礦質(zhì)混合料的組成分為三種結(jié)構(gòu)類型：（1）懸浮-密實結(jié)構(gòu)：連續(xù)型密級配，細(xì)料多，粗料少，粘聚力C較高，內(nèi)摩擦角較小。（2）骨架-空隙結(jié)構(gòu)：連續(xù)型開級配，細(xì)料少，粗料多，粘聚力C較低，內(nèi)摩擦角較大。

（3）密實-骨架結(jié)構(gòu)：間斷型密級配，粗料、細(xì)料較多，粘聚力C較高，內(nèi)摩擦角較大。7a)懸浮-密實結(jié)構(gòu)b)骨架-空隙結(jié)構(gòu)c)密實-骨架結(jié)構(gòu)8（1）高溫穩(wěn)定性（2）低溫抗裂性（3）耐久性（4）抗滑性（5）施工和易性7.2瀝青混合料的技術(shù)性質(zhì)（1）高溫穩(wěn)定性

1）定義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)生車轍和波浪等病害的性能。

2）評價方法：馬歇爾試驗、車轍試驗等

3）馬歇爾試驗：三項指標(biāo)：馬歇爾穩(wěn)定度、流值和馬歇爾模數(shù)。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）：達到最大破壞荷載時試件的垂直變形，單位：mm。③馬歇爾模數(shù)（T）：計算得到，穩(wěn)定度除以流值的商，單位：kN/mm。可以間接地反映瀝青混合料的抗車轍能力。4）車轍試驗評價指標(biāo)：動穩(wěn)定度動穩(wěn)定度———將瀝青混合料制成30Omm×30Omm×50mm的標(biāo)準(zhǔn)試件，在60℃溫度條件下，以一定荷載的輪子

(輪壓0.7MPa)，在同一軌跡上作一定時間的反復(fù)行走，形成一定的車轍深度，然后計算試件變形1mm所需試驗車輪行走的次數(shù)。式中：DS———瀝青混合料動穩(wěn)定度，次/mm；

d1、d2———時間t1、t2的變形量，mm；

42———每分鐘行走次數(shù)，次/min；

c1———試驗機修正系數(shù)，曲柄連桿驅(qū)動試件的變速行走方式為1.0；鏈驅(qū)動試驗輪的等速方式為1.5；

c2———試件修正系數(shù)，試驗室制備的寬300mm的試件為

1.0；從路面切割的寬150mm的試件為0.8。（2）低溫抗裂性瀝青混合料不出現(xiàn)脆裂、低溫縮裂、溫度疲勞等現(xiàn)象,

以保證路面在冬季低溫時不產(chǎn)生裂縫的性質(zhì)。（3）耐久性瀝青混合料在外界因素長期作用下不破壞的性質(zhì)。

（陽光、空氣、水、車輛荷載）1）影響瀝青混合料耐久性的主要因素

瀝青性質(zhì)和用量、礦料性質(zhì)、瀝青混合料組成結(jié)構(gòu)。2）評價方法：馬歇爾試驗3）評價指標(biāo)：采用空隙率、瀝青飽和度（或礦料間隙率）和殘留穩(wěn)定度等指標(biāo)。殘留穩(wěn)定度=浸水（48h）馬歇爾穩(wěn)定度標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾穩(wěn)定度（5）抗滑性（6）施工和易性×100%7.3熱拌瀝青混合料配合比設(shè)計方法瀝青混合料配合比設(shè)計包括三個階段：

1.試驗室配合比設(shè)計（目標(biāo)配合比設(shè)計）▲

2.生產(chǎn)配合比設(shè)計

3.生產(chǎn)配合比驗證（試拌試鋪配合比調(diào)整）1.試驗室配合比設(shè)計

密級配瀝青混合料的目標(biāo)配合比設(shè)計流程如圖，采用馬歇爾試驗配合比設(shè)計方法。（1）礦質(zhì)混合料配合組成設(shè)計

1）選擇熱拌瀝青混合料類型熱拌瀝青混合料（HMA）適用于各種等級公路的瀝青路面。類型應(yīng)考慮集料公稱最大粒徑、礦料級配、空隙率等因素選擇。分類見表混合料類型密級配開級配半開級配公稱最大粒徑/mm最大粒徑/mm連續(xù)級配間斷級配間斷級配瀝青碎石瀝青混凝土瀝青穩(wěn)定碎石瀝青瑪蹄脂碎石排水式瀝青磨耗層排水式瀝青碎石基層特粗式—ATB-40——ATPB-40—37.553.0粗粒式—ATB-30——ATPB-30—31.537.5AC-25ATB-25——ATPB-25—26.531.5中粒式AC-20—SMA-20——AM-2019.026.5AC-16—SMA-16OGFC-16—AM-1616.019.0細(xì)粒式AC-13—SMA-13OGFC-13—AM-1313.216.0AC-10—SMA-10OGFC-10—AM-109.513.2砂粒式AC-5————AM-54.759.5設(shè)計空隙率/%3～53～63～4>18>186～12——2）確定工程設(shè)計級配范圍瀝青混合料設(shè)計級配范圍由工程設(shè)計文件或招標(biāo)文件規(guī)定，級配瀝青混合料的設(shè)計級配宜根據(jù)公路等級、氣候及交通條件按表6.15、表6.16規(guī)定確定。表6.15混合料類型公稱最大粒徑用以分類的關(guān)鍵性篩孔粗型密級配細(xì)型密級配名稱關(guān)鍵性篩孔通過率

/%名稱關(guān)鍵性篩孔通過率

/%AC-2526.54.75AC-25C<

40AC-25F>

40AC-20194.75AC-20C<

45AC-20F>

45AC-16162.36AC-16C<

38AC-16F>

38AC-1313.22.36AC-13C<

40AC-13F>

40AC-109.52.36AC-10C<45AC-10F>45表7.16級配類型通過下列篩孔

/mm的質(zhì)量百分率

/%31.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075粗粒式AC-2510090～10075～9065～8357～7645～6524～5216～4212～338～245～174～133～7中粒式AC-20

10090～10078～9262～8050～7226～5616～4412～338～245～174～133～7AC-16

10090～10076～9260～8034～6220～4813～369～267～185～144～8細(xì)粒式AC-13

10090～10068～8538～6824～5015～3810～287～205～154～8AC-10

10090～10045～7530～5820～4413～329～236～164～8砂粒式AC-5

10090～10055～7535～5520～4012～287～185～103）礦質(zhì)混合料配合比設(shè)計計算（圖解法）①材料選擇與準(zhǔn)備②礦料配合比設(shè)計對高速公路和一級公路，宜在工程設(shè)計級配范圍內(nèi)計算1～3組粗細(xì)不同的配合比，繪制設(shè)計級配曲線，分別位于工程設(shè)計級配范圍的上方、中值及下方。設(shè)計合成級配不得有太多的鋸齒形交錯，且在0.3～0.6mm范圍內(nèi)不出現(xiàn)“駝峰”。當(dāng)反復(fù)調(diào)整不能滿意時，宜更換材料設(shè)計。（2）確定最佳瀝青用量（馬歇爾試驗）

1）預(yù)估油石比或瀝青用量概念：油石比(Pa)——瀝青占礦質(zhì)混合料的百分率,采用外摻法；瀝青用量(Pb)——瀝青占瀝青混合料的百分率,采用內(nèi)摻法。

Pb=Pa/(1+Pa)①計算礦質(zhì)混合料的合成毛體積相對密度P1……Pn——礦料配合比；γ1……γn——各種礦料的毛體積密度。②計算礦質(zhì)混合料的合成表觀相對密度③預(yù)估瀝青混合料適宜的油石比或瀝青用量或

Pa1——已建類似工程瀝青混合料的標(biāo)準(zhǔn)油石比，%；

γs1——已建類似工程集料的合成毛體積相對密度。④確定礦料的有效相對密度

γt——理論最大相對密度，采用真空法實測P1……Pn——礦料配合比；γ′1……γ′n——各種礦料的表觀密度。2）制備馬歇爾試件以預(yù)估的油石比為中值，按一定間隔取5個或5個以上不同的油石比分別成型馬歇爾試件。

一定間隔：對密級配瀝青混合料，通常為0.5%；對瀝青碎石混合料，為0.3%～0.4%。

一組油石比：一個油石比為一組，通常≥5組。

試件個數(shù)：4～6塊/組。對粒徑較大的瀝青混合料，宜增加試件數(shù)量。如：預(yù)估的最佳油石比為4.5%，一組試件油石比可選擇：

3.5%，4.0%，4.5%，5.0%，5.5%。試驗制件須注意：1.一般需要稱量5組礦料

瀝青采用外摻法：每組試件的礦料級配用量相同，瀝青摻量不同。2.制件計算材料用量示例按約1200g總礦料/每塊試件計算，一組6塊試件。如，礦料配比為：10～20mm碎石25%5～10mm碎石38%

砂32%

礦粉5%

╳1200g╳6塊

7200g

（考慮損失，取7500g）一組試件礦料實際用量：10～20mm碎石=1875g5～10mm碎石=2850g

砂=2400g

礦粉=375g馬歇爾試件3.計算每組試件的瀝青摻量（外摻法）

如一組試件礦料總用量/g組123457500油石比/%3.54.04.55.05.5瀝青摻量/g262.5300337.5375412.5試模瀝青混合料攪拌鍋瀝青混合料擊實儀手動脫模器3）測定計算物理指標(biāo)①測定試件的毛體積相對密度和吸水率通常采用表干法測定毛體積相對密度；對吸水率大于2%的試件，宜采用蠟封法測定。②確定瀝青混合料的最大理論相對密度采用真空法實測各組瀝青混合料的最大理論相對密度。當(dāng)只對其中一組油石比測定最大理論相對密度時，其他不同油石比時的最大理論相對密度，也可按公式計算。

i——每一組；

γb──瀝青相對密度（25℃）。③計算試件體積指標(biāo)：空隙率、礦料間隙率、瀝青飽和度體積指標(biāo)的概念：①空隙率——試件壓實后，礦料及瀝青以外的空隙的體積占試件總體積的百分率。②礦料間隙率——試件全部礦料以外的體積占試件總體積的百分率。Ps──各種礦料占瀝青混合料總質(zhì)量的百分率之和，%；③瀝青飽和度——試件礦料間隙中扣除被集料吸收的瀝青以外的有效瀝青的體積在VMA中所占的百分率。4）測定力學(xué)指標(biāo)采用馬歇爾試驗儀，測定馬歇爾穩(wěn)定度(MS)及流值(FL)。5）確定最佳油石比（或瀝青用量）①繪制油石比（或瀝青用量）—物理、力學(xué)指標(biāo)關(guān)系圖②根據(jù)試驗曲線，確定瀝青混合料的最佳瀝青用量OACl

OAC1=（a1+a2+a3+a4）/4③確定瀝青混合料的最佳瀝青用量OAC2

OAC2=（OACmin+OACmax）/2④確定最佳瀝青用量OAC

通常取OAC=（OACl+OAC2）/2作為計算最佳瀝青用量。特殊要求，還要按溫度或交通量進行調(diào)整。①

油石比—物理、力學(xué)指標(biāo)關(guān)系圖在圖中確定：a1——毛體積最大相應(yīng)的油石比；

（a1=4.2%）

a2——穩(wěn)定度最大相應(yīng)的油石比；（a2=4.2%）如要求MS≥8kN，則合適的油石比范圍為：

3.5%～5.5%；在圖中確定：a3——空隙率范圍中值（或目標(biāo)空隙率）相應(yīng)的油石比；

如要求VV=2%～6%，則合適的油石比范圍為：

4.0%～5.5%

（中值4%，a3=4.5%）在圖中確定：滿足流值要求的油石比。如要求FL=2%～4%，則合適的油石比范圍為：

3.5%～5.4%a4——瀝青飽和度范圍中值相應(yīng)的油石比；如要求VFA=65%～85%，則合適的油石比范圍為：

4.0%～5.5%

（中值75%，a4=4.6%）③滿足各項技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的油石比范圍：

—4.0%～5.5%3.5%～5.5%3.5%～5.4%

—4.0%～5.5%確定公共用量范圍(OACmin～OACmax)為：4.0%～5.4%則OAC2=（OACmin+OACmax）/2=（4.0%+5.4%）/2=4.7%④

OAC=（OAC1+OCA2）/2=（4.4%+4.7%）=4.55%②確定OAC1=(a1+a2+a3+a4)/4=(4.2%+4.2%+4.5%+4.6%)/4=4.4%⑤計算的最佳OAC，從VV和VMA圖中得出所對應(yīng)的空隙率和VMA值，檢驗是否能滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最小VMA值的要求。

OAC宜位于凹形曲線最小值的貧油一側(cè)。當(dāng)空隙率不是整數(shù)時，最小VMA按內(nèi)插法確定，并將其畫入圖中。檢查油石比與物理-力學(xué)指標(biāo)關(guān)系圖中相應(yīng)于此OAC的各項指標(biāo)是否均符合馬歇爾試驗技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。如上例OAC=4.55%，進行VV和VMA檢驗。⑥根據(jù)實踐經(jīng)驗和公路等級、氣候條件、交通情況，調(diào)整確定最佳瀝青用量OAC。（1）調(diào)查與當(dāng)?shù)貤l件相近工程的瀝青用量和使用效果，論證適宜的最佳瀝青用量，與計算最佳瀝青用量對照，如相差甚遠，應(yīng)查明原因，必要時重新調(diào)查級配，進行配合比設(shè)計。（2）對炎熱地區(qū)公路以及高速公路、一級公路的重載交通路段，山區(qū)公路的長大坡度路段，預(yù)計有可能產(chǎn)生較大車轍時，宜在空隙率符合要求的范圍內(nèi)將計算OAC減小0.1～0.5%作為設(shè)計瀝青用量。此時，除空隙率外的其他指標(biāo)可能會超出馬歇爾試驗配合比設(shè)計技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，配合比設(shè)計報告或設(shè)計文件必須予以說明。但配合比設(shè)計報告必須要求采用重型輪胎壓路機和振動壓路機組合等方式加強碾壓，以使施工后路面的空隙達到未調(diào)整前的原最佳瀝青用量時的水平，且滲水系數(shù)符合要求。如果試驗路段試拌試鋪達不到此要求時，宜調(diào)整所減小的瀝青用量的幅度。（3）對寒區(qū)道路、旅游道路、交通量很少的公路，最佳瀝青用量可以在OAC的基礎(chǔ)上增加0.1～0.3%，以適當(dāng)減小設(shè)計空隙率，但不得降低壓實度要求。調(diào)整原則：6）檢驗最佳瀝青用量時的粉膠比和有效瀝青膜厚度①計算瀝青結(jié)合料被集料吸收的比例及有效瀝青含量

瀝青被集料吸收的比例：

有效瀝青含量：②計算最佳瀝青用量時的粉膠比和有效瀝青膜厚度

粉膠比：

有效瀝青膜厚度：集料的比表面積：

7）配合比設(shè)計檢驗①高溫穩(wěn)定性檢驗②水穩(wěn)定性檢驗③低溫抗裂性能檢驗④滲水系數(shù)檢驗

小結(jié)采用馬歇爾試驗確定最佳瀝青用量的步驟：1）預(yù)估油石比或瀝青用量2）制備馬歇爾試件3）測定計算物理指標(biāo)4）測定力學(xué)指標(biāo)5）確定最佳油石比（或瀝青用量）6）檢驗最佳瀝青用量時的粉膠比和有效瀝青膜厚度7）配合比設(shè)計檢驗2.生產(chǎn)配合比設(shè)計階段目標(biāo)配合比確定之后，進入第二個設(shè)計階段，應(yīng)用實際施工拌和機進行試拌，以確定施工配合比。采用目標(biāo)配合比設(shè)計的最佳瀝青用量，按照OAC-0.3%、OAC、OAC+0.3%等三個瀝青用量進行馬歇爾試驗和試拌，通過室內(nèi)試驗及從拌合機取樣試驗綜合確定生產(chǎn)配合比的最佳瀝青用量，由此確定的最佳瀝青用量與目標(biāo)配合比設(shè)計的結(jié)果的差值不宜大于±2％。3.生產(chǎn)配合比驗證階段生產(chǎn)配合比驗證階段，即試拌試鋪階段。按照規(guī)范規(guī)定的試驗段鋪設(shè)要求，進行各種試驗，當(dāng)全部滿足要求時，便可進入正常生產(chǎn)階段。瀝青混合料配合比設(shè)計工程實例[題目]試設(shè)計某高速公路瀝青混凝土路面用瀝青混合料的配合組成。[原始資料]1.道路等級高速公路；

2.路面類型AC-16瀝青混凝土；

3.結(jié)構(gòu)層位三層式瀝青混凝土的上面層；

4.氣候條件最低月平均氣溫-8℃；

5.材料性能（1）瀝青材料

可供應(yīng)A級70號和90號兩種道路石油瀝青。經(jīng)檢驗各項技術(shù)性能均符合要求。（2）礦質(zhì)材料1）碎石和石屑:石灰石軋制碎石，飽水抗壓強度12OMPa，洛杉磯磨耗率12%,粘附性(水煮法)Ⅴ級,視密度2.70g/cm3；2）砂:黃砂(中砂),含泥量及泥塊量均<1%,視密度2.65g/cm33）礦粉:石灰石磨細(xì)石粉，粒度范圍符合技術(shù)要求，無團粒結(jié)塊，視密度2.58g/cm3。[設(shè)計要求]1.根據(jù)道路等級、路面類型和結(jié)構(gòu)層位，確定瀝青混凝土類型，并選擇礦質(zhì)混合料的級配范圍。根據(jù)現(xiàn)有各種礦質(zhì)材料的篩析結(jié)果，采用圖解法確定各種礦料的配合比，并依據(jù)題意對高速公路要求組配的礦質(zhì)混合料的級配進行調(diào)整。

2.通過馬歇爾試驗，確定最佳瀝青用量。

3.最佳瀝青用量按水穩(wěn)定性檢驗和抗車轍能力校核。

[解]1.礦質(zhì)混合料配合組成設(shè)計（1）確定瀝青混合料類型由題意，為使高速公路上面層具有較好的抗滑性，選用中粒式AC-16型瀝青混凝土混合料。（2）確定礦質(zhì)混合料級配范圍按表7.16查出中粒式AC-16型瀝青混凝土的礦質(zhì)混合料級配范圍，經(jīng)調(diào)整后的工程級配范圍如表7.17。級配類型篩孔尺寸(方孔篩)/mm16.O13.29.54.752.361.180.60.30.150.075AC-16瀝青混凝土工程級配范圍下限9076603420139754上限10092806248362618148表7.17礦質(zhì)混合料要求級配范圍/%

（3）礦質(zhì)混合料配合比設(shè)計①礦質(zhì)集料篩分試驗

現(xiàn)場取樣進行篩分試驗:

碎石選用三種規(guī)格：10～20mm、5～10mm、3～5mm

石屑黃砂礦粉

六種礦質(zhì)集料的篩析結(jié)果列于表7.18。表7.18六種集料的篩分結(jié)果材料名稱篩孔尺寸（方篩孔）/mm16.O13.29.54.752.361.180.60.30.150.075通過百分率/%碎石10～20mm10088.616.6O.4O.30.30.30.30.30.25～10mm10010099.78.70.70.70.70.70.70.63～5mm10010010094.73.70.50.50.50.50.3石屑10010010010097.267.840.530.220.64.2黃砂10010010010087.962.246.43.73.11.9礦粉10010010010010010010099.896.284.7②組成材料配合比設(shè)計計算采用圖解法設(shè)計組成材料配合比，如圖7.7所示。由圖解法確定各種材料用量為10～20mm碎石:5～10mm碎石:3～5mm碎石:石屑:黃砂:礦粉=34.5%:24%:10.5%:11.5%:13%:6.5%。③調(diào)整配合比從圖7.8可以看出，計算的合成級配曲線接近級配范圍中值。由于高速公路交通量大、軸載重，為使瀝青混合料具有較高的高溫穩(wěn)定性，合成級配曲線應(yīng)偏向級配曲線范圍的下限，為此配合比應(yīng)做調(diào)整。

經(jīng)調(diào)整，各種材料的用量比例為：

10～20mm碎石:5～10mm碎石:3～5mm碎石:石屑:黃砂:礦粉=42%:20%:14%:9%:10%:5%。

調(diào)整后合成級配曲線光滑平順，且接近級配曲線的下限。圖7.7礦質(zhì)混合料配合比計算圖

圖7.8礦質(zhì)混合料級配曲線圖

試件組號油石比/%技術(shù)指標(biāo)毛體積密度ρs/g·cm-3空隙率VV/%礦料間隙率VMA/%瀝青飽和度VFA/%穩(wěn)定度MS/kN流值FL/mm123454.04.55.05.56.02.3282.3462.3