道路沥青混合料的种类和性质Word文档格式.docx

1、HMA、多空隙沥青混凝土、沥青玛碲脂碎石以及其它新型的沥青混凝土。 传统沥青混凝土、SMA和多空隙沥青混凝土典型级配曲线的比较见下图：图72 三种典型混凝土级配比较 上图中,曲线1为传统沥青混凝土,孔隙率3；曲线2为SMA,孔隙率3；曲线3为多孔沥青混凝土、孔隙率20。就孔隙率而言,当马歇尔设计孔隙率小于4或路面实际孔隙率小于8时,它已形成较为密实的结构,水不易进入沥青混凝土,整个结构的耐久性较好；或者路面实际孔隙率大于15时,水能顺利地从孔隙中排走,也不会对混凝土结构造成水害；只有当孔隙率介于这两者之间时,混凝土为半开半闭结构,这种情况十分不利于路面的耐久性。7111碎石沥青玛蹄脂SMA我国

2、现有主要道路大都按连续级配进行组成设计。我国规范规定,型沥青混凝土混合料的制余空隙率对于公路为3%6%,对于城市道路为2%6%；型为4%10%。由于我国大多数道路的沥青混合料是悬浮密实结构,因此密实度和强度都较大。但受沥青材料的性质和物理状态的影响较大,所以稳定性较差。加之我国国产沥青中含蜡量较高,高温稳定性更加受到影响,所以在现代重型汽车交通荷载作用下,路面容易因热稳性不足而产生车辙、波浪、推移等变形,从而影响其正常使用。而且由于沥青的温感性,又会产生低温裂缝、泛油的不易克服的病害问题。SMA沥青混合料由于其自身的特定而与我国现行的密级配沥青混合料在集料配比和沥青含量有所不同。SMA沥青混合

3、料与密级配沥青混合料相比,具有高粗集料含量、高沥青含量、高矿粉含量以及低的空隙率等特点。粗集料含量高,增加集料与集料的接触,提高了抵抗永久变形的能力；沥青含量高和矿粉用量多,增加沥青的粘结能力,提高了路面的耐久性；低空隙率减少水的渗入和混合料老化硬化。表7-1是德国沥青路面工程补充技术规范及准则中有关SMA的有关指标。 德国ZTV bit Stb84示范中SMA标准 表7-1SMA混合料0/11S0/8S0/80/5矿料材料优质碎石,优质破碎砂,天然砂,矿粉粒径mm0/11颗粒成分0.09mm8128132mm708060705mm50704570108mm2511.2mm破碎砂土天然砂比例1

4、：1沥青沥青品种B65B80胶结料含量6.57.57.08.0稳定剂在混合料中的含量0.31.5马歇尔压实温度1355试件空隙率体积百分比2.04.0路面层铺筑厚度cm2.55.01.53.0铺筑重量kg/m260125451003375压实度%976.0 集料的材质在欧洲,SMA混合料中的粗集料和细集料一般要求100%轧制,德国规范要求至少90%粗集料轧制,圆集料需两次破碎,即要求有两个或两个以上破碎面,对于SMA混合料集料,理想形状应为立方体颗粒。 SMA混合料因为是骨架密实结构,所以要求集料要有足够的硬度耐久性,因此不得使用易磨光或相对较纯的碳酸盐集料。在我国可采用玄武岩、耀长岩、片麻岩

5、等。在德国SMA混合料中,不重视酸性石料对混合料抗水损害的影响,认为SMA混合料中沥青和矿粉含量高,加之一定量的纤维加筋作用,致使沥青与石料间有足够的粒结力,完全能够抗水损害的影响。因此,即使石料为酸性,也不加抗剥落剂。矿物填料应由石灰石粉或其它合适材料组成,使用时要求足够干燥,不得成团,能自由流动。二沥青等级可使用本地区普通沥青混合料所用的沥青等级,也可使用略稠硬的沥青。沥青拌和温度要求粘度为17020mm/S。三纤维稳定添加剂SMA混合料因沥青含量高和矿料用量大,在贮存、运输和摊铺过程中,沥青和矿粉会产生滴漏和离析,所以纤维稳定剂的作用是防止沥青离析,并且纤维,沥青和填料共同组成高强度的玛

6、碲脂填充在集料之间,使路面结构十分稳定,不易变形。纤维稳定剂最早曾用石棉纤维和聚合物纤维,但后来发现石绵纤维是直线体,而植物纤维则是曲线体。用植物纤维作为SMA混合料中的稳定剂,其性能明显优于矿物纤维,且使用植物纤维素,不仅能更好地保证SMA的质量,而且有利于保护环境,更可大幅度节省工程费用。因此,在德国95%的稳定剂为纤维素纤维。早期的植物纤维为松散絮状型,这种纤维不易添加,容易受潮,拌合不均匀。为便于贮存、运输和SMA混合料的生产,纤维素与沥青按质量比2:1混合后,经特殊加工成粒状产品。在SMA中粒状纤维的用量为混合料总重的0.45%,即相当于加入0.3%植物纤维素。7112热压式沥青混凝

7、土英国于1895年首先在切而西的国王街和肯辛顿的佩勒姆街使用热拌沥青混凝土,不幸,当时对砂的级配和填料含量的重要性没有足够的认识,材料在几个月内就损坏了。美国工程师克利福德理查森是HRA的倡导者之一。他在对美国和欧洲的沥青混凝土路面调查的阶段,在1896年访问了英国。基于他本人的经验介绍了和沥青砂磨耗层非常相似的一种沥青混凝土,经过多年使用性能还很良好。如前所述,HRA的重要特性之一是它的集料为间断级配。也就是说,粒径236mm-9.5mm的集料的含量很少,它是由砂、细的矿质填料和沥青组成的结合料搀入14mm中值粒径的粗集料。尽管搀入粗集料成分能增加材料硬度,但主要作用还是在于增大砂浆体积使这

8、种材料更为经济化。间断级配为HRA磨耗层提供了抗风化性能和耐久的表面,使道路能够承受重型荷载而不开裂。 1985年版的BS594刊载了不同粗集料含量的HRA路面主层：基层和磨耗层混合料的规格。路面主层和基层混合料一般含有60的粗集料。在这样的水平上应力是通过集料的接触和沥青砂浆分布的。细集料和填料含量比较低的路面主层和基层混合料,其沥青含量一般较磨耗层材料为少。在这两种混合料中,粗集料的中值粒径一般较磨耗层的为大,级配也较粗,以便与材料的摊铺厚度相匹配,以摊铺路面基层为例它的厚度可达15Omm。磨耗层混合料可含有0%、15%、30%、4O%或55%不同比例的粗集料。尽管以粗集料4O含量厚为50

9、mm的磨耗层混合料的使用日渐普遍,但一般认为,粗集料含量为30%摊铺厚度为40mm的磨耗层混合料已适宜作绝大多数的用途。增加摊铺厚度可以大幅延长材料的适宜碾压时间,这也是改善冬季气候施工性能的一个方法。粗集料含量高达40的材料所铺筑的面层表面较为光滑,如在热拌沥青混凝土表面压入14mm或20mm粒径的涂层石屑,就可使表面粗糙。对石屑性质的要求诸如磨光值、磨耗值,一般均在规格书内根据现场的要求予以分别列明。磨耗层混合料含有55的粗集并无规定必须要在表面压入石屑构成粗的纹理,因为当粗集料含量高于45已难以将石屑埋人在沥青混凝土内。 HRA的材料四种成分的材料功能可以概述如下：粗集料：增大砂浆体积使

10、混合料更为经济并增加它的稳定性。细集料：它是砂浆的主要成分,可能也是影响施工操作和路用性能的最主要的组成部份。填料：这成分可以从两方面发挥作用。首先,它可以改善细集料的级配,从而构成较密实的混合料并使集料之间的接触点增加。其次,也许是发挥它更重要的作用,就是填料与沥青共同组成了粘结料,它既起润滑作用,又可将细集料粘结在一起构成砂浆；砂浆的性质与细集料的性质以及粘结料的量和粘度有关。沥青在压实时起润滑作用。路面使用时则是具高粘度的粘弹性粘结料；共有五个不同等级的沥青可供使用：针入度35、50、70、100和 HD40号。35号和HD40号沥青只用于交通量最繁重的地点,70号和100号的用于交通量

11、较轻的地点,50号的则适合于大多数用途。 HRA是一种高质素的材料,主要用于交通繁重的道路,亦即高速公路、干线道路和少数的城市街道。传统上对混合料成分配比的规格是根据气候和交通载荷去规定集料和沥青的质量和比例。另一种办法是用马歇尔试验方法去设计 HRA磨耗层混合料的成分。1989年在英国铺筑超过6万平方米的HRA磨耗层。如果都经严格规定、设计、施工和压实,绝大部分的材料到下个世纪将仍然保持良好使用性能。7113沥青混凝土沥青混凝土混合料与沥青碎石同为连续级配,但它含粗集料较少,细集料和填料较多,并由大量稍硬的沥青裹覆。沥青混凝土的强度和稳定度主要是因为集料的互锁作用,其次是赖予砂填料沥青砂浆。

12、沥青混凝土的成分是按美国沥青学会的马歇尔混合料设计程序制定,其目的是获得最适当的沥青含量而有最大稳定度与密度。最终得到经济的集料与沥青混合料并在交通载荷下有高稳定度和使用耐久性,同时也有良好的施工性能方便铺筑,压实达到3一5标准的空隙率。它的沥青含量与密实型和密级配沥青碎石相类似,但一般使用较硬的70号和100号针入沥青。在铺筑时,材料的压实必须小心地加以操作以保证最佳的压实密度。 一般来说,沥青混凝土是指常规的普通沥青混凝土,它按不同的标准可分成不同的种类：1根据所用沥青的稠度和沥青混凝土混合料摊铺时的温度,沥青混凝土可分为热铺、温铺和冷铺三种。2根据沥青混凝土的密实度或孔隙率,热铺和温铺沥

13、青混凝土可分为两种：密实沥青混凝土,孔隙率为25；孔隙沥青混凝土,孔隙率为510,它一般用作面层的下层或调平层。3根据骨料的最大粒径,沥青混凝土可分为四种：粗粒式,含有最大公称粒径为25mm或30mm的骨料；中粒式,含有最大公称粒径为20mm或16mm的骨料；细粒式,含有含有最大公称粒径为10mm或13mm的骨料；砂粒式,含有最大公称粒径为5mm的天然砂或破碎砂。我国公路沥青路面设计规范就将沥青混凝土分为这四类,前面冠以字母AC表示沥青混凝土,前三种再可分为型孔隙率36和型孔隙率610。 粗粒式沥青混凝土通常用作面层的下层,其粗糙表面有利于层间连接,且作为下面层它的抗弯拉疲劳能力明显强于沥青碎

14、石。中粒式沥青混凝土主要用于修筑路面的上层,或用于铺筑单层面层；由于它的表明具有较大的粗糙度,因而能产生良好的摩擦性能,有利于汽车行驶；但型的构造深度通常难达到要求,型的孔隙率偏大而耐久性不理想,而且它们都易产生离析。细粒式沥青混凝土是比较理想的上面层材料,它在城市道路中使用十分广泛；它的特点是,孔隙率小、密实性好、均有性好、表面摩擦性能不够好。砂粒式沥青混凝土的特点是塑性大,易产生波浪和剪切变形,因此使用时一般要求将沥青用量减少到最低限度,且要求设计时严格遵循最佳密实度的原则；为增强其抗滑功能,通常在砂粒式沥青混凝土面层表面撒布预拌沥青碎石。712 预拌式沥青碎石预拌式沥青碎石是用煤焦油预先

15、把沥青碎石涂层,是英国最古老的预拌制造方法。它的记载是始于1832年用在格洛斯特郡和1884年在诺丁汉郡本世纪初有了石油沥青供应,沥青碎石才得以开始使用。沥青碎石混合料,即麦克当的。他深信碎石集料层要获得最佳的强度必须用不同粒径的集料,即是有级配的集料。麦克亚当利用这技术把粗集料间的空隙用细集料填充,制造了较稀松组织的嵌锁式集料层。开式级配的石油沥青和煤沥青碎石混合料的生产也是麦克亚当原理的发展。给二十世纪中叶涂层材料工业的发展奠定了基础。预拌的沥青碎石混合料由三种集料成分和沥青组成。分别的功能可以概括如下：构成嵌锁碎石的主要构架以分布交通载荷；填充或部分填充粗集料构架的空隙；增加粘结料的粘度

16、因而减少沥青从集料中渗泄的危险,与沥青一起填塞细微的空隙。沥青：压实时起润滑作用及在使用中它是防水和粘结材料。对密实的沥青碎石,它也参与填充空隙并增加混合料强度,对以下多种类型的预拌沥青碎石成分调配规格,也就是指沥青含量和集料级配等,例如： 密实型沥青碎石路面主层；密实型沥青碎石表面基层；开式级配沥青碎石表面基层；单层沥青碎石；开式级配磨耗层；密级配磨耗层；密实型磨耗层；中等级配磨耗层；细级配磨耗层；透水性磨耗层7121开式级配和中等级配沥青碎石这两种沥青碎石适用作表面基层和磨耗层混合料。它们主要的特征是细集料含量低因而摊铺施工性能好,压实后的空隙率在15%25%之间。为了防止水分渗入道路结构

17、而需要有一层防渗护面,例如表面处治材料的强度主要依靠集料的互锁作用,只有小部分来自沥青。沥青的主要功能之一是为道路表面提供抗拉强度,在承受密集的交通应力时防止细集料从表面失散。混合料通常使用200号或30O号的针入沥青或稀释沥青,选用沥青的级别取决于交通密度和材料的摊铺季节。磨耗层的表面纹理在抗滑方面起着重要作用。开式级配和中等级配的沥青碎石作为私用车道、停车场及游戏场等轻便和普通的交通路面,它提供了适宜的表面纹理。这类材料对整个道路结构强度并无很大作用。这类混合料因具渗透性故有利于作机场跑道和繁重交通道路以防止漂滑和减少溅水现象。当用于机场时称为抗滑层而用于公路则称为透水沥青碎石。7122密

18、实型和密级配沥青碎石密实型沥青碎石的路面主层和表面基层在过去25年内被大量用在道路修建而且它适合于最繁重的交通情况。由于细料含量高使它成为密实型材料,标准的空隙量为510%。它有良好的载荷分布能力及抗变形力很强并有足够的柔韧性可以抵抗由重复载荷引起的裂化。 密实型和密级配磨耗层混合料只适用于轻便或普通的交通道路,因为这两种混合料既不具有长期耐久性,也不具有繁重交通要求的高速行车的抗滑行能力。7123重型的沥青碎石密实型沥青碎石被用在最繁重的交通道路已有四分之一个世纪之久,它的高强度路面主层和表面基层性能都很良好。然而,为了配合预测的交通载荷增长,要求更强的路面主层材料和比沿用的更强而具永久抗变

19、形的表面基层。重型的沥青碎石正是这种材料。它是在密实型沥青碎石的基础上用较硬的沥青和较高的填料含量配制而成的。这两种成分变化使动态劲度增大近3倍。就可以使表面基层的厚度比一般的密实型沥青碎石路面基层薄10一15而性能相同。既减少了厚度又具有同样性能这对于改建工程很有吸引力,这类工程往往由于原有的标高、埋得不深的公共设施管道或者桥梁下净空高度限制而只能用比一般薄的结构。另一种做法是维持厚度不变,而使用寿命更长。7124细级配沥青碎石多数细级配沥青碎石用200号或3O0号针入沥青或1O0号的稀释沥青拌制,需要在80100温度下摊铺和压实。稀释度高的沥青则可冷铺和仓贮。细级配沥青碎石刚铺好后它的空隙

20、率很高,因此对水的作用很敏感。所以须注意选用集料。在使用下空隙量逐渐减小,混合料最终变为不透水。这种材料的摊铺厚度一般为15mm一25mm,因此当用作加铺的覆盖层可以消除路面上的一些不平整之处。这种材料增强对道路结构的作用很小。鉴于这些原因而要求有一个坚固和较好的不透水的基层结构。此外,在这材料下面要求有很均匀的底层,因为若是它的铺筑厚度不匀就容易出现问题。713透水沥青碎石 透水沥青碎石,或透水沥青混凝土,一般用作路面的磨耗层,因此在许多文献或资料中被称作多孔隙沥青混凝土磨耗层PAWC、开级配磨耗层OGFC活排水沥青混凝土磨耗层。 五十年代在英国的道路上,据估计l0的雨天道路事故主要是由于车

21、辆快速行驶溅起的水雾而引起的。水雾造成事故的损失价值可达潮湿道路滑溜事故的13。因此运输与道路研究试验所将机场使用得十分成功的10mm防滑层改为道路上用的20mm透水沥青碎石是一项合乎逻辑的改善。7131透水沥青碎石路面的发展 1967年开始进行许多大规模试验,以确定透水沥青碎石对繁重交通道路的适用性。查特科斯基和布朗的研究报告指出,在试验中以较大粒径集料拌制的沥青碎石,一般具有最大的空隙量、渗透性和纹理深度,但是同时用两种粒径的集料,上述数值在铺筑后最初几年内都大幅下降。不过使用20mm集料拌制的材料在减少行车引起的水雾效果保持良好,例如在繁重交通道路至少可持续3年,一般流量的交通道路可持续

22、达6年之久。即使在奏效的防水雾性能减弱之后,路面仍保持良好,使用寿命甚至达15年之久。报告还进一步指出,用20mm集料的防滑效果与使用同一种集料的其他类型路面相似。20mm集料的防滑性随不同车速的变化与纹理的深度有关系,这与HRA和表面处治所观察的情况相似。从结构方面看,以100号或200号针入沥青铺筑40mm厚的透水沥青碎石与16mm的HRA或20mm的密实型沥青碎石等效。然而,如果以环氧沥青取代针入沥青,透水沥青碎石的动态劲度将明显地增强,它的结构所起的作用等于或大于HRA 。凡沥青含有乙烯一乙酸乙烯共聚物和苯乙烯一丁二烯嵌段共聚物等聚合物,其效果在上述两者之间。7132透水沥青碎石路面的

23、优点71321减少行车引起的水雾及避免水漂在潮湿的道路上,特别是高速行车由轮胎溅起飞扬的水雾所带来的危害已久为人所共知。水雾阻碍了视线特别使超车变得非常危险。广泛的道路试验明确地证实,透水沥青碎石道路在相当的程度上减少由交通引起的水雾现象,它的空隙率可高达25之多,从而在层内形成一个水道网,所以像海绵似地把雨水吸收。40mm厚的透水性沥青碎石层足以吸收8mm的雨量才趋于饱和状态。减少了大量水雾也就可以消除路表面的反光现象,从而使道路标志保持较高的可见度,有利于交通安全。同时,当降雨时,落到透水沥青碎石表面的雨水可通过表面层内部的孔隙流出路面,这样它也就起了排水层的作用,使雨水能够渗透出面层而不

24、是被集积于路表面形成水膜或径流,从而避免在降雨过程中在一般路面上高速行驶时产生的水漂现象。71322降低噪音由于道路表面有粗糙的宏观纹理,在雨天高速时轮胎面加强与路面的接触,有助于保持良好的防滑能力。TRRL曾对噪音与路面摩擦性能间的关系进行研究。用铺砂法由路面纹理的深度去推断摩擦性能,以及用同一辆测试车分别在130km/h和50kmh刹车时测得的刹车力系数变化的百分率来评定的。以这方面的总结看出从轻型到重型车辆的最高噪音是纹理深度的函数,也是制动力系数变化的百分率对数的函数。实际上就是说不可期望在一般的道路面层具高度的抗滑性能而又不产生高噪音水平。幸而这关系并不适用于透水性沥青碎石,因为它的

25、路面水份的消散方式不同。根据多处的现场试验,又进一步提出了关于车辆行驶在多孔隙的路面所产生噪音的报告。这项工作明确地证实,车辆行驶在透水沥青碎石表面所产生的噪音比有同等防滑程度的普通沥青路面要低得多：在干燥时要低34分贝而潮湿情况下更低7一8分贝之多。最近在荷兰的调查也指出透水沥青碎石的结构能够吸收相当部分的车辆引擎噪音。透水沥青碎石路面特性另外的好处是减少车辆轮胎的滚动阻力。根据计算在高速公路和干线上,如用透水沥青碎石多孔隙稀松路面去取代HRA或刷毛水泥混凝土的表面纹理,每年可节省大量的燃料。7133透水沥青碎石路面的不足及改进方法尽管透水沥青碎石路面具有很多明显的优点,但也有一些或大或小的

26、缺点必须加以克服。透水沥青碎石混合料的沥青含量的允许变化范围较小。如果沥青含量过低则集料裹覆不够或是沥青膜太薄而很快地被氧化导致路面提早损坏。另一方面,如果沥青含量过高,沥青将在运送过程中从集料中泄出令摊铺时材料的沥青含量不均匀。曾有极罕见的例子看到有沥青从运输车尾板处流出。在1984年以前,英国在透水沥青碎石混合料的沥青含量方面,基本上是在不断摸索的基础上规定的。然而,TRRL对这种拌和型混合料研制了沥青泄流模拟定量试验。试验是将透水沥青碎石混合料放在烘箱内的一个带孔金属篮中,篮下有一个事先称过重量的浅盘用以收集泄出的沥青。以同样的方法对一系列沥青含量的样品进行试验。把余留的沥青量作为韧始沥青含量的函数作图,如固7-2所示。继续试验直到没有沥青泄出的极限含量。超过这个含量,沥青流出显著增加,最后达到一个峰值。超过峰值后混合料中留下的沥青含量反而下降,这就是所知的雪崩效应。这个泄流试验使沥青含量的规定有了理性的基础。然而全面的沥青泄流试验显示了实验室结果与实际操作相比有可能低估了沥青的泄流量,其理由正由TRBL作调查。 图7-3沥青试验结果加入消石灰作为填料可以将沥青粘度大幅提高如图7-3所示,因此可减少沥青的泄出。同时又