一级建造师市政考试参考道路之沥青及沥青混合料.ppt

t,由地表或岩石中直接采集、提炼加工后得到的沥青,石油沥青,Bitumen(petroleum asphalt),由提炼石油的残留物制得的沥青，其中包含石油中所有的重组份。,焦油沥青,页岩沥青,由页岩焦油蒸馏后的残留物制取的沥青,煤沥青,由煤焦油蒸馏后的残留物制取的沥青,7.1,沥青材料,7.1.1,石油沥青,1.,石油沥青的组分和结构,（,1,）石油沥青的组分,将沥青中化学成分及性质极为接近，并且与物理力学性质有一定关系的成分，划分为若干个组，这些组就称为,“,组分,”,。,其化学组分，许多研究者曾提出不同的分析方法。我国现行标准,JTJ 052,2000,公路工程沥青及沥青混合料试验规程,规定有三组分和四组分两种分析方法。,三组分分析法：,三组分分析法,是将石油沥青分离为,油分、树脂和沥青质,三个组分。四组分分析法：,四组分分析法,是将沥青分离为沥青质、饱和分、芳香分和胶质。,三组分分析法,性状,外观特性,平均分子量,碳氢化,含量,物化特性,油分,淡黄色透明液体,200,700,0.5,0.7,45,70,几乎溶于大部分有机溶剂，具有光学活性，常发现有荧光相对密度约,0.7,1.0g/cm,3,树脂,红褐色粘稠半固体,800,3 000,0.7,0.8,15,30,温度敏感性高，熔点低于,100,，相对密度大于,1.0,1.1g/cm,3,沥青质,深褐色固体微粒,1 000,5 000,0.8,1.0,5,30,加热不熔化而碳化，相对密度,1.1,1.5g/cm,3,沥青中各组分的主要特性简述如下：,（）油分。油分为淡黄色至红褐色的油状液体，是沥青中分子量最小和密度最小的组分，密度介于,0.7,1.0,cm,3,之间。在,170,较长时间加热，油分可以挥发。油分能溶于石油醚、二硫化碳、三氯甲烷、苯、四氧化碳和丙酮等有机溶剂中，但不溶于酒精。,油分赋予沥青以流动性。,(,),树脂（沥青脂胶）。沥青脂胶为黄色至黑褐色粘稠状物质（半固体），分子量比油分大（,600,1000,），密度为,1.0,1.1g,cm,3,。,沥青脂胶中绝大部分属于中性树脂。中性树脂能溶于三氯甲烷汽油和苯等有机溶剂，但在酒精和丙酮中难溶解或溶解度很低，它赋予沥青以良好的粘结性、塑性和可流动性。,中性树脂含量增加，石油沥青的延度和粘结力等品质愈好。另外，沥青树脂中还含有少量的酸性树脂，即地沥青酸和地沥青酸酐，是沥青中的表面活性物质。它改善了石油沥青对矿物材料的浸润性，特别是提高了对碳酸盐类岩石的粘附性，并有利于石油沥青的可乳化性。沥青脂胶使石油沥青具有良好的塑性和粘结性。,（）地沥青质（沥青质）。地沥青质为深褐色至黑色固态无定形物质（固体粉末），分子量比树脂更大（,1000,以上），密度大于,1 g,cm,3,，,不溶于酒精、正戊烷，但溶于三氯甲烷和二硫化碳，染色力强，对光的敏感性强，感光后就不能溶解。地沥青质是决定石油沥青温度敏感性、粘性的重要组成部分，其含量愈多，则软化点愈高，粘性愈大，即愈硬脆。,另外，石油沥青中还含的沥青碳和似碳物，是石油沥青中分子量最大的。它降低石油沥青的粘结力。,石油沥青中还含有蜡，它会降低石油沥青的粘结性和塑性，同时对温度特别敏感（即温度稳定性差）。所以蜡是石油沥青的有害成分。,1.2,石油沥青的胶体结构,石油沥青的结构是以地沥青质为核心，周围吸附部分树脂和油分的互溶物而构成胶团，无数胶团分散在油分中而形成胶体结构。,根据沥青中各组分的相对比例不同，胶体结构可分为,溶胶型、凝胶型和溶凝胶型,三种类型。,（,1,）溶胶结构。地沥青质含量较少，胶团间完全没有引力或引力很小，在外力作用下随时间发展的变形特性与粘性液体一样。直馏沥青的结构多为溶胶结构。,（,直馏沥青是石油原油提炼出汽油、煤油、中油、重油等产品剩余的残渣,.,）,（,2,）凝胶结构。凝胶结构地沥青质含量很多，胶团间有引力形成立体网状，地沥青质分散在网格之间，在外力作用下弹性效应明显。氧化沥青多属于凝胶结构。,（氧化沥青是直馏沥青在氧化釜内加温注氧后形成的,.,二者的主要区别除含氧量不同外,在常温下氧化沥青无挥发性物质逸出,但粘滞性提高。）,（,3,）溶一凝胶结构介于溶胶与凝胶之间，并有较多的树脂，胶团间有一定吸引力，在常温下受力变形的最初阶段呈现出明显的弹性效应，当变形增加到一定数值后，则变为有阻尼的粘性流动。,大部分优质道路沥青均配成溶凝胶型结构，具有粘弹性和触变性，故亦称弹性溶胶。,图,7-1,胶体结构,（,a,）,溶胶结构,（,b,）,溶,-,凝胶结构,（,c,）,凝胶结构,3.,石油沥青的技术性质,(1),石油沥青的主要性质及其测试方法,粘滞性,石油沥青的粘滞性又称粘性。,粘滞性应以绝对粘度表示，但因其测定方法较复杂，故工程中常用,相对粘度,（条件粘度）来表示粘滞性，对使用粘稠（半固体或固体）的石油沥青用,针入度（,penetration,）,表示，对液体石油沥青则用,粘滞度,表示。,沥青材料在外力作用下沥青粒子产生相互位移的抵抗变形的能力。它是沥青材料最为重要的性质。工程上，对于半固体或固体的石油沥青用,针入度,指标表示。,针入度越大，表示沥青越软，粘度越小,，针入度是划分沥青标号的重要依据。,点击图标看针入度动画演示,粘稠石油沥青的针入度是在规定温度（,25,）条件下，以规定质量（,100,）的标准针，在规定时间（,s,）,内贯入试样中的深度来表示，单位以,1/10mm,计。针入度反映了石油沥青抵抗剪切变形的能力。针入度值越小，表明粘度越大。,粘滞度是将一定量的液体沥青，在某温度下经一定直径的小孔流出,50cm,3,所需的时间，以秒表示。常用符号“,C,d,t,T,”,表示粘滞度，其中为小孔直径（,mm,），为试样温度，为流出,50 cm,3,沥青的时间。有,10,、,mm,三种，通常为,25,或,60,。,表示方法,：常用符号“,C,d,t,T,”,表示粘滞度。例如：,C,5,25,100,粘滞度测定示意图,针入度、软化点、延伸仪,自动数显延伸仪,软化点仪,针入度仪,塑性,塑性指石油沥青在外力作用下产生变形而不破坏，除去外力后，仍能保持变形后的形状的性质。沥青的塑性对冲击振动荷载有一定吸收能力，并能减少摩擦时的噪声，故沥青是一种优良的道路路面材料。,石油沥青的塑性用,延度（,ductility,）,表示。延度愈大，塑性愈好。延度测定是把沥青制成“”字形标准试件，置于延度仪内,25,水中，以,5cm,min,的速度拉伸，用拉断时的伸长度来表示，单位用,cm,计。延度值愈大，表示沥青塑性越好。,点击图标看延度动画演示,温度敏感性,温度敏感性是指石油沥青的粘滞性和塑性随温度升降而变化的性能，是沥青的重要指标之一。在沥青的常规试验方法中，软化点试验可作为反映沥青温度敏感性的方法。,点击图标看软化点动画演示,温度敏感性以,软化点（,softening point,）,指标表示。由于沥青材料从固态至液态有一定的变态间隔，故规定以其中某一状态作为从固态转变到粘流态的起点，相应的温度则称为沥青的软化点。,沥青软化点一般采用环球法（,ring and ball method,）测定。它是把沥青试样装入规定尺寸（直径,15.88mm,高,mm,）的铜环内，试样上放置一标准钢球（直径,9.53mm,，质量,3.5,），浸入水或甘油中，以规定的速度升温（,min,），当沥青软化下垂至规定距离（,25.4mm,）时的温度即为其软化点，以摄氏度（）计。,针入度、延度、软化点,是评价粘稠石油沥青路用性能最常用的经验指标，所以通称,“,三大指标,”,。,大气稳定性,大气稳定性是指石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等因素长期综合作用下,抵抗老化,的性能。它是以沥青试样在加热蒸发前后的“,蒸发损失百分率,”和“,蒸发后针入度比,”来评定。蒸发损失百分率愈小，蒸发后针入度比愈大，则表示沥青大气稳定性愈好，亦即“老化”愈慢。,石油沥青的大气稳定性以加热蒸发损失百分率和加热前后针入度比来评定。,其测定方法是：先测定沥青试样的质量及其针入度，然后将试样置于烘箱中，在,160,下加热蒸发,h,，待冷却后再测定其质量及针入度。计算出蒸发损失质量占原质量的百分数，称为蒸发损失百分率；测得蒸发后针入度占原针入度的百分数，称为蒸发后针入度比。,蒸发损失百分数愈小和蒸发后针入度比愈大，则表示沥青的大气稳定性愈好，即老化”愈慢。,沥青的其他性质,除以上四种主要性质外，还需了解石油沥青的,溶解度、闪点和燃点,等性质。,A.,溶解度,溶解度,指石油沥青在三氯乙烯、四氯化碳或苯中溶解的百分率。用以限制有害的不溶物（如沥青碳或似碳物）含量。不溶物会降低沥青的粘结性。,B.,闪点和燃点,沥青材料在使用时必须加热，当加热至一定温度时，沥青材料中挥发的油分蒸汽与周围空气组成混合气体，此混合气体遇火焰则易发生闪火。若继续加热，油分蒸汽的饱和度增加，由于此种蒸汽与空气组成的混合气体遇火焰极易燃烧而引起火灾。为此，必须测定,沥青加热闪火和燃烧的温度，,即所谓,闪点和燃点,。闪点和燃点是保证沥青加热质量和施工安全的一项重要指标。,沥青闪燃点仪,沥青闪燃点仪,4.,石油沥青的技术标准及选用,石油沥青按用途分为建筑石油沥青、道路石油沥青、防水防潮石油沥青和普通石油沥青。,(1),石油沥青的牌号主要根据针入度、延度和软化点等指标划分，并以,针入度,值表示。,同一品种的石油沥青材料，牌号越高，则粘性越小，针入度越大，塑性越好，延度越大，温度敏感性越大，软化点越低。,建筑石油沥青技术要求,Asphalt used in roofing,(2),沥青的掺配,在工程中，往往一种牌号的沥青不能满足工程要求，因此常常需要用,不同牌号的沥青进行,掺配,。在进行掺配时，为了不使掺配后的沥青胶体结构破坏，应选用表面张力相近和化学性质相似的沥青。试验证明同产源的沥青容易保证掺配后的沥青胶体结构的均匀性。,所谓同源是指同属石油沥青或同属于煤沥青。,沥青掺配公式,Q,1,较软沥青用量，；,Q,2,较硬沥青用量，；,T,掺配后的沥青软化点,;,T,1,较软沥青软化点，,;,T,2较硬沥青软化点，。,彩色沥青首现北京东二环 抗侧滑尚在试验,彩色沥青主要起提示作用（,2003,）,7.1.2,煤焦油简介,煤焦油是生产焦炭和煤气的副产物，它大部分用于化工，而小部分用于制作建筑防水材料和铺筑道路路面。,烟煤在密闭设备中加热干馏，此时烟煤中挥发物质气化逸出，冷却后仍为气体的可作煤气，冷凝下来的液体除去氨及苯后，即为煤焦油。,煤沥青特点,与石油沥青相比，由于两者的成分不同，煤沥青有如下,特点,：,(1),由固态或粘稠态转变为粘流态,(,或液态,),的温度间隔较小，夏天易软化流淌，而冬天易脆裂，即,温度敏感性较大,。,(2),含挥发性成分和化学稳定性差的成分较多，在热、阳光、氧气等长期综合作用下，煤沥青的组成变化较大，易硬脆，即,大气稳定性较差,。,煤沥青特点,(3),含有较多的游离碳，,塑性较差,，容易因变形而开裂。,(4),因含有蒽,、,酚等，故有毒性和臭味，防腐能力较好，适用于,木材的防腐,因含表面活性物质较多，与矿料表面的粘附力较好。,鉴别方法 由于煤沥青和石油沥青相似，使用时必须加以区别，方法见下表：,鉴别方法,煤沥青,石油沥青,密度,1.1(,约为,1.25,）,接近,1.0,锤击,音清脆，韧性差,音哑，富有弹性，韧性好,燃烧,烟呈黄色，有刺激味,烟无色，无刺激性臭味,溶液颜色,用,30-50,倍的汽油或煤油溶解后，将溶液滴于滤纸上，斑点分为内外两圈，城内黑外棕或黄色,溶解方法同左，斑点完全均匀散开，呈棕色。,八达岭高速货车侧翻泄漏煤焦油逼近备用水库,事故现场：河水变成红褐色（,2004.8,）,煤焦油易溶于水，它不像其他油品浮于水面易于清理。煤烟灰和煤焦油中含有环状碳氢化合物，这种物质具有致癌作用。,7.1.3,改性石油沥青,改性沥青,改性沥青,是掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂,(,改性剂,),，或采取对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青或沥青混合料的性能得以改善而制成的沥青混合料。,1,橡胶改性沥青,橡胶是沥青的重要改性材料，它和沥青有较好的混溶性，并能使沥青具有橡胶的很多优点，如高温变形性小，低温柔性好。由于橡胶的品种不同，掺入的方法也有所不同，而各种橡胶沥青的性能也有差异。现将常用的几种分述如下。,(1),氯丁橡胶改性沥青,沥青中掺入氯丁橡胶后，可使其气密性、低温柔性、耐化学腐蚀性、耐气候性等得到大大改善。氯丁橡胶改性沥青可用于路面的稀浆封层和制作密封材料和涂料等。,(2),丁基橡胶改性沥青,丁基橡胶改性沥青具有优异的耐分解性，并有较好的低温抗裂性能和耐热性能，多用于道路路面工程和制作密封材料和涂料。,(3),热塑性弹性体,(SBS),改性沥青,SBS,是热塑性,弹性体,苯乙烯,丁二烯嵌段共聚物，它兼有橡胶和树脂的特性，,常温下具有橡胶的弹性，高温下又能像树脂那样熔融流动，成为可塑的材料。,SBS,改性沥青具有良好的,耐高温性,、,优异的低温柔性和耐疲劳性，,是目前应用最成功和用量最大的一种改性沥青。,主要用于制作防水卷材和铺筑高等级公路路面等。,SBS,改性沥青防水卷材,SBS,是三元嵌段聚合物，是一种受世界推崇的热塑弹性体，在常温下它呈强韧的高弹性体，在高温下呈接近线性聚合物的流体状态,。,SBS,改性沥青防水卷材，填补了国内建筑防水的一项空白。它具有一般纸胎沥青油毡不可比拟的优点：高温不流淌、低温柔度好、抗老化、韧性强、弹性好、防水性优异、施工操作简便、环境适应广、造价低、荷重轻、维修量小且方便、有效防水年限达,15,年以上，因此受到广大用户的青睐。,2,树脂改性沥青,用树脂改性石油沥青、可以改进沥青的耐寒性、耐热性、粘结性和不透气性。由于石油沥青中含芳香性化合物很少，故树脂和石油沥青的相容性较差，而且可用的树脂品种也较少，常用的树脂有：古马隆树脂、聚乙烯、乙烯,乙酸乙烯共聚物,(EVA),，,无规聚丙烯,APP,等。,3,橡胶和树脂改性沥青,橡胶和树脂同时用于改善沥青的性质，使沥青同时具有橡胶和树脂的特性。且树脂比橡胶便宜，橡胶和树脂又有较好的混溶性故效果较好。,4,矿物填充料改性沥青,为了提高沥青的粘结能力和耐热性数量的矿物填充料。,(1),矿物填充料的品种,常用的矿物填充料大多是粉状的和纤维状的硅藻土和石棉等。,如：滑石粉；石灰石粉；白云石粉、磨细砂、粉煤灰、,水泥,、高岭土粉、白垩粉等均可作沥青的矿物填充料。,(2),矿物填充料的作用机理,沥青中掺入矿物填充料后，能与沥青包裹形成稳定的混合物。,一要沥青能润湿矿物填充料；二要沥青与矿物填充料之间具有较强的吸附力，并不为水所剥离。,一般具有共价键或分子键结合的矿物后憎水性即亲油性的，如滑石粉等，对沥青的亲合力大于对水的亲合力，故滑石粉颗粒表面所包裹的沥青即使在水中也不会被水所剥离。,另外，具有离子键结合的矿物,盐、,硅酸盐等，属亲水性矿物，即有憎油性。但是，因沥青中含有酸性树脂，它是一种表面活性物质，能够与矿物颗粒表面产生较强的物理吸附作用。如石灰石粉颗粒表面上的钙离子和碳酸根离子；对树脂的活性基团有较大的吸附力，还能与沥青酸或环烷酸发生化学反应形成不溶于水的沥青酸钙或环烷酸钙，产生化学吸附力，故石灰石粉与沥青也可,形成稳定的混合物。,从以上分析可以认为，由于沥青对矿物填充料的,润湿和吸附,作用，沥青可能成单分子状排列在矿物颗粒,(,或纤维,),表面，形成结合力牢固的沥青薄膜，有的将它称为,结构沥青,(,如图,72,所示,),。结构沥青具有较高的粘性和耐热性等。因此，沥青中掺入的矿物填充料的数量要适当，以形成恰当的结构沥青膜层。,沥青与矿粉相互作用的结构图式,图,72,沥青与矿粉相互作用的结构图式,1,一自自沥青；,2,一结构沥青；,3,一钙质薄膜；,4,一矿粉颗粒,沥青制品,沥青制品,冷底子油,冷底子油是用稀释剂（汽油、柴油、煤油、苯等）对沥青进行稀释的产物。它多在常温下用于防水工程的底层，故称冷底子油。,沥青胶,沥青胶属于矿物填充料改性沥青，是在沥青中掺入适量的粉状或纤维状矿物填充料经均匀混合而制成，又称,沥青玛蹄脂,。沥青胶有热用和冷用两种。,沥青胶,沥青胶属于矿物填充料改性沥青，是在沥青中掺入适量的粉状或纤维状矿物填充料经均匀混合而制成，又称,沥青玛蹄脂,。常用的矿物填充料主要有滑石粉、石灰石粉、木屑粉、石棉粉等。沥青胶中掺入填充料，不仅可以节约沥青，更主要的是改善了沥青的性能。与纯沥青相比，沥青胶具有较好的粘性、耐热性和柔韧性，主要用于粘贴卷材、嵌缝、接头、补漏及做防水层的底层。,沥青胶有热用和冷用两种。热用沥青胶粘结效果好，但需现场加热，造成环境污染，施工也不方便；冷用沥青胶可在常温下使用，施工方便，但需加稀释剂，成本较高。,冷底子油,冷底子油是用稀释剂（汽油、柴油、煤油、苯等）对沥青进行稀释的产物。它多在常温下用于防水工程的底层，故称冷底子油。冷底子油粘度小，具有良好的流动性。涂刷在混凝土、砂浆或木材等基面上，能很快渗入基层孔隙中，待溶剂挥发后，便与基面牢固结合。冷底子油形成的涂膜较薄，一般不单独作防水材料使用，只作某些防水材料的配套材料。施工时在基层上先涂刷一道冷底子油，再刷沥青防水涂料或铺油毡。冷底子油可封闭基层毛细孔隙，使用基层形成防水能力；使基层表面变为憎水性，为粘结同类防水材料创造了有利条件。冷底子油应涂刷于干燥的基面上，不宜在有雨、雾、露的环境中施工，通常要求与冷底子油相接触的水泥砂浆的含水率,10,。,7.2,沥青混合料的组成与性质,1),沥青混合料的定义与分类,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。工程上最常用的沥青混合料有两类：,沥青混凝土混合料,是由适当比例的粗集料、细集料及填料组成的符合,规定级配,的矿料，与沥青结合料拌和而制成的符合技术标准的沥青混合料,(Asphalt concrete mixture,，,简称,AC,，,采用圆孔筛时用,LH,表示,),。,沥青碎石混合料,沥青碎石混合料,是由适当比例的粗集料、细集料及填料,(,或不加填料,),与沥青拌和的沥青混合料,(Asphalt macadam mixture,，,简称,AM),。,沥青混合料还可以按,其它方式分类,。,沥青混合料的特点：,1,、是一种弹塑性粘性材料，具有高温稳定性和,低温抗裂性。不需设施工缝和伸缩缝，路面,平整有弹性。,2,、路面有一定的粗糙度，具有良好的抗滑性,3,、施工方便，速度快，养护期短。,4,、可分期改造和再生利用。,5,、密实的沥青混凝土透水性小，防止路表水进入基层和路基，提高了路面结构的整体强度和稳定性。,6,、路面因老化而使表层产生松散，引起路面,破坏，由于设计施工等原因，水分一旦进入基层和路基就难排出去，如遇水温性较差的基层材料和对含水量敏感的路基，也会导致路基破坏。,7,、温度敏感性强，路面易产生车辙、波浪等。,沥青混合料的特点,沥青混合料分类,分类方法,种类,结合料,石油沥青混合料,煤沥青混合料,最大粒径,特粗式,粗粒式,中粒式,细粒式,砂粒式,矿料级配,密级配沥青混凝土混合料,半开级配沥青混合料、,开级配沥青混合料,间断级配沥青混合料,施工条件,热拌热铺沥青混合料,热拌冷铺沥青混合料,冷拌冷铺沥青混合料,沥青混合料的分类,(1),按分类,石油沥青混合料,以石油沥青为结合料的沥青混合料（包括：粘稠石油沥青、乳化石油沥青及液体石油沥青）。,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,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。,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),按矿质集料级配类型分类,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，称为连续级配混合料。,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,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,3,7,；,II,型沥青混凝土混合料：剩余空隙率,4,10,。,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，但其粒径递减系数较大，剩余空隙率大于,15,。亦有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,沥青混凝土混合料的集料最大粒径可分为下列,4,类：,粗粒式沥青混合料,集料最大粒径等于或大于,26.5 mm,（,圆孔筛,30 mm,）,的沥青混合料。,中粒式沥青混合料,集料最大粒径为,16 mm,或,19 mm,（,圆孔筛,20 mm,或,25 mm,）,的沥青混合料。,细粒式沥青混合料,集料最大粒径为,9.5 mm,或,13.2 mm,（圆孔筛,10 mm,或,15 mm,）的沥青混合料。,砂粒式沥青混合料,集料最大粒径等于或小于,4.75 mm,（圆孔筛,5 mm,）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,4,类外，尚有：特粗式沥青碎石混合料，集料最大粒径,37.5 mm,（,圆孔筛,40 mm,）,以上。,热拌沥青混合料是沥青混合料中最典型的品种,，其它各种沥青混合料均为由其发展而来的亚种。本节主要详述它的组成结构、技术性质、组成材料和设计方法。,7.2.1沥青混合料的组成结构,沥青混合料根据其粗、细集料的比例不同，其结构组成有三种形式：,悬浮密实结构、骨架空隙结构和骨架密实结构,。,沥青混合料的组成结构有两种相互对立的理论：,表面理论和胶浆理论,。,悬浮密实结构,悬浮密实结构,连续密级配,的沥青混合料，由于细集料的数量较多，粗集料被细集料挤开，因此，粗集料以悬浮状态位于细集料之间。这种结构的沥青混合料的,密实度较高，但稳定性较差,。对双层或三层结构的沥青路面，其中至少必须有一层,型密级配沥青配合料。对干燥地区的高等级公路，也可采用这种结构的沥青混合料做表层。,骨架空隙结构,骨架空隙结构,连续开级配,的沥青混合料，由于细集料的数量较少，粗集料之间不仅紧密相连，而且有较多的空隙。这种结构的沥青混合料的内摩阻力起重要作用，因此，沥青混合料受沥青材料的变化影响较小，,稳定性较好，,但沥青与矿料的粘结力较小，空隙率大，,耐久性差,。当沥青路面采用这种形式的沥青混合料时，沥青面层下必须做下封层。,骨架密实结构,骨架密实结构,间断密级配,的沥青混合料，是上面两种结构形式的有机组合。它既有一定数量的粗集料形成骨架结构，又有足够的细集料填充到粗集料之间的空隙中去，因此，这种结构的沥青混合料的,密实度、强度和稳定性都比较好,。,目前，这种结构形式的沥青混合料路面还用得比较少，处于研究阶段。,沥青混合料的典型组成结构,a,悬浮密实结构；,b,骨架空隙结构；,c,骨架密实结构,表面理论和胶浆理论,随着对沥青混合料组成结构研究的深入，目前对传统的理论提出不同看法。因此，对沥青混合料的组成结构有下列两种互相对立的理论。凡不冠以特加说明的沥青混合料均指热拌沥青混合料。其它类型的沥青混合料必须冠以说明，如：常温沥青混合料等。,表面理论,（,Surface theory,）,按传统的理解，沥青混合料是由粗集料、细集料和填料经人工组配成密实的级配矿质骨架，此矿质骨架由稠度较稀的沥青混合料分布其表面，而将它们胶结成为一个具有强度的整体。这种理论认识可图解如下,：,胶浆理论,（,Mortar theory,）,近代某些研究从胶浆理论出发，认为沥青混合料是一种多级空间网状结构的分散系。它是以粗集料为分散相而分散在沥青砂浆的介质中的一种粗分散系；同样，砂浆是以细集料为分散相而分散在沥青胶浆介质中的一种细分散系；而胶浆又是以填料为分散相而分散在高稠度的沥青介质中的一种微分散系。这种理论认识可图解如下：,两种理论的主要区别是，表面理论重点突出矿质骨料的骨架作用，强度的关键首先是矿质骨料的强度和密实度；而胶浆理论则突出沥青胶结构在混合料中的作用，以及沥青与填充料之间的关系，这对沥青混合料的高温稳定性和低温抗裂性的影响尤为重要。,7.2.2,沥青混合料的技术性质,(1),沥青混合料组成材料,沥青混合料的组成材料包括,沥青,和,矿料,。矿料包括,粗集料,、,细集料,和,矿粉,。,矿粉粒径小于,0.074,毫米的矿质粒料。多用于沥青混凝土和沥青碎石路面，其作用为填充空隙，防止热沥青流淌，增强沥青材料的粘结力和热稳定性。矿粉也要和沥青有良好的亲和力（即粘着力），能抵抗水的剥蚀作用。最常用的矿粉为石灰石粉。,(2),沥青混合料的技术性质,沥青混合料铺筑的路面产生破坏的主要原因：,夏季高温时的,抗剪强度,不足和,塑性变形,过剩而产生推挤波浪、拥包等。,冬季低温时的,抗拉强度,不好和,抵抗变形,能力过差引起裂缝。,1.,高温稳定性,沥青混合料高温稳定性，是指沥青混合料在夏季高温（通常为,60,）条件下，经车辆荷载长期重复作用后，不产生车辙和波浪等病害的性能。我国现行国标采用,马歇尔稳定度,试验,来评价沥青混合料高温稳定性；对高速公路、一级公路、城市快速路、主干路用沥青混合料，还应通过,车辙试验,检验其抗车辙能力。,马歇尔试验,通常测定的是,马歇尔稳定度,和,流值,。,马歇尔稳定度,是,将选定级配组成的矿质混合科，加入适量的沥青，在规定条件下拌制成均匀混合料，击实成直径,101.6mm,，高,63.5mm,的圆柱形试件，按规定条件保温，然后把试件迅速卧放在弧形加荷头内，以,50.5mm,min,的速度加压。当试件达到破坏时的最大荷载即为稳定度（,kN,），,；,流值,是达到最大破坏荷载时试件的垂直变形,(0.1mm),。,车辙试验测定的是,动稳定度,。,沥青混合料的,动稳定度,是指标准试件在规定温度下，一定荷载的试验车轮在同一轨迹上，在一定时间内反复行走,(,形成一定的车辙深度,),产生,lmm,变形所需的行走次数,(,次,mm),。,点击观看马歇尔稳定度试验,点击观看车辙试验动画演示,马歇尔稳定度和流值试验,2.,低温抗裂性,沥青混合料不仅应具备高温的稳定性同时，还要具有低温的抗裂性，,以保证路面在冬季低温时不产生裂缝。,沥青混合料是粘,弹,塑性材料，其物理性质随温度变化会有很大变化。当温度较低时，沥青混合料表现为弹性性质，变形能力大大降低。在外部荷载产生的应力和温度下降引起的材料的收缩应力联合作用下，沥青路面可能发生断裂，产生低温裂缝。,沥青混合料的低温开裂是由混合料的,低温脆化,、,低温收缩,和,温度疲劳,引起的。混合料的低温脆化一般用不同温度下的弯拉破坏试验来评定；低温收缩可采用低温收缩试验评定；而温度疲劳则可以用低频疲劳试验来评定。,3.,耐久性,沥青混合料在路面中，长期受自然因素,(,阳光、热、水分等,),的作用，为使路面具有较长的使用年限，必须具有较好的耐久性。,沥青混合料的耐久性与,组成材料的性质和配合比有密切关系,，首先，沥青在大气因素作用下，组分会产生转化，油分减少，沥青质增加，使沥青的塑性逐渐减小，脆性增加，路面的使用品质下降。其次，以耐久性考虑，沥青混合料应有较高的密实度和较小的空隙率，但是，空隙率过小，将影响沥青混合料的高温稳定性。因此，在我国的有关规范中，对空隙率和饱和度均提出了要求。,影响沥青混合料耐久性的主要因素,孔隙率,一定量的空隙率是必要的；,空隙率太大对力学性能和耐久性不利。,耐水性,耐水性：沥青混合料饱水后，矿料与沥青粘结力降低，剥落，体积膨胀。,评定指标：残留稳定度,耐水性差，耐久性也差,填隙率,沥青用量过少，塑性降低，空隙率增大，耐水性下降；,沥青用量过多，降低高温稳定性和抗滑能力。,4.,抗滑性,随着现代交通车速不断提高，对沥青路面的抗滑性提出了更高的要求。,沥青路面的抗滑性能与集料的表面结构,(,粗糙度,),、级配组成、沥青用量等因素有关。,为保证抗滑性能，面层集料应选用质地坚硬具有棱角的碎石，通常采用玄武岩。采取适当增大集料粒径、减少沥青用且及控制沥青的含蜡量等措施均可提高路面的抗滑性。,5.,施工和易性,沥青混合料应具备良好的施工和易性，使混合料易于拌和、摊铺和碾压施工。影响施工和易性的因索很多，如气温、施工机械条件及混合料性质等。,从混合料的材料性质看，影响施工和易性的是,混合料的级配和沥青用量,。,如粗、细集料的颗粒大小相差过大，缺乏中间尺寸的颗粒，混合料容易分层层积；如细集料太少，沥青层不容易均匀的留在粗颗粒表面；如细集料过多，则使拌和困难。如沥青用量过少，或矿粉用量过多时，混合料容易出现疏松，不易压实；如沥青用量过多，或矿物质量不好，则混合料容易粘结成块，不易摊铺。,7.3,沥青混合料配合比设计,7.3.1,沥青混合料组成材料的技术性质,1,沥青材料,不同型号的沥青材料，具有不同的技术指标，适用于不同等级、不同类型的路面，在选择沥青材料的时候，要考虑到气候条件、交通量、施工方法等情况，,寒冷地区宜选用稠度较小，延度较大的沥青，以免冬季裂缝；较热地区选用稠度较大，软化点高的沥青，以免夏季泛油，发软。一般路面的上层宜用较稠的沥青，下层和联结层宜用较稀的沥青。,2,粗集料,沥青混合料的粗集料要求洁净、干燥、无风化、无杂质，并且具有足够的强度和耐磨性。一般选用高强、碱性的岩石轧制成接近于立方体、表面粗糙、具有棱角的颗粒。,沥青混合料对粗集料的级配不单独提出要求，只要求它与细集料、矿粉组成的矿质混合料能符合相应的沥青混合料的矿料级配范围,。每种混合料按空隙率分为,I,型,(,空隙率为,3,一,6,),和,型,(,空隙率为,6,一,10,),两种。一种粗集料不能满足要求时，可用两种以上不同级配的粗集料掺合使用。,3,细集料,沥青混合料的细集料可根据当地条件及混合料级配要求选用天然砂或人工砂，在缺少砂的地区，也可用石屑代替。细集料同样应洁净、粘土含量不大于,3,。,4,矿粉,矿粉是由石灰岩或岩浆岩中的碱性岩石磨制而成的，也可以利用工业粉末、废料、粉煤灰等代替，但用量不宜超过矿料总量的,2,。其中粉煤灰的用量不宜超过填料总量的,507.3.2,沥青混合料配合比设计,沥青混合料配合比设计通常按下列两步进行，,首先,选择矿质混合料的配合比例，使矿质混合料的级配符合规范的要求，即石料、砂、矿粉应有适当的配合比例；,然后,确定矿料与沥青的用量比例，即最佳沥青用量。在混合料中，沥青用量波动,0.5,的范围可使沥青混合料的热稳定性等技术性质变化很大。在确定矿料间配合比例后通过稳定度、流值、空隙率、饱和度等试验数值选择出最佳沥青用量。,（一）、沥青混合料配合比设计的任务：就是通过确定粗集料、细集料、矿粉和沥青之间的比例关系，使沥青混合料的各项指标达到工程要求，让沥青混合料的强度、稳定性、耐久性、平整度等各项要求，在联系与矛盾中达到统一。,（二）沥青混合料配合比设计包括：试验室配合比设计、生产配合比设计和试拌试铺配合比调整等三个阶段。主要着重介绍试验室配合比设计。,试验室配合比设计分为矿质混合料配合组成和沥青最佳用量确定两部分。,1,、矿质混合料的组成设计：是让各种矿料以最佳比例相混合，从而在加入沥青后，使沥青混凝土既密实，又有一定的空隙，供夏季沥青的膨胀，矿质混合料的组成设计分下列几步：,1,）,.,确定沥青混合料类型,确定所设计的沥青混合料用于什么样的公路等级,路面类型及哪一结构层，根据各层的不同要求，选择沥青混合料类型。,2,）确定矿料的最大粒径,各国对沥青混合料的最大粒径（,D,）,同路面结构层最小厚度的关系均有规定，我国研究表明：随,h,D,增大，耐疲劳性提高，但车辙量增大。相反,h,D,减小，车辙量也减小，但耐久性降低，特别是在,h,D,2,时，疲劳耐久性急剧下降。为此建议结构层厚度,h,与最大粒径,D,之比应控制在,h,D2,3,。,3,）,确定矿质混合料的级配范围,根据确定下来的沥青混合料类型，参照,公路沥青路面施工技术规范,（,GBJ92-93,）,推荐的级配作为沥青混合料的设计级配。,4,）测出矿质集料的密度、吸水率、筛分情况以及沥青的密度。,5,）采用图解法或数解法，求出已知级配的粗集料、细集料和矿粉之间的比例关系，求得的合成级配应根据下列要求作必要的配合比调整。,2,、沥青最佳用量的确定,沥青最佳用量的确定可以通过理论计算得到，但误差较大，故一般采用实验的方法求得。目前，我国采用马歇尔试验法来确定沥青最佳用量。其方法是：,1,）按所设计的矿料配合比配制五组矿质混合料，每组按规范推荐的沥青用量（或油石比）范围加入适量沥青，沥青用量,按,0.5,间隔递增，拌和均匀，制成马歇尔试件。,2,）根据集料吸水率大小和沥青混合料的类型采用合适的方法，测出试件的实测密度，并计算,理论密度、空隙率、沥青饱和度等物理指标。,3,）进行马歇尔试验，测定稳定度和流值这二个力学指标。,4,）,以沥青用量为横坐标，以实测密度、空隙率、饱和度、稳定度、流值为纵坐标，分别将试验结果点入坐标中，沥青用量与这些指标之间连成关系曲线。,从图中取相应于密度最大值的沥青用量 ，相应于稳定度最大值的沥青用量 ，相应于规定空隙率范围的中值的沥青用量 。以三者平均值作为最佳沥青用量的初始值。,沥青用量,密度,最密度大值,a,1,稳定度,沥青用量,沥青用量,空隙率,沥青用量（,%,）,流,值,沥青用量（,%,）,沥青用量（,%,）,沥青用量（,%,）,空隙率,饱和度,稳定度,流值,共同范围,饱和度,根据沥青混合料马歇尔试验技术标准，确定各关系曲线上沥青用量范围 ，取各沥青用量范围的共同部分，即为沥青最佳用量范围，求其中值 。,按最佳沥青用量初始值 ，在上述关系曲线中取相应的各项指标值，当各项指标值均符合马歇尔试验技术标准时，由 和 确定最佳沥青用量，如不能符合规定时，应重新进行级配调整和计算，直至各项指标均符合要求。,沥青混合料试件的饱和度,沥青混合料试件的饱和度也称沥青填隙率，即沥青体积与矿料空隙体积的百分率。饱和度过小，沥青难以充分裹覆矿料，影响沥青混合料的粘聚性，降低沥青混凝土耐久性；饱和度过大，减少了沥青混凝土的空隙率，防碍夏季沥青体积膨胀，引起路面泛油，降低沥青混凝土的高温稳定性，因此，沥青混合料要有适当的饱和度。,空隙率：,空隙率：是指空隙的体积占沥青混合料总体积的百分率，它是由理论密度和实测密度求得。,空隙率是评价沥青混合料压实程度的指标。空隙率的大小，直接影响沥青混合料的技术性质，空隙率大的沥青混合料，其抗滑性和高温稳定性都比较好，但其抗渗性和耐久性明显降低，而且对强度也有影响。,残留稳定度,残留稳定度是反映沥青混合料受水损害时抵抗剥落的能力。浸水马歇尔稳定度试验方法与马歇尔试验基本相同，只是将试件在,601,恒温水槽中保温,48h,，然后，再测定其稳定度，浸水后的稳定度与标准马歇尔稳定度的百分比即为残留稳定度。,