第11章 瀝青與瀝青混合料

第11章

瀝青與瀝青混合料

11.1瀝青材料11.1.1石油瀝青11.1.2石油瀝青的主要技術(shù)性質(zhì)11.1.3石油瀝青的技術(shù)要求與選用11.1.4煤瀝青11.1.5瀝青的摻配及改性11.2瀝青混合料11.2.1瀝青混合料的分類及特點(diǎn)11.2.2瀝青混合料組成結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度11.2.3瀝青混合料組成材料的技術(shù)要求11.2.4瀝青混合料的性質(zhì)和測試方法11.2.5瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)第11章

瀝青與瀝青混合料

●內(nèi)容提要

本章講述瀝青的分類，石油瀝青的組成與結(jié)構(gòu)、技術(shù)性質(zhì)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及工程應(yīng)用；煤瀝青的技術(shù)性質(zhì)與應(yīng)用；瀝青的改性；瀝青混合料的組成、技術(shù)性質(zhì)以及瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)等?！窕疽螅?）掌握石油瀝青的組分、技術(shù)性質(zhì)、標(biāo)準(zhǔn)與選用要領(lǐng)以及瀝青的摻配方法；熟悉瀝青的改性方法；了解煤瀝青的技術(shù)性質(zhì)與特點(diǎn)。（2）掌握瀝青混合料的組成結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度形成原理、技術(shù)性質(zhì)以及瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)方法。●重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：石油瀝青的技術(shù)性質(zhì)與選用；瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)。難點(diǎn)：瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)。11.1瀝青材料瀝青是高分子碳?xì)浠衔锛捌浞墙饘?氧、氮、硫等)衍生物組成的極其復(fù)雜的混合物。瀝青是一種有機(jī)膠凝材料,在常溫下呈黑色或黑褐色的固體、半固體或液體狀態(tài)。瀝青按其產(chǎn)源不同可分為地瀝青和焦油瀝青,其分類如表11.1所示。瀝青地瀝青天然瀝青石油在天然條件下，長時(shí)間地球物理作用下所形成的產(chǎn)物石油瀝青石油經(jīng)煉制加工后所得到的產(chǎn)品焦油瀝青煤瀝青由煤干餾所得到的煤焦油再加工所得頁巖瀝青由頁巖煉油所得的工業(yè)副產(chǎn)品表11.1瀝青的分類瀝青是一種憎水性的有機(jī)膠結(jié)材料,常溫下呈固體、半固體或粘性液體。瀝青能與砂、石、磚、混凝土、木材、金屬等材料牢固地粘結(jié)在一起,具有良好耐腐蝕性,在土木工程中主要用于道路工程以及防潮、防水、防腐蝕材料。11.1.1石油瀝青1.石油瀝青的基本組成石油瀝青是由石油經(jīng)蒸餾、吹氧、調(diào)和等工藝加工得到的殘留物,主要為可溶于二硫化碳的碳?xì)浠衔锏陌牍腆w粘稠狀物質(zhì)。瀝青是高分子碳?xì)浠衔锛捌浞墙饘?氧、氮、硫等)衍生物組成的混合物,是石油產(chǎn)品中相對分子量最大、組成及結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的部分。除主要元素碳、氫以外,其余是氧、硫、氮和一些微量金屬元素。對石油瀝青許多研究者曾提出不同的分析方法。我國現(xiàn)行JTJ052-2000《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中規(guī)定有三組分和四組分兩種分析方法，本節(jié)僅介紹三組分分析法。三組分分析法是將石油瀝青分離為油分、樹脂和瀝青質(zhì)三個(gè)組分。該方法的原理是利用瀝青不同組分對抽提溶劑的選擇性溶解和對吸附劑的選擇性吸附,所以也稱為溶解-吸附法。其組分性狀見表11.2。表11.2石油瀝青三組分分析法的各組分性狀性狀外觀特性平均分子量碳?xì)浔龋ㄔ颖龋┪锘匦杂头值S色透明液體200-7000.5-0.7溶于大部分有機(jī)溶劑，具有光學(xué)活性，常發(fā)現(xiàn)有熒光樹脂紅褐色粘稠半固體800-30000.7-0.8溫度敏感性高，熔點(diǎn)低于100℃瀝青質(zhì)深褐色固體微粒1000-50000.8-1.0加熱不熔化而碳化油分賦予瀝青以流動性,油分含量的多少直接影響瀝青的柔軟性、抗裂性及施工難度。油分在一定條件下可以轉(zhuǎn)化為樹脂甚至瀝青質(zhì)。其含量為45%～60%。樹脂主要使瀝青具有塑性和粘性。它分為中性樹脂和酸性樹脂。中性樹脂使瀝青具有一定塑性、可流動性和粘結(jié)性,其含量增加,瀝青的粘聚力和延伸性增加。瀝青樹脂中還含有少量的酸性樹脂,它是瀝青中活性最大的部分,能改善瀝青對礦質(zhì)材料的浸潤性,特別是提高了與碳酸鹽類巖石的粘附性,增加了瀝青的可乳化性。其含量為15～30%。瀝青質(zhì)決定著瀝青的粘結(jié)力、粘度和溫度穩(wěn)定性,以及瀝青的硬度、軟化點(diǎn)等。瀝青質(zhì)含量增加時(shí),瀝青的粘度和粘結(jié)力增加,硬度和溫度穩(wěn)定性提高。其含量為5～30%。2.石油瀝青的膠體結(jié)構(gòu)

.現(xiàn)代膠體理論認(rèn)為，大多數(shù)瀝青屬于膠體體系。瀝青中的油分和樹脂可互溶,樹脂能浸潤瀝青質(zhì)而在其表面形成薄膜,從而構(gòu)成以地瀝青質(zhì)為核心構(gòu)成膠核，膠核周圍吸附部分樹脂和油分構(gòu)成膠團(tuán)，無數(shù)膠團(tuán)分散在油分中而形成膠體結(jié)構(gòu)。瀝青的性質(zhì)不僅取決于瀝青的化學(xué)組分,而且取決于瀝青的膠體結(jié)構(gòu)。根據(jù)石油瀝青中各組分的化學(xué)組成和相對含量的不同,可以形成溶膠型、凝膠型、溶膠-凝膠型三種不同的膠體結(jié)構(gòu)。(1)溶膠型結(jié)構(gòu)瀝青中瀝青質(zhì)的分子量較低,并且含量較少,具有一定數(shù)量的膠質(zhì),它們形成的膠團(tuán)能夠完全膠溶且分散在芳香分和飽和分的介質(zhì)中。此時(shí),膠團(tuán)相距較遠(yuǎn),它們之間的吸引力很小,甚至沒有吸引力,膠團(tuán)可在分散介質(zhì)粘度許可范圍內(nèi)自由運(yùn)動,這種膠體結(jié)構(gòu)的瀝青,稱為溶膠型瀝青。溶膠型瀝青的特點(diǎn)是流動性和塑性較好,開裂后自行愈合能力較強(qiáng),低溫時(shí)變形能力較強(qiáng),但溫度穩(wěn)定性差,溫度過高會發(fā)生流淌。(2)凝膠型結(jié)構(gòu)瀝青中瀝青質(zhì)含量高,并有相當(dāng)數(shù)量芳香度較高的膠質(zhì)形成膠團(tuán),這樣,膠體中膠團(tuán)濃度很大,它們之間的吸引力增強(qiáng),膠團(tuán)之間的距離很近,形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。此時(shí),液態(tài)的芳香分與飽和分在膠團(tuán)的網(wǎng)絡(luò)中成為分散相,連續(xù)的膠團(tuán)成為分散介質(zhì)。這種膠體結(jié)構(gòu)的瀝青,稱為凝膠型瀝青。凝膠型瀝青的特點(diǎn)是彈性和粘性較高,溫度敏感型較小,流動性和塑性較差,開裂后自行愈合能力較差。在工程性能上,高溫穩(wěn)定性較好,但低溫變形能力較差。通常,深度氧化的瀝青多屬于凝膠型瀝青。(3)溶膠-凝膠型結(jié)構(gòu)瀝青中瀝青質(zhì)含量適當(dāng),并有較多數(shù)量芳香度較高的膠質(zhì),這樣,它們形成的膠團(tuán)數(shù)量較多,膠體中膠團(tuán)濃度增加,膠團(tuán)之間的距離相對靠近,它們之間具有一定的吸引力。這是一種介乎溶膠與凝膠之間的結(jié)構(gòu),稱為溶膠-凝膠型瀝青。溶膠-凝膠型瀝青的特點(diǎn)是高溫時(shí)具有較低的感溫性,低溫時(shí)又具有較強(qiáng)的變形能力。修筑現(xiàn)代高等級瀝青路面用的瀝青,都屬于這類膠體結(jié)構(gòu)的瀝青。通常,環(huán)烷基稠油的直餾瀝青或半氧化瀝青,以及按要求重新調(diào)和的調(diào)和瀝青等,均屬于這類膠體結(jié)構(gòu)。11.1.2石油瀝青的主要技術(shù)性質(zhì)1.粘滯性瀝青的粘滯性(簡稱粘性)是指石油瀝青內(nèi)部阻礙其相對流動的一種特性,它反映石油瀝青在外力作用下抵抗變形的能力。粘滯性是瀝青技術(shù)性質(zhì)中與瀝青路面力學(xué)行為聯(lián)系最密切的一種性質(zhì)。它是劃分瀝青牌號的主要技術(shù)指標(biāo)。各種石油瀝青的粘滯性變化范圍很大,粘滯性的大小與其組分及溫度有關(guān),石油瀝青中瀝青質(zhì)含量較多,同時(shí)有適量樹脂,而油分含量較少時(shí),粘滯性較大。粘滯性受溫度影響較大,在一定溫度范圍內(nèi),溫度升高,粘度降低,反之,粘度增大。瀝青粘度的測定方法可分為兩類,一類為“絕對粘度”法,另一類為“相對粘度(條件粘度)法”。工程上常采用相對粘度(條件粘度)指標(biāo)來表示。測定瀝青相對粘度的主要方法是用針入度儀和標(biāo)準(zhǔn)粘度計(jì)進(jìn)行測定。圖11.1針入度法測定粘稠瀝青針入度示意圖（1）針入度

針入度試驗(yàn)是國際上用來測定粘稠（固體、半固體）瀝青稠度的一種方法（如圖11.1）。該法是瀝青材料在規(guī)定溫度條件下，以規(guī)定質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)針經(jīng)過規(guī)定時(shí)間貫入瀝青試樣的深度（以1/10為單位計(jì)）。試驗(yàn)條件以PT,m,t表示。其中P為針入度，T為試驗(yàn)溫度，m為標(biāo)準(zhǔn)針（包括連桿及砝碼）的質(zhì)量，t為貫入時(shí)間。常用的試驗(yàn)條件為P25℃,100g,5s。按上述方法測定的針入度值愈大，表示瀝青愈軟（稠度愈?。?shí)質(zhì)上，針入度是測定瀝青稠度的一種指標(biāo)。通常稠度高的瀝青，其粘度亦高。圖11.1針入度法測定粘稠瀝青針入度示意圖圖11.2標(biāo)準(zhǔn)粘度計(jì)測定液體瀝青示意圖1-瀝青試樣；2-活動球桿；3-流孔；4-水（2）標(biāo)準(zhǔn)粘度

主要用來測定液體石油瀝青、煤瀝青和乳化瀝青等的粘度，采用標(biāo)準(zhǔn)粘度計(jì)。該試驗(yàn)方法（見圖11.2）：液體狀態(tài)的瀝青材料，在標(biāo)準(zhǔn)粘度計(jì)中，于規(guī)定的溫度條件下，通過規(guī)定的流孔直徑，流出50ml體積，所需的時(shí)間（s）。試驗(yàn)條件以CT，d表示。其中C為粘度，T為試驗(yàn)溫度，d為流孔直徑。試驗(yàn)溫度和流孔直徑根據(jù)液體狀態(tài)瀝青的粘度選擇，常用的流孔有3mm、4mm、5mm和10mm等4種。按上述方法，在相同溫度和相同流孔條件下，流出時(shí)間愈長，表示瀝青粘度愈大。圖11.2

標(biāo)準(zhǔn)粘度計(jì)測定液體瀝青示意圖1-瀝青試樣；2-活動球桿；3-流孔；4-水（3）軟化點(diǎn)圖11.3瀝青軟化點(diǎn)測定瀝青材料是一種非晶質(zhì)高分子材料，它由液態(tài)凝結(jié)為固態(tài)，或由固態(tài)溶化為液態(tài)時(shí)，沒有敏銳的固化點(diǎn)或液化點(diǎn)，通常采用條件的硬化點(diǎn)和滴落點(diǎn)來表示，瀝青材料在硬化點(diǎn)至滴落點(diǎn)之間的溫度階段時(shí)，是一種粘滯流動狀態(tài)。

軟化點(diǎn)的數(shù)值隨采用的儀器不同而異，我國現(xiàn)行試驗(yàn)法是采用該法（如圖11.3）是瀝青試樣注于內(nèi)徑為18.9mm的銅環(huán)中，環(huán)上置一重3.5g的鋼球，在規(guī)定的加熱速度（5℃/min）下進(jìn)行加熱，瀝青試樣逐漸軟化，直至在鋼球荷重作用下，使瀝青產(chǎn)生25.4mm撓度時(shí)的溫度，稱為軟化點(diǎn)。由此可見，針入度是在規(guī)定溫度下測定瀝青的條件粘度，而軟化點(diǎn)則是瀝青達(dá)到規(guī)定條件粘度時(shí)的溫度。另外，瀝青的軟化點(diǎn)也是反映瀝青溫度敏感性的重要指標(biāo)，軟化點(diǎn)越高，瀝青的溫度敏感性越小。圖11.4瀝青延度測定2.瀝青的塑性

瀝青的塑性是當(dāng)其受到外力的拉伸作用時(shí)所能承受的塑性變形的總能力，通常是用延度作為條件延性指標(biāo)來表征。延度試驗(yàn)方法是，將瀝青試樣制成8字形標(biāo)準(zhǔn)試件（最小斷面1cm2），在規(guī)定拉伸速度和規(guī)定溫度下拉斷時(shí)的長度（以cm計(jì)）稱為延度。瀝青的延度是采用延度儀來測定（見圖11.4）。以上所論及的針入度、軟化點(diǎn)和延度是評價(jià)粘稠石油瀝青路用性能最常用的經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)，所以通稱“三大指標(biāo)”。圖11.4瀝青延度測定圖11.5針入度－溫度關(guān)系圖3．瀝青的感溫性

瀝青的溫度感應(yīng)性是指瀝青的粘滯性和塑性隨溫度升降而變化的性能。變化程度小，則瀝青溫度敏感性小，反之則溫度敏感性大。瀝青材料的溫度感應(yīng)性與瀝青路面的施工（如拌和、攤鋪、碾壓）和使用性能（如高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性）都有密切關(guān)系，所以它是評價(jià)瀝青技術(shù)性質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)。瀝青的感溫性是采用“粘度”隨“溫度”而變化的行為（粘—溫關(guān)系）來表達(dá)，目前最常用的方法是針入度指數(shù)法。圖11.5針入度－溫度關(guān)系圖針入度指數(shù)法（簡稱PI）是一種評價(jià)瀝青感溫性的指標(biāo)，針入度隨溫度變化規(guī)律呈指數(shù)關(guān)系（如圖11.5a）,由此可得到瀝青針入度值的對數(shù)（lgP）與溫度（T）具有線形關(guān)系（如圖11.5b），即lgP＝AT+K

（11.1）式中：A－直線斜率，

K－截距（常數(shù)）。采用斜率A＝d（lgP）／dT來表征瀝青針入度（lgP）隨溫度（T）的變化率，故稱A為針入度—溫度感應(yīng)性系數(shù)。根據(jù)已知的針入度值P25℃,100g,5s（1／10mm）和軟化點(diǎn)TR&B（℃），并假設(shè)軟化點(diǎn)時(shí)的針入度值為800（1／10mm），由此可繪出針入度—溫度感應(yīng)性系數(shù)圖，并建立針入度—溫度感應(yīng)性系數(shù)A的基本公式，如式（11.2）:

（11.2）式中

lgP25℃,100g,5s—在25℃，100g，5s條件下測定的針入度值（1／10mm）的對數(shù)；TR&B—環(huán)球法測定的軟化點(diǎn)（℃）。按式（11.2）計(jì)算得到的A值均為小數(shù)，為使用方便起見，普費(fèi)等作了一些處理，改用針入度指數(shù)（PI）表示如式（11.3）

（11.3）針入度指數(shù)（PI）值愈大，表示得瀝青的感溫性愈低。通常要求瀝青的PI＝-1～﹢1之間。但是隨著近代交通的發(fā)展，對瀝青感溫性提出更高的要求，因此也要求瀝青具有更高的PI值。針入度指數(shù)（PI）值亦可作為瀝青膠體結(jié)構(gòu)類型的評判標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)PI﹤-2時(shí)，瀝青屬于溶膠結(jié)構(gòu)，溫度敏感性大；當(dāng)PI﹥2時(shí)，瀝青屬于凝膠結(jié)構(gòu)，溫度敏感性低；介于其間的屬于溶膠-凝膠結(jié)構(gòu)。4.粘附性及評價(jià)方法（1）粘附性是瀝青材料的主要功能之一,瀝青在瀝青混合料中以薄膜的形式裹覆在集料顆粒表面,并將松散的礦質(zhì)集料粘結(jié)為一個(gè)整體。粘附性不僅取決于瀝青的性質(zhì),也取決于集料的性質(zhì)。在瀝青混合料中,瀝青以薄膜形式裹覆于集料的表面,在干燥的條件下,一般具有足夠的粘附強(qiáng)度。但水分是粘附性產(chǎn)生問題的原因之一,另外由于交通荷載的反復(fù)作用使路面變形,瀝青混合料空隙加大,集料松散,浸水使瀝青膜與集料發(fā)生剝離,導(dǎo)致瀝青路面的破壞。（2）粘附性評價(jià)方法在我國現(xiàn)行《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTJ052―2000)中(T0616―1993)規(guī)定,瀝青與粗集料粘附性試驗(yàn)方法根據(jù)瀝青混合料的最大粒徑?jīng)Q定,>13.2mm者采用水煮法;≤13.2mm者采用水浸法。水煮法是選取粒徑為13.2~19mm形態(tài)接近立方體的規(guī)則集料5個(gè),經(jīng)瀝青裹覆后,在蒸餾水中沸煮3min,按瀝青膜剝落的情況分為五個(gè)等級來評價(jià)瀝青與集料的粘附性。水浸法是選取粒徑為9.5~13.2mm的集料,100g與5.5g的瀝青在規(guī)定溫度條件下拌和成混合料,冷卻后浸入80℃的蒸餾水中保持30min,然后按剝落面積的百分率來評定瀝青與集料的粘附性。5.瀝青的耐久性路用瀝青在使用的過程中受到儲運(yùn)、加熱、拌和、攤鋪、碾壓、交通荷載以及自然因素的作用,而使瀝青發(fā)生一系列的物理化學(xué)變化,如蒸發(fā)、氧化、脫氫、縮合等,瀝青的化學(xué)組成發(fā)生變化,使瀝青老化,路面變硬、變脆。瀝青隨使用時(shí)間的延長,組分發(fā)生遞變，即油分→樹脂→瀝青質(zhì)，造成樹脂顯著減少，瀝青質(zhì)顯著增加，瀝青的塑性降低，脆性增加稱為瀝青的老化。瀝青的耐久性就是其抵抗老化的能力。(1)瀝青耐久性的影響因素1)溫度與氧化作用瀝青與空氣接觸會逐漸氧化,導(dǎo)致瀝青硬化并降低柔韌性。影響氧化的因素主要是溫度,氧和瀝青的反應(yīng)幾乎可以在全溫度范圍內(nèi)進(jìn)行,但低溫下其氧化速度緩慢,100℃以上氧化速度加快,每升高10℃氧化速度提高1倍,至135℃以上幾分鐘就會引起顯著硬化。這是由于在高溫環(huán)境蒸發(fā)損失和熱縮的結(jié)果。氣溫對瀝青硬化的影響在短時(shí)間內(nèi)是可逆的。但隨著時(shí)間的推移,在氧、光照和其他因素綜合作用下就成為永久的不可逆的硬化。2)光和水的作用光可以加速氧化,日光特別是紫外線的作用會使瀝青的氧化作用加速,水在光、氧和熱共同作用時(shí),能起到催化劑的加速作用。3)自然硬化瀝青在隔絕空氣、陽光的條件下,長期存放于常溫下也會發(fā)生某種程度的硬化,為自然硬化。4)滲流硬化滲流硬化是指瀝青中的油分流到礦料的孔隙中去而導(dǎo)致瀝青的硬化。(2)耐久性評價(jià)方法關(guān)于路面施工加熱導(dǎo)致瀝青性能變化的評價(jià)方法，我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：對中輕交通量道路用石油瀝青，應(yīng)進(jìn)行“蒸發(fā)損失試驗(yàn)；對重交通量道路用石油瀝青進(jìn)行“薄膜加熱試驗(yàn)”；對液體瀝青，則應(yīng)進(jìn)行蒸餾試驗(yàn)。（3）耐久性評價(jià)指標(biāo)詳見表11.311.46.施工安全性閃點(diǎn)是指瀝青加熱揮發(fā)出可燃?xì)怏w,與火焰接觸閃火(與火焰接觸初次發(fā)生一瞬即滅的火焰)時(shí)的最低溫度。燃點(diǎn)是指瀝青加熱揮發(fā)出的可燃?xì)怏w和空氣混合,與火焰接觸能持續(xù)燃燒時(shí)的最低溫度。閃點(diǎn)和燃點(diǎn)的高低表明瀝青引起火災(zāi)或爆炸的可能性的大小,它關(guān)系到運(yùn)輸、儲存和加熱使用等方面的安全。11.1.3石油瀝青的技術(shù)要求與選用1.建筑石油瀝青的技術(shù)要求與選用對建筑石油瀝青,按瀝青針人度值劃分為40號、30號和10號三個(gè)標(biāo)號。建筑石油瀝青針人度較小、軟化點(diǎn)較高,但延度較小。建筑石油瀝青的技術(shù)性能應(yīng)符合GB/T494―2010《建筑石油瀝青》的規(guī)定,見表11.3。表11.3建筑石油瀝青技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)

目質(zhì)量指標(biāo)10號30號40號針入度（25℃，100g，5s）/（1/10mm）10-2526-3536-50針入度（0℃，100g，5s）/（1/10mm）不小于366延度D（（25℃，5cm/min）/cm（不小于）1．52．53．5軟化點(diǎn)（環(huán)球法）/℃（不低于）957560表11.3建筑石油瀝青技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)續(xù)上表項(xiàng)

目質(zhì)量指標(biāo)溶解度（三氯乙烯，四氯化碳，苯）/%（不小于）99．0蒸發(fā)損失（160℃，5h）/%（不大于）1蒸發(fā)后針入度比/%（不小于）65閃點(diǎn)（開口）/℃（不低于）260脆點(diǎn)/℃報(bào)告建筑石油瀝青主要用于屋面及地下防水、溝槽防水與防腐、管道防腐蝕等工程,還可用于制作油氈、油紙、防水涂料和瀝青瑪蹄脂等建筑材料。建筑瀝青在使用時(shí)制成的瀝青膠膜較厚,增大了對溫度的敏感性,同時(shí)瀝青表面又是較強(qiáng)的吸熱體,一般同一地區(qū)的瀝青屋面的表面溫度比當(dāng)?shù)刈罡邭鉁馗?5~30℃。為避免夏季流淌,用于屋面的瀝青材料的軟化點(diǎn)應(yīng)比本地區(qū)屋面最高溫度高20℃以上。軟化點(diǎn)偏祗時(shí),瀝青在夏季高溫易流淌;而軟化點(diǎn)過高時(shí),瀝青在冬季低溫易開裂。因此,石油瀝青應(yīng)根據(jù)氣候條件、工程環(huán)境及技術(shù)要求選用。對于屋面防水工程,主要應(yīng)考慮瀝青的高溫穩(wěn)定性,選用軟化點(diǎn)較高的瀝青,如10號瀝青或10號與30號的混合瀝青。對于地下室防水工程,主要應(yīng)考慮瀝青的耐老化性,選用軟化點(diǎn)較低的瀝青,如40號瀝青。2.道路石油瀝青的技術(shù)要求與選用1)粘稠石油瀝青我國交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JTGF40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》將粘稠石油瀝青分為160號、130號、110號、90號、70號、50號、30號等7個(gè)標(biāo)號,并根據(jù)瀝青的性能指標(biāo),再將其分為A、B、C三個(gè)等級（如表11.4）。不同標(biāo)號等級的瀝青宜按照不同的氣候條件結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)進(jìn)行選取。一般說來,A、B、C三個(gè)等級瀝青的適用范圍如表11.5所示。表11.5道路石油瀝青的適用范圍

瀝青等級適用范圍A級瀝青各個(gè)等級的公路，適用于任何場合和層次。B級瀝青①高速公路、一級公路瀝青下面層及以下的層次，二級及二級以下公路的各個(gè)層次；②用作改性瀝青、乳化瀝青、改性乳化瀝青、稀釋瀝青的基質(zhì)瀝青。C級瀝青三級及三級以下公路的各個(gè)層次。表11.4道路石油瀝青技術(shù)要求表11.4道路石油瀝青技術(shù)要求續(xù)表注：1)試驗(yàn)方法按照現(xiàn)行《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ052—2000）規(guī)定方法執(zhí)行。用于仲裁試驗(yàn)求取PI時(shí)的5個(gè)溫度的針入度關(guān)系的相關(guān)系數(shù)不得小于0.997.2)經(jīng)建設(shè)單位同意，表中PI值、60℃動力粘度、10℃延度可作為選擇性指標(biāo)，也可不作為施工質(zhì)量檢驗(yàn)指標(biāo)。

3)70號瀝青可根據(jù)需要要求供應(yīng)商提供針入度范圍為60~70或70~80的瀝青，50號瀝青可要求提供針入度范圍為40~50或50~60的瀝青。

4)30號瀝青僅適用于瀝青穩(wěn)定基層。130號和160號瀝青除寒冷地區(qū)可直接在中低級公路上直接應(yīng)用外，通常用作乳化瀝青、稀釋瀝青、改性瀝青的基質(zhì)瀝青。

5)老化試驗(yàn)以TFOT為準(zhǔn)，也可以RTFOT代替。2)液體石油瀝青的技術(shù)要求（JTGF40-2004）液體石油瀝青適用于透層、粘層及拌制冷拌瀝青混合料。根據(jù)使用目的與場所，可選用快凝、中凝、慢凝的液體石油瀝青，其質(zhì)量應(yīng)符合上述規(guī)范的規(guī)定。11.1.4煤瀝青1、煤瀝青的基本組成青是由復(fù)雜化合物組成的混合物,分離為單體組成十分困難,故目前煤瀝青化學(xué)組分的研究采用選擇性溶解等方法,將煤瀝青分為幾個(gè)化學(xué)性質(zhì)相近,且與路面性能有一定聯(lián)系的組分。常將煤瀝青分離為游離碳、油分、軟樹脂和硬樹脂四個(gè)組分。①游離碳。它又稱自由碳,是高分子的有機(jī)化合物的固態(tài)碳質(zhì)微粒,不溶于有機(jī)溶劑,加熱不熔,但高溫分解。煤瀝青的游離碳含量增加,可提高其粘度和溫度穩(wěn)定性。但隨著游離碳含量增加,其低溫脆性也增加。②油分。它是液態(tài)碳?xì)浠衔?。與其他組分比較為最簡單結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。③樹脂。它為環(huán)心含氧碳?xì)浠衔?。分為兩?硬樹脂,類似石油瀝青中的瀝青質(zhì);軟樹脂,赤褐色粘塑性物,溶于氯仿,類似石油瀝青中的樹脂。2、煤瀝青的主要性質(zhì)與用途煤瀝青是將煤焦油進(jìn)行蒸餾,蒸去水分和所有的輕油及部分中油、重油和蒽油后所得的殘?jiān)?。根?jù)蒸餾程度不同煤瀝青為低溫瀝青、中溫瀝青和高溫瀝青。建筑上所采用的煤瀝青多為粘稠或半固體的低溫瀝青。與石油瀝青相比,由于兩者的成分不同,煤瀝青具有如下性能特點(diǎn):①由固態(tài)或粘稠態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)(或液態(tài))的溫度間隔較小,夏天易軟化流淌,而冬天易脆裂,即溫度敏感性較大。②含揮發(fā)性成分和化學(xué)穩(wěn)定性差的成分較多,在熱、陽光、氧氣等長期綜合作用下,煤瀝青的組成變化較大,易硬脆,故大氣穩(wěn)定性較差。③含有較多的游離碳,塑性較差,容易因變形而開裂。④因含有蒽、酚等,故有毒性和臭味,防腐能力較好,適用于木材的防腐處理。⑤因含表面活性物質(zhì)較多,與礦物表面的粘附力較好。煤瀝青具有很好的防腐能力和良好的粘結(jié)能力,故可用于配制防腐涂料,油膏及制作油氈等11.1.5瀝青的摻配及改性1.瀝青的摻配在工程中,當(dāng)一種牌號的瀝青不能滿足工程要求時(shí),應(yīng)采用相同產(chǎn)源的不同牌號的瀝青進(jìn)行摻配。兩種瀝青瀝青的摻配比例可用下式計(jì)算:（11.4）

（11.5）式中

Q1——較軟瀝青用量,%;Q2——較硬瀝青用量,%;T——摻配后的瀝青軟化點(diǎn),℃;T1——較軟瀝青軟化點(diǎn),℃;T2——較硬瀝青軟化點(diǎn),℃。根據(jù)估算的摻配比例和在其鄰近的比例(±5%)進(jìn)行試配,測定摻配后瀝青的軟化點(diǎn),然后繪制“摻配比――軟化點(diǎn)”曲線,即可從曲線上確定所要求的比例。同樣可采用針人度指標(biāo)按上法進(jìn)行估算及試配。如用三種瀝青時(shí),可先算出兩種瀝青的配比,再與第三種瀝青進(jìn)行配比計(jì)算,然后再試配。2.改性瀝青摻加橡膠、樹脂、高分子聚合物、天然瀝青、磨細(xì)的橡膠粉,或者其他材料等外摻劑(改性劑)制成的瀝青結(jié)合料,從而使瀝青或?yàn)r青混合料的性能得以改善,稱為改性瀝青。(1)橡膠改性瀝青橡膠是一類重要的石油改性材料,它與瀝青有較好的混溶性,并能使瀝青具有橡膠的很多優(yōu)點(diǎn),如高溫變形小,低溫柔性好等。瀝青中摻人一定量橡膠后,可改善其耐熱性、耐候性等。常用于瀝青改性的橡膠有氯丁橡膠、丁基橡膠、再生橡膠等。氯丁橡膠改性瀝青,可使其氣密性、低溫柔性、耐化學(xué)腐蝕性、耐光性、耐臭氧性、耐候性和耐燃燒性得到大大改善。丁基橡膠改性瀝青具有優(yōu)異的耐分解性,并有較好的低溫抗裂性和耐熱性能,多用于道路路面工程和制作密封材料和涂料。(2)樹脂改性瀝青樹脂改性瀝青,可以改進(jìn)瀝青的耐寒性、耐熱性、粘結(jié)性和不透氣性。由于石油瀝青中含芳香性化合物較少,因而樹脂和石油瀝青的相溶性較差,而且用于改性瀝青的樹脂品種也較少,常用品種有:古馬隆樹脂、聚乙烯、無規(guī)聚丙烯APP、酚醛樹脂及天然松香等。無規(guī)聚丙烯APP改性瀝青克服了單純?yōu)r青冷脆熱流缺點(diǎn),具有較好的耐高溫性,特別適合于炎熱地區(qū)。APP改性瀝青主要用于生產(chǎn)防水卷材和防水涂料。(3)橡膠和樹脂改性瀝青橡膠和樹脂同時(shí)用于瀝青改性,可使瀝青同時(shí)具有橡膠和樹脂的特性。如耐寒性,且樹脂比橡膠便宜,橡膠和樹脂間有較好的混溶性,故效果較好。橡膠和樹脂改性瀝青可用于生產(chǎn)卷材、片材、密封材料和防水涂料等。(4)礦物填充料改性瀝青礦物填充料改性瀝青可提高瀝青的粘結(jié)能力、耐熱性,減小瀝青的溫度敏感性。常用的礦物填充料大多是粉狀或纖維狀礦物,主要有滑石粉、石灰石粉、硅藻土、石棉和云母粉等。礦物改性瀝青的機(jī)理為:瀝青中摻礦物填充料后,由于瀝青對礦物填充料有良好的潤濕和吸附作用,在礦物顆粒表面形成一層穩(wěn)定、牢固的瀝青薄膜,帶有瀝青薄膜的礦物顆粒具有良好的粘性和耐熱性。礦物填充料的摻入量要恰當(dāng),以形成恰當(dāng)?shù)臑r青薄膜層。11.2瀝青混合料

11.2.1瀝青混合料的分類及特點(diǎn)

1.分類（1）按礦料粒徑劃分的瀝青混合料1）砂粒式瀝青混合料最大集料粒徑等于或小于4.75mm的瀝青混合料，也稱為瀝青石屑或?yàn)r青砂。2）細(xì)粒式瀝青混合料最大集料粒徑為9.5mm或13.2mm的瀝青混合料。3）中粒式瀝青混合料最大集料粒徑為16mm或19mm的瀝青混合料。4）粗粒式瀝青混合料最大集料粒徑為26.5mm或31.5mm的瀝青混合料。5）特粗式瀝青碎石混合料最大集料粒徑等于或大于37.5mm的瀝青碎石混合料。（2）按結(jié)合料溫度劃分1）熱拌熱鋪瀝青混合料（hot-mixasphaltmixture,HMA）瀝青與礦料在熱態(tài)下拌和、熱態(tài)下鋪筑施工成型的瀝青混合料。2）常溫瀝青混合料采用乳化瀝青或稀釋瀝青與礦料在常溫狀態(tài)下拌和、鋪筑的瀝青混合料。3）溫拌瀝青混合料（Warm-mixasphaltmixture,WMA）采用瀝青、溫拌劑和礦料在中等溫度條件下拌合、鋪筑的瀝青混合料2．瀝青混合料的特點(diǎn)瀝青混合料是現(xiàn)代高等級道路應(yīng)用的主要路面材料，它具有以下特點(diǎn)：（1）瀝青混合料是一種黏彈塑性材料，具有良好的力學(xué)性質(zhì)，有一定的高溫穩(wěn)定性和低溫柔韌性，鋪筑的路面平整無接縫，減震吸聲，使行車舒適；（2）路面平整而具有一定的粗燥度，且無強(qiáng)烈反光，有利于行車安全；（3）施工方便，不需養(yǎng)護(hù)，能及時(shí)開放通車；（4）便于分期修建和再生利用。

11.2.2瀝青混合料組成結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度1.瀝青混合料的組成結(jié)構(gòu)通常瀝青混合料按其組成結(jié)構(gòu)可分成下列三類：1）．懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)當(dāng)采用連續(xù)型密級配礦質(zhì)混合料（見圖11.6中曲線a）與瀝青組成的瀝青混合料時(shí)，礦質(zhì)材料由大到小形成的連續(xù)型密實(shí)混合料，但因較大顆粒都被小一檔顆粒擠開，因此，大顆粒以懸浮狀態(tài)處于較小顆粒之中。0.0080.10.30.60.1182.364.759.513.21916篩孔尺寸（mm）a－連續(xù)型密級配；b－連續(xù)型開級配；c－間斷型密級配圖11.6三種類型礦質(zhì)混合料級配曲線1009080706050403020100abc連續(xù)緊密級配瀝青混合料都屬此類型。此種結(jié)構(gòu)雖然密實(shí)度很大，但各級集料均為次級集料所隔開，不能直接形成骨架，而懸浮于次級集料和瀝青膠漿之間，其組成結(jié)構(gòu)見圖11.7（a）。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是黏聚力較高，內(nèi)摩阻力較小，混合料的耐久性較好，穩(wěn)定性較差。（a）懸浮-密實(shí)結(jié)構(gòu)（b）骨架-空隙結(jié)構(gòu)（c）密實(shí)-骨架結(jié)構(gòu)圖11.7

三種典型瀝青混合料結(jié)構(gòu)組成示意圖2）骨架空隙結(jié)構(gòu)

當(dāng)采用連續(xù)開級配礦質(zhì)混合料（見圖11.6中曲線b）與瀝青組成的瀝青混合料時(shí)，較大粒徑石料彼此緊密連接，而較小粒徑石料的數(shù)量較少，不足以充分填充空隙，形成骨架空隙結(jié)構(gòu)，瀝青碎石混合料多屬此類型，結(jié)構(gòu)見圖11.7(b)。特點(diǎn)是黏聚力較低，內(nèi)摩阻力較大，穩(wěn)定性較好，但耐久性較差。3）．骨架-密實(shí)結(jié)構(gòu)

當(dāng)采用間斷型密級配礦質(zhì)混合料（見圖11.6中曲線c）與瀝青組成的瀝青混合料時(shí)，是綜合以上兩種方式組成的結(jié)構(gòu)。既有一定量的粗料形成骨架，又根據(jù)粗集料空隙的數(shù)量加入適量細(xì)集料，使之填滿骨架空隙，形成較高密實(shí)度的結(jié)構(gòu)，間斷級配即按此原理構(gòu)成，結(jié)構(gòu)見圖11.8c）。其特點(diǎn)黏聚力與內(nèi)摩阻力均較高，則穩(wěn)定性好，耐久性好，但施工和易性差。2.瀝青混合料的強(qiáng)度（1）瀝青混合料的強(qiáng)度理論

瀝青混合料在常溫和較高溫度下，由于瀝青的黏結(jié)力不足而產(chǎn)生變形或由于抗剪強(qiáng)度不足而破壞，一般采用庫倫理論來分析其強(qiáng)度和穩(wěn)定性。對圓柱形試件進(jìn)行三軸剪切試驗(yàn)，從摩爾圓可得材料的應(yīng)力情況。圖11.8中應(yīng)力圓的公切線即摩爾-庫倫包絡(luò)線，即抗剪強(qiáng)度曲線。包絡(luò)線與縱軸相交的截距表示混合料的黏結(jié)力c，切線與橫軸的交角φ，表示混合料的內(nèi)摩阻角：

(11.6)正應(yīng)力σ（kPa）圖11.8

瀝青混合料三軸試驗(yàn)確定C、φ值的摩爾-庫侖圓剪應(yīng)力τ（kPa）φc式中

τ——抗剪強(qiáng)度，Mpa；c——黏結(jié)力，MPa；

σ——剪損時(shí)的法向壓應(yīng)力，MPa。從上式中可看出瀝青混合料的強(qiáng)度決定于兩個(gè)參數(shù)——黏聚力c和內(nèi)摩阻角

。（2）影響瀝青混合料強(qiáng)度的因素從瀝青混合料的強(qiáng)度公式中可看出瀝青混合料的強(qiáng)度決定于兩個(gè)參數(shù)——黏聚力c和內(nèi)摩阻角φ，下面討論影響兩個(gè)參數(shù)的因素。1）瀝青的性質(zhì)對黏結(jié)力c的影響從瀝青本身來看，瀝青的黏滯度是影響?zhàn)そY(jié)力c的重要因素，礦質(zhì)集料由瀝青膠結(jié)為一整體，瀝青的黏滯度反映瀝青在外力作用下抵抗變形的能力，黏滯度愈大，則抵抗變形的能力愈強(qiáng)，可以保持礦質(zhì)集料的相對嵌擠作用。2）礦質(zhì)混合料級配、礦質(zhì)顆粒的形狀和表面特性等對瀝青混合料的內(nèi)摩阻角φ的影響根據(jù)研究礦質(zhì)顆粒的粒徑愈大，內(nèi)摩阻角愈大，中粒式瀝青混凝土的內(nèi)摩阻角要比細(xì)粒式和砂粒式瀝青混凝土大得多。因此增大集料粒徑是提高內(nèi)摩阻角的途徑，但應(yīng)保證級配良好、空隙率適當(dāng)。顆粒棱角尖銳的混合料，由于顆?；ハ嗲毒o，要比光滑顆粒的內(nèi)摩阻角大。3）礦料表面性質(zhì)的影響a）石灰石礦粉

（b）石英石砂粉圖11.9不同礦粉的吸附溶化膜結(jié)構(gòu)圖示

礦料（主要是礦粉）對涂敷于周圍的瀝青分子相互有吸附作用，使貼近礦料的瀝青組分重新排列，黏度變高。愈近界面黏度愈高，形成一層擴(kuò)散結(jié)構(gòu)膜，（a）石灰石礦粉（b）石英砂圖11.9不同礦粉的吸附溶化膜結(jié)構(gòu)圖示在此膜之內(nèi)的為“結(jié)構(gòu)瀝青”，其黏度較高，具有較強(qiáng)的黏聚力。在擴(kuò)散結(jié)構(gòu)膜之外的為“自由瀝青”，其黏度較低，使黏聚力降低。

因此，瀝青與礦料表面的相互作用對瀝青混合料的黏聚力和內(nèi)摩阻角有重要的影響，礦料與瀝青的成分不同會產(chǎn)生不同的效果，石油瀝青與堿性石料（如石灰石）將產(chǎn)生較多的結(jié)構(gòu)瀝青，有較好的黏附性，而與酸性石料產(chǎn)生較少的結(jié)構(gòu)瀝青，有較好的黏附性，而與酸性石料產(chǎn)生較少的結(jié)構(gòu)瀝青，其黏附性較差見圖11.9。4）瀝青混合料中礦料比面和瀝青用量的影響瀝青混合料中的礦料不僅能填充空隙，提高密實(shí)度，在很大程度上也影響著混合料的黏結(jié)力。密實(shí)型的混合料中，礦料的比面積一般占總面積的80%以上，這就大大增強(qiáng)了瀝青與砂料的相互作用，減薄了瀝青的膜厚，使瀝青在礦料表面形成“結(jié)構(gòu)瀝青層”，礦質(zhì)顆粒能夠黏結(jié)牢固，構(gòu)成強(qiáng)度。5）溫度和變形速率的影響?zhàn)ぞ哿﹄S溫度升高而顯著降低，但內(nèi)摩阻角受溫度影響較小。同樣，變形速率減小，則黏聚力顯著提高，內(nèi)摩阻角變化很小。11.2.3瀝青混合料組成材料的技術(shù)要求1.瀝青

瀝青混合料中的瀝青應(yīng)按照道路瀝青的技術(shù)要求，根據(jù)氣候、交通、荷載、路面類型等因素確定。2粗集料瀝青層用粗集料包括碎石、破碎礫石、篩選礫石、鋼渣、礦渣等，但高速公路和一級公路不得使用篩選礫石和礦渣。粗集料應(yīng)該潔凈、干燥、表面粗糙，質(zhì)量應(yīng)符合表11.6的規(guī)定。高速公路、一級公路瀝青路面的表面層(或磨耗層)的粗集料的磨光值與粘附性應(yīng)符合表11.7的要求。當(dāng)使用粘附性不符合要求的粗集料時(shí)，宜摻加消石灰、水泥或用飽和石灰水處理后使用，必要時(shí)可同時(shí)在瀝青中摻加耐熱、耐水、長期性能好的抗剝落劑，也可采用改性瀝青的措施，使瀝青混合料的水穩(wěn)定性檢驗(yàn)達(dá)到要求。摻加外加劑的劑量由瀝青混合料的水穩(wěn)定性檢驗(yàn)確定。指標(biāo)高速公路、一級公路、城市快速路、主干路其他等級公路與城市道路表面層其他層次石料壓碎值(％)，≤262830洛杉磯磨耗損失

(％)，≤283035表觀密度（t/m3），≤2.602.502.45吸水率(％)，≤2.03.03.0堅(jiān)固性(％)，≤1212－針片狀顆粒含量（混合料）(％)，≤其中粒徑大于9.5mm(％)，≤其中粒徑小于9.5mm(％)，≤15121818152020－－＜0.075mm顆粒含量（水洗法，％)，≤111軟石含量(％)，≤355表11.6瀝青混合料用粗集料質(zhì)量技術(shù)要求（JTGF40－2004）注：1.堅(jiān)固性試驗(yàn)可根據(jù)需要進(jìn)行；2.用于高速公路、一級公路時(shí)，多孔玄武巖的視密度可放寬2.45t/m3，吸水率可放寬至3%但須得到建設(shè)單位的批準(zhǔn)，且不得用于瀝青馬蹄脂碎石（stonematrixasphalt,SMA）路面；3.對S14即3～5規(guī)格的粗集料，針片狀顆粒含量可不予要求，<0.075mm含量可放寬到3％。表11.7粗集料與瀝青的黏附性、磨光值的技術(shù)要求（JTGF40－2004）雨量氣候區(qū)1(潮濕區(qū))2(濕潤區(qū))3(半干區(qū))4(干旱區(qū))年降雨量(mm)＞10001000～500500～250＜250粗集料的磨光值

PSV（高速公路、一級公路表面層），≥42403836粗集料與瀝青的黏附性，≥高速公路、一級公路表面層5443高速公路、一級公路的其他層次及其他等級公路的各個(gè)層次44333.細(xì)集料瀝青混合料用細(xì)集料，可以采用天然砂、人工砂或石屑。細(xì)集料應(yīng)潔凈、干燥、無風(fēng)化、無雜質(zhì)，并有適當(dāng)?shù)念w粒級配，其質(zhì)量應(yīng)符合表11.8的規(guī)定。細(xì)集料的潔凈程度，天然砂以小于0.075mm含量的百分?jǐn)?shù)表示，石屑和機(jī)制砂以砂當(dāng)量(適用于0～4.75mm)或亞甲藍(lán)值(適用于0～2.36mm或0～0.15mm)表示。表11.8瀝青混合料用細(xì)集料質(zhì)量要求（JTGF40－2004）項(xiàng)

目高速公路、一級公路、城市快速路、主干路其他等級公路與城市道路表觀密度（t/m3），≥2.502.45堅(jiān)固性(>0.3mm部分，％），≥12－含泥量(小于0.075mm的含量，％）)，≤35砂當(dāng)量（％），≥6050亞甲藍(lán)值（g/kg），≤25－棱角性(流動時(shí)間，s），≥30－注:1）堅(jiān)固性試驗(yàn)可根據(jù)需要進(jìn)行；2）當(dāng)進(jìn)行砂當(dāng)量試驗(yàn)有困難時(shí)，也可用水洗法測定小于0.075mm部分含量（僅適用于天然砂）。對高速公路、一級公路、城市快速路、主干路要求不大于3%，對其他公路與城市道路要求不大于5%。熱拌瀝青混合料的細(xì)集料宜采用優(yōu)質(zhì)的天然砂或人工砂，在缺砂地區(qū)，也可使用石屑，但用于高速公路、一級公路、城市快速路、主干路瀝青混凝土面層及抗滑表層的石屑用量不宜超過砂的用量。熱拌密級配瀝青混合料中天然砂的用量通常不宜超過集料總量的20％，SMA和OGFC混合料不宜使用天然砂。4.礦粉瀝青混合料的礦粉以采用石灰?guī)r或巖漿巖中的強(qiáng)基性巖石（憎水性石料），經(jīng)磨細(xì)得到的礦粉。瀝青混合料的礦粉必須采用石灰?guī)r或巖漿巖中的強(qiáng)基性巖石等憎水性石料經(jīng)磨細(xì)得到的礦粉，原石料中的泥土雜質(zhì)應(yīng)除凈。礦粉應(yīng)干燥、潔凈，其質(zhì)量應(yīng)符合表11.9的技術(shù)要求。(圖片下頁)粉煤灰作為填料使用時(shí)，其燒失量應(yīng)小于12%，塑性指數(shù)應(yīng)小于4%，其質(zhì)量要求與礦粉相同。粉煤灰的用量不宜超過填料總量的50%，并應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)確認(rèn)與瀝青有良好的黏結(jié)力，瀝青混合料的水穩(wěn)定性應(yīng)滿足要求。高速公路、一級公路和城市快速路、主干路的瀝青混凝土面層不宜采用粉煤灰做填料。項(xiàng)

目高速公路、一級公路、城市快速路、主干路其他等級公路與城市道路表觀密度（t/m3），≥2.502.45含水量（％），≤11粒度范圍（％)<0.6mm<0.15mm<0.075mm10090～10075～10010090～10070～100外觀無團(tuán)粒結(jié)塊親水系數(shù)<1塑性指數(shù)<4加熱安定性實(shí)測記錄表11.9瀝青混合料用礦粉質(zhì)量要求（JTGF40－2004）11.2.4瀝青混合料的性質(zhì)和測試方法1.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。瀝青混合料的抗變形能力因溫度升高以及在受到荷載重復(fù)作用下而降低，造成瀝青路面產(chǎn)生車轍、波浪及擁包等現(xiàn)象，在交通量大、重車比例高和經(jīng)常變速路段的瀝青路面是最嚴(yán)重的破壞形式。(1).高溫穩(wěn)定性的評價(jià)方法和評價(jià)指標(biāo)目前，評價(jià)瀝青混合料高溫性能通常采用車轍試驗(yàn)的方法。該方法是采用輪碾成型方法，制成300mm×300mm×50mm的瀝青混合料試件，在60℃的溫度條件下，以一定荷載的輪子在同一軌跡上作一定時(shí)間的反復(fù)行走，形成一定的車轍深度，然后計(jì)算試件變形1mm所需試驗(yàn)車輪行走次數(shù)，即為動穩(wěn)定度，計(jì)算式11.7：式中

DS——瀝青混合料動穩(wěn)定度（次/mm）；d1、d2——時(shí)間t1和t2的變形量（mm）；42——每分鐘行走次數(shù)（次/min）；c1、c2——試驗(yàn)機(jī)或試樣修正系數(shù)。(2).影響高溫穩(wěn)定性的主要因素分析影響瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的主要因素是瀝青的高溫黏度和瀝青與石料相互嵌鎖作用以及礦料級配等。為提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，需采用較高黏度的瀝青，嚴(yán)格控制瀝青用量?，F(xiàn)常采用橡膠、樹脂等改性劑，以改善瀝青的感溫性，采用一定細(xì)度、和瀝青有較好交互作用能力的填料以提高瀝青混合料的黏結(jié)力；同時(shí)，采用適當(dāng)?shù)牡V料級配，增加粗骨料含量，采用表面粗糙、棱角性大的粗集料以提高礦料骨架的內(nèi)摩阻力。(11.7)2.低溫抗裂性瀝青路面出現(xiàn)裂縫將造成路面的損壞，因此應(yīng)限制瀝青路面的裂縫率。瀝青路面產(chǎn)生裂縫的原因很復(fù)雜，一般有兩種類型，一種是重復(fù)荷載下產(chǎn)生的疲勞開裂；另一種為溫度裂縫，由于瀝青混合料在高溫時(shí)塑性變形能力較強(qiáng)，而低溫時(shí)較脆硬，變形能力差，所以裂縫多在低溫條件下發(fā)生，特別是在氣溫驟降時(shí)，瀝青面層受基層和周圍材料的約束而不能自由收縮，因而產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，超過了瀝青混合料的允許應(yīng)力值，就會產(chǎn)生開裂，因此要求瀝青混合料具有一定的低溫開裂性能?？赏ㄟ^劈裂試驗(yàn)、低溫疲勞試驗(yàn)來評定。3.耐久性耐久性是指瀝青混合料在使用過程中抵抗環(huán)境因素及行車荷載反復(fù)作用的能力，可用馬歇爾試驗(yàn)測得的指標(biāo)來評價(jià)。4.瀝青混合料的水穩(wěn)定性瀝青路面由于水或水汽的作用，促使瀝青從集料顆粒表面剝表面剝落，降低瀝青混合料的黏結(jié)強(qiáng)度，松散的集料顆粒被滾動的車輪帶走，在路表形成獨(dú)立的、大小不等的坑槽。當(dāng)瀝青混合料的壓實(shí)空隙率較大、瀝青路面排水系統(tǒng)不完善時(shí)，滯留于路面結(jié)構(gòu)中的水長期浸泡瀝青混合料，加上行車引起的動水壓力對瀝青產(chǎn)生的剝離作用，將加劇瀝青路面的“水損害”。目前評價(jià)瀝青混合料水穩(wěn)定性的方法有浸水馬歇爾試驗(yàn)、真空飽水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)等。5.抗滑性瀝青路面的抗滑性能與所用集料的表面構(gòu)造（粗糙度）和集料的級配組成有密切的關(guān)系。因此為提高瀝青混合料的抗滑性能應(yīng)考慮選用適當(dāng)?shù)牡V質(zhì)集料的級配，規(guī)范要求“多雨潮濕地區(qū)的高速公路、一級公路和城市快速路主干路的上面層宜采用抗滑表層混合料”，關(guān)鍵是必須使用堅(jiān)固的具有粗糙表面的集料，可以避免由于車輪的反復(fù)碾壓使石料表面磨光，路面表層的細(xì)構(gòu)造變得光滑。并要求抗滑表層粗集料應(yīng)選用堅(jiān)硬、耐磨、抗沖擊性好的碎石或破碎碎石，同時(shí)對高速公路、一級公路和城市快速路、主干路的表層提出了磨光值（BPN）不小于42的要求，并應(yīng)根據(jù)需要進(jìn)行沖擊值試驗(yàn)。表面粗糙、堅(jiān)硬耐磨的石料多為酸性石料，與瀝青的黏附性不好，應(yīng)采用抗剝劑或采用石灰水處理石料表面，同時(shí)瀝青混合料中的瀝青含量也應(yīng)嚴(yán)格控制，特別是應(yīng)選用含蠟量低的瀝青，以免瀝青路面面層打滑。6.施工和易性

瀝青混合料應(yīng)具備良好的施工和易性，使混合料易于拌和、攤鋪和碾壓。影響瀝青混合料施工和易性的因素很多，諸如當(dāng)?shù)貧鉁?、施工條件及混合料性質(zhì)等。從混合料材料性質(zhì)來看，影響瀝青混合料施工和易性的是混合料的級配和瀝青用量，如粗細(xì)集料的顆粒大小相距過大，缺乏中間尺寸，混合料容易分層層積（粗粒集中表面，細(xì)粒集中底部）；如細(xì)集料太少，瀝青層就不容易均勻地分布在粗顆粒表面；細(xì)集料過多，則使拌和困難。當(dāng)瀝青用量過少，或礦粉用量過多時(shí)，混合料容易產(chǎn)生疏松不易壓實(shí)。反之，如瀝青用量過多，或礦粉質(zhì)量不好，則容易使混合料黏結(jié)成團(tuán)塊，不易攤鋪。另外，瀝青的黏度對混合料的和易性也有較大的影響，采用黏度過大的瀝青（如一些改性瀝青）將給拌和、攤鋪和碾壓造成困難，因此應(yīng)控制瀝青135℃的運(yùn)動黏度值并制定相應(yīng)的施工操作規(guī)程。11.2.5瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)

本書介紹我國目前規(guī)范指定的設(shè)計(jì)法即馬歇爾法用于熱拌瀝青混合料的具體過程。1.礦質(zhì)混合料的配合組成設(shè)計(jì)

礦質(zhì)混合料配合組成設(shè)計(jì)的目的，是選配一個(gè)具有足夠密實(shí)度、并且具有較高內(nèi)摩擦阻力的礦質(zhì)混合料。通常采用規(guī)范推薦的礦質(zhì)混合料級配范圍來確定。按現(xiàn)行《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF40－2004）規(guī)定，按下列步驟進(jìn)行：(1)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，按表11.10選定結(jié)構(gòu)層次高速公路、一級公路、城市快速路、主干路其它等級公路一般城市道路及其它道路工程三層式瀝青混凝土路面兩層式瀝青混凝土路面瀝青混凝土路面瀝青碎石路面瀝青混凝土路面瀝青碎石路面上層面AC-13AC-16AC-20AC-13AC-16AC-13AC-16AC-13－AC-5AC-10AC-13AM-5AM-10中層面AC-20AC-25－－－－－－－－－－下層面AC-20AC-25AC-30AC-20AC-25AC-30AC-20AC-25AC-30AM-25AM-30AM-25AM-30AC-20AM-25AM-25AM-30AC-25AM-30AM-40表11.10瀝青混合料類型（JTGF40－2004）(2)確定礦質(zhì)混合料的級配范圍根據(jù)已確定的瀝青混合料類型，查閱規(guī)范推薦的礦質(zhì)混合料級配范圍表，即可確定所需要的級配范圍。密級配瀝青混合料AC宜根據(jù)公路等級、氣候及交通條件按表11.11選擇采用粗型(C型)或細(xì)型(F型)混合料，并在表11.12范圍內(nèi)確定工程設(shè)計(jì)級配范圍，通常情況下工程設(shè)計(jì)級配范圍不宜超出表11.12的要求。表11.11粗型和細(xì)型密級配瀝青混凝土的關(guān)鍵性篩孔通過率（JTGF40－2004）混合料類型公稱最大粒徑(mm)用以分類的關(guān)鍵性篩孔(mm)粗型密級配細(xì)型密級配名稱關(guān)鍵性篩孔通過率(％)名稱關(guān)鍵性篩孔通過率(％)AC-2526.54.75AC-25C<40AC-25F>40AC-20194.75AC-20C<45AC-20F>45AC-16162.36AC-16C<38AC-16F>38AC-1313.22.36AC-13C<40AC-13F>40AC-109.52.36AC-10C<45AC-10F>45表11.12密級配瀝青混凝土混合料礦料級配范圍（JTGF40－2004）級配類型通過下列篩孔(mm)的質(zhì)量百分率(％)31.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075粗粒式AC-2510090～10075～9065～8357～7645～6524～5216～4212～338～245～174～133～7中粒式AC-2010090～10078～9262～8050～7226～5616～4412～338～245～174～133～7AC-1610090～10076～9260～8034～6220～4813～369～267～185～144～8細(xì)粒式AC-1310090～10068～8538～6824～5015～3810～287～205～154～8AC-1010090～10045～7530～5820～4413～329～236～164～8砂粒式AC-510090～10055～7535～5520～4012～287～185～10(3)礦質(zhì)混合料配合比例計(jì)算1）組成材料的原始數(shù)據(jù)測定根據(jù)現(xiàn)場取樣，對粗集料、細(xì)集料的礦粉進(jìn)行篩洗試驗(yàn)，按篩析結(jié)果分別匯出各組成材料的篩分曲線。同時(shí)并測出各組成材料的相對密度（同體積的材料和水的質(zhì)量之比，或材料和水的密度之比，無量綱），以供計(jì)算物理常數(shù)備用。2）計(jì)算組成材料的配合比

根據(jù)各組成材料的篩析試驗(yàn)資料，采用數(shù)解法，求出符合要求級配范圍的各組成材料用量比例。數(shù)解法的基本原理是將幾種已知級配的集料j配制成滿足目標(biāo)級配要求的礦質(zhì)混合料M，混合料M在某一篩孔i上的顆粒是有這幾種集料提供的。混合料的級配參數(shù)由式11.8或式11.9確定。式中

aM(i)——礦質(zhì)混合料在篩孔i上的分計(jì)篩余百分率，%；

aj(i)——某一集料j在篩孔i上的分計(jì)篩余百分率，%；

PM(i)——礦質(zhì)混合料在篩孔i上的通過百分率，%；

Pj(i)——某一集料j在篩孔i上的通過百分率，%；

Xj(i)——某一集料j在礦質(zhì)混合料中的質(zhì)量百分率，%。將已知集料的級配參數(shù)和礦質(zhì)混合料的目標(biāo)級配參數(shù)代入上述二式，可以建立數(shù)個(gè)方程，方程的個(gè)數(shù)等于標(biāo)準(zhǔn)篩的個(gè)數(shù)，用試算法確定各個(gè)集料的用量。采用試算法求解，需要已知各個(gè)集料和礦質(zhì)混合料的分計(jì)篩余百分率。以三種集料為例，介紹試算法的求解步驟（11.8）（11.9）計(jì)算方程的建立設(shè)有A、B、C的三種集料在某一篩孔i上的分計(jì)篩余百分率分別為aA(i)、aB(i)、aC(i)，欲配制成礦質(zhì)混合料M，混合料M中在相應(yīng)篩孔i上的分計(jì)篩余百分率設(shè)計(jì)值為aM(i)。假設(shè)A、B、C三種集料在混合料中的比例分別為X、Y、Z，由此得式11.10式（11.10）（11.11）在礦質(zhì)混合料中，某一粒徑的顆粒是由一種集料提供的，在其他集料中不含這一粒徑的顆粒。在具體計(jì)算時(shí)，所選擇的粒徑應(yīng)在該集料中占有較大的優(yōu)勢。將這一假定作為補(bǔ)充條件，可以使式11.10、11.11得以簡化，從而求出A、B、C三種集料在礦質(zhì)混合料中的用量。②計(jì)算各個(gè)集料在礦質(zhì)混合料中的用量首先確定在某種集料中占優(yōu)勢含量的某一粒徑，忽略其他集料在此粒徑的含量。首先確定在某種集料中占優(yōu)勢含量的某一粒徑，忽略其他集料在此粒徑的含量。例如，若在集料A中所選擇的粒徑為i，該粒徑的分計(jì)篩余為aA(i)，并令：集料B和集料C在此粒徑的含量aB(i)、aC(i)均等于零，代入上述已簡化的比例方程計(jì)算出集料A在混合料中用量X。

同理，計(jì)算集料C或集料B的用量?？梢愿鶕?jù)集料的級配情況，選擇先求解集料B的用量，還是先求解集料C的用量。當(dāng)集料超過三種時(shí)，方程中的未知數(shù)將增加，可按照上述原理重復(fù)進(jìn)行計(jì)算。③合成級配的計(jì)算、校核和調(diào)整由于試算法中各種集料用量比例是根據(jù)幾個(gè)篩孔確定的，不能控制所有篩孔，所以應(yīng)對合成級配進(jìn)行校核。先計(jì)算礦質(zhì)混合料的合成級配aM(i)或PM(i)。礦質(zhì)混合料的合成級配應(yīng)在設(shè)計(jì)要求級配范圍內(nèi)，并盡可能接近設(shè)計(jì)級配范圍的中值。當(dāng)合成級配不滿足要求時(shí)，應(yīng)調(diào)整各集料的比例。調(diào)整配比后還應(yīng)重新進(jìn)行校核，直至符合要求為止。如經(jīng)計(jì)算后確不能滿足級配要求時(shí)，可摻加單粒級集料或調(diào)換其它集料。2.確定瀝青混合料的最佳瀝青用量我國現(xiàn)行行標(biāo)（JTGF40－2004）規(guī)定的方法，是在馬歇爾法和美國瀝青學(xué)會方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國多年研究成果和生產(chǎn)實(shí)踐總結(jié)發(fā)展起來的方法。該方法確定瀝青最佳用量按下列步驟進(jìn)行。（1）制備試樣1）按確定的礦質(zhì)混合料的配合比，計(jì)算各種集料的用量；2）根據(jù)推薦的瀝青用量范圍（或經(jīng)驗(yàn)的瀝青用量范圍），估計(jì)適宜的瀝青用量（或油石比）；3）以估計(jì)的瀝青用量為中值，按0.5%間隔變化，取五個(gè)不同的瀝青用量，用小型拌和機(jī)與礦料拌和，按規(guī)定的擊實(shí)次數(shù)成形馬歇爾試件；測定物理指標(biāo)和力學(xué)指標(biāo)。（2）測定物理指標(biāo)為確定瀝青混合料最佳瀝青用量，需測定瀝青混合料的下列物理指標(biāo)。

1）視密度。

瀝青混合料的壓實(shí)試件的視密度，可以采用水中重、表干法、體積法或蠟封法等方法測定。對于密級配瀝青混合料，通常采用水中重法，按式（11.12）計(jì)算：式中

ρs——試件的視密度，g/cm3；ma——干燥試件的空中質(zhì)量，g；

mw——試件的水中質(zhì)量，g；

ρw——常溫水的密度，通常為g/cm3。2）理論密度瀝青混合料試件的理論密度，是指壓實(shí)瀝青混合料試件全部為礦料（包括集料內(nèi)部的孔隙）和瀝青所組成的最大密度。理論密度的計(jì)算方法如下：①按油石比（瀝青與礦料的質(zhì)量比）計(jì)算時(shí)：

②按瀝青含量（瀝青占混合料總質(zhì)量的百分率）計(jì)算時(shí)(11.13)(11.14)式中ρt——理論密度，g/cm3；P1…Pn——分別為各檔集料的配合百分比（各檔集料的總和為100）；P1’…Pn’——分別為各檔集料的配合百分比（各檔集料與瀝青的總和為100）；γ1…γn——分別為各檔集料的相對密度；Pa——油石比（瀝青與礦料的質(zhì)量比），%；Pb——瀝青含量（瀝青質(zhì)量占瀝青混合料總質(zhì)量的百分率），%；γa——瀝青的相對密度（25/25℃）。…（

3）空隙率

壓實(shí)瀝青混合料試件的空隙率根據(jù)其視密度和理論密度按下式計(jì)算：式中

VV——試件空隙率；％；ρs——試件視密度，g/cm3。4）瀝青體積百分率

壓實(shí)瀝青混凝土和料試件中，瀝青的體積與試件總體積的百分比率稱為瀝青體積（volumeofasphalt，VA），按下式計(jì)算：（11.15）（11.16）（11.17）或式中VA——瀝青混合料試件的瀝青體積百分率，％。5）礦料間隙率

壓實(shí)瀝青混合料中除去集料體積后剩余的體積占總體積的百分率，稱為礦料間隙率（voidsinthemineralaggregate,VMA），亦即試件空隙率與瀝青體積百分率之和，按式(11.18)計(jì)算：6）瀝青飽和度

壓實(shí)瀝青混合料中，瀝青部分體積占礦料骨架以外的空隙部分提及的百分率，稱為瀝青填隙率（Voidfilledwithasphalt,簡稱VFA），亦稱瀝青飽和度。按式（11.19）或（11.20）計(jì)算：（11.18）（11.19）（11.20）式中VFA——瀝青混合料中的瀝青飽和度，％。（3）測定力學(xué)指標(biāo)為確定瀝青混合料的瀝青最佳用量，應(yīng)測定瀝青混合料的下列力學(xué)指標(biāo)。1）馬歇爾穩(wěn)定度按標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法制備的試件在60℃條件下，保溫45min，然后將試件方置于馬歇爾穩(wěn)定度儀上，進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，測得的試件破壞時(shí)的最大荷載（以kN計(jì)）稱為馬歇爾穩(wěn)定度（Marsshallstability，MS）。2）流值

在測定穩(wěn)定度的同時(shí)，測定試件的流動變形，當(dāng)達(dá)到最大荷載的瞬間試件所產(chǎn)生的垂直流動變形（以0.1mm計(jì)），稱為流值（flowvalue，F(xiàn)L）4).馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果分析1）繪制瀝青用量與物理力學(xué)指標(biāo)的關(guān)系圖

以瀝青用量為橫坐標(biāo)，分別以視密度、穩(wěn)定度、流值、飽和度、空隙率等指標(biāo)為縱坐標(biāo)，分別繪制成關(guān)系曲線（見圖11.10）。圖11.10瀝青用量與物理力學(xué)指標(biāo)的關(guān)系2）根據(jù)穩(wěn)定度、密度和空隙率確定瀝青用量初始值（OAC1

）

由圖11.11，取最大密度所對應(yīng)的瀝青用量a1，最大穩(wěn)定度所對應(yīng)的瀝青用量a2，以及規(guī)范規(guī)定的空隙率范圍的中值所對應(yīng)的瀝青用量a3。以三個(gè)瀝青用量的平均值作為初始值OAC1,即：OAC1=（a1+a2+a3）/3(11.21)3）根據(jù)符合各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的瀝青用量范圍確定瀝青最佳用量初始值（OAC2）根據(jù)規(guī)范求出滿足穩(wěn)定度、流值、空隙率、飽和度四個(gè)指標(biāo)的瀝青用量范圍，并取各瀝青用量范圍的交集OACmin～OACmax,以其中值作為OAC2,即：OAC2=（OACmin+OACmax）/24）根據(jù)OAC1和OAC2綜合確定最佳瀝青用量（OAC）按最佳瀝青用量初始值OAC1在圖11.28中求取所對應(yīng)的各項(xiàng)指標(biāo)，檢查其是否符合規(guī)范規(guī)定的馬歇爾設(shè)計(jì)配合比技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)檢驗(yàn)VMA是否符合要求。若都符合要求，則由OAC1和OAC2綜合確定最佳瀝青用量OAC。若不符合要求，重新調(diào)整級配，重新進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)馬歇爾試驗(yàn)，直至各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范要求為止。馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)、瀝青飽和度與礦料間隙率應(yīng)滿足表11.13、表11.14的要求。表11.13熱拌瀝青混合料馬歇尓試驗(yàn)技術(shù)要求（JTGF40－2004）試驗(yàn)指標(biāo)單位密級配熱拌瀝青混合料(Ac)高速公