第6章瀝青與瀝青混合料

19:5416.0學習目標6.1瀝青材料6.2石油瀝青的分類與與基本組成結(jié)構(gòu)

6.3石油瀝青的主要性質(zhì)及其測試方法

6.4石油瀝青的標準、選用與摻配

6.5石油瀝青改性及改性材料6.6瀝青混合料

本章導航19:542學習目標：

①掌握瀝青材料的基本組成、工程性質(zhì)及測定方法；了解瀝青的改性和摻配，了解主要瀝青制品及其用途。

②掌握瀝青混合料配合比，包括礦質(zhì)材料的配合比的設(shè)計和配制；了解其于工程中的使用要點。

重點：瀝青材料的基本組成、工程性質(zhì)及測定方法；瀝青混合料配合比設(shè)計。19:543

瀝青有機膠凝材料，是高分子碳氫化合物和非金屬衍生物的混合物。特點：熱塑性材料，加熱軟化；憎水性材料，耐水、不溶于水；良好的粘結(jié)性和粘彈性；較強的耐腐蝕性。地瀝青：天然瀝青，石油瀝青焦油瀝青：煤瀝青，頁巖瀝青按產(chǎn)源分為19:544

彼奇湖是世界上最為著名的天然瀝青之一，它位于南美洲加勒比海島國特立尼達和多巴哥境內(nèi)。面積44萬平方米，深約82米，湖中瀝青儲量達1200萬噸，是世界上最大的天然瀝青產(chǎn)地。19:545石油瀝青是石油原油經(jīng)蒸餾等提煉各種輕油(如汽油、柴油等)及潤滑油后的殘留物，或經(jīng)過加工而得的產(chǎn)品。是一種有機膠凝材料。

常溫下有固體、半固體或粘性液體三種形態(tài)。種類：建筑石油瀝青道路石油瀝青普通石油瀝青淡黃色至紅褐色的油狀液體，分子量為100-500，密度為0.7~1.0g/cm3，分子量和密度最小。在170oC較長時間加熱可揮發(fā)，能溶于苯、丙酮、三氯甲烷等有機溶劑，不溶于酒精。油分賦予瀝青以流動性。19:546化學組成：83%碳；10%氫；7%氧、氮和硫；微量的釩、鎳、鋁和硅。組分:油分樹脂地瀝青質(zhì)又稱瀝青脂膠，黃色至黑褐色粘稠狀物質(zhì)(半固體)，分子量600~1000，密度1.0~1.1g/cm3。密度大于油分，大部分屬于中性樹脂，能溶于苯、汽油等有機溶劑，酒精與丙酮中難溶。賦予瀝青以良好的粘結(jié)性、塑性。又稱瀝青質(zhì)，深褐色至黑色固態(tài)無定性物質(zhì)，分子量1000以上，密度大于1g/cm3。不溶于酒精，溶于三氯甲烷。決定瀝青的溫度敏感性和粘性。19:547石油瀝青中還含2~3%的瀝青碳和似碳物，是石油瀝青中分子量最大的。它降低石油瀝青的粘結(jié)力。石油瀝青中還含有蠟，它會降低石油瀝青的粘結(jié)性和塑性，同時對溫度特別敏感(即溫度穩(wěn)定性差)。所以蠟是石油瀝青的有害成分。石蠟基瀝青蠟含量一般大于5%；環(huán)烷基瀝青蠟含量少(一般低于3%)，瀝青黏性好，優(yōu)質(zhì)的道路石油瀝青大多是環(huán)烷基瀝青；中間基瀝青其蠟的含量約為3%-5%。19:548石油瀝青組分的相溶特性

油分與樹脂相溶；樹脂能浸潤地瀝青質(zhì)，在其顆粒表面形成樹脂薄膜；地瀝青質(zhì)對油分有憎液性。石油瀝青的膠體結(jié)構(gòu)

以地瀝青質(zhì)為核心構(gòu)成膠核；膠核周圍形成樹脂薄膜，薄膜外吸附一層油分構(gòu)成膠團；無數(shù)膠團分散在油分中而形成膠體結(jié)構(gòu)。19:549溶膠結(jié)構(gòu)凝膠結(jié)構(gòu)溶-凝膠結(jié)構(gòu)油分較多，膠團較少，膠團相對運動自由。特點：溫度穩(wěn)定性差，溫度過高會流淌；流動性和塑性較好，開裂后自愈合能力較強。油分與樹脂較少，地瀝青質(zhì)較多，膠團相互連接成不規(guī)則空間網(wǎng)狀的凝膠結(jié)構(gòu)。特點：溫度穩(wěn)定性好，開裂后自愈合能力較差；彈性和粘性較高，流動性和塑性較低。地瀝青質(zhì)含量少于凝膠結(jié)構(gòu)，膠團間靠的較近，相互間有一定的吸引力，介于溶膠和凝膠結(jié)構(gòu)之間。19:5410粘性(粘滯性)塑性(延性)溫度敏感性大氣穩(wěn)定性防水性其它性能19:5411粘性：反映石油瀝青抵抗外力或自重作用下變形的能力。評價指標：相對粘度和針入度。相對粘度越大或針入度越小，粘性越大。測定方法：標準粘度計和針入度儀法。影響因素：組成：地瀝青質(zhì)含量較高，油分含量較小，但有適量樹脂，則粘性大；溫度：在一定溫度范圍內(nèi)，粘性隨溫度升高而降低，反之則隨之增大。19:541219:5413塑性指石油瀝青在外力作用時產(chǎn)生變形而不破壞，除去外力后，則仍保持變形后的形狀的性質(zhì)。評價指標：延度(伸長度)，延度越大，塑性越好。測定方法：延度試驗影響因素：組成：樹脂含量較多，其他組分含量適當時，則塑性較大；瀝青膜層厚度越厚，則塑性愈大；溫度：溫度升高，塑性增大。19:541419:5415溫度敏感性是指石油瀝青的粘性和塑性隨溫度升降而改變的程度。評價指標：軟化點，它是瀝青材料由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)時的溫度。測定方法：環(huán)球法影響因素：地瀝青質(zhì)含量高，軟化點高，溫度敏感性減小；瀝青中蠟含量高，增大其溫度敏感性；加入礦物粉末填料(滑石粉、石灰石粉等)可減小其溫度敏感性。19:541619:5417大氣穩(wěn)定性指石油瀝青在熱、光、氧和潮濕等因素長期作用下，抵抗老化使性能穩(wěn)定的程度。評價指標：蒸發(fā)后的質(zhì)量損失或蒸發(fā)后的針入度比，蒸發(fā)損失愈小或蒸發(fā)后針入度比愈大，大氣穩(wěn)定性愈好，老化愈慢。測定方法：瀝青在160C下蒸發(fā)5小時后，待冷卻后測量其重量和針入度?？傻谜舭l(fā)損失與蒸發(fā)后針入度比。影響因素：石油瀝青中油分含量高，則大氣穩(wěn)定性差。19:5418防水性憎水性材料，幾乎不溶于水；

本身構(gòu)造致密，與礦物材料表面粘結(jié)性好；具有一定的塑性，能適應(yīng)材料的變形。19:5419溶解度

石油瀝青在三氯乙烯、四氯化碳或笨中溶解的百分率，以表示瀝青中有效物質(zhì)含量，即純凈程度。不溶解的物質(zhì)會降低瀝青的性能，應(yīng)加以限制。閃點：加熱瀝青至揮發(fā)出的可燃氣體和空氣的混合物，在規(guī)定條件下與火焰接觸，初次有藍色閃光時的瀝青溫度。燃點(著火點)：加熱瀝青產(chǎn)生的氣體與空氣的混合物，與火焰接觸能持續(xù)燃燒5秒以上時，瀝青的的溫度。針入度較小(粘度較大)，軟化點較高(耐熱性較好)，但延伸度較小(塑性較小)。主要用于制造油紙、油氈、防水涂料和瀝青嵌縫膏。19:5420石油瀝青的技術(shù)標準建筑石油lq道路石油lq普通石油lq按道路的交通量，分為①重交通石油瀝青和②中、輕交通道路石油瀝青。①主要用于高速公路、一級公路路面、機場道面及重要的城市主干道等工程；②用于一般的道路路面、車間地面等工程。由于含蠟較多，溫度敏感性大，粘性較小，塑性較差，一般不宜直接使用。19:5421標準與選用SH0522-2000：道路石油瀝青GB/T494-1998：建筑石油瀝青SY1665-77：普通石油瀝青牌號劃分三種石油瀝青以針入度指標劃分牌號。還應(yīng)保證相應(yīng)的延度和軟化點，以及溶解度、蒸發(fā)損失、蒸發(fā)后針入度、閃點等。19:5422常用牌號道路石油瀝青分七個牌號，A-200、A-180、A-140、A-100甲、A-100乙、A-60甲、A-60乙建筑石油瀝青分為三牌號，40、30、10普通石油瀝青分為三個牌號，75、65、55牌號高針入度高延度高軟化點低粘聚力低塑性好溫度敏感性大19:5423石油瀝青的選用原則：在滿足適用條件的前提下，應(yīng)選用牌號較大的石油瀝青，以保證使用壽命。道路瀝青:拌制瀝青混凝土、瀝青拌和料或瀝青砂漿；密封材料、粘結(jié)劑以及瀝青涂料。建筑石油瀝青：制造油紙，油氈、防水涂料和瀝青膠，絕大部分用于屋面、地下防水、溝槽防水防腐蝕及管道防腐。普通石油瀝青：在建筑上不宜直接使用，可以采用吹氣氧化法改善其性能。19:5424土木工程中使用的瀝青要求：在低溫下應(yīng)有彈性和塑性；在高溫下要有足夠的強度和穩(wěn)定性；在加工和使用中具有抗老化能力；與礦物和結(jié)構(gòu)表面有較強的粘附力；以及對構(gòu)件變形的適應(yīng)性和耐疲勞性。瀝青材料本身難以滿足這些性能要求，需用其它材料改性。19:5425瀝青的摻配為了不破壞瀝青膠體結(jié)構(gòu)，應(yīng)選表面張力和化學性質(zhì)相似的瀝青進行摻配。實驗證明同產(chǎn)源的瀝青摻配后可得均勻的瀝青。式中：P1為較軟，P2為較硬瀝青的用量(%)；

T1、T2分別為兩種瀝青的軟化點。

P2=100－P1

19:5426軟化點分別是49℃瀝青摻量為：30×36.7％＝11.0t軟化點分別是98℃瀝青摻量為：30-11=19t某防水工程需石油瀝青30t，要求軟化點不低于80℃，現(xiàn)有60號和10號石油瀝青，測得他們的軟化點分別是49℃和98℃，問這兩種牌號的石油瀝青如何摻配？19:5427脂肪胺：改善瀝青的濕潤性，增加在濕基面上的粘結(jié)力。烴類：有機溶劑，改變?yōu)r青的粘度。彈性體：再生橡膠粉、SBS樹脂、SBR橡膠乳液、天然橡膠乳液塑性體：乙烯醋酸乙烯脂(EVA)、苯乙烯脂礦粉：滑石粉、石灰石粉、膨潤土、水泥等。瀝青改性劑可提高氣密性、低溫柔性、耐化學腐蝕性、耐氣候性等性能?？捎糜诼访娴南{封層、制作密封材料和涂料。可提高耐分解性、低溫抗裂性能和耐熱性能，多用于道路路面工程、制作密封材料和涂料。19:5428橡膠改性瀝青氯丁橡膠改性瀝青丁基橡膠改性瀝青熱塑彈性體改性LQ再生橡膠改性瀝青

SBS兼有橡膠和樹脂的特性，常溫下具有橡膠的彈性，高溫下又能像樹脂熔融流動，成為可塑性材料。SBS改性瀝青具有良好的耐高溫性、優(yōu)異的低溫柔性和耐疲勞性。主要用于制作防水卷材和鋪筑高等級公路路面。具有一定彈性、塑性和粘結(jié)力良好。摻量一般為3%~15%?？芍谱骶聿摹⑵?、密封材料、膠黏劑和涂料。將瀝青加熱熔化脫水，在150~160oC時加入古馬隆樹脂，并不斷攪拌，再升溫至185~190oC，保持一定時間，使之充分混合。樹脂摻量約為40%。19:5429樹脂改性瀝青古馬隆樹脂改性聚乙烯樹脂改性乙烯-乙酸乙烯共聚物無規(guī)聚丙烯(APP)在瀝青中摻入5%~10%的低密度聚乙烯，采用膠體磨法或高速剪切法即可制得聚乙烯樹脂改性瀝青。可顯著提高瀝青的耐高溫性和耐疲勞性，低溫柔性也有所改善。主要成分是含水硅酸鎂，親油性好，易被瀝青潤濕，可直接混入瀝青中。提高瀝青的機械強度和抗老化性能，用于有耐酸、耐堿、耐熱和絕緣性要求的瀝青制品中。19:5430礦物填充料改性瀝青滑石粉石灰石粉硅藻土石棉絨、石棉粉親水性石材，但與瀝青有較強的物理吸附力和化學吸附力，形成穩(wěn)定的混合物。軟質(zhì)多孔的輕材料，耐酸性強，用于制作輕質(zhì)、絕熱、吸音的瀝青制品的主要填料。主要組分為鈉、鈣、鎂、鐵的硅酸鹽，呈纖維狀，富有彈性，具有耐酸、耐堿和耐熱性能，是熱和電的不良導體，內(nèi)部微孔多，吸油量大，可提高瀝青的抗拉強度和熱穩(wěn)定性。19:5431乳化瀝青：是石油瀝青在乳化劑、穩(wěn)定劑的作用下經(jīng)乳化加工制得的均勻的瀝青產(chǎn)品。根據(jù)所用乳化劑不同有：陰離子型、陽離子型、膠體乳液。制作方法：加熱后直接乳化；用溶劑溶解后乳化用途：

可涂刷或噴涂在表面上作為防潮或防水層；用于拌制冷用瀝青砂漿或混凝土。19:5432煤瀝青是將煤焦油進行蒸餾，蒸去水分和所有的輕油及部分中油、重油后所得殘渣。化學成分：未飽和芳香烴及非金屬衍生物的復雜混合物。與石油瀝青相比，有如下特點：

溫度敏感性大，夏天易流淌，冬天易硬脆；可揮發(fā)分較多，大氣穩(wěn)定性較差；含較多游離碳，塑性較差，容易因變形而開裂；防腐能力較好，可用作木材防腐處理；含表面活性物質(zhì)較多，與礦物表面粘附性較好。19:5433煤瀝青與石油瀝青的鑒別方法方法煤瀝青石油瀝青密度＞1.1~1.0錘擊音清脆，韌性差音啞，彈韌性好燃燒煙呈黃色，有刺激味煙無色，無刺激味溶解后溶液顏色汽油或煤油溶解后，溶液滴于濾紙上呈內(nèi)黑外棕或黃色斑點完全均勻散開，呈棕色注：煤瀝青用于制造涂料、電極、瀝青焦、油毛氈等,亦可作燃料及瀝青炭黑的原料。

19:5434氣候分區(qū)瀝青種類瀝青路面類型瀝青表面處治瀝青貫入式瀝青碎石瀝青混凝土寒區(qū)石油瀝青A-140,A-180,A-200A-140,A-180,A-200AH-90,AH-110,AH-130,A-100,A-140AH-90,AH-110,AH-130,A-100,A-140煤瀝青T-5

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T-8溫區(qū)石油瀝青A-100,A-140,A-180A-100,A-140,A-180AH-90,AH-110,A-100,A-140AH-70,AH-90,A-60,A-100煤瀝青T-6

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T-8熱區(qū)石油瀝青A-60,A-100,A-140A-60,A-100,A-140AH-50,AH-70,AH-90,A-100,A-60AH-50,AH-70,A-60,A-100煤瀝青T-6

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T-8T-7,T-8,T-9瀝青的選用19:54356.6瀝青混合料6.6.1

瀝青混合料的組成結(jié)構(gòu)及其對性能的影響

6.6.2瀝青混合料的技術(shù)性質(zhì)

6.6.3瀝青混合料組成材料的技術(shù)要求

6.6.4瀝青混合料的配合比設(shè)計

19:54366.6.1

瀝青混合料的組成結(jié)構(gòu)及其對性能的影響

(1)瀝青混合料的定義與分類①瀝青混凝土混合料;②瀝青碎石混合料(2)瀝青混合料的組成結(jié)構(gòu)①懸浮密實結(jié)構(gòu);②骨架空隙結(jié)構(gòu);③骨架密實結(jié)構(gòu)(3)瀝青混合料強度的影響因素①內(nèi)摩擦角;②粘聚力19:5437(1)瀝青混合料的定義與分類瀝青混合料是由礦料與瀝青拌和而成的混合料的總稱。瀝青混凝土瀝青碎石由適當比例的粗集料、細集料及填料組成的符合規(guī)定級配的礦料，與瀝青拌和而制成的符合技術(shù)標準的瀝青混合料(以AC表示，空隙率≤10%)。由適當比例的粗集料、細集料及填料(或不加填料)與瀝青拌和的瀝青混合料(以AM表示，空隙率>10%)。19:5438懸浮密實結(jié)構(gòu)骨架空隙結(jié)構(gòu)骨架密實結(jié)構(gòu)連續(xù)密級配的瀝青混合料，由于細集料的數(shù)量較多，粗集料被細集料擠開，因此，粗集料以懸浮狀態(tài)位于細集料之間。特點：密實度較高，但穩(wěn)定性較差。可用于干燥地區(qū)的高等級公路表層。連續(xù)升級配的瀝青混合料，由于細集料的數(shù)量較少，粗集料彼此緊密相接，但有較多的空隙。這種結(jié)構(gòu)的瀝青混合料的骨料之間的嵌擠力和內(nèi)摩阻力起重要作用，因此，瀝青混合料受瀝青材料的變化影響較小，穩(wěn)定性較好。但瀝青與礦料的粘結(jié)力較小，空隙率大，耐久性差。瀝青碎石多屬于這種類型。。間斷密級配的瀝青混合料，是上面兩種結(jié)構(gòu)形式的有機組合。它既有一定數(shù)量的粗集料形成骨架結(jié)構(gòu)，又有足夠的細集料填充粗集料之間的空隙，因此，這種結(jié)構(gòu)的瀝青混合料的密實度、強度和穩(wěn)定性都比較好。是一種理想的結(jié)構(gòu)類型。19:5439

A.礦質(zhì)骨料對內(nèi)摩擦角的影響

礦質(zhì)骨料的尺寸大，形狀近似正方體，有一定的棱角，表面粗糙則內(nèi)摩擦角較大。連續(xù)型開級配的礦質(zhì)混合料，粗集料的數(shù)量比較多，形成一定的骨架結(jié)構(gòu)，內(nèi)摩擦角也就大。①內(nèi)摩擦角的的影響

B.瀝青含量對內(nèi)摩擦角的影響

瀝青含量越少，礦料表面形成的瀝青膜越薄，此時內(nèi)摩擦角越大。19:5440

A.瀝青材料的粘結(jié)性對粘聚力的影響瀝青的粘度越大，混合料的粘滯阻力也越大，抵抗剪切變形的能力越強，則混合料的粘聚力就越大。

②粘聚力的影響因素

B.礦料顆粒間的聯(lián)結(jié)形式對粘聚力的影響瀝青用量過少，瀝青不足以包裹礦粉表面，瀝青混合料的粘聚力就差。瀝青用量過多，自由瀝青過多，混合料的粘聚力開始逐漸降低。19:54416.6.2瀝青混合料的技術(shù)性質(zhì)

(1)高溫穩(wěn)定性

(2)低溫抗裂性

(3)耐久性

(4)抗滑性

(5)施工和易性19:5442高溫穩(wěn)定性：是指瀝青混合料在高溫(通常為60℃)條件下，承受多次重復荷載作用，不產(chǎn)生車轍和波浪等病害的性能。影響因素：瀝青粘度、瀝青與石料粘結(jié)性能、礦料性質(zhì)。評價指標：高溫強度和穩(wěn)定性主要技術(shù)指標。測試方法：馬歇爾試驗(穩(wěn)定度、流值)。穩(wěn)定度值越大，穩(wěn)定性越好。19:5443試件：101.6mm×63.5mm；處理：試件在60oC的水中浸泡30～40min；測試：側(cè)立在壓力試驗機中受壓；馬歇爾穩(wěn)定度：試件破壞的極限荷載(N)；流值：極限荷載與其對應(yīng)的壓縮變形值[(0.1mm]。測試過程19:544419:5445我國現(xiàn)行國標(GB50092-96)規(guī)定，采用馬歇爾穩(wěn)定度試驗(包括穩(wěn)定度、流值)來測定；對高速公路、一級公路、城市快速路、主干路用瀝青混合料，還應(yīng)通過車轍試驗檢驗其抗車轍能力。19:5446低溫抗裂性能是指溫度較低時瀝青混合料抵抗收縮變形，不產(chǎn)生開裂的性質(zhì)。瀝青路面開裂原因：①重復荷載→疲勞開裂②低溫脆化→變形能力↓→開裂

③低溫收縮④①+②影響因素：瀝青品質(zhì)及用量，礦料級配等。19:5447評價指標：低溫脆化、低溫收縮和溫度疲勞。測試方法：不同溫度下的彎拉破壞試驗；低溫收縮試驗；低頻疲勞試驗。19:5448瀝青混合料的耐久性是指其抵抗長時間自然因素（風、日光、溫度、水分等）和行車荷載反復作用的能力。影響因素：空隙率耐水性瀝青用量空隙率太大對力學性能和耐久性不利；空隙率過小對高溫穩(wěn)定性不利，4%最佳。瀝青混合料飽水后，礦料與瀝青粘結(jié)力降低、剝落，體積膨脹。耐水性差，耐久性也差?？捎脷埩舴€(wěn)定度評價。瀝青用量過少，塑性降低，空隙率增大，耐水性下降；瀝青用量過多，降低高溫穩(wěn)定性和抗滑能力。評價方法：浸水馬歇爾試驗、真空飽水馬歇爾試驗。

19:5449(4)抗滑性是指車輛輪胎受到制動時沿道面表面滑移所產(chǎn)生的力。影響因素：瀝青混合料的粗糙度、級配組成、瀝青用量和礦質(zhì)集料的微表面性質(zhì)等因素有關(guān)。評價指標：磨光值、道瑞磨耗值和沖擊值等三項指標。改善措施：面層集料應(yīng)選用質(zhì)地堅硬具有棱角的碎石，如玄武巖。適當增大集料粒徑，適當減少瀝青用量及嚴格控制瀝青的含蠟量等。19:5450

(5)施工和易性就瀝青混合料性質(zhì)而言，影響瀝青混合料施工和易性的主要因素是礦料級配與瀝青用量。

粗細集料的顆粒大小相距過大，缺乏中間粒徑，混合料容易離析；細料太少，瀝青層不易均勻地分布在粗顆粒表面；細料過多，則拌和困難。19:5451瀝青材料粗集料細集料礦粉寒冷地區(qū)宜選用稠度較小，延度較大的瀝青，以免冬季裂縫；較熱地區(qū)選用稠度較大，軟化點高的瀝青，以免夏季泛油、發(fā)軟。一般路面的上層宜用較稠的瀝青，下層和聯(lián)結(jié)層宜用較稀的瀝青。

具有足夠的強度和耐磨性。一般選用高強、堿性的巖石軋制成接近于立方體、表面粗糙、具有棱角的顆粒?？筛鶕?jù)當?shù)貤l件及混合料級配要求選用天然砂或人工砂，在缺少砂的地區(qū)，也可用石屑代替。細集料同樣應(yīng)潔凈、粘土含量不大于３%。礦粉是由石灰?guī)r或巖漿巖中的憎水性巖石磨制而成的。礦粉表觀密度應(yīng)不小于2.50g/cm3，粗度通過0.075mm篩孔的應(yīng)大于75％，親水系數(shù)應(yīng)小于１，礦粉應(yīng)干燥、不含泥土雜質(zhì)和石塊，含水量應(yīng)不大于１%。19:5452

(1)礦質(zhì)混合料的配合組成設(shè)計

①確定瀝青混合料類型;②確定礦質(zhì)集料料的級配范圍;③礦質(zhì)集料配合比計算

(2)確定瀝青混合料的最佳瀝青用量19:5453①確定瀝青混合料類型

瀝青混合料的類型，根據(jù)道路等級、路面類型、所處的結(jié)構(gòu)層位，按附表選定。

②確定礦質(zhì)集料的級配范圍

根據(jù)已確定的瀝青混合料類型，查閱規(guī)范推薦的瀝青混合料級配及瀝青用量范圍表(表6-3，p198)即可確定所需的級配范圍。19:54