道路工程材料课件：第三章沥青混合料1.ppt

1、陈华鑫陈华鑫长安大学公路学院长安大学公路学院概述概述 沥青混合料是矿质混合料与沥青结合料经拌制沥青混合料是矿质混合料与沥青结合料经拌制而成的混合料的总称。它具备以下特点：而成的混合料的总称。它具备以下特点： 沥青混合料具有良好的力学性质和路用性能，沥青混合料具有良好的力学性质和路用性能，铺筑的路面平整无接缝，减震吸声，行车舒适。铺筑的路面平整无接缝，减震吸声，行车舒适。路表具有一定的粗糙度，且无强烈反光，有利于路表具有一定的粗糙度，且无强烈反光，有利于行车安全。行车安全。 沥青路面可全部采用机械化施工，有利于施沥青路面可全部采用机械化施工，有利于施工质量控制、施工后即可开通。工质量控制、施工后

2、即可开通。 便于分期修建和再生利用。便于分期修建和再生利用。 但是沥青混合料也存在高温稳定性和低温抗裂但是沥青混合料也存在高温稳定性和低温抗裂性不足的问题。性不足的问题。第一节第一节 沥青混合料的技术性质沥青混合料的技术性质一、沥青混合料的类型与组成结构一、沥青混合料的类型与组成结构1.沥青混合料的分类沥青混合料的分类 按矿质混合料的级配组成分类按矿质混合料的级配组成分类 矿料由适当比例的粗集料、细集料及填料组成，矿料由适当比例的粗集料、细集料及填料组成，根据矿料级配组成的特点及压实后剩余空隙率水平根据矿料级配组成的特点及压实后剩余空隙率水平对沥青混合料分类。对沥青混合料分类。 连续密级配沥青

3、混凝土混合料连续密级配沥青混凝土混合料 密实式沥青混凝土混合料（以密实式沥青混凝土混合料（以DAC表示表示) 设计空隙率设计空隙率3-6%； 密实式沥青稳定碎石混合料（以密实式沥青稳定碎石混合料（以ATB表示）表示） 设计空隙率设计空隙率36%。 连续半开级配沥青混合料连续半开级配沥青混合料 沥青碎石混合料（以沥青碎石混合料（以AM表示）表示） 设计空隙率在设计空隙率在10%左右。左右。 开级配混合料开级配混合料 开级配沥青碎石开级配沥青碎石OGFC表面层表面层 排水式开级配沥青碎石排水式开级配沥青碎石ATPB基层基层 设计空隙率设计空隙率18 间断级配沥青混合料间断级配沥青混合料 沥青玛蹄脂

4、碎石沥青玛蹄脂碎石SMA混合料混合料排水式沥青路面排水式沥青路面SMA（Stone Matrix Asphalt）混合料）混合料（3）（4）根据沥青混合料类型划分）根据沥青混合料类型划分 煤沥青混合料煤沥青混合料 石油沥青混合料石油沥青混合料（5）根据用途划分特殊混合料）根据用途划分特殊混合料 环氧树脂沥青混合料环氧树脂沥青混合料 浇注式沥青混合料浇注式沥青混合料 彩色沥青混合料彩色沥青混合料 superpave沥青混合料沥青混合料 SAC沥青混合料沥青混合料a) 密实密实-悬浮结构；悬浮结构； b) 骨架骨架-空隙结构；空隙结构； c) 密实密实-骨架结构骨架结构 连续密级配连续密级配 连续

5、开级配连续开级配 间断级配间断级配2.沥青混合料的组成结构沥青混合料的组成结构三种结构类型混合料的级配组成三种结构类型混合料的级配组成 间断级配间断级配连续开级配连续开级配连续密级配连续密级配悬浮密实型悬浮密实型骨架空隙型骨架空隙型骨架空隙型骨架空隙型沥青混合料的分类与特性沥青混合料的分类与特性级配特点：连续密级配，细集料多，级配特点：连续密级配，细集料多， 粗集料较少，悬浮于细集料中，不能形成嵌挤骨架，空隙率较小粗集料较少，悬浮于细集料中，不能形成嵌挤骨架，空隙率较小使用特点：密实耐久使用特点：密实耐久 水稳性、低温抗裂好水稳性、低温抗裂好 高温稳定性较差高温稳定性较差 抗变抗变形能力差（易

6、流淌、变形、拥包、堆挤、车辙）形能力差（易流淌、变形、拥包、堆挤、车辙）代表性混合料代表性混合料:AC、ATB级配特点：连续开级配，粗集料较多，细集料较少，不足以充级配特点：连续开级配，粗集料较多，细集料较少，不足以充分填充粗骨架空隙，空隙率较大分填充粗骨架空隙，空隙率较大使用特点：高温性能好，透水性强，易造成沥青混合料的水损使用特点：高温性能好，透水性强，易造成沥青混合料的水损害，孔隙大，沥青易老化，耐久性差，抗疲劳差。害，孔隙大，沥青易老化，耐久性差，抗疲劳差。代表性混合料：代表性混合料：OGFC 、ATPB路用性能：高温稳定性好，低温抗裂性好，防水性好。路用性能：高温稳定性好，低温抗裂性

7、好，防水性好。代表性混合料：代表性混合料：SMA1.沥青混合料的结构强度构成沥青混合料的结构强度构成 路面的破坏机理：路面的破坏机理：a.高温时，抗剪强度不足，塑性变形过剩（不可恢高温时，抗剪强度不足，塑性变形过剩（不可恢复、随时间累积）会导致波浪、车辙、拥包、推复、随时间累积）会导致波浪、车辙、拥包、推移等移等b.低温时，抗拉强度不足，变形能力不足会导致收低温时，抗拉强度不足，变形能力不足会导致收缩受阻，产生裂缝。缩受阻，产生裂缝。 温度应力引起沥青混合料路面的破坏过程：温度应力引起沥青混合料路面的破坏过程： 气温下降气温下降 收缩收缩 收缩受阻收缩受阻 产生拉应力产生拉应力裂缝裂缝 水下渗

8、水下渗 引起裂缝扩展引起裂缝扩展 导致结构破坏导致结构破坏二、沥青混合料的结构强度及影响因素二、沥青混合料的结构强度及影响因素 春融季节：冰雪融化，水从裂缝进入路基，沥青春融季节：冰雪融化，水从裂缝进入路基，沥青路面内部产生动水作用，易引起路基翻浆。路面内部产生动水作用，易引起路基翻浆。c.疲劳破坏：车辆反复作用下引起面层材料疲劳，疲劳破坏：车辆反复作用下引起面层材料疲劳，路基疲劳引起变形积累，路表面出现疲劳龟裂。路基疲劳引起变形积累，路表面出现疲劳龟裂。 总之，路面应具有一定的强度要求。在以上破总之，路面应具有一定的强度要求。在以上破坏中，高温破坏备受关注。因为高温破坏易引起坏中，高温破坏备

9、受关注。因为高温破坏易引起行车安全，因此沥青混合料应有足够的抗剪强度。行车安全，因此沥青混合料应有足够的抗剪强度。沥青混合料的抗剪强度沥青混合料的抗剪强度 = tan + C 抗剪强度（抗剪强度（MPa） 法向压应力（法向压应力（MPa） 内摩阻角（内摩阻角（）C粘结力（粘结力（MPa） 沥青混合料（粗分散系） 分散相-粗集料 分散介质-沥青砂浆 （细分散系） 分散相-细集料 分散介质-沥青胶结构 （微分散系） 分散相-矿粉 分散介质-沥青 且认为微分散系对路面至关重要，涉及路面的强且认为微分散系对路面至关重要，涉及路面的强度、变形、水稳性、热稳性、老化等各种性质，其度、变形、水稳性、热稳性、

10、老化等各种性质，其组成结构影响到混合料的性质。组成结构影响到混合料的性质。 综上所诉，保证沥青混合料高强度的基本条件综上所诉，保证沥青混合料高强度的基本条件是：嵌挤密实的矿料骨架、高粘度的沥青混合料及是：嵌挤密实的矿料骨架、高粘度的沥青混合料及适宜的用量比例，能与沥青产生化学吸附作用的活适宜的用量比例，能与沥青产生化学吸附作用的活性矿料性矿料 试验方法：圆柱体试件的单轴静载、动载、重复试验方法：圆柱体试件的单轴静载、动载、重复荷载试验；三轴静载、动载、重复荷载试验；简荷载试验；三轴静载、动载、重复荷载试验；简单剪切的静载、动载、重复荷载试验等。此外还单剪切的静载、动载、重复荷载试验等。此外还有

11、马歇尔稳定度、维姆稳定度和哈费氏稳定度等有马歇尔稳定度、维姆稳定度和哈费氏稳定度等工程试验，以及反复碾压模拟试验，如车辙试验，工程试验，以及反复碾压模拟试验，如车辙试验，加速加载试验加速加载试验APT，沥青路面分析仪，沥青路面分析仪APA。马歇尔稳定度试验马歇尔稳定度试验 由由Bruce Marshall在上个世纪四十年代提出，是在上个世纪四十年代提出，是我国评价沥青混合料高温性能的主要实验之一。我国评价沥青混合料高温性能的主要实验之一。 标准马歇尔试件：标准马歇尔试件：101.60.2mm，h 63.51.3mm 适用于公称最大粒径适用于公称最大粒径26.5mm 大马歇尔试件：大马歇尔试件：

12、 152.40.2mm，h 95.32.5mm 适用于公称最大粒径适用于公称最大粒径26.5mm 在规定温度，加载速度（在规定温度，加载速度（505mm/min），测定），测定混合料时间的破坏荷载和抗变形能力。混合料时间的破坏荷载和抗变形能力。 马歇尔稳定度马歇尔稳定度MS：试件破坏时的最大荷载：试件破坏时的最大荷载 流值流值FL ：达到最大荷载时，试件所产生的：达到最大荷载时，试件所产生的垂直流动变形值（以垂直流动变形值（以0.1mm计）计） 马歇尔试验示意图马歇尔试验示意图马歇尔试验仪马歇尔试验仪马歇尔自动击实仪马歇尔自动击实仪车辙试验车辙试验 最早为英国运输与道路研究试验所最早为英国运输

13、与道路研究试验所(TRRL)开发。开发。 标准成型方法：通常标准成型方法：通常30030050mm(70、90、100、110mm等等) 试验温度：通常试验温度：通常60（70、80、90 等）等） 目前我国的车辙试验是采用标准方法成型沥青目前我国的车辙试验是采用标准方法成型沥青混合料板块状试件，在规定的温度条件下，试验混合料板块状试件，在规定的温度条件下，试验轮（轮（0.7MPa）以）以421次次min的频率，沿着试的频率，沿着试件表面同一轨迹上反复行走，测试试件表面在试件表面同一轨迹上反复行走，测试试件表面在试验轮反复作用下所形成车辙深度。以产生验轮反复作用下所形成车辙深度。以产生1 mm

14、车车辙变形所需要的行走次数，即动稳定度指标评价辙变形所需要的行走次数，即动稳定度指标评价沥青混合料的抗车辙能力。沥青混合料的抗车辙能力。DS沥青混合料动稳定度沥青混合料动稳定度(次次/mm) d1，d2时间时间t1和和t2的变形量的变形量(mm)42每分钟行走次数每分钟行走次数(次次/mm)c1，c2试验机或试样修正系数试验机或试样修正系数 42211212ccddttDS动稳定度动稳定度 DS注：标准成型方法是指用轮碾仪压实成型。注：标准成型方法是指用轮碾仪压实成型。 马歇尔密度马歇尔密度v1.03=用料质量。用料质量。 压实轮荷载压实轮荷载300/cm,马歇尔击实密度的马歇尔击实密度的10

15、01%。 先一个方向碾压先一个方向碾压2个往返（个往返（4次），卸载后，将试次），卸载后，将试件调整方向，再在相同荷载下压实至标准密度的件调整方向，再在相同荷载下压实至标准密度的100%，一般为，一般为12个往返（个往返（24次）。次）。沥青路面车辙形成过程沥青路面车辙形成过程2.沥青路面的车辙现象沥青路面的车辙现象沥青路面车辙形成过程沥青路面车辙形成过程压密变形压密变形剪切剪切流动流动沥青路面的车辙现象沥青路面的车辙现象车辙试验车辙试验APA（Asphalt Pavement Analysis）轮辙试验）轮辙试验 轮辙轮辙 疲劳疲劳 浸水车辙浸水车辙沥青路面加速加载试验仪沥青路面加速加载试验仪APT