第九講(1)瀝青混合料

1、瀝青路面越來越多地被應(yīng)用于不同等級的公路，其原因何在？地方道路地方道路高速公路高速公路城市道路城市道路 1瀝青混合料是一種粘彈性材料，具有良好的力學(xué)性能，鋪筑的路面平整無縫，振動(dòng)小，噪音低，行車舒適。 2路面平整且有一定的粗糙度，耐磨好，無強(qiáng)烈反光，有利于行車安全。 3施工方便，施工時(shí)不需要養(yǎng)護(hù)，能及時(shí)開通交通。 4維修簡單，舊瀝青混合料可再生利用。1瀝青路面容易老化。2溫度穩(wěn)定性差。 但是但是！ 在長期的大氣因素作用下，因?yàn)r青塑性降低，脆性增強(qiáng)，粘聚力減小，導(dǎo)致路面表面產(chǎn)生松散，引起路面破壞。瀝青路面老化現(xiàn)象瀝青路面老化現(xiàn)象老化老化 定義？定義？夏季高溫瀝青易軟化，路面易產(chǎn)生車轍、波浪；冬季

2、低溫時(shí)易脆裂，在車輛重復(fù)作用下易產(chǎn)生開裂。（1）瀝青路面瀝青路面：所有以瀝青結(jié)合料來粘結(jié)礦料鋪筑而成的不同路面結(jié)構(gòu)均為瀝青路面。（2）瀝青路面分類瀝青路面分類：主要有瀝青表面處治、瀝青貫入式、瀝青碎石、瀝青混凝土等路面結(jié)構(gòu)形式。 瀝青表處和瀝青貫入式瀝青表處和瀝青貫入式：次高級路面，礦料級配沒有嚴(yán)格要求，一般以現(xiàn)場進(jìn)行礦料攤鋪并灑熱瀝青后進(jìn)行碾壓成型的。 瀝青碎石瀝青碎石：次高級路面，有廠拌和路拌之分，前者質(zhì)量與性能穩(wěn)定。瀝青碎石中礦料級配有一定要求，但沒有瀝青混凝土的嚴(yán)格，其中沒有或較少使用礦粉，孔隙率較大。 瀝青混凝土瀝青混凝土組成特點(diǎn)是：級配要求嚴(yán)格、使用礦粉（填料）較多、一般拌和要求嚴(yán)

3、格（廠拌）。其級配有連續(xù)級配、間斷級配之分，近年來瀝青路面中出現(xiàn)了許多新的結(jié)構(gòu)形式：如SMA、OGFC、SUPERPAVE等。本課程主要介紹常規(guī)瀝青混合料的性能、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度特性（3）瀝青路面的優(yōu)缺點(diǎn)瀝青路面的優(yōu)缺點(diǎn)主要優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)良的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能和表面功能特性優(yōu)良的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能和表面功能特性：一般瀝青路面均具有良好的受力特性；路面平整、無裂縫或接縫、柔韌舒適、貨物損失率低、噪音小等優(yōu)點(diǎn)表面抗滑性能好表面抗滑性能好：瀝青路面平整、表面粗糙，有一定的粗、細(xì)紋理構(gòu)造，能保證車輛高速安全行駛施工方便施工方便：瀝青路面可以集中拌和（廠拌）、機(jī)械化施工（攤鋪、碾壓等），完全可以實(shí)現(xiàn)大面積施工，質(zhì)量能夠得以

4、保障，開放交通早經(jīng)濟(jì)耐久性好經(jīng)濟(jì)耐久性好：與水泥路面相比，瀝青路面一次性投資要低得多，但其使用壽命一般在高速公路和機(jī)場到面中以15年計(jì)，實(shí)際使用中只要施工質(zhì)量好、養(yǎng)護(hù)保養(yǎng)及時(shí)有的可以使用20年便于再生利用便于再生利用：瀝青再生利用已成為發(fā)達(dá)國家一項(xiàng)熱門的可持續(xù)發(fā)展和能源再生利用的新型課題，我國目前也在進(jìn)行這方面的研究和技術(shù)開發(fā)；可以有利于分期修建其它其它：如抗震性好、日照下不反射引起眩光、晴天無揚(yáng)塵、雨后不泥濘等主要缺點(diǎn)缺點(diǎn)：瀝青易老化瀝青易老化：瀝青是多組分有機(jī)材料，隨著使用期的延長，瀝青的膠體結(jié)構(gòu)和組成成分發(fā)生變化，使瀝青粘性變差、塑性降低、瀝青路面易表面松散、整體性降低，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞

5、；溫度敏感性較差溫度敏感性較差：夏季高溫易流淌，高溫穩(wěn)定性差；低溫易發(fā)脆，抗裂性能差?？刹捎脙?yōu)質(zhì)瀝青或采取改性措施等。 目前公路與城市道路路面多采用復(fù)合類的瀝青混合料，如AC-16F既屬于熱拌瀝青混合料、又屬于密級配的、中粒式瀝青混合料。材料級配組成及空隙率大小分材料組成及 結(jié)構(gòu)分 制造工 藝分 公稱最大粒徑分1.特粗式瀝青混合料2.粗粒式瀝青混合料3.中粒式瀝青混合料4.細(xì)粒式瀝青混合料5.砂粒式瀝青混合料1.連續(xù)級配瀝青混合料2.間斷級配瀝青混合料1.密級配瀝青混合料2.半開級配瀝青混合料3.開級配瀝青混合料1.熱拌瀝青混合料2.冷拌瀝青混合料3.再生瀝青混合料瀝青瀝青 混合料混合料一、瀝

6、青混合料的類型及組成結(jié)構(gòu)一、瀝青混合料的類型及組成結(jié)構(gòu)NoImage1、 瀝青混合料的組成結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代理論瀝青混合料的組成結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代理論2、 瀝青混合料結(jié)構(gòu)類型瀝青混合料結(jié)構(gòu)類型 由于材料組成分布、礦料與礦料及礦料與瀝青間的相互作用、剩余空隙率的大小等不同，混合料可分為懸浮密實(shí)結(jié)懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)、骨架空隙結(jié)構(gòu)、骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)構(gòu)、骨架空隙結(jié)構(gòu)、骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)三大類。2、 瀝青混合料結(jié)構(gòu)類型瀝青混合料結(jié)構(gòu)類型（1） 懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)組成的基本特點(diǎn)組成的基本特點(diǎn)：采用連續(xù)級配，礦料顆粒連續(xù)存在，而且細(xì)集料含量較多，將較大顆粒擠開，使大顆粒不能形成骨架，而較小顆粒與瀝青膠漿比較充分，將空隙填充密實(shí)，使大

7、顆粒懸浮于較小顆粒與瀝青膠漿之間，形成“懸浮-密實(shí)”結(jié)構(gòu)。代表類型代表類型：按照連續(xù)密級配原理設(shè)計(jì)的DAC型瀝青混合料是典型的這種懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)。力學(xué)特點(diǎn)力學(xué)特點(diǎn)：大顆粒未形成骨架，內(nèi)摩阻力值較??；小顆粒與瀝青膠漿含量充分，粘結(jié)力C值較大。路用性能特點(diǎn)路用性能特點(diǎn)：由于壓實(shí)后密實(shí)度大，該類混合料水穩(wěn)定性、低溫抗裂性和耐久性較好；但其高溫性能對瀝青的品質(zhì)依賴性較大，由于瀝青粘度降低，往往導(dǎo)致混合料高溫穩(wěn)定性變差。（2） 骨架空隙結(jié)構(gòu)骨架空隙結(jié)構(gòu)組成的基本特點(diǎn)組成的基本特點(diǎn)：采用連續(xù)開級配，粗集料含量高，彼此相互接觸形成骨架；但細(xì)集料含量很少，不能充分填充粗集料件的空隙，形成所謂的“骨架-空隙”結(jié)構(gòu)

8、。代表類型代表類型：瀝青碎石AM和開級配磨耗層瀝青混合料OGFC等。力學(xué)特點(diǎn)力學(xué)特點(diǎn)：大顆粒形成骨架，內(nèi)摩阻力值較大；小顆粒與瀝青膠漿含量不充分，粘結(jié)力C值較低。路用性能特點(diǎn)路用性能特點(diǎn)：粗集料的骨架作用，使之高溫穩(wěn)定性好；由于細(xì)集料含量少，空隙未能充分填充，耐水害、抗疲勞和耐久性能較差，所以一般要求采用高粘稠瀝青，以防止瀝青老化和剝落。（3） 骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)組成特點(diǎn)組成特點(diǎn)：采用間斷級配，粗、細(xì)集料含量較高，中間料含量很少，使得粗集料能形成骨架，細(xì)集料和瀝青膠漿又能充分填充骨架間的空隙，形成“骨架-密實(shí)”結(jié)構(gòu)。代表類型代表類型：瀝青瑪蹄脂碎石混合料SMA。力學(xué)性能特點(diǎn)力學(xué)性能特點(diǎn)：

9、粗集料的骨架作用，內(nèi)摩阻力值較大；小顆粒與瀝青膠漿含量充分，粘結(jié)力C值也較大，綜合力學(xué)性能較優(yōu)。路用性能特點(diǎn)路用性能特點(diǎn)：該類混合料高低溫性能均較好，具有較強(qiáng)的疲勞耐久特性；但間斷級配在施工拌合過程中易產(chǎn)生離析現(xiàn)象，施工質(zhì)量難以保證，使得混合料很難形成“骨架-密實(shí)”結(jié)構(gòu)。隨著施工技術(shù)的發(fā)展，這類結(jié)構(gòu)得以普遍使用，但一定防止混合料拌合生產(chǎn)、運(yùn)輸和攤鋪等施工過程中防止混合料產(chǎn)生離析。1、瀝青混合料的強(qiáng)度形成原理、瀝青混合料的強(qiáng)度形成原理 瀝青混合料在常溫和較高溫度下，由于瀝青的粘結(jié)力不足而產(chǎn)生變形或由于抗剪切強(qiáng)度不足而破壞，一般采用庫侖理論來分析其強(qiáng)度和穩(wěn)定性。二、瀝青混合料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及其影響因素

10、二、瀝青混合料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及其影響因素路面破壞原因分析：路面破壞原因分析： 高溫時(shí)，由于瀝青混合料抗剪強(qiáng)度不足，引起塑性變形過大（塑性變形為不可恢復(fù)變形，隨著時(shí)間產(chǎn)生累積），使路面產(chǎn)生波浪、車轍、擁包與推移等高溫變形破壞。 低溫時(shí)，抗拉強(qiáng)度或抗變性能力不足，由于混合料收縮受阻產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過了混合料的抗拉強(qiáng)度，而在混合料內(nèi)產(chǎn)生裂縫。2 瀝青混合料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響因素瀝青混合料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響因素（1）瀝青結(jié)合料的粘度粘度 瀝青結(jié)合料的粘度反映瀝青自身的內(nèi)聚力。瀝青粘度增大，瀝青混合料粘結(jié)力明顯增大，內(nèi)摩阻角稍有增加。（2）礦質(zhì)混合料性能礦質(zhì)混合料性能的影響 礦料的巖石種類、級配組成、顆粒形狀和表面粗

11、糙度等特性對瀝青混合料的嵌鎖力或內(nèi)摩阻角影響較大。（3）瀝青與礦料在界面上的交互作用瀝青與礦料在界面上的交互作用 堿性石料的瀝青混合料強(qiáng)度和穩(wěn)定性比酸性石料的好。（4）礦料比面和瀝青用量礦料比面和瀝青用量的影響 混合料強(qiáng)度取決于：嵌擠密實(shí)的礦料骨架，高粘度的瀝青結(jié)合料，適宜的瀝青用量，采用能產(chǎn)生化學(xué)吸附作用的活性礦料。（5）使用條件的影響使用條件的影響 環(huán)境溫度和荷載作用環(huán)境溫度和荷載作用特性對混合料的強(qiáng)度影響也較大。 溫度升高，瀝青粘度降低，混合料的粘結(jié)力也下降，混合料整體強(qiáng)度都下降。 荷載作用體現(xiàn)在荷載作用時(shí)間或變形速率上，一般變形速率增加，瀝青混合料的粘結(jié)力也增大，整體強(qiáng)大則增高。三、瀝

12、青混合料的路用性能三、瀝青混合料的路用性能1、高溫穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性 高溫穩(wěn)定性是指瀝青混合料在高溫條件下，能夠抵抗車輛荷載的反復(fù)作用，不發(fā)生顯著永久變形，保證路面平整度的特性。這種特性是導(dǎo)致瀝青路面產(chǎn)生車轍、波浪 及擁包等病害的主要原因。在交通量大、重車比例和經(jīng)常變速路段的瀝青路面上，車轍是最嚴(yán)重、最有危害的破壞形式之一。 高溫穩(wěn)定性的評價(jià)方法及指標(biāo) 馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn) 馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)方法迄今已經(jīng)歷了半個(gè)多世紀(jì)。馬歇爾試驗(yàn)設(shè)備簡單、操作方便，被世界上許多國家所采用，是目前我國評價(jià)瀝青混合料的高溫性能的主要試驗(yàn)之一。 車轍試驗(yàn) 目前我國的車轍試驗(yàn)是采用標(biāo)準(zhǔn)方法成型的瀝青混合料板塊狀試件，在規(guī)定

13、的溫度條件下，試驗(yàn)輪以421 次/min 的頻率，沿著試件表面同一軌跡上反復(fù)行走，測試試件表面在試驗(yàn)輪反復(fù)作用下所形成車轍深度（2） 影響高溫穩(wěn)性的主要因素分析 提高瀝青的高溫粘度：瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的形成主要來源于礦質(zhì)集料顆粒間的嵌鎖作用及瀝青的高溫粘度。 瀝青的高溫粘度越大，與集料的粘附性越好，相應(yīng)的瀝青混合料的抗高溫變形能力就越強(qiáng)?？梢允褂煤线m的改性劑來提高瀝青的高溫粘度，降低感溫性，提高瀝青混合料的粘結(jié)力，從而改善了瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。 碎石集料：在瀝青混合料的組成材料中，礦料礦料性質(zhì)對瀝青混合料高溫性能影響是至關(guān)重要的。采用表面粗糙、多棱角、顆粒接近立方體的碎石集料。 集料結(jié)構(gòu)

14、：粗集料嵌鎖骨架結(jié)構(gòu)。 瀝青用量量的影響的影響：隨著瀝青用量的增加，瀝青膜增厚，自由瀝青比例增加，在高溫條件下，易發(fā)生明顯的流動(dòng)變形，從而導(dǎo)致瀝青混合料抗高溫變形能力降低。隨著瀝青膜厚度的增加，車轍深度隨之增加。 2 、低溫抗裂性、低溫抗裂性低溫收縮開裂主要有兩種形式：材料低溫收縮裂縫、低溫收縮疲勞裂縫 低溫抗裂性的評價(jià)方法和評價(jià)指標(biāo) 評價(jià)方法可以分為三類：預(yù)估瀝青混合料的開裂溫度；評價(jià)瀝青混合料的低溫變形能力或應(yīng)力松馳能力；評價(jià)瀝青混合料斷裂能 預(yù)估瀝青混合料的開裂溫度 低溫蠕變試驗(yàn) 蠕變變形曲線可分為三個(gè)階段，第一階段為蠕變遷移階段，第二階段為蠕變穩(wěn)定階段，第三階段為蠕變破壞階段。蠕變速率

15、越大，瀝青混合料在低溫下的變形能力越大，松弛能力越強(qiáng)，低溫抗裂性能越好。 低溫彎曲試驗(yàn) 在試驗(yàn)溫度-100.5的條件下，以50mm/min 速率，對瀝青混合料小梁試件跨中施加集中荷載至斷裂破壞，記錄試件跨中荷載與撓度的關(guān)系曲線。瀝青混合料在低溫下破壞彎拉應(yīng)變越大，低溫柔韌性越好，抗裂性越好。 約束試件的溫度應(yīng)力試驗(yàn) 測定在降溫冷卻過程中試件內(nèi)部的溫度應(yīng)力變化曲線，直至試件斷裂破壞。凍斷溫度與瀝青性能、瀝青路面抗裂性能的相關(guān)性最好，凍斷強(qiáng)度也有較好的相關(guān)性。（2） 影響瀝青混合料低溫性能的主要因素 瀝青的低溫勁度的影響，取決于瀝青粘度和溫度敏感性。在寒冷地區(qū)，可采用稠度較低、勁度較低的瀝青，或選

16、擇松弛性能較好的橡膠類改性瀝青來提高瀝青混合料的低溫抗裂性。 級配的影響：密級配的低溫抗拉強(qiáng)度高于開級配的瀝青混合料，但是粒徑大、空隙率大的瀝青混合料內(nèi)部微空隙發(fā)達(dá)，應(yīng)力松弛能力略強(qiáng)，溫度應(yīng)力有所減小，兩方面的影響相互抵消，故級配類型與瀝青路面開裂程度之間沒有顯著關(guān)系。 同時(shí)環(huán)境因素對瀝青混合料的開裂也有一定影響。3、瀝青混合料的耐久性、瀝青混合料的耐久性 定義：定義：耐久性耐久性是指瀝青混合料在使用過程中抵抗環(huán)境因素及行車和在反復(fù)作用的能力，它包括瀝青混合料的抗老化性、抗疲勞性等綜合性制。（1） 瀝青混合料的抗老化性 老化原因：在瀝青混合料使用過程中，受到空氣中氧、水、紫外線等介質(zhì)的作用，促

17、使瀝青發(fā)生諸多復(fù)雜的物理化學(xué)變化，逐漸老化或硬化，致使瀝青混合料變脆易裂，從而導(dǎo)致瀝青路面出現(xiàn)各種與瀝青老化有關(guān)的裂紋或裂縫。 影響因素：瀝青的老化程度、外界環(huán)境因素和壓實(shí)空隙率等。 在氣候溫暖、日照時(shí)間較長的地區(qū)，瀝青的老化速度快，而在氣溫較低、日照時(shí)間短的地區(qū)，瀝青的老化速率相對較慢。 瀝青混合料的空隙率越大，環(huán)境介質(zhì)對瀝青的作用就越強(qiáng)烈，其老化程度也越高。壓實(shí)空隙率的增大，回收瀝青針入度減小，老化程度增加。道路中部車輛作用次數(shù)較高，對路面的壓密作用較大，中部的瀝青比邊緣部位瀝青的老化程度輕些。 解決措施：選擇耐老化瀝青，有足量的瀝青含量。施工過程中，應(yīng)控制拌合加熱溫度，并保證瀝青路面的壓

18、實(shí)密度。（2）水穩(wěn)定性 水穩(wěn)定性是瀝青混合料抵抗由于水侵蝕而逐漸產(chǎn)生瀝青膜剝離、松散、坑散等破壞的能力。水穩(wěn)定性差的瀝青混合料在有水存在的情況下，會(huì)發(fā)生瀝青與礦料顆粒表面的局部分離，同時(shí)在車輛荷載作用下加劇瀝青和礦料的剝落，形成松散薄弱塊，飛轉(zhuǎn)的車輪帶走局部剝離的礦?；?yàn)r青，從而造成路面的缺失，并逐漸形成坑槽，即所謂的瀝青路面“水損害”。當(dāng)瀝青混合料的壓實(shí)空隙率較大，路面排水系統(tǒng)不完善時(shí)，會(huì)加速瀝青路面的“水損害”。水穩(wěn)定性的評價(jià)方法與評價(jià)指標(biāo)：水穩(wěn)定性的評價(jià)方法與評價(jià)指標(biāo)： 瀝青與集料的粘附性試驗(yàn)：水煮法、水浸法、光電比色法及攪動(dòng)水凈吸附法等。 浸水試驗(yàn)：浸水馬歇爾試驗(yàn)、浸水車轍試驗(yàn)、浸水劈

19、裂強(qiáng)度試驗(yàn)和浸水抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)等。以浸水前后的馬歇爾穩(wěn)定度比值、車轍深度比值、劈裂強(qiáng)度比值和抗壓強(qiáng)度比值的大小評價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)定性。 凍融劈裂試驗(yàn)水穩(wěn)定性的影響因素 瀝青路面的水損壞通常與瀝青的剝落有關(guān)，而剝落的發(fā)生與瀝青和集料的粘附性有關(guān)。 瀝青與集料的粘附性在很大的程度上取決于集料的化學(xué)組成， SiO2 含量較高的花崗巖集料與瀝青的粘附性明顯低于堿性集料石灰?guī)r與瀝青的粘附性，也明顯低于中性集料玄武巖與瀝青的粘附性，通過摻加剝落劑可以顯著改善酸性集料或中性集料與瀝青的粘附性。 瀝青混合料的水穩(wěn)定性除了與瀝青的粘附性有關(guān)外，還受瀝青混合料壓實(shí)空隙率大小及瀝青膜厚度的影響。 成型溫度與壓實(shí)度對瀝青混合料的抗水損害性能也有較大影響。氣溫低、濕度大甚至有降水時(shí)鋪筑的瀝青混合料路面水穩(wěn)定性較差。4 、抗滑性、抗滑性 瀝青