沥青与沥青混合料

一、普通沥青

1、技术性质：

（1）物理常数：密度——在规定温度条件下，单位体积的质量；

相对密度——在规定温度下，沥青质量与同体积水质量之比。

（2）粘滞性：反映沥青材料内部阻碍沥青粒子产生相对流动的能力，简称粘性，以绝对粘度表示。

工程中通常采用条件粘度反映沥青的粘性。

条件粘度：针入度（适应粘稠石油沥青）；粘度（适应液体石油沥青）

（3）延性：沥青材料当受到外力拉伸作用时，所能承受的塑性变形的总能力，以延度作为条件延性的表征指标。

（4）温度敏感性：高温性能指标（软化点、针入度指数）；低温性能指标（脆点）

（5）抗老化性（耐久性）：评价方法采用蒸发损失试验、薄膜加热试验、旋转薄膜加热试验；

评价指标;蒸发损失百分率、针入度比、蒸发后沥青延度。

（6）安全性：评价指标闪点、燃点。

（7）其他性质：如溶解度、含蜡量、粘附性等。

2、组分：三组分（油分、树脂和沥青质）；四组分（饱和分、芳香分、胶质和沥青质）

3、胶体结构：溶胶型结构、溶-凝胶型结构、凝胶型结构（按沥青质含量少、适中、多）

4、三大指标：针入度、延度、软化点，分别表征粘滞性、延性和温度敏感性。

（1）针入度：在规定温度（25℃）条件下，以规定质量（100g）的标准针经过规定的时（5s）贯入沥青试样的深度，单位：0.1mm。

表示方法：P（25℃，100g，5s）

表征意义：针入度值愈大，表示沥青的粘度愈小，是目前我国粘稠石油沥青的分级指标。

（2）延度：将沥青试样制成∞字形标准试件，采用延度仪，在规定温度和规定拉伸速度下拉断时的长度，单位：cm。

表示方法：D（T，v）T为试验温度（0℃、15℃、25℃），v为拉伸速度（1cm/min、5cm/min ）表征意义：沥青延度越大，其塑性变形越大，有利于低温变形。

（3）软化点：将沥青试样注于规定内径的铜环中，环上置一钢球，在规定加热速度下，沥青逐渐软化，直至在钢球荷重作用下滴落到下层金属板时的温度，单位：℃。

表示方法：T R&B

表征意义：沥青软化点越高，沥青的温度稳定性越好。

针入度是在规定温度下测定沥青的条件粘度，软化点则是沥青达到规定条件粘度时的温度。因此，软化点既是反映沥青材料温度稳定性的一项指标，又是沥青粘度的一种量度。

5、其他性质

（1）脆点：沥青材料在低温下受到瞬时荷载时表现为脆性破坏，采用弗拉斯脆点测定。

（2）闪点：沥青使用时必须加热，由于沥青在加热过程中挥发出的油会与周围的空气组成混合气体，当遇到火焰会发生闪火，此时的温度称为闪点。

（3）燃点：若继续加热，挥发的油分饱和度增加，与空气组成的混合气体遇火极易燃烧，燃烧时的温度称为燃点。

闪点和燃点是保证沥青安全加热和施工的一项重要指标，通常采用克利夫兰开口杯法测定（简称COC法）。

二、改性沥青

1、定义：包括改性沥青混合料，指掺和橡胶、树脂、高分子聚合物、天然沥青、磨细的橡胶粉，或者其他材料等外掺剂(改性剂)，从而使沥青或沥青混合料的性能得以改善的沥青结合料。

2、改性剂：在沥青或沥青混合料中加入的天然的或人工的有机或无机材料，可熔融、分散在沥青中，与沥青发生反应或裹覆在集料表面上，改善或提高沥青路面性能的材料。

3、技术性质

（1）温度敏感性：针入度指数PI，针入度-粘度指数PVN，粘温指数VTS及沥青等级指数CI等。

（2）高温稳定性：环球法软化点

当量软化点T800——沥青的软化点是个等粘温度，沥青软化点的温度大体相当于针入度为800，或粘度为1300Pa·s时的温度，且沥青的对数针入度与温度有良好的直线关系，可通过三个以上温度(15℃、25℃、30℃或5℃)的针入度建立回归直线，延长这条直线与针入度为800的水平线相交，从而得出一个温度，即软化点时的温度，称为当量软化点T800。

（3）低温柔韧性

①当量脆点T1.2——由沥青的对数针入度温度回归直线方程求取针入度为1.2时的温度，即弗拉斯脆点时的温度，称为当量脆点T1.2。

②低温延度(5℃，5cm/min )

（4）弹性：弹性恢复试验(15℃，30min，10cm，5cm/min)

（5）粘韧性：测力延度(10℃，5cm/min)

（6）耐久性：残留针入度比(25℃，l00g，5s)；低温残留延度(10℃，5cm/min)

（7）存储稳定性：离析试验

SBS类聚合物改性沥青采用软化点差表征离析程度；EV A和PE等聚合物改性沥青采用观察法表征。（8）施工性：闪点（COC）

（9）工作度：高温粘度界限

三、集料

1.集料按SiO2的含量分为几种？

（1）酸性岩类（SiO2＞65%）以石英、正长石为主。颜色浅，密度小。

（2）中性岩类（SiO2=65-52%）以正长石、斜长石、角闪石为主。颜色比较深，密度比较大。（3）基性岩类（SiO2=52-45%）斜长石、辉石为主。颜色深，密度大。

（4）超基性岩类（SiO2＜45%）以辉石、橄榄石为主。颜色很深，密度很大。

(1) →(4) 颜色由浅到深，密度由小到大。其中，3、4也称为碱性岩，硬度大，做骨料（沥青与碱性的岩石的粘附性比较好，常用玄武岩作沥青路面材料的骨料）。

2.常用的集料属于哪种，哪些可以直接利用，哪些可以作为改性剂？

常见的石灰岩属于碱性集料，花岗岩和石英岩属于酸性石料。碱性石料与沥青的粘附性较酸性石料与沥青的黏附性强，因此，公路工程中沥青路面选用粗集料时，优先考虑碱性集料；若缺乏碱性集料必须选用酸性集料时，采用掺加抗剥剂或改善酸性岩石表面使其碱化等措施，提高酸性石料与沥青的黏附性。

3.集料的技术性质(不同密度大小的比较)

集料的物理常数，要考虑到集料颗粒中的孔隙（开口孔隙或闭口孔隙），以及颗粒间的间隙。

主要有：表观密度（简称视密度）、表干密度、毛体积密度、堆积密度、空隙率。粗集料的表观密度通常采用网篮法测定，细集料通常采用容量瓶法测定

表观密度材料在自然状态下单位体积的质量。γa= ma/(ma—mw)

表干密度在规定条件下，单位毛体积里粗集料的表干质量（表干质量是指粗集料表面干燥，而开口孔隙中吸饱水时的质量）。γs= mf/( mf—mw)

毛体积密度在规定条件下，单位毛体积（包括集料自身实体体积、闭口孔隙体积和开口孔隙体积之和）粗集料的质量。γb=ma/( mf—mw)

堆积密度将集料填充于某一容器中，在刚填充完成后所测得的单位体积质量。按堆积的松紧程度不同分类：自然堆积密度和振实堆积密度。ρ=（m2-m1）/V

空隙率指集料在自然堆积（或紧密堆积）时空隙体积占试样总体积的百分率。

n=(1-ρ/ρa)x100(适用于水泥混凝土) ；n=(1-ρ/ρb)x100(适用于沥青混凝土)

4.最大粒径：指集料100%都要求通过的最小的标准筛筛孔尺寸；

5.最大公称粒径公称最大粒径：指集料可能全部通过或允许有少量筛余（一般允许筛余不超过10%）的最小标准筛的筛孔尺寸。公称最大粒径往往是最大粒径的下一级筛孔。

6．连续级配由大到小，逐级粒径均有。

间断级配在矿质混合料中剔除其中一个（或几个）分级，形成的一种不连续的比例关系。

7.配合比步骤目前矿质混合料的组成设计方法主要有数解法和图解法两大类。

四、沥青混合料

1、类型：沥青混凝土混合料、沥青碎石混合料、沥青玛蹄脂碎石混合料。

（1）沥青混凝土混合料，简称AC，是按密级配原理设计组成的各种粒径颗粒的矿料与沥青结合料拌和而成的、设计空隙率较小的密实式沥青混合料。

（2）沥青碎石混合料，由矿料和沥青组成的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混合料（ATB）、开级配沥青碎石混合料（大粒径开级配排水式沥青磨耗层OGFC、排水式沥青稳定碎石基层ATPB）和半开级配沥青碎石混合料（AM）。

（3）沥青玛蹄脂碎石混合料，简称SMA，是由沥青结合料与少量的纤维稳定剂、细集料以及较多量的填料（矿粉）组成的沥青玛蹄脂，填充于间断级配粗集料骨架间隙而组成一体的沥青混合料。

2、组成结构：按矿质混合料的组成分为三种结构类型：

（1）悬浮-密实结构：

连续型密级配；细料多，粗料少；高温稳定性差；粘聚力C较高，内摩擦角ψ较小。如：AC

（2）骨架-空隙结构：

连续型开级配；细料少，粗料多；高温稳定性较好；粘聚力C较低，内摩擦角ψ较大。

（3）密实-骨架结构：

间断型密级配；粗料、细料较多；高温稳定性好；粘聚力C 较高，内摩擦角ψ较大。如：SMA 3、高温稳定性：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。

评价方法：马歇尔试验、车辙试验等

（1）马歇尔试验：三项指标，即马歇尔稳定度、流值和马歇尔模数。

①稳定度（MS）：指标准试件在规定温度和加荷速度下，在马歇尔仪中最大的破坏荷载，单位：KN。

②流值（FL）：达到最大破坏荷载时试件的垂直变形，单位：mm。

③马歇尔模数（T）：稳定度除以流值的商，单位：KN／mm，间接反映沥青混合料的抗车辙能力。（2）车辙试验：评价指标为动稳定度

动稳定度：将沥青混合料制成300mm×300mm×50mm的标准试件，在60℃温度条件下，以一定荷载的轮子（轮压0.7MPa），在同一轨迹上作一定时间的反复行走，形成一定的车辙深度，然后计算试件变形1mm所需试验车轮行走的次数。DS=（t2－t1）·42·c1·c2／（d2－d1）

4、耐久性：沥青混合料在外界因素（阳光、空气、水、车辆荷载）长期作用下不破坏的性质，包括：

水稳性能、耐老化、耐疲劳性能。

（1）影响因素：沥青性质和用量、矿料性质、沥青混合料组成结构。

（2）评价方法：马歇尔试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验等。

（3）评价指标：空隙率、饱和度（或矿料间隙率）和残留稳定度等。

①毛体积密度：沥青混合料单位毛体积（实体体积、闭口孔隙和开口孔隙的体积之和）的干质量。

②最大理论相对密度：压实沥青混合料试件全部为矿料和沥青所组成，即空隙率为零的最大密度。

③空隙率VV：试件压实后，矿料及沥青以外的空隙的体积占试件总体积的百分率。

④矿料间隙率VMA：压实沥青混合料试件中全部矿料部分以外的体积占试件总体积的百分率，等于

试件空隙率与沥青体积百分率之和。

⑤饱和度VFA：试件矿料间隙中扣除被集料吸收的沥青以外的有效沥青的体积在矿料间隙率中所占的百分率。

（4）检验沥青混合料的水稳定性试验为：浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验,

①浸水马歇尔试验：评价指标为残留稳定度。

残留稳定度：采用浸水马歇尔试验，通过测定浸水48h马歇尔试件的稳定度与常规测定的马歇尔试件的稳定度之比值。残留稳定度越大，沥青混合料的水稳性越高。

②冻融劈裂试验：评价指标为残留强度比。

残留强度比：沥青混合料试件受水冻融循环作用后的劈裂破坏强度与试件受冻前的劈裂破坏强度的比值。其值越大，沥青混合料在水冻融循环作用下的水稳性越高。击实次数：50次

过程：试件——抽真空保水——放入塑料袋中，加10ml水，放入冰箱-18℃，保持16h，取出，放到60℃水中，24h，放入25℃水中，不少于2h，进行劈裂试验，测最大荷载。

③浸水轮辙试验

试验方法：沥青混合料试件用40℃的水淹没，用轮子在沥青混合料试件上以一定的频率（25Hz），一定的荷载（250N）反复行走，出现破坏所需时间为度量剥落的标准。可用加速加载设备，通过比较浸水前后的车辙深度来评定沥青混合料抗水损害性能。

五、Superpave设计方法

产生：美国

常用设备：旋转压实仪（较好的模拟行车的碾压，能容纳最大集料尺寸为50mm的集料，并可用于现场质量控制和质量保证）

优点：1根据道路所处的自然条件和交通条件选择沥青和集料；

2试件成型采用旋转压实仪；

3试件成型的压实次数按交通量分成4个等级；

4根据交通量不同，对VFA也提出不同的标准。交通量小的，沥青饱和度为70－80％；交通量大的，沥青饱和度为65－75％；

5考虑了集料开口空隙吸收沥青，把这部分沥青不作为有用沥青。

缺点：1设置级配限制区缺乏充分依据；

2设计沥青用量偏低——抗车辙能力提高，路面耐久性降低；

3混合料设计过程繁琐而复杂；

4所用设备十分昂贵。

应用情况：

六、马歇尔体积设计方法

七、沥青玛蹄脂碎石（SMA）混合料

产生：德国

应用状况：各等级公路（高速公路上面层）

与AC的比较：AC为沥青混凝土，是连续级配，即各档料的用量是连续的，逐级填隙，其混合料属于悬浮密实型骨架。实验室级配设计时采用马歇尔击实成型。因为经验丰富，技术成熟，在我国使用的较多，基本上70、80%的1、2级公路的面层都会采用此级配。

SMA为沥青玛蹄脂碎石，是间断级配，即各档料的用量不是连续的，其特点是粗料多，细料少，用油量高，矿粉多，有时会在混合料内添加纤维以增强其骨架加筋效果，其混合料属于骨架密实型结构，表面的构造深度较好，路面抗滑性能较AC好。实验室级配设计时采用马歇尔击实成型。此类设计源自德国。成本较高，混合料疲劳性能、高温性能都较好。

八、其他沥青混合料定义及特点

OGFC沥青混合料:（大空隙开级配排水式沥青磨耗层）开级配抗滑磨耗层（OGFC）是指用大空隙的沥青混合料铺筑、能迅速从其内部排走路表雨水、具有抗滑、抗车辙及降噪的路面。设计空隙率大于18%，具有较强的结构排水能力，适用于多雨地区修筑沥青路面的表层或磨耗层。

大粒径沥青混合料：大粒径透水性沥青混合料（LSPM）是指混合料最大公称粒径大于26.5mm，具有一定空隙率能够将水分自由排出路面结构的沥青混合料，通常用作路面结构中的基层，通常由较大粒径（25mm-62mm）的单粒径集料形成骨架由一定量的细集料形成填充而组成的骨架型沥青混合料。设计为半开级配或者开级配。由于LSPM有着良好的排水效果，通常为半开级配（空隙率为13-18%）。LSPM级配经过严格设计，其形成了单一粒径骨架嵌挤，并且采用少量细集料进行填充，提高混合料模量与耐久性，在满足排水要求的前提下降低混合料的空隙率，其空隙率一般为13-18%，因此其既具有良好的排水性能又具较高模量与耐久性。LSPM具有以下优点：

（1）级配良好的LSPM可以抵抗较大的塑性和剪切变形，承受重载交通的作用，具有较好的抗车辙能力，提高了沥青路面的高温稳定性；特别是对于低速、重车路段，需要的持荷时间较长时，设计良好的LSPM与传统的沥青混凝土相比，显示出十分明显的抗永久变形能力；

（2）LSPM有着良好的排水功能，可以兼有路面排水层的功能。

（3）由于LSPM有着较大的粒径和较大的空隙，它可以有效地减少反射裂缝。

（4）大粒径集料的增多和矿粉用量的减少，减少比表面积，减少了沥青总用量，从而降低工程造价。（5）与通常的半刚性基层相比，提高了工程施工速度，减少了设备投入。

（6）在大修改建工程中，可大大缩短封闭交通时间，社会经济效益显著。

乳化沥青混合料：（乳化沥青是将通常高温使用的道路沥青，经过机械搅拌和化学稳定的方法（乳化），扩散到水中而液化成常温下粘度很低、流动性很好的一种道路建筑材料）

乳化沥青混合料是采用乳化沥青与矿料混合料在常温状态下拌合的，经铺筑与压实成型后形成沥青路面，根据矿料的级配类型分为乳化沥青碎石混合料与乳化沥青混泥土混合料。在乳化沥青混合料中，对集料的质量和规格要求与热拌沥青混合料基本相同，乳化沥青碎石混合料的级配可参照热拌沥青混合料AM的级配，乳化沥青混泥土混合料的级配可参照热拌沥青混泥土混合料AC型的级配。

计算题：1.矿料配合比计算（10乘15的作图）

2.粗细集料的筛分（细度模数的计算，注意筛分范围区间）

3.沥青混合料配合比和最佳沥青用量计算