第九章沥青混合料的检测与应用.docx

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第九章沥青混合料的检测与应用

9．1概述

随着国民经济和现代化交通运输事业发展的需要，对道路工程提出了更高的要求。

采用沥青材料作结合料黏结矿料成混合料修筑面层与各类基层和垫层所组成的路面结构，已成为高级路面结构的主要材料。

　　按照现代沥青路面的建筑工艺，用沥青作为胶结材料修建的道路路面，因配料和施工方法的不同而有多种类型。

经常采用的有沥青表面处治和沥青贯入式路面，以及炭青碎石和沥青混凝土路面等。

表面处治和贯入式只需要按《沥青路面施工与验收规范》（GB50092-l99S）选用材料在现场投料施工即可；沥青碎石和沥青混凝土则需要事先在试验室中进行配合比设计，确定出各项性能指标完全符合《沥青路面施工与验收规范》（GB50092-l996）要求的配合比后，才能交付施工。

　　本章主要介绍按级配原则设计的沥青混合料。

9．1．1定义

　　沥青混合料是矿料与沥青拌和而成的混合料的总称，包括沥青混凝土混合料和沥青碎石混合料。

　　1）沥青混凝土混合料（以AC表示，采用圆孔筛时用LH表示）。

由适当比例的粗骨料、细骨料及填料与沥青在严格控制条件下拌和的沥青混合料。

其压实后的剩余空隙率小于10%。

　　2）沥青碎石混合料（以AM表示，采用圆孔筛时用LS表示）。

由适当比例的粗骨料、细骨料及少量填料（或不加填料）与沥青拌和而成的半开式沥青混合料。

其压实后的剩余空隙率大于10%。

9．1．2沥青混合料的分类

（1）按结合料分类

　　1）石油沥青混合料。

以石油沥青为结合料的沥青混合料（包括黏稠石油沥青、乳化石油沥青及液体石油沥青）。

　　2）煤沥青混合料。

以煤沥青为结合料的沥青混合料。

（2）按施工温度分类

　　按沥青混合料拌制和摊铺温度分为:

热拌热铺沥青混合料和常温沥青混合料。

　　1）热拌热铺沥青混合料，简称热拌沥青混合料。

沥青与矿料在热态拌和、热态铺筑的混合料。

　　2）常温沥青混合料。

以乳化沥青或稀释沥青与矿料在常温状态下拌制、铺筑的混合料。

　　（3）按矿质骨料级配类型分类

　　1）连续级配沥青混合料。

沥青混合料中的矿料是按级配原则，从大到小各级粒径都有，按比例相互搭配组成的混合料，称为连续级配沥青混合料。

　　2）间断级配沥青混合料。

连续级配沥青混合料矿料中缺少一个或两个档次粒径的沥青混合料称为间断级配沥青混合料。

　　（4）按混合料密实度分类

　　1）密级配沥青混凝土混合料。

按密实级配原则设计的连续型密级配沥青混合料，但其粒径递减系数较小，剩余空隙率小于10%。

密级配沥青混凝土混合料按其剩余空隙率又可分为：

Ⅰ型沥青混凝土混合料（剩余空隙率3%~6%）和Ⅱ型沥青混凝土混合料（剩余空隙率4%~10%）。

　　2）开级配沥青混凝土混合料。

按级配原则设计的连续型级配混合料，其粒径递减系数较大，剩余空隙率大于15%。

　　将剩余空隙率介于密级配和开级配之间的（即剩余空隙率10%~15%）混合料称为半开级配沥青混合料。

　　（5）按最大粒径分类

　　按沥青混凝土混合料的骨料最大粒径可分为下列四类。

　　1）粗粒式沥青混合料。

骨料最大粒径等于或大于26.5mm（圆孔筛30mm）的沥青混合料。

　　2）中粒式沥青混合料。

骨料最大粒径为16mm或19mm（圆孔筛20mm或25mm）的沥青混合料。

　　3）细粒式沥青混合料。

骨料最大粒径为9.5mm或13.2mm（圆孔筛10mm或15mm）的沥青混合料。

　　4）砂粒式沥青混合料。

骨料最大粒径等于或小于4.75mm（圆孔筛5mm）的沥青混合料，也称为沥青石屑或沥青砂。

　　沥青碎石混合料除上述四类外尚有特粗式沥青碎石混合料，其集料最大粒径37.5mm（圆孔筛40mm）以上。

9.1.3沥青混合料的优缺点

　　用沥青混合料修筑的沥青类路面与其他类型的路面相比，具有以下优点：

　　1）优良的力学性能。

用沥青混合料修筑的沥青类路面，因矿料间有较强的黏结力，属于黏弹性材料，所以夏季高温时有一定的稳定性，冬季低温时有一定的柔韧性。

用它修筑的路面平整无接缝，可以提高行车速度。

做到客运快捷、舒适，货运损坏率低。

　　2）良好的抗滑性。

各类沥青路面平整而粗糙，具有一定的纹理，即使在潮湿状态下仍保持有较高的抗滑性，能保证高速行车的安全。

　　3）噪声小。

噪声对人体健康有一定的影响，是重要公害之一。

沥青混合料路面具有柔韧性，能吸收部分车辆行驶时产生的噪声。

　　4）施工方便，断交时间短。

采用沥青混合料修筑路面时，操作方便，进度快，施工完成后数小时即可开放交通，断交时间短。

若采用工厂集中拌和，机械化施工，则质量更好。

　　5）提供良好的行车条件。

沥青路面晴天无尘，雨天不泞；在夏季烈日照射下不反光耀眼，便于司机瞭望，为行车提供了良好条件。

　　6）经济耐久。

采用现代工艺配制的沥青混合料修筑的路面，可以保证15~20年无大修，使用期可达20余年，而且比水泥混凝土路面的造价低。

7）便于分期建设。

沥青混合料路面可随着交通密度的增加分期改建，可在旧路面上加厚，以充分发挥原有路面的作用。

　　当然，事物都并非尽善尽美，沥青混合料也有缺点或不足，主要表现在以下方面：

　　1）老化现象。

沥青混合料中的结合料——沥青是一种有机物，它在大气因素的影响下，其组分和结构会发生一系列变化，导致沥青的老化。

沥青的老化使沥青混合料在低温时发脆，引起路面松散剥落，甚至破坏。

　　2）感温性大。

夏季高温时易软化，使路面产生车辙、纵向波浪、横向推移等现象。

冬季低温时又易于变硬发脆，在车辆冲击和重复荷载作用下，易于发生裂缝而破坏。

　　优良的沥青混合料夏季高温时应有较好的稳定性，冬季低温时应有较好的抗裂性。

然而两者又是互相矛盾和互相制约的；要使两者兼顾，还需要做大量工作。

9.2沥青混合料的组成材料

沥青混合料的性质与质量，与其组成材料的性质和质量有密切关系。

为保证沥青混合料具有良好的性质和质量，必须正确选择符合质量要求的组成材料。

9．2．1沥青

　　沥青材料是沥青混合料中的结合料，其品种和标号的选择随交通性质、沥青混合料的类型、施工条件以及当地气候条件而不同。

通常气温较高、交通量大时，采用细粒式或微粒式混合料；当矿粉较粗时，宜选用稠度较高的沥青。

寒冷地区应选用稠度较小、延度大的沥青。

在其他条件相同时，稠度较高的沥青配制的沥青混合料具有较高的力学强度和稳定性。

但稠度过高，混合料的低温变形能力较差，沥青路面容易产生裂缝。

使用稠度较低的沥青配制的沥青混合料，虽然有较好的低温变形能力，但在夏季高温时往往因稳定性不足而导致路面产生推挤现象。

因此，在选用沥青时要考虑以上两个因素的影响，参照表9.1选用。

表9.1不同气候分区沥膏混舍料用沥膏选用参考表（GB50092-96）

气候分区

年度内最低月

平均气温/℃

沥青种类

沥青标号

沥青碎石

沥青混凝土

寒冷地区

≤－10

石油沥青

AH-90，AH-110，AH-130，AH-100，AH-140

煤沥青

T-6，T-7

T-7，T-8

温和地区

0~－10

石油沥青

AH-90，AH-110，AH-100，AH-140

AH-70，AH-90，AH-60，AH-100

煤沥青

T-7，T-8

较热地区

＞0

石油沥青

AH-50，AH-70，AH-90，AH-100，AH-60

AH-50，AH-70，AH-60，AH-100

煤沥青

T-7，T-8

T-8，T-9

注：

1.坚固性试验根据需要进行；

　2.用于高速公路、一级公路、城市快速路、主干路时，多孔玄武岩的表观密度可放宽至2.45g/cm3，吸水率可放宽至3%，但必须得到主管部门的批准；

　3.石料磨光值是为抗滑表层需要而试验的指标，道路磨耗损失及石料冲击值根据需要进行；

　4.钢渣浸水后的膨胀率应不大于2%。

9．2．2粗骨料

　　沥青混合料用粗骨料，可以采用碎石、破碎砾石和矿渣等。

沥青混合料用粗骨料应该洁净、干燥、无风化、不含杂质。

在力学性质方面，压碎值和洛杉矶磨耗率应符合相应道路等级的要求，如表9.2所示。

表9.2沥青混合料用粗骨料技术要求

指标

高速公路、

一级公路、

城市快速

路、主干路

其他公

路与城

市道路

指标

高速公路、

一级公路、

城市快速

路、主干路

其他公

路与城

市道路

石料压碎值（≤）/%

细长扁平颗粒含量（≤）/%

洛杉矶磨耗损失（≤）/%

泥土含量（＜0.075mm）（≤）/%

表观密度（≥）/（kg/cm3）

2.50

2.45

软石含量（≤）/%

吸水率（≤）/%

2.0

3.0

石料磨光值（PSV）（≥）

—

对沥青的贴附性（≥）

4级

3级

道路磨耗值（AAV）（≤）/%

—

坚固性（≤）/%

—

冲击值（LAV）（≤）/%

—

对于用抗滑表层沥青混合料用的粗骨料，应该选用坚硬、耐磨、韧性好的碎石或碎砾石，矿渣及软质骨料不得用于防滑表层。

用于高速公路、一级公路、城市快速道路、主干路沥青路面表面层及各类道路抗滑层用的粗骨料，应符合表9.2中磨光值、道路磨耗值和冲击值的要求。

在坚硬石料来源缺乏的情况下，允许掺入一定比例普通集料作为中等或小颗粒的粗骨料，但掺入比例不应超过粗骨料总质量的40%。

　　破碎砾石的技术要求与碎石相同。

但破碎砾石用于高速公路、一级公路、城市快速路、主干路沥青混合料时，5mm以上的颗粒中有一个以上的破碎面的含量按质量计不得少于50%。

　　钢渣作为粗骨料时，仅限于一般道路，并应经过试验论证取得许可后使用。

钢渣应有6个月以上的存放期，质量应符合表9.2的要求。

　　经检验属于酸性岩石的石料如花岗岩、石英岩等，用于高速公路、一级公路、城市快速路、主干路时，宜使用针入度较小的沥青，并采用下列抗剥离措施，使其对沥青的黏附性符合表9.2的要求。

　　1）用干燥的生石灰或消石灰粉、水泥作为填料的一部分，其用量宜为矿料总量的1%~2%。

　　2）在沥青中掺加剥离剂。

　　3）将粗骨料用石灰浆处理后使用。

　　粗骨料的粒径规格应按《道路用粗骨料规格》（GBJ92-93）（表9.3）的规定选用。

如粗骨料不符合表9.3规格，但确认与其他材料配合后的级配符合各类沥青混合料矿料级配要求（表9.4）时，可以使用。

表9.3沥青面层的粗骨料规格

规格

公称粒径/mm

通过下列筛孔（方孔筛）的质量百分率/%

37.5

1.5

6.5

13.2

9.5

4.75

2.36

0.6

S10

S11

S12

S13

S14

15~30

10~30

15~25

10~20

10~15

5~15

3~10

3~5

100

90~10

100

—

95~100

100

—

95~100

100

0~15

—

0~15

—

95~100

100

—

0~15

—

0~15

40~70

95~100

100

0~5

0~15

0~10

40~70

55~100

0~5

0~15

0~25

0~5

表9.4沥青混合料矿料级配及沥青用量范围

级配类型

通过下列筛孔（方孔筛，mm）的质量百分率/%

供参考的沥青用量/%

53.0

37.5

31.5

26.5

19.0

16.0

13.2

9.5

4.75

2.36

1.18

0.6

0.3

0.15

0.075

沥青混凝土

粗粒

中粒

细粒

砂粒

AC~30Ⅰ

Ⅱ

AC~25Ⅰ

Ⅱ

AC~20Ⅰ

Ⅱ

AC~16Ⅰ

Ⅱ

AC~13Ⅰ

Ⅱ

AC~10Ⅰ

Ⅱ

AC~5Ⅰ

100

90~100

100

79~92

65~85

95~100

90~100

100

66~82

52~70

75~90

65~85

95~100

90~100

100

59~77

45~65

62~80

52~70

75~90

65~85

95~100

90~100

100

52~72

38~58

53~73

42~62

62~80

52~70

75~90

65~85

95~100

90~100

100

43~63

30~50

43~63

32~52

52~72

40~60

58~78

50~70

70~88

60~80

95~100

90~100

100

32~52

18~38

32~52

20~40

38~58

26~45

42~63

30~50

48~68

34~52

55~70

40~60

95~100

25~42

12~28

25~42

13~30

28~46

16~33

32~50

18~35

36~53

22~38

38~58

24~42

55~75

18~32

8~20

18~32

9~23

20~34

11~25

22~37

12~26

24~41

14~28

26~43

15~30

35~55

13~25

4~14

13~25

6~16

15~27

7~18

16~28

7~19

18~30

8~20

17~33

9~22

20~40

8~18

3~11

8~18

4~12

10~20

4~13

11~21

4~14

12~22

5~14

10~24

6~15

12~28

5~13

2~7

5~13

3~8

6~14

3~9

7~15

3~9

8~16

3~10

6~16

4~10

7~18

3~7

1~5

3~7

2~5

4~8

2~5

4~8

2~5

4~8

2~6

4~9

2~6

5~10

4.0~6.0

3.0~5.0

4.0~6.0

3.0~5.0

4.0~6.0

3.5~5.5

4.0~6.0

3.5~5.5

4.5~6.5

4.0~6.0

5.0~7.0

4.5~6.5

6.0~8.0

沥青碎石

特粗

粗粒

中粒

细粒

AM~40

AM~30

AM~25

AM~20

AM~16

AM~13

AM~10

100

90~100

100

50~80

90~100

100

40~65

50~80

90~100

100

30~54

38~65

50~80

90~100

100

25~30

32~57

43~73

60~85

90~100

100

20~45

25~50

38~65

50~75

60~85

90~100

100

13~38

17~42

25~55

40~65

45~68

50~80

85~100

5~25

8~30

10~32

15~40

18~42

20~45

35~65

2~15

2~20

5~22

6~25

8~28

10~35

0~10

0~15

0~14

2~16

3~18

4~20

5~22

0~8

0~10

1~12

1~14

2~16

0~6

0~8

0~10

1~10

0~10

0~12

0~5

0~6

0~8

0~9

0~4

0~5

0~6

2.5~3.5

3.0~4.0

3.0~4.5

抗滑表层

AK~13A

AK~13B

AK~16

100

90~100

85~100

60~82

60~80

50~70

45~70

30~53

18~40

25~45

20~40

10~30

15~35

15~30

8~22

10~25

10~23

5~7

8~18

7~18

3~12

6~13

5~12

3~9

4~10

4~8

2~6

3~7

3.5~5.5

9．2．3细骨料

　　沥青混合料所需的细骨料，可选用天然砂和轧制碎石时的石屑。

砂质应坚硬、洁净、干燥，不含或少含杂质，无风化现象，并有适当级配。

其级配的适用性，以其与粗骨料和矿粉所配制的矿质混合料以能符合表8.4的要求为准。

当使用一种细骨料不能满足级配要求时，可用两种或两种以上的细骨料掺配使用。

9.2.4填料

　　沥青混合料的填料宜采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石（憎水性石料），经磨细得到的矿粉。

原石料中泥土含量应小于3%，并不得含有其他杂质。

矿粉要求干燥、洁净，其质量应符合表8.5的技术要求，当采用水泥、石灰、粉煤灰作填料时，其用量不宜超过矿料总量的2%。

　　粉煤灰作为填料使用时，烧失量应小于12%，塑性指数应小于4%，其余质量要求与矿粉相同。

粉煤灰的用量不宜超过填料总量的50%，并应经试验确认与沥青有良好的黏附性。

　　拌和机采用干法除尘，石粉尘可作为矿粉的一部分回收使用，湿法除尘、石粉尘回收使用时应经干燥粉尘处理且不得含有杂质。

回收粉尘的用量不得超过填料总量的50%，掺有粉尘石料的塑性指数不得大于4%，其余质量要求与矿粉相同。

表9.5沥青混合料用矿粉质量技术要求

指标

高速公路、一级公路、城市快速路、主干路

其他公路与城市道路

表观密度（≥）/（kg/cm3）

2.50

2.45

含水量（≤）/%

粒度范围/%，＜0.6mm

＜0.15mm

＜0.075mm

100

90~100

75~100

100

90~100

70~100

外观

无团粒结块

9.3沥青混合料的结构与强度理论

由沥青、粗细骨料和填料所组成的沥青混合料是一种复合材料。

由于各组成材料质量和数量的差异，所组成的沥青混合料可形成不同的结构，因而也表现出不同的物理力学性能。

　　通过对沥青混合料的结构和强度深入研究的结果，提出了各种不同的强度理论。

目前比较好的是“表面理论”和“胶浆理论”。

　　“表面理论”认为：

由粗、细骨料和填料组成的矿质混合料，经人工合理级配后形成密实的矿质骨架；热熔状态的沥青与矿料充分拌和的结果，在矿料表面形成均匀的包裹层，经压实固结后，将松散的矿质颗粒胶结成具有一定强度的整体，从而使沥青混合料获得强度和稳定性。

　　“胶浆理论”则认为：

沥青混合料是多级空间网状结构的分散系统。

一级为粗分散系，以粗骨料为分散相，分散在沥青砂浆介质中而形成；二级为细分散系，以细骨料为分散相，分散在沥青胶浆（矿粉＋沥青）介质中而形成；三级为微分散系，以填料为分散相，分散在高稠度的沥青介质中所形成。

三级分散系以沥青胶浆为主体，它的组成结构决定着沥青混合料的高温稳定性和低温变形能力。

　　两种理论的主要差别在于：

“表面理论”强调矿质骨料的骨架作用，认为强度的关键首先是矿质集料的强度与密实度；“胶浆理论”则重视沥青胶浆在混合料中的作用，突出沥青与填料之间的交互作用和关系。

两种理论的侧重面不同，实际上矿料和胶浆在混合料中起着不同的作用而又互为补充。

9.3.1沥青混合料的结构

　　沥青混合料因其各组成材料间的比例不同、矿料的级配类型不同，可以形成三种不同类型的结构，如图9.1所示。

（1）密实-悬浮结构

　　当采用连续型密级配矿质混合料时，易形成此种结构。

由于矿料颗粒由大到小连续存在，且各占一定比例，同一粒径的较大颗粒被次级较小颗粒拨开，犹如悬浮状态处于较小的颗粒中，这种结构通常按最佳级配原理设计，故密实度及强度较高。

但因结构中粗颗粒含量较少，不能形成骨架，所以内摩阻力较小。

混合料受沥青材料性质的影响较大，故稳定性较差。

图9.l三种典型沥青混合料结构组成示意图

（2）骨架-空隙结构

　　当采用连续型开级配矿质混合料时，粗骨料较多，彼此紧密接触，石料能充分形成骨架；但细骨料较少，不足以充分填充空隙，混合料的空隙率较大，因而成为一种骨架—空隙结构。

在此结构中，粗骨料间的嵌挤力和内摩阻力起重要作用，混合料受沥青性质的影响较小，所以热稳定性较好。

但沥青与矿料的黏结力小，故表现较低的黏聚力。

　　（3）密实-骨架结构

　　当采用间断型密级配设计原则时，易于形成此种结构。

此时粗集料较多，可以形成骨架，同时又有一定数量的细骨料足以填满空隙，再加入适量沥青即可组成既密实又有较大粘聚力的整体结构。

具有密实—骨架结构的沥青混合料综合了以上两种结构的优点：

密实度最大，同时具有较高的黏聚力和内摩阻力，是理想的结构类型。

9．3．2沥青混合科的强度理论

　　沥青混合料强度的产生是矿质骨料的骨架作用、沥青的胶结作用以及填料的填充和胶结作用的结果。

混合料在路面结构中的强度除与其组成材料和结构类型有关外，还随外部温度条件而变化。

温度升高时，沥青混合料逐渐软化，高温时处于塑性状态，其抗剪强度将大大降低，且因塑性变形过剩而产生推挤现象；温度降低时，混合料逐渐变硬，低温时结构物接近板状，此时因抗拉强度不足或变形能力不好而产生裂缝。

　　现代强度理论认为，沥青混合料的组成结构属于分散体系，主要考虑混合料在高温时必须具有一定的抗剪强度和抵抗变形的能力，称它们为高温时的强度和稳定性。

大量的试验研究指出：

沥青混合料的抗剪强度（τ）主要取决于沥青与矿料间因物理化学交互作用而产生的黏聚力（c），以及矿料颗粒在沥青混合料中分散程度不同而产生的内摩阻角（Ф），即

τ＝f（cФ）

其中的c，Ф值可通过三轴试验直接获得，也可以通过无侧限抗压强度和劈裂抗拉强度加以换算。

　　影响沥青混合料抗剪强度（黏聚力和内摩阻角）的因素很多，主要有沥青本身的性质、矿料（主要是填料）的组成和性质、沥青与矿料间的交互作用以及沥青与填料的用量等，现分述如下。

1．沥青的黏度对沥青混合料抗剪强度的影响

　　沥青混合料作为具有多级空间网络结构的分散系，从最细一级网络结构来看，它是各种矿质骨料分散在沥青中的分散系，因此它的抗剪强度与分散相的浓度和分散介质的黏度有密切关系。

在其他条件相同的情况下，沥青混合料的黏聚力随沥青黏度的提高而增大。

因为沥青的黏度表示沥青内部胶团相互位移、分散介质（沥青也是一种胶体分散系统）抵抗剪切作用的能力。

沥青的黏度提高，其抗剪能力增大。

所以，沥青混合料受到剪切作用时，具有高黏度的沥青能使混合料的黏聚力增大，使其具有较高的抗剪强度。

特别是沥青混合料受短暂的瞬时荷载作用时，黏聚力的作用更为显著。

另有试验表明，沥青黏度提高时，混合料的内摩阻角也稍有增加。

2．沥青与矿料间的交互作用对混合料杭剪强度的影

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