道路沥青混合料的种类与性质

第七章沥青混合料的组成设计

沥青混合料从颗粒均匀预涂沥青的沥青涂层碎石(coated stone)到沥青玛碲脂(mastic asphalt)其成分变化无穷。然而，沥青混合料大体上可以分为沥青混凝土(asphalt)和沥青碎石(macadam)两大类。

沥青混凝土与碎石的主要区别如下：

●沥青混凝土的集料级配一般由颗粒大致均匀的粗集料加上大量的细集料和很

少量的中等大小的集料组成。

●沥青混凝土的强度与砂／填料／沥青成份的劲度即沥青砂浆有关；为了砂浆

要有足够的劲度，制造沥青混凝土时要用比较硬的沥青和含量高的填料；至于沥青碎石的强度，主要是依靠摩擦和集料颗粒间的机械互锁力，因此可以用较软等级的沥青。

●由于沥青混凝土含的填料比例很大，也即是集料有大幅的表面积要用沥青裹

覆，因而沥青用量较高；而沥青碎石含细小的集料少，因此用以裹覆集料的沥青少量也够了；沥青碎石内的沥青主要功能是在压实时作为润滑剂和在使用过程中粘结着集料颗粒。

●沥青混凝土的空隙率低，基本上不透水并且用予繁重交通的道路上非常耐

久；沥青碎石的空隙率相对较高而具透水性，并不如前者耐久。从沥青涂层碎石到沥青玛蹄脂各种沥青合料中，使用的沥青等级愈来愈硬，沥青、矿料和砂的含量增加，粗集料含量减少。

图7-1 各种沥青混合料的典型级配曲线

§7．1道路沥青混合料的种类与性质

7．1．1沥青混凝土

用不同粒径的碎石、天然砂、矿粉和沥青按一定比例以及最佳密实级配原则设计、在拌和机中热拌所得的混合料称沥青混凝土混合料。这种混合料的矿料部分应有严格的级配要求。它们经过压实后所得的材料具有规定的强度和孔隙率时称作沥青混凝土。沥青混凝土的强度和密实度是一般沥青混合料中最大的，但它们在常温或高温下都具有一定的塑性。沥青混凝土的高密实度使得它水稳性好，因此有较强的抗自然侵蚀能力，故寿命长、耐久性好，适合作为现代高速公路的柔性面层。从国外以及国内的工程实践来看，以沥青混凝土作为高等级公路或城市道路的路面材料已经相当普遍。

由于沥青混凝土的胶结料主要为沥青，沥青是一种对温度十分敏感的材料，这就导致了沥青混凝土的性质（主要为力学性能）受温度的影响十分突出（这也是沥青混合料最大的特点），如它们的劈裂强度随温度的变化可从零下温度的几兆帕到高温的零点几兆帕而不同。

沥青混凝土的分类从广义来说，可包括沥青玛碲脂(MA)、热压式沥青混凝土(HRA)、传统的密级配沥青混凝土(HMA)、多空隙沥青混凝土(PA)、沥青玛碲脂碎石(SMA)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7－2 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。

7．1．1．1碎石沥青玛蹄脂（SMA）

我国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，Ⅰ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%；Ⅱ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。

(一)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

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170±20mm/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。

7．1．1．2热压式沥青混凝土

英国于1895年首先在切而西(Chelsea)的国王街和肯辛顿(Kensington)的佩勒姆街使用热拌沥青混凝土(hot rolled asphalt，简称HRA)，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(CIinbrd Richardson)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2．36mm-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50mm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。

7．1．1．3沥青混凝土

沥青混凝土(asphaltic concrete)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。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，热铺和温铺沥青混凝土可分为两种：密实沥青混凝土，孔隙率为2％－5％；孔隙沥青混凝土，孔隙率为5％－10％，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(Asphalt Concrete)，前三种再可分为Ⅰ型（孔隙率3％－6％）和Ⅱ型（孔隙率6％－10％）。

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Ⅰ型的构造深度通常难达到要求，Ⅱ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。

7．1．2 预拌式沥青碎石

预拌式沥青碎石(coated macadam)是用煤焦油(tar)预先把沥青碎石涂层，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(Gloucester·shire)和1884年在诺丁汉郡(Nottingham shire)。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(macadam)这个词是为了永远纪念著名的苏格兰道路工程师约翰．劳顿．麦克亚当（ LIohn Loudon McAdam)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(开式级配)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：

●粗集料：构成嵌锁碎石的主要构架以分布交通载荷；

●细集料：填充或部分填充粗集料构架的空隙；

●填料：增加粘结料的粘度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

7．1．2．1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。

7．1．2．2密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5％－10%。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。7．1．2．3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形的表面基层。重型的沥青碎石(heavy duty macadam，简称HDM)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(针入度50号)和较高的填料含量(8％)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。

7．1．2．4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80－100℃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。

7．1．3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辆(特别是卡车)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1／3。因此运输与道路研究试验所(TRRL)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。

7．1．3．1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(Szatkowski)和布朗(Brown)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(＞7，000货车辆／天／车道)至少可持续3年，一般流量的交通道路(2，500货车辆／天／车道)可持续达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(EVA)和苯乙烯一丁二烯嵌段共聚物(SBS)等聚合物，其效果在上述两者之间。

7．1．3．2透水沥青碎石路面的优点

7．1．3．2．1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。

7．1．3．2．2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50km／h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3—4分贝(A)而潮湿情况下更低7一8分贝(A)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。

7．1．3．3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(或是混合温度过高)，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。同时又可改善沥青的粘附性，这显然对在水中浸泡了相当时间的多孔

材料有利。

从定义上看，透水沥青碎石和防滑层均是透水的，因此压实材料里的沥青膜经常与氧气接触，结果是在现场的沥青被加速氧化。图7-4显示了有1至9年路龄的机场防滑层现场的针入沥青。9年后的沥青针入度变为20，有人认为这达到了“临界”针入度，也就是说当针入度低于20时，该材料很容易被磨损。

全面试验的初步结果认为消石灰和某些聚合物可以降低现场沥青的氧化率。实验室试验(36)也说明，假如加入0．5%一1．0%的消石灰，沥青的氧化就会减轻。这是假设消石灰吸收了极性氧化物质，使它不能参予进一步的氧化反应。

处理透水沥青碎石路面的积雪和融冰所需要的盐要比处理常规HRA的路面多2—3倍，其原因是有两方面的。首先，如果雪已被压入透水沥青碎石的空隙里，盐分有先驱除其他部位的雪的倾向而使压实的积雪留在车辙里。其次，雪融化产生的含盐污水会从路面以下泄去而盐就起不了作用。然而，尽管额外的盐处理是件讨厌的事而无疑增加了冬季的养护成本，但是给驾驶者带来的莫大方便以及大幅降低了扰人的交通噪音，远远超过了用多些盐的价值。

由于孔隙率较大，透水沥青碎石的孔隙容易被细小尘土颗粒堵塞，这使得表面构造深度减小及其水传导性随时间而降低，因此必须采取相应的措施以保证路面维持其有效的使用功能。1995年第20次世界道路会议关于多孔隙沥青混凝土的专题报告给出了解决孔隙堵塞问题的两种方法：

Ⅰ. 预防堵塞；

Ⅱ. 除去堵塞材料。

1．减少孔隙堵塞的方法为：

（1）采用集料最大粒径大于11mm和孔隙率至少20％的沥青混合料，这样可较长时间维持高水平水传导性；

（2）避免用形状特殊的集料，当使用纤维和聚合物改性沥青时，纤维量应限制在不超过沥青用量的0.3%，宜用矿质纤维；

（3）用沥青砂浆封闭无交通的车道和硬路肩；

（4）在与无沥青面层或无水泥混凝土道路的交叉处或交通量小的路段建议不采用多孔沥青混凝土。

2．清孔隙：硬路肩、履带车行驶道和其它使用不多的车道应每年用专门开发的设备清洗一次。

图7-4 填料含量对沥青软化点的影响

图7-5 防滑层沥青的硬化

7．1．4 沥青稳定基层

现我国修筑的高等级公路的基层大多为半刚性基层，它们一般是用无机结合料（如水泥、石灰等）作为稳定材料，除这种基层之外，有时也采用沥青稳定基层。

将土粉碎，用沥青（液体石油沥青、煤沥青、乳化沥青、沥青膏胶等）为结合料，将其与土拌和均有，摊铺整平，碾压密实成形的基层称为沥青稳定土基层。理论上说，各种土都可用液体沥青来稳定以形成一定强度的基层。沥青土的强度和水稳性在沥青和水位最佳含量时达最大，沥青和水的最佳含量总和略高于素土压实时的最佳含水量。最佳含量的沥青包括吸附沥青和自由沥青两部分，吸附沥青是受土的分子力作用下的沥青，其量仅约0.5％－01％，自由沥青填充土的孔隙，约为7％－8％。吸附沥青的形成是土对沥青中所含表面活性物质复杂多样的选择性的物理吸附的结果，使沥青具有憎水性；同时当土中含有某些重金属的盐类时，由于与沥青酸等一些沥青中的活性物质的相互作用，产生了化学吸附过程，这使得沥青膜具有不可逆性，因此具有很高的水稳性。在土或沥青中掺加活性物质，都可以提高沥青土地水稳性，各国比较成功的经验是在土中掺入微量的石灰，或采用阳离子乳液处治低塑性土，用阴离子乳液处治粘性土。自由沥青在压实时起润滑和填充作用，使沥青土具有较小的毛细吸水作用，保护吸附沥青膜免受水的浸蚀，这对可逆的吸附沥青膜的水稳性特别重要。

用沥青稳定粘性土时，土中的适量水分对稳定土的强度和水稳性起着十分有利的作用，它在沥青土结构的形成中与沥青一起起着结合料的作用。有关研究资料认为，当土中含有与其结合最坚固的水（相当于土地最大分子吸湿量），而且沥青掺加量能使土粒表面上形成填充其孔隙的足够的膜时，沥青土能达到最大的水稳性。因此用沥青稳定粘土时，最宜的水分应多于沥青含量，一般是，水的数量为素土含水量的0.3－0.4倍，沥青含量为0.25－0.35倍。用沥青稳定砂土时，水主要起有利于压实的润滑作用，对提高水稳性的作用不大。国外有些国家用沥青乳液稳定砂土已取得了良好的效果。

但沥青稳定土的基层也有一些缺点，如结合料与土粒表面粘着力不够、内聚力不大，因此，沥青稳定土的特征是强度形成较慢、并且随着含水量的增加强度会显著下降。

除以上的沥青稳定土基层外，另一种沥青稳定基层是构筑于高等级公路和城市主干道面层下面的排水基层，即多孔隙沥青稳定碎石排水基层，一般跟纵向边缘集水沟结合使用，形成完整的排水系统，具体布置形式在新版的《公路排水设计规范（JTJ018-97）》中作了详细叙述。

沥青碎石排水基层由含少量细料的开级配碎石集料和沥青（2.5%－3.5%）组成。粗集料应选用洁净、坚硬、未风化的碎石，最后为碱性，以确保与沥青的良好粘结性，细集料采用人工轧制石料或天然砂，沥青采用较稠的标号，AH-50或AH-70；混合料的孔隙率一般不小于20％；排水基层的厚度视孔隙率、路表渗入量和基层渗流量而定，一般为8－12cm。

排水基层在面层下，一方面迅速疏干路表面渗入水，另一方面作为基层，起承重作用。采用沥青稳定碎石排水基层后，其下原有的半刚性基层厚度可作相应的减少，或可减薄沥青面层中连接层的厚度，如把中面层下面层改成一层铺筑；

同时，面层底面的应力随沥青稳定碎石的模量的变化而变化，由此可通过控制其模量而使沥青面层都处于受压状态，有关资料介绍，在15℃时，沥青稳定碎石的模量超过1100MPa即可达到目的。顺便说一下，排水基层的下层基层应为不透水层，并应做好层间连接。

多孔沥青稳定碎石作为排水基层，在使用性能上应符合三项要求－透水性、抗变形能力及水稳性（为减少水的侵蚀，一般要求沥青用量不低于2.5%）。

7．1．5 浇注式沥青混凝土

浇注式沥青混合料起源于德国，英文名字为Guss Asphalt，由于该混合料在施工时（高温，200℃左右）呈流动状态（从下面施工图中可以明显看出），故被称为浇注式沥青混合料。

图 7-6 浇注式沥青混凝土摊铺施工图

就工程应用而言，浇注式沥青混合料在发源地德国使用最多，德国的高速公路在一个时期（七八十年代）大部分是浇注式，成本大概比HMA高90％；它

们的实践表明，浇注式沥青混合料的使用情况一般比较好，使用年限可达12到18年。但有些路段有不同程度的车辙和裂缝。在世界各国其它地方，浇注式沥青混合料由于其自身的一些优点，在桥面铺装上用的也比较多。下表列出了具有代表性的浇注式沥青混合料的工程实例：

附带指出，浇注式沥青混合料在亚洲国家的使用则刚刚开始，所以许多科研机构和相关建筑、商业公司都比较重视。日本专门修订了有关使用方法，韩国则在1998年申请了浇注式沥青混合料的专利（Darin Corp Co., Ltd.），在我国也仅仅在以上两个大桥桥面铺装中开始使用。

从制备过程来看，浇注式沥青混合料由两部分组成，一部分为细料和沥青组成的基质沥青玛碲脂（Mastic Epure，简称ME）；另一部分为粗骨料，这两部分在温度为200℃左右的拌和车中混合即成为浇注式沥青混合料。浇注式沥青混合料与一般的沥青沥青混凝土相比，其在材料使用与组成结构上的特点为：（1）胶结料一般采用特立尼达湖沥青和直馏沥青混合而成的掺配沥青，一般湖沥青和直馏沥青的掺配比例从20:80到50:50不等，有时根据需要，湖沥青所占比例可更多。因湖沥青的显著优点之一是它的高粘性，这使得沥青与矿料之间的粘结度十分高，抗剥落能力远远高于一般要求。同时，由于浇注式混凝土流动的特点，用油量较AC型沥青混凝土多，以提供足够的自由沥青，但由于湖沥青软化点较高，一般不会出现泛油。

工程上使用得较多的湖沥青通常是指南美洲岛国特立尼达-多巴哥的特立尼达湖所出产的天然沥青，英文名称为Trinidad Lake Asphalt，简称TLA，该沥青的特性在前面有关沥青材料的内容中已介绍，它在路面气候环境中性能相当稳定，是理想的沥青路面材料。将高粘度的湖沥青和普通直馏沥青掺配，可有效地改善沥青结合料的温度敏感性，从而提高整个混合料的使用性能。

（2）集料部分：与一般沥青混凝土的组成相比，矿粉和细集料占的比例较多，约占整个混合料的一半左右，它们和沥青混合形成的基质沥青玛碲脂在拌和高温时具有良好的流动性，常温下则非常坚硬，且可以加工成块状半成品，用塑料薄膜包装或木桶装好，便于运输。其余部分为粗骨料，它们在混合料中起一定的骨架作用，但由于混合料为明显的悬浮密实结构，粗骨料的骨架作用不是十分突出。

浇注式沥青混合料的路面使用性能特点为：

（a）由于湖沥青较强的抗老化能力这一特点，浇注式沥青混凝土路面的的使用寿命比一般沥青混凝土路面长，从综合的角度考虑，这有利于提高工程的经济使用效率；

（b）路面在高温时或渠化交通处的抗车辙能力还有待于进一步提高；

（c）常温下具有较强的抗压能力，以及抵抗重复荷载疲劳作用的能力；

（d）低温时具有很高的抗劈裂强度以及一定的变形能力；

（e）空隙率几乎为0，这一特性使得浇注式沥青混凝土具有十分强的抵抗水害的能力，有利于提高路面的服务周期；

（f）若用作钢桥面铺装，它具有良好的适合于钢板变形的随从性；

（g）维修方便，只需采用小型维修工具，两三个工作人员，操作简单；

从以上各条可以看出，由于浇注式沥青混合料具有一些传统沥青混凝土难以达到的适合于路用性能的优点，因此它在某些场合有着广泛的应用前景，如用作钢桥面铺装等；但从工程建设投资来看，采用湖沥青的浇注式沥青混合料的费用会高于一般的沥青混凝土，所以，因统筹兼顾，从工程的投入、效益等的综合角度考虑是否采用该种混合料。

7．1．6 环氧沥青混凝土

环氧沥青混凝土，即Epoxy Asphalt，顾名思义，它是在一般的沥青混凝土中加入环氧配置而成。环氧的作用主要是在沥青混凝土中充当固化剂，待其发生固化效用后，由于环氧本身的高粘度，沥青以及整个混合料便组成了一个高强度整体。从严格意义上讲，环氧沥青混凝土不属于一般的改性沥混凝土，它是近年来出现的一种新型的沥青混合料，在美国和日本的桥面铺装以及特殊要求的路段上进行过这方面的应用和科学研究；我国正在建设的南京长江二桥的桥面铺装也将在国内首次采用这项技术。

在材料使用和混合料级配组成上，环氧沥青混凝土与一般沥青混凝土相比，没有什么大的差别：先按一般密级配沥青混凝土（AC型）的级配设计，然后再加入3％左右（或沥青用量的一半）的环氧。

在实验室制作环氧沥青混凝土时，集料部分按一般沥青混凝土的制作要求预先加热好，然后放入搅拌炉，再加入所需沥青，同时放入预热好的环氧（注意，环氧预热时温度不能过高，一般60℃左右，否则，环氧预先发生固化，失去其自身的作用，且不会均匀分布于沥青混合料中），然后搅拌成均匀的沥青混合料，成型。由于环氧自身易固化这一特性，整个过程应该在半小时内完成。

环氧沥青混凝土最显著的力学特性是其十分高的强度－抗压强度、抗劈裂强度等，它的力学强度值是一般沥青混凝土难以达到的。在实验室进行相关的力学破坏性试验时，在不同温度下试验均成明显的脆性破坏。

有关资料给出的环氧沥青混凝土的主要使用性能的优点是：

（a）良好的抗车辙性能；

（b）良好的抗剥落性能；

（这两项性能从下图7-7、7-8中可以明显地看出）

（c）具有一定的弹性，能在表面处产生适当的变形，且不易产生裂缝；

（d）良好的耐久性，因为结合料受温度和气候的影响很小；

图7-7 抗剥落试验结果比较图7-8 车辙试验结果比较

环氧沥青混凝土通常被使用的场合为：

（1）车辙十分严重之处，一般的改性沥青混凝土不能满足要求；

（2）路面沥青混凝土发生严重塑性流动的地方；

（3）下雪寒冷地区以抗剥落；

（4）桥面铺装；

值得注意的是，尽管环氧沥青混凝土有其许多优越性，但它对施工的要求十分苛刻，如天气、工艺等，这些因素是这项技术能成功的关键。