道路工程材料5沥青混合料

5.沥青混合料适当比例的粗集料、细集料及填料组成的符合规定级配的矿料与沥青结合料拌合而成的混合料的总称沥青集料沥青玛蹄脂沥青路面的种类⑴层铺法表面处治：喷洒沥青→洒布集料→压实——厚度1.0~3.0cm贯入式：粗集料→喷洒沥青→洒布填隙细集料→压实——厚度4.0~8.0cm⑵拌和法沥青混合料拌和→摊铺→压实沥青混合料的分类⑴按级配组成和曲线类型分类见图连续级配：密级配、半开级配、开级配间断级配⑵按公称最大粒径分类特粗式、粗粒式、中粒式、细粒式、砂粒式⑶按照制造工艺分类热拌沥青混合料冷拌沥青混合料再生沥青混合料矿质混合料的3种典型级配曲线①密级配沥青混合料dense-gradedbituminousmixtures[英]dense-gradedasphaltmixtures[美]密实式沥青混凝土混合料（以AC表示）密实式沥青稳定碎石混合料（以ATB表示）设计空隙率2~6%沥青混合料的分类⑴按矿质混合料的级配组成分类②半开级配沥青混合料half(semi)-open-gradedbituminouspavingmixtures(英)沥青碎石混合料（以AM表示）设计空隙率在6%~12%沥青混合料的分类⑴按矿质混合料的级配组成分类③开级配混合料open-gradedbituminouspavingmixtures(英)opengradedasphaltmixtures(美)开级配沥青碎石OGFC表面层——（OpenGradedFrictionCourse）排水式开级配沥青碎石ATPB基层——（Asphalt-TreatedPermeableBase）设计空隙率≥18％沥青混合料的分类⑴按矿质混合料的级配组成分类排水式沥青路面④间断级配沥青混合料gap-gradedbituminouspavingmixtures(英)gap-gradedasphaltmixtures(美)沥青玛蹄脂碎石SMA混合料——StoneMatrixAsphalt沥青混合料的分类⑴按矿质混合料的级配组成分类SMA（StoneMatrixAsphalt）混合料沥青稳定碎石混合料（简称沥青碎石）bituminousstabilizationaggregatepavingmixtures(英)asphalt-treatedpermeablebase(美)密级配沥青碎石(ATB)开级配沥青碎石(OGFC表面层、ATPB基层)半开级配沥青碎石(AM)沥青混合料的分类⑴按矿质混合料的级配组成分类砂粒式：公称最大粒径＜4.75mm细粒式：公称最大粒径＝9.5mm、13.2mm中粒式：公称最大粒径＝16mm、19mm粗粒式：公称最大粒径＝26.5mm特粗式：公称最大粒径≥31.5mm沥青混合料的分类⑵按照集料的公称最大粒径分类定义集料最大粒径与公称最大粒径最大粒径：通过率为100%的最小标准筛筛孔尺寸公称最大粒径：是指全部通过或允许少量不通过的最小标准筛筛孔尺寸，通常比最大粒径小一个粒级例如：混合料在16mm筛孔的通过率为100%，筛余量为0%；在13.2mm筛孔上的筛余量小于10%，则此集料的最大粒径为16mm，公称最大粒径为13.2mm。沥青混合料的分类筛孔尺寸(mm)16.013.29.54.752.360.60.30.075级配范围(mm)10090~10070~8848~6836~5318~3012~224~8⑵按照集料的最大公称粒径分类沥青混合料的分类沥青混合料类别密级配沥青混凝土沥青玛蹄脂碎石半开级配沥青碎石开级配排水磨耗层密级配沥青碎石开级配沥青碎石公称最大粒径（mm）特粗式—－－－ATB-40ATPB-4037.5粗粒式－－－－ATB-30ATPB-3031.5AC-25－－－ATB-25ATPB-2526.5中粒式AC-20SMA-20AM-20－－－19AC-16SMA-16AM-16OGFC-16－－16细粒式AC-13SMA-13AM-13OGFC-13－－13.2AC-10SMA-10AM-10OGFC-10－－9.5砂粒式AC-5－－－－－4.75⑶按照沥青混合料的制造工艺分类①热拌热铺沥青混合料：粘稠沥青－热态施工②冷拌沥青混合料：液态沥青－常温施工乳化沥青液体沥青泡沫沥青③再生沥青混合料：现场再生、场拌再生沥青混合料的分类主要内容沥青混合料的技术性质和技术要求沥青混合料的组成材料和配合比设计5.1.1沥青混合料的组成结构和强度形成原理5.1.2沥青混合料应具备的技术性质及其评价方法5.1.3沥青混合料组成材料的技术性质5.1.4热拌沥青混合料配合比设计方法5.1热拌沥青混合料HMA（HotMixAsphalt）5.1.1沥青混合料组成结构和强度形成原理沥青混合料的组成结构沥青混合料的抗剪强度影响沥青混合料粘结力C和内摩阻角的因素5.1.1.1沥青混合料的组成结构⑴悬浮密实结构⑵骨架空隙结构⑶骨架密实结构沥青混合料的典型组成结构a)密实-悬浮结构；b)骨架-空隙结构；c)密实-骨架结构连续密级配连续开级配间断级配5.1.1.1沥青混合料的组成结构三种结构类型混合料的级配组成间断级配连续开级配连续密级配悬浮密实型骨架空隙型骨架空隙型沥青混合料的分类与特性⑴悬浮密实结构级配特点：连续密级配，细集料多，粗集料较少，悬浮于细集料中，不能形成嵌挤骨架，空隙率较小使用特点：密实耐久、高温稳定性较差5.1.1.1沥青混合料的组成结构⑵骨架空隙结构级配特点：连续开级配，粗集料较多，细集料较少，不足以充分填充粗骨架空隙，空隙率较大使用特点：温度稳定性好、耐久性较差5.1.1.1沥青混合料的组成结构⑶骨架密实结构级配特点：间断密级配，粗集料形成骨架，细集料充分填充骨架空隙，形成密实、骨架嵌挤结构5.1.1.1沥青混合料的组成结构5.1.1.2沥青混合料的抗剪强度τ=tg+Cτ——抗剪强度（MPa）——法向压应力（MPa）——内摩阻角（º）C——粘结力（MPa）5.1.1.3粘结力和内摩阻角的测试方法⑴剪切试验直剪试验（土力学）恒高度剪切试验（Superpave方法）恒高度扫描剪切试验（Superpave方法）⑵三轴试验压缩试验蠕变试验重复加载试验直剪试验τσστCφ三轴试验τ=C+tg11335.1.1.4影响粘结力C和内摩阻角的因素1)沥青的粘度2)矿质混合料的性质3)沥青混合料中矿料比面和沥青用量的影响1)沥青的粘度η↓P↑——C↓ηC影响沥青混合料粘结力C和内摩阻角的因素2)矿质混合料的性质级配：连续密级配——C大小连续开级配——C小大间断级配——C大大颗粒粒径：最大粒径↑——↑、C↓见表颗粒表面特征：多棱角、表面粗糙→颗粒相互嵌紧→较大影响沥青混合料粘结力C和内摩阻角的因素三轴试验结果沥青混合料级配类型内摩阻角粘结力C（MPa）粗粒式沥青混凝土45550.076细粒式沥青混凝土3545300.197砂粒式沥青混凝土3319300.227影响沥青混合料粘结力C和内摩阻角的因素3)沥青混合料中矿料比面和沥青用量的影响沥青与矿料的交互作用矿料的表面性质矿料比面积沥青用量影响沥青混合料粘结力C和内摩阻角的因素⑴沥青与矿料的交互作用结构沥青——粘度提高，粘结力C较强自由沥青——在结构沥青之外的沥青膜结构沥青连接影响沥青混合料粘结力C和内摩阻角的因素自由沥青连接⑵矿料表面性质的影响与碱性石料（如石灰石）有较好的粘附性与酸性石料则粘附性较差石灰石矿粉石英石砂粉比面（比表面积）——单位质量集料的总表面积A/G粗集料（d5mm）：比面为0.5~3m2/kg细集料（d5mm）：比面为300~2000m2/kg比面积↑→沥青膜减薄→结构沥青↑→C值↑影响沥青混合料粘结力C和内摩阻角的因素⑶矿料比面积⑷沥青用量——最佳值沥青膜的完整性沥青膜厚度Cφ4)影响沥青混合料抗剪强度的外因⑴温度的影响：温度↑C↓受温度变化影响较少⑵形变速率的影响：变形速率↑C值↑值随变形速率变化较小影响沥青混合料粘结力C和内摩阻角的因素5.1.2沥青混合料应具备的技术性质及其评价方法沥青路面的损坏类型及其破损机理沥青混合料应具备的基本技术性能评价方法与指标改善措施沥青混合料应具备的技术性质高温稳定性低温抗裂性耐久性（水、疲劳、老化）表面功能（抗滑、降噪、排水）施工和易性5.1.2.1高温稳定性定义：高温条件下，沥青混合料在荷载作用下抵抗永久变形的能力强度或模量温度沥青混合料性能的评价方法与指标高温稳定性1）评价方法⑴马歇尔稳定度——稳定度与流值马歇尔试验⑵车辙试验——动稳定度车辙试验⑶简单性能试验蠕变试验重复荷载试验剪切试验高温稳定性评价方法与评价指标高温稳定性评价方法与评价指标2）评价指标马歇尔方法：稳定度（KN）流值（0.1mm）轮辙试验：动稳定度（次/mm）高温稳定性马歇尔试验示意图•马歇尔稳定度MS：试件破坏时的最大荷载•流值FL：达到最大荷载时，试件所产生的垂直流动变形值（以0.1mm计）马歇尔试验仪马歇尔自动击实仪沥青路面的车辙现象沥青路面车辙形成过程沥青路面的车辙现象沥青路面车辙形成过程沥青路面车辙形成过程压密变形剪切流动沥青路面的车辙现象车辙试验DS——沥青混合料动稳定度(次/mm)d1，d2——时间t1和t2的变形量(mm)42——每分钟行走次数(次/mm)c1，c2——试验机或试样修正系数42211212ccddttDS动稳定度DSAPA（AsphaltPavementAnalysis）轮辙试验轮辙疲劳浸水车辙沥青路面加速加载试验仪APT车辙诱因：交通量增大－重型车辆和高压轮胎渠化交通车辙危害：舒适性降低－路表变形，平整度下降危害行车的安全－车槽中的积水会引起水飘方向盘难以控制车辙成因：沥青混合料是粘弹性材料结构性车辙：路面结构本身的缺陷压密性车辙：路面压实度过小失稳性车辙：剪切变形沥青路面早期车辙损坏成因分析⑴材料设计的措施沥青混合料高温强度的构成：τ＝C+σtg提高沥青混合料的粘结力C♣严格控制沥青用量♣选择高粘度沥青（使用改性沥青）提高沥青混合料的内摩阻角：♣选择纹理粗糙，多棱角的集料♣采用适当的矿料级配，增加粗骨料含量♣选择合适公称最大粒径设计时考虑交通组成和环境温度的影响提高沥青路面抗车辙能力的对策⑵提高施工质量与管理水平不恰当地强调平整度而忽视压实度为避免摊铺机停顿影响平整度，而不恰当地强调连续摊铺，以致等待时间过长料温下降而导致严重压实不足提高沥青路面抗车辙能力的对策1)评价方法⑴预估断裂温度确定方法抗拉强度[σ]～温度应力计算值σT⑵低温弯曲蠕变试验试验方法蠕变速率⑶受限试件的温度应力试验试验方法转折温度破裂温度⑷低温弯曲试验破坏应变5.1.2.2低温性能的评价方法与指标应力与温度的关系①抗拉强度[σ]直接抗拉强度劈裂抗拉强度试验②温度应力σTσT=∑△T×S(t)×γ(T）低温拉伸劲度S(t）•直接抗伸试验•弯曲蠕变试验试验温度收缩系数γ(T)•低温收缩试验③预估断裂温度Tk蠕变试验σ0——沥青混合料小梁试件下缘的蠕变弯拉应力（MPa）；t1和t2——分别为蠕变稳定期的初始时间和终止时间（s）；ε1和ε2——分别与时间t1和t2对应的跨中梁底应变。01212speed)/()(tt第一阶段－蠕变迁移阶段第二阶段－蠕变稳定阶段第三阶段－蠕变破坏阶段蠕变速率（1/s/MPa）受限试件温度应力试验转折点温度破裂温度低温小梁弯曲试验试件：试验温度：-10℃指标：破坏应变影响因素：沥青混合料劲度模量→沥青劲度σT=∑△T×S(t)×γ(T）沥青劲度：感温性老化程度改善措施：采用劲度模量较低的沥青→使用橡胶改性沥青适当增加沥青用量2）改善措施5.1.2.3耐久性概念：沥青混合料抵抗长时间自然因素（风、日光、温度、水分等）和行车荷载反复作用的能力1）现象①沥青的老化或硬化——变脆、易裂②集料被压碎、或冻融崩解——磨损或级配退化③沥青与集料间的粘附性降低——剥落、松散⑴浸水马歇尔试验残留