整理第6讲沥青混合料.docx
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整理第6讲沥青混合料
第五讲沥青混合料
一、沥青混合料的种类
沥青混合料是由矿料与沥青结合料拌和而成的混合料的总称。
1．按材料组成及结构分为：
连续级配、间断级配混合料。
1）.连续级配混合料
按级配原则，从大到小各粒级都有，并按比例相互搭配组成的矿料与沥青结合料拌和而成的混合料。
2）.间断级配混合料
连续级配级配组成中缺少1个或几个粒径档次（或用量很少）的矿料与沥青结合料拌和而成的混合料。
3）.沥青马蹄脂碎石混合料
由沥青结合料与少量的纤微稳定剂、细集料以及较多量的填料（矿粉）组成的沥青马蹄脂，填充于间断级配的粗集料骨架间隙组成的沥青混合料。
2．按矿料级配组成及空隙率大小分为：
密级配、半开级配、开级配混合料。
1）.密级配沥青混合料
按密实级配原理设计组成的矿料与沥青结合料拌和而成的、设计空隙率较小（2～6%））的密实型沥青混凝土混合料（以AC表示）和密实型沥青稳定碎石混合料（以ATB表示）。
按关键性筛孔通过率的不同又可分为细型、粗型密级配沥青混合料。
粗集料嵌挤作用较好的也称嵌挤密级配沥青混合料。
2）.半开级配沥青碎石混合料
由适当比例的粗集料、细集料及少量填料（或不加填料）与沥青结合料拌和而成，经马歇尔标准击实成型的试件的剩余空隙率在6%%～12%的沥青混合料（以AM表示）。
3）.开级配沥青混合料
矿料级配主要由粗集料嵌挤组成，细集料及填料较少，设计空隙率为18%的沥青混合料。
4）.沥青稳定碎石混合料（简称沥青碎石）
由矿料和沥青组成具有一定级配要求的混合料，按空隙率、集料最大粒径、添加矿粉数量的多少，分为密级配沥青碎石（ATB）、开级配沥青碎石（OGFC表面层及ATPB基层）、半开级配沥青碎石（AM）。
3．按公称最大粒径分为：
特粗式（公称最大粒径等于或大于31.5mm）、粗粒式（公称最大粒径为26.5mm）、中粒式（公称最大粒径为16mm或19mm）、细粒式（公称最大粒径为9.5mm或13.2mm）、砂粒式（公称最大粒径小于9.5mm）沥青混合料。
4．按制造工艺分为：
热拌沥青混合料、冷拌沥青混合料、再生沥青混合料等。
二、技术性质及标准
（一）、技术性质
沥青路面是暴露在自然界中的结构物，除了直接承受车辆交通荷载作用外，还受到各种自然因素的影响，因此要求路面既要有承受交通荷载作用的稳定性，还要有抵抗自然因素作用的耐久性；同时为了保证行车安全、舒适、高速，要求路面还必须具有特殊表面特性，即抗滑性。
路面的这些性能，都是沥青混合料应该具备的。
1.高温稳定性
沥青混合料的高温稳定性是指在高温季节，在车辆荷载长期作用下，路面不产生车辙和波浪等病害的性能。
沥青混合料的特点是强度和抗变形能力随温度升降而产生变化，温度升高时，沥青的粘滞度降低，矿料之间的粘结力削弱，导致强度降低。
温度降低时情况正好相反。
影响沥青混合料高温稳定性的主要因素一是沥青和矿料的性质及其相互作用的特性，二是矿料的级配组成。
JTGF40--2004规定采用马歇尔稳定度和流值来评价沥青混合料的高温稳定性；对高速公路、一级公路、城市快速路、主干路的沥青混合料，还应通过动稳定度试验检验其抗车辙能力。
1）.马歇尔稳定度（MS）和流值（FL）稳定度是指标准尺寸试件在规定温度和加荷速度下，在马歇尔仪上受压至破坏时的最大荷载（kN）；流值是达到最大破坏荷载时试件的垂直变形（以mm计）。
2）.动稳定度（DS）在规定的试件尺寸、温度和轮压（着地压力）下，试验轮在试板上沿同一轨迹按要求的速度做往复运动，通过变形量测装置测量不同时间轮迹的深度，以每产生1mm深的轮迹变形，试验轮的行走次数作为动稳定度。
动稳定度试验也称车辙试验。
动稳定度是一个验证性指标，即在矿料配合比和沥青用量确定以后，成型车辙试件进行车辙试验，当试验结果满足技术标准要求，则验证试验通过，否则重新进行配合比调整试验。
2.低温抗裂性
在气候寒冷地区，冬季气温下降，特别是急骤降温时，沥青混合料发生收缩，如果收缩受阻就会产生拉应力，该应力超过沥青混合料的抗拉强度，路面就会产生开裂。
因此沥青混合料不仅应具备高温稳定性，同时还要具有低温抗裂性，以保证路面在低温季节不产生裂缝。
影响低温开裂的因素很多，从沥青混合料本身讲，与沥青的性质、沥青含量、矿质混合料的级配等有关。
沥青粘滞度大，或沥青含量较大，沥青混合料具有较高的低温抗裂性。
密级配沥青混合料低温抗裂性较开级配沥青混合料高。
沥青混合料低温抗裂性用低温弯曲试验的破坏应变评价，采用棱柱体试件，在-10℃、加载速率50mm/min的条件下进行弯曲试验，测定破坏强度、破坏应变、破坏劲度模量，并根据应力应变曲线的形状，综合评价沥青混合料的低温抗裂性能。
该方法主要限于密级配沥青混合料。
3.水稳性
由水引起的沥青路面损坏称为水损坏。
在沥青混合料配合比设计试验阶段，对其抗水损害能力应给予充分的考虑。
沥青混合料的水稳性从两个方面进行评价，一是从原材料方面进行评价；二是从沥青混合料方面进行评价。
1）青与石料的粘附性粗集料表面被沥青膜裹附后，抵抗受水浸蚀造成剥落的能力称为
沥青与粗集料的粘附性。
提高粘附性，可以提高混合料的水稳性。
粘附性试验方法见第四章。
2）留稳定度残留稳定度是验证性试验指标。
马歇尔试验按试验时的浸水条件的不同，
分为标准马歇尔试验、浸水马歇尔试验和真空饱水马歇尔试验，三者均是在60℃的温度下测定马歇尔稳定度，区别在于浸水条件不同。
标准马歇尔试验试件在60℃的水中保持时间为30min～40min；浸水马歇尔试验在60℃的水中保持时间为48h；真空饱水是将试件在规定的真空度下维持一定的时间后，靠负压使试件浸冷水饱和后恢复常压，再在60℃的水中保持48h。
浸水马歇尔稳定度与标准马歇尔稳定度的比值称为残留稳定度；真空饱水马歇尔稳定度与标准马歇尔稳定度的比值称为真空饱水残留稳定度，均用百分数表示，都是表示混合料水稳定性的指标（试验方法见第四节马歇尔试验）。
3）冻融劈裂强度比对年最低平均气温低于-21.5℃寒冷地区，还需要用冻融劈裂强度比检验沥青混合料的水稳性。
该指标比上述残留稳定度条件更苛刻一些。
用两面击实50次的马歇尔试件，常温下浸水20min，在98.3kPa～98.7kPa的真空条件下保持15min，在-18℃的冰箱中冷冻16h，在60℃的水中保持24h完成一个冻融循环，在25℃的水中保持2h后测定劈裂强度，与未进行冻融循环的同温度劈裂强度之比，即为冻融劈裂强度比，用百分数表示。
4）饱水率吸水率和饱水率是反映混合料吸水能力的两项指标，吸水率是试件在常压条
件下，吸水的体积与沥青混合料的体积之比，吸水率的试验方法完全与表干密度试验方法一样。
饱水率是试件在真空条件下吸水的能力，用吸水的质量与试件干质量之比表示。
饱水率不单独作为沥青混合料的性能指标，是针对其它试验有需要对试件进行饱水处理（如冻融劈裂）而设立的方法。
另外，当试件的矿料配合比例和沥青含量未知，测定空隙率有困难时，
用饱水率可大体上反映其空隙率，在旧路调查时常有用。
也可用于沥青混合料生产的质量控制。
4.耐久性
沥青混凝土路面，长期受自然因素的作用，为保证路面具有较长的使用年限，要求沥青混合料必须具有较好的耐久性。
我国现行规范采用粘附性、空隙率、饱和度（即沥青填隙率）和残留稳定度等指标来表征沥青混合料的耐久性。
1）空隙率空隙率是指压实的沥青混合料试件中，空隙体积占试件总体积的百分数，由试件的表干相对密度和最大相对密度计算求得。
就沥青混合料的组成结构而言，耐久性首先取决于沥青混合料的空隙率。
空隙率的大小与矿质骨料的级配、沥青材料的用量以及压实程度等有关。
从耐久性角度出发，希望沥青混合料空隙率尽量小，以防止水的渗入和日光紫外线对沥青的老化作用等，但是一般沥青混合料中均应留有一定的空隙率，以备夏季沥青材料膨胀，引起路面热稳定方面的问题。
沥青混合料空隙率与水稳定性有关。
空隙率大，且沥青与矿料粘附性差的混合料，在饱水后石料与沥青粘附性降低，易发生剥落，同时颗粒相互推移产生体积膨胀以及出现力学强度显著降低等现象，引起路面早期破坏。
2）饱和度压实沥青混合料中，沥青体积占矿料骨架以外的空隙体积的百分率，亦称沥青填隙率。
饱和度和空隙率是沥青混合料配合比设计中要平衡的一对矛盾，饱和度越大，混合料的空隙率越小，混合料的热稳定性相对较差，但低温稳定性较好。
反之亦然。
3）沥青用量沥青路面的使用寿命还与混合料中的沥青含量有很大的关系。
当沥青用量较正常用量小时，则沥青膜变薄，混合料的延伸能力降低，脆性增加；沥青用量偏少还将使混合料的空隙率增大，饱和度降低，沥青膜暴露面积较大，加速了老化作用。
同时增加了渗水率，加强了水对沥青的剥落作用。
有研究认为，沥青用量较最佳沥青用量少0.5％的混合料能使路面使用寿命减少一半以上。
5.抗滑性
随着现代高速公路的发展，对沥青混合料路面的抗滑性提出更高的要求。
沥青混合料路面的抗滑性与矿质集料的微表面性质、混合料的级配组成以及沥青用量等因素有关。
因此从原材料的角度讲，路面的抗滑性通常用石料的磨光值、沥青的含蜡量来评价（见砂石材料、沥青各章）；从混合料配合比例的角度讲取决于沥青用量；从路面结构的角度讲通常用路面的摩擦系数来评价（见路面结构检测）。
1）集料磨光值。
现行施工技术规范（JTGF40--2004）对抗滑层集料提出了磨光值、道瑞磨耗值和冲击值等三项指标，为了使沥青路面有足够的抗滑性，选择原材料时要特别注意粗集料的耐磨光性，应选择硬质有棱角的集料。
但硬质集料往往属于酸性集料，与沥青的粘附性差，可以通过掺加抗剥剂等措施改善粘附性。
2）沥青用量。
沥青用量对抗滑性的影响非常敏感，沥青用量超过最佳用量的0.5％即可使抗滑系数明显降低。
3）含蜡量。
沥青含蜡量对沥青混合料抗滑性有明显的影响，现行施工技术规程（JTGF40--2004）规定，重交通量道路石油沥青含蜡量应不大于2.2％。
6抗老化性
老化试验分为短期老化和长期老化，短期老化采用松散试样，其效果相当于沥青混合料在施工拌和和铺筑过程中的老化；长期老化采用压实的混合料试样，其效果相当于压实的沥青混合料路面在5～7年的使用年限内的全部老化过程。
短期老化的混合料可以用来评价混合料的高温稳定性；长期老化的混合料可以用来评价混合料的低温抗裂、疲劳、水损害等在使用过程中逐渐发生的破坏性性能指标；也适用于与未进行老化试验的混合料的性能比较，以评价混合料的抗老化性能。
但由于现行规范的一系列性能指标都是建立在以新拌沥青混合料为基础的试验上，采用老化后的混合料评价沥青混合料的各项性能，涉及到新的指标体系的建立。
所以在现阶段，主要用于添加抗剥落剂的沥青混合料的试验，以评价抗剥落剂的效果。
据试验证明，一些抗剥落剂在刚加入混合料后效果很明显，但经老化后粘附
性等级显著下降，因此用老化后的沥青混合料评价抗剥落剂的效果不失为一种好方法。
（二）、技术标准
现行《沥青路面施工技术规范》（JTGF40--2004）规定，热拌沥青混合料配合比设计采用马歇尔法，各类混合料的技术标准分别见表5-1～5-8。
密级配沥青混凝土混合料马歇尔试验技术标准表5-1
试验指标
高速公路、一级公路
其他等级公路
行人道路
单
位
夏炎热区（1-1、1-2、1-3、1-4）
夏热区及吓凉区（2-1、2-2、2-3、2-4、3-2）
中轻交通
重载交通
中轻交通
重载交通
击实次数（双面）
次
75
50
50
试件尺寸
mm
φ101.6×63.5
空隙率VV
深约90mm以内
%
3～5
4～6
2～4
3～5
3～6
2～4
深约90mm以下
%
3～6
2～4
3～6
3～6
-
稳定度MS不小于
kN
8
5
3
流值FL
mm
2～4
1.5～4
2～4.5
2～4
2～4.5
2～5
矿料间隙率VMA不小于
设计空隙率（%）
%
相应于以下公称最大粒径（mm）的最小VMA及VFA技术要求（%）
26.5
19
16
13.2
9.5
4.75
2
10
11
11.5
12
13
15
3
11
12
12.5
13
14
16
4
12
13
13.5
14
15
17
5
13
14
14.5
15
16
18
6
14
15
15.5
16
17
19
沥青饱和度VFA
%
55～70
65～75
70～85
注：
1.对空隙率大于5%的夏炎热区重载交通路段，施工时应至少提高压实度1个百分点；
2.当设计空隙率不是整数时，由内插确定要求的VMA最小值；
3.对改性沥青混合料，马歇尔试验的流值可适当放宽。
沥青稳定碎石混合料马歇尔试验技术标准表5-2
试验指标
单位
密级配基层（ATB）
半开级配面层（AM）
排水式开级配磨耗层（OGFC）
排水式开级配基层（ATPB）
公称最大粒径
mm
26.5
等于或大于31.5
等于或小于26.5
等于或小于26.5
所有尺寸
马歇尔试件尺寸
mm
φ101.6×63.5
φ152.4×95.3
φ101.6×63.5
φ101.6×63.5
φ152.4×95.3
击实次数（双面）
次
75
112
50
50
75
空隙率VV
%
3～6
6～10
不小于18
不小于18
稳定度不小于
kN
7.5
15
3.5
3.5
-
流值
mm
1.5～4
实测
-
-
-
沥青饱和度VFA
%
55～70
40～70
-
-
密级配基层ATB的矿料间隙率VMA
不小于
%
设计空隙率（%）
ATB
ATB
ATB
4
11
11.5
12
5
12
12.5
13
6
13
13.5
14
注：
在干旱地区，可将密级配沥青稳定碎石基层的空隙率适当放宽到8%。
SMA混合料马歇尔试验技术标准表5-3
试验项目
单位
技术要求
试验方法
不使用改性沥青
使用改性沥青
马歇尔试件尺寸
Mm
φ101.6×63.5
T0702
马歇尔试件击实次数
次
两面各50
T0702
空隙率VV
%
3～4
T0708
矿料间隙率VMA，不小于
%
17.0
T0708
定性评价方法有：
安全检查表、预先危险分析、故障类型和影响分析、作业条件危险性评价法、危险和可操作性研究等。
粗集料骨架间隙率VCAmax，不大于
（5）建设项目对环境影响的经济损益分析。
-
VACDRB
（2）可能造成轻度环境影响的建设项目，编制环境影响报告表，对产生的环境影响进行分析或者专项评价；T0708
沥青饱和度VFA
%
75～85
T0708
发现规划存在重大环境问题的，审查时应当提出不予通过环境影响报告书的意见；稳定度，不小于
Kn
二、安全预评价5.5
6.0
T0709
（1）安全预评价。
流值
Mm
直接市场评估法又称常规市场法、物理影响的市场评价法。
它是根据生产率的变动情况来评估环境质量变动所带来影响的方法。
2～5
-
T0709
（1）规划实施后实际产生的环境影响与环境影响评价文件预测可能产生的环境影响之间的比较分析和评估；谢伦堡沥青析漏试验的结合料损失
（三）安全评价的内容和分类%
不大于0.2
1.依法评价原则；不大于0.1
T0732
肯塔堡飞散试验的混合料损失或浸水飞散试验
%
不大于20
不大于15
T0733
注：
1.对集料坚硬不易击碎，通行重载交通的路段，可将击实次数增加两面个75次；
2.对高温稳定性要求较高的重载交通路段或炎热地区，设计空隙率允许放宽到4.5%，VMA允许放宽到16.5%（SMA-16）或16%（SMA-19），VFA允许放宽到70%；
3.试验粗集料骨架间隙率VCA的关键性筛孔，对SMA-19、SMA-16是指4.75mm，对SMA-13、SMA-10是指2.36mm；
4.稳定度难以达到要求时，容许放宽到5.0KN（非改性）或5.5KN（改性），但稳定度检验必须合格。
OGFC混合料技术标准表5-4
试验项目
单位
技术要求
试验方法
马歇尔试件尺寸
mm
φ101.6×63.5
T0702
马歇尔试件击实次数
次
两面各50
T0702
空隙率VV
%
18～25
T0708
马歇尔稳定度，不小于
KN
3.5
T0709
谢伦堡沥青析漏损失
%
＜0.3
T0732
肯塔堡飞散试验损失
%
＜20
T0733
沥青混合料动稳定技术标准表5-5
气候条件与技术指标
相应于下列气候分区所要求的动稳定（次/mm）
试验方法
七月平均最高气温（℃）及气候分区
＞30
20～30
＜30
1．夏炎热区
2.夏热区
3.夏凉区
1-1
1-2
1-3
1-4
2-1
2-2
2-3
2-4
3-2
普通沥青混合料，不小于
800
1000
600
800
600
T0719
改性沥青混合料，不小于
2400
2800
2000
2400
1800
SMA混合料
非改性，不小于
1500
改性，不小于
3000
OGFC混合料
1500（一般交通路段）3000（重交通路段）
注：
1.如果其他月份的平均最高气温高于七月时，可使用该月平均最高气温；
2.在特殊情况下，如钢桥面铺装，重载车特别多或纵坡较大的长距离上坡路段、厂矿专用道路，可酌情提高动稳定的要求；
3.因气候寒冷确需要使用针入度很大的沥青（如大于100），动稳定难以达到要求，或因采用石灰岩等不很坚硬的石料，改性沥青混合料的动稳定难以达到要求等特殊情况，可酌情降低要求；
4.为满足炎热地区及重载车要求，在配合比设计时采取减少最佳沥青用量的技术措施时，可适当提高试验温度或增加试验荷载进行试验，同时增加试件的碾压成型密度和施工压实度要求；
5.车辙试验不得采用二次加热的混合料，试验必须检验其密度是否符合试验规程的要求；
6.如需要对公称最大粒径等于或大于26.5mm的混合料进行车辙试验，可适当增加试件的厚度，但不宜作为评定合格与否的依据。
沥青混合料水稳定性检验技术标准表5-6
气候条件与技术指标
相应于下列气候分区的技术要求（%）
试验方法
年降雨量（mm）及气候分区
＞1000
500～1000
250～500
＜250
1.潮湿区
2.湿润区
3.半干区
4.干旱区
浸水马歇尔试验残留稳定度（%），不小于
普通沥青混合料
80
75
T0790
改性沥青混合料
85
80
SMA混合料
普通沥青
75
改性沥青
80
冻融劈裂试验残留强度比（%），不小于
普通沥青混合料
75
70
T0729
改性沥青混合料
80
75
SMA混合料
普通沥青
75
改性沥青
80
沥青混合料低温弯曲试验破坏应变（με）技术标准表5-7
气候条件与技术指标
相应于下列气候分区所要求的破坏应变（με）
试验方法
年极端最低气温（℃）及气候分区
＜-37.0
-21.5～-37.0
-9.0～-21.5
＞-9.0
1.冬严寒区
2.冬寒区
3.冬冷区
4.冬温区
1+-1
2-1
1-2
2-2
3-2
1-3
2-3
1-4
2-4
普通沥青混合料
2600
2300
2000
T0728
改性沥青混合料
3000
2800
2500
沥青混合料试件渗水系数（ml/min）技术标准表5-8
级配类型
渗水系数要求（ml/min）
试验方法
密级配沥青混凝土，不大于
120
SMA混合料，不大于
80
T0730
OGFC混合料，不小于
实测
三、试件制作及密度试验
1.试件制作
沥青混合料试验，不同的试验项目，试件的形状、规格不同，成型的方法也不同，常用的成型方法包括击实法、静压法、轮碾法、搓揉法、振动成型法等，后两种方法在生产上还未普及。
1）击实法主要用于马歇尔试件成型。
2）轮碾法主要用于制作板状试件，如车辙试板，以及需要用板状试件切割加工的试件，如棱柱体小梁。
3）静压法主要用于制作圆柱体试件或小梁试件，当用板试件切割或钻芯有困难时可采用静压法成型。
2.密度试验方法
沥青混合料的密度，从计算混合料的空隙率、矿料间隙率、饱和度等各项体积参数的角度讲，需要的是按表干法测得的毛体积密度或毛体积相对密度。
但是由于沥青混合料类型的多样性，空隙率大小差别很大，使表干法适用性受到限制，因此就派生出其它的试验方法，这些方法在各自的适用范围内对解决问题带来一定的方便和可能。
因此沥青混合料的类型、密实情况不同，密度的试验方法也不同，密度试验方法包括表干法、水中重法、蜡封法和体积法。
各方法的适用条件如表5-9所示。
密度试验方法适用范围参考表5-9
方法名称
混合料类型
吸水性
密度名称
用途
表干法
密实及较密实的混凝土、抗滑表层、SMA
吸水率小于2%
毛体积密度、毛体积相对密度
用毛体积相对密度计算试件空隙率、矿料间隙率
水中重法
密实混凝土
几乎不吸水
表观密度、表观相对密度
用表观相对密度代替表干法的毛体积相对密度计算试件空隙率、矿料间隙率
蜡封法
沥青混凝土、沥青碎石
吸水率大于2%
毛体积密度、毛体积相对密度
用毛体积相对密度计算试件空隙率、矿料间隙率
体积法
沥青碎石、大空隙开级配沥青混合料
透水性
毛体积密度、毛体积相对密度
用毛体积相对密度计算试件空隙率、矿料间隙率
1）表干法
是通过测量试件的空气中质量、水中质量和表干质量（吸饱水后用湿毛巾擦干后的空气中质量）计算试件毛体积密度和毛体积相对密度的试验方法。
2）水中重法
是用试件的空气中质量和水中质量计算试件表观密度的方法，是沥青混合料密度试验方法中最简单的方法。
用此方法测定的表观密度，与其他三种方法测得的毛体积密度在意义上是完全不同的，但当试件非常密实时，对密度的影响很小，因此可以代替表干法测定混合料的密度。
3）蜡封法
对空隙率比较大的试件，用前两种方法测定试件的密度，称水中质量时，由于水进入试件内部，影响混合料毛体积密度的试验结果，所以采用蜡封的办法，在试件表面封一层蜡，然后称水中质量。
但封过蜡的试件不能测稳定度和流值，是这一方法的最大弊端，一般只能增加试件的数量来解决。
4）体积法
有时混合料的空隙率比较大，用蜡封法不能将试件的表面空隙封住，甚至有蜡通过空隙进入试件内部，在这种情况下应考虑使用体积法，因此，体积法是没有办法的办法，试验结果的精度是很低的。
3.理论最大相对密度试验方法
理论最大相对密度是指单位体积（包括粗细集料、填料、沥青的全部实体体积及全部矿料颗粒的闭口孔隙、部分开口孔隙体积）压实的沥青混合料的质量与同体积水的密度的比值，无量纲。
简单讲是指压实的沥青混合料空隙率等于零时的单位体积质量与同体积水的密度的比值。
是计算沥青混合料空隙率的参数之一。
由于最大相对密度早先没有试验方法，通过组成材料的有关参数计算得出，所以称理论密度。
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