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1、沥青混合料沥青混合料Asphalt mixtureAsphalt mixture 学生姓名：曾诚 指导老师:艾长发老师n课题要点课题要点 1沥青混合料的定义沥青混合料的定义（Definition）2沥青混合料的类型沥青混合料的类型（Type）3沥青混合料的特点沥青混合料的特点（Characteristic）4沥青混合料的性能沥青混合料的性能（Performance）u沥青混合料的定义沥青混合料的定义（The definition of asphalt mixture）定义定义定义定义：沥青混合料是由沥青、集料、矿粉按一定：沥青混合料是由沥青、集料、矿粉按一定的配合比组成的。的配合比组成的。沥青
2、混合料是沥青混凝土混沥青混合料是沥青混凝土混合料和沥青碎石混合料的总称。合料和沥青碎石混合料的总称。1.沥青混凝土混合料沥青混凝土混合料（Asphalt concrete mixture简称AC）由适当比例的粗集料、细集料及填料与沥青在严格控制条件下拌和而成的沥青混合料。2.沥青碎石混合料沥青碎石混合料（Asphalt macadam mixture简称AM）由适当比例的粗集料、细集料及填料（或不加填料）与沥青拌和而成的沥青混合料。常见沥青混合料符号：表面理论表面理论(Surface TheorySurface Theory)胶浆理论胶浆理论(Mortar Theory)(Mortar The
3、ory)沥青混合料是一种复合材料，由沥青、粗集料、沥青混合料是一种复合材料，由沥青、粗集料、细集料和矿粉以及外加剂所组成。由于组成材料质量细集料和矿粉以及外加剂所组成。由于组成材料质量的差异和数量的多寡，可形成不同的组成结构，并表的差异和数量的多寡，可形成不同的组成结构，并表现为不同的力学性能。现为不同的力学性能。u沥青混合料的类型沥青混合料的类型 （The type of asphalt mixtureThe type of asphalt mixture）按结合料分类按结合料分类按施工温度分类按施工温度分类按矿质集料级配类型分类按矿质集料级配类型分类按混合料密实度分类按混合料密实度分类按最
4、大粒径分类按最大粒径分类按结构分类按结构分类沥沥青青混混合合料料的的类类型型1.按结合料分类按结合料分类石油沥青混合料石油沥青混合料 煤沥青混合料煤沥青混合料 彩色沥青混合料彩色沥青混合料 沥沥青青混混合合料料2.按施工温度分类按施工温度分类沥沥青青混混合合料料热拌热铺沥青混合料热拌热铺沥青混合料 常温沥青混合料常温沥青混合料 温拌沥青混合料温拌沥青混合料 3.按矿质集料级配类型分类按矿质集料级配类型分类连续级配沥青混合料连续级配沥青混合料 间断级配沥青混合料间断级配沥青混合料 沥沥青青混混合合料料4.按混合料密实度分类按混合料密实度分类密级配沥青混凝土混合料密级配沥青混凝土混合料 开级配沥青
5、混凝土混合料开级配沥青混凝土混合料 沥沥青青混混合合料料I I型沥青混凝土混合料：型沥青混凝土混合料：剩余空隙率剩余空隙率3%3%6%6%II II型沥青混凝土混合料：型沥青混凝土混合料：剩余空隙率剩余空隙率4%4%10%10%5.按最大粒径分类按最大粒径分类粗粒式沥青混合料粗粒式沥青混合料 中粒式沥青混合料中粒式沥青混合料 细粒式沥青混合料细粒式沥青混合料 砂粒式沥青混合料砂粒式沥青混合料 特粗式沥青碎石混合料特粗式沥青碎石混合料 沥沥青青混混合合料料6.按结构分类按结构分类悬浮悬浮-密实结构密实结构骨架骨架-空隙结构空隙结构骨架骨架-密实结构密实结构沥沥青青混混合合料料u 沥青混合料的特点
6、沥青混合料的特点（The characteristics of asphalt mixtureThe characteristics of asphalt mixture）1.属弹塑粘性材料，具有一定的高温稳定属弹塑粘性材料，具有一定的高温稳定性和低温抗裂性，路面不需设置伸缩缝性和低温抗裂性，路面不需设置伸缩缝和施工缝，路面平整且有弹性，行车舒和施工缝，路面平整且有弹性，行车舒服。服。2.路面有一定的粗糙度，雨天具有良好的路面有一定的粗糙度，雨天具有良好的抗滑性。抗滑性。3.施工方便，速度快，养护期短，能及时施工方便，速度快，养护期短，能及时开放交通开放交通4.沥青混合料可分期改造和再生利用沥
7、青混合料可分期改造和再生利用u沥青混合料的性能沥青混合料的性能（The performance of asphalt mixture The performance of asphalt mixture）1 1高温稳定性高温稳定性 2 2低温抗裂性低温抗裂性 3 3耐久性耐久性 4 4疲劳性能疲劳性能 5 5水稳定性水稳定性6 6抗滑性抗滑性7 7施工和易性施工和易性1高温稳定性高温稳定性定义定义定义定义：高温稳定性是指沥青混合料在高温条件下：高温稳定性是指沥青混合料在高温条件下,能够能够抵抗荷载的反复作用抵抗荷载的反复作用,不发生显著永久变形不发生显著永久变形(不可恢不可恢复变形如车辙、波浪
8、及推移拥包等复变形如车辙、波浪及推移拥包等),),保持路面平整保持路面平整的特性。的特性。破坏形式：破坏形式：破坏形式：破坏形式：车辙（车辆在路面上留下的永久压痕）；车辙（车辆在路面上留下的永久压痕）；泛油（沥青面层中的自由沥青受热膨胀，直至沥青泛油（沥青面层中的自由沥青受热膨胀，直至沥青混凝空隙无法容纳，溢出路表的现象）混凝空隙无法容纳，溢出路表的现象）推移，拥包，搓板。推移，拥包，搓板。我国最常用评价实验方法是：马歇尔试验和车辙试验我国最常用评价实验方法是：马歇尔试验和车辙试验 高温性破坏高温性破坏沥青路面的泛油沥青混凝土强度与温度的关系温度（温度（温度（温度（CC）+50+50+20+2
9、00 0-10-10-35-35抗压强度抗压强度抗压强度抗压强度（MPaMPa）12122.52.55 581813 3101017171831830 0连连续续七七天天高高温温路路面面各各层层温温度度变变化化规规律律影响高温稳定性的因素影响高温稳定性的因素影响因素影响因素影响因素影响因素因素因素因素因素变变变变化化化化车辙车辙车辙车辙深度深度深度深度集料集料集料集料表面表面表面表面纹纹纹纹理理理理光滑光滑光滑光滑粗糙粗糙粗糙粗糙减小减小减小减小形状形状形状形状圆圆圆圆角角角角砾砾砾砾减小减小减小减小尺寸尺寸尺寸尺寸最大粒径增加最大粒径增加最大粒径增加最大粒径增加减小减小减小减小结结结结合料合
10、料合料合料劲劲劲劲度度度度增加增加增加增加减小减小减小减小用量用量用量用量增加增加增加增加增加增加增加增加粘度粘度粘度粘度增加增加增加增加减小减小减小减小混合料混合料混合料混合料空隙率空隙率空隙率空隙率增加增加增加增加增加增加增加增加矿矿矿矿料孔隙率料孔隙率料孔隙率料孔隙率VMAVMA增加增加增加增加增加增加增加增加荷荷荷荷载载载载大小大小大小大小增加增加增加增加增加增加增加增加作用次数作用次数作用次数作用次数增加增加增加增加增加增加增加增加环环环环境境境境条件条件条件条件温度温度温度温度增加增加增加增加增加增加增加增加湿度湿度湿度湿度增加增加增加增加一般增加一般增加一般增加一般增加a.马歇尔
11、稳定度（三项指标）马歇尔稳定度（三项指标）1.马歇尔稳定度（马歇尔稳定度（MS）：指标准尺寸试件在规定温度和加荷）：指标准尺寸试件在规定温度和加荷速度下，在马歇尔仪中最大的破环荷载（速度下，在马歇尔仪中最大的破环荷载（KN）反映混合料）反映混合料的强度指标。的强度指标。2.流值（流值（FL）：达到最大破环荷重时试件的垂直变形）：达到最大破环荷重时试件的垂直变形（0.1mm计）反映混合料变形能力指标。计）反映混合料变形能力指标。3.马歇尔模数马歇尔模数(T)国标规定：国标规定：马歇尔稳定度试验评价沥青混合料高温稳定性对高速公路、一级公路，城市快速路、主干路用沥青混合料，通过动稳度试验检验其抗车辙
12、能力（用于上面层、中面层沥表混凝土混合料600C时动稳定度)高速公路和一级公路宜不小于800次mm二级公路，城市主干道宜不小于600次/mm）b.b.车辙试验车辙试验车辙试验车辙试验 用标准的成型方法，制成用标准的成型方法，制成用标准的成型方法，制成用标准的成型方法，制成300300 x x300 x500mm300 x500mm的沥的沥的沥的沥青混合料试件，在青混合料试件，在青混合料试件，在青混合料试件，在60600 0C C温度条件下，以一定的荷载的轮温度条件下，以一定的荷载的轮温度条件下，以一定的荷载的轮温度条件下，以一定的荷载的轮子在同一轨迹上作一定时间的反复行走，形成一定的车子在同一
13、轨迹上作一定时间的反复行走，形成一定的车子在同一轨迹上作一定时间的反复行走，形成一定的车子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，然后计算试件变形辙深度，然后计算试件变形辙深度，然后计算试件变形辙深度，然后计算试件变形1mm,1mm,所需试验车轮行走次所需试验车轮行走次所需试验车轮行走次所需试验车轮行走次数，即为动稳定度。数，即为动稳定度。数，即为动稳定度。数，即为动稳定度。2低温抗裂性低温抗裂性 定义定义定义定义：抵抗低温收缩裂缝的能力：抵抗低温收缩裂缝的能力破坏形式：破坏形式：沥青低温抗裂性的机理：沥青低温抗裂性的机理：沥青低温抗裂性的机理：沥青低温抗裂性的机理：沥青路面低温
14、时强度增大，但变形能力降低。急骤降温产沥青路面低温时强度增大，但变形能力降低。急骤降温产沥青路面低温时强度增大，但变形能力降低。急骤降温产沥青路面低温时强度增大，但变形能力降低。急骤降温产生温度梯度，面层受到下部约束产生拉应力，降温也使得沥青生温度梯度，面层受到下部约束产生拉应力，降温也使得沥青生温度梯度，面层受到下部约束产生拉应力，降温也使得沥青生温度梯度，面层受到下部约束产生拉应力，降温也使得沥青混合料劲度增加，导致混合料拉应力大于抗拉强度而开裂。混合料劲度增加，导致混合料拉应力大于抗拉强度而开裂。混合料劲度增加，导致混合料拉应力大于抗拉强度而开裂。混合料劲度增加，导致混合料拉应力大于抗拉
15、强度而开裂。裂缝裂缝横向裂缝横向裂缝纵向裂缝纵向裂缝网状裂缝网状裂缝荷载型横向裂缝荷载型横向裂缝非荷载型横向裂缝非荷载型横向裂缝温缩裂缝温缩裂缝反射裂缝反射裂缝沥青混合料的抗拉强度与温度关系：沥青混合料的抗拉强度与温度关系：沥青混合料的抗拉强度与温度关系：沥青混合料的抗拉强度与温度关系：温度温度温度温度（CC）1050-5-10-15-20-25抗拉强抗拉强抗拉强抗拉强度度度度（MPaMPa）0.0720.072 0.1850.185 0.3940.394 0.6370.637 0.9710.9710.9930.9930.9360.9360.8440.844结论结论结论结论：随着温度的降低，抗
16、拉强度增大，当低于某一温：随着温度的降低，抗拉强度增大，当低于某一温度之后，抗拉强度又随之降低，抗拉强度与温度的关系度之后，抗拉强度又随之降低，抗拉强度与温度的关系曲线出现一峰值。峰值所对应的温度即所谓沥青混合料曲线出现一峰值。峰值所对应的温度即所谓沥青混合料的脆化温度。的脆化温度。影响因素：影响因素：影响因素：影响因素：沥青性质（沥青油源、温度敏感性、低温劲度等）沥青性质（沥青油源、温度敏感性、低温劲度等）沥青性质（沥青油源、温度敏感性、低温劲度等）沥青性质（沥青油源、温度敏感性、低温劲度等）沥青混合料的组成（沥青用量、矿料组成级配）沥青混合料的组成（沥青用量、矿料组成级配）沥青混合料的组成
17、（沥青用量、矿料组成级配）沥青混合料的组成（沥青用量、矿料组成级配）路面结构几何尺寸（宽度、厚度）路面结构几何尺寸（宽度、厚度）路面结构几何尺寸（宽度、厚度）路面结构几何尺寸（宽度、厚度）3沥青混合料的耐久性沥青混合料的耐久性 定义定义定义定义：沥青混合料受气候影响发脆逐渐丧失粘结力：沥青混合料受气候影响发脆逐渐丧失粘结力等各种良好性能的能力。等各种良好性能的能力。沥青的老化过程沥青的老化过程：沥青老化是指沥青在储存、运输、加工、施工及使用过程中在空气、热、光照和碾压作用下产生性能下降的现象。老化原因：老化原因：胶质、芳香酚和饱和酚（挥发）含量减小，沥青质含量增加；空气的氧化作用，使沥青组分发
18、生变化；沥青分子结构的硬化（聚合作用）。导致沥青使用性能变坏，从而影响了路面的耐久性。（1 1）短期老化）短期老化运输和贮存过程的老化（影运输和贮存过程的老化（影响不大）响不大）；拌和过程的热老化（沥青短拌和过程的热老化（沥青短期老化的最主要阶段）期老化的最主要阶段）；施工期的老化施工期的老化。沥青的老化过程沥青的老化过程（2 2）长期老化）长期老化 特点：特点：使用早期者如对急剧变小，随后变化缓慢使用早期者如对急剧变小，随后变化缓慢；老化主要发生在路标与大气接触部分老化主要发生在路标与大气接触部分；混合料的空隙率是影响老化的主要因素混合料的空隙率是影响老化的主要因素；沥青针入度减小至沥青针入
19、度减小至35503550时，路面易开裂，针入度时，路面易开裂，针入度2525时，时，易龟裂易龟裂。沥青的老化过程沥青的老化过程沥青路面的耐老化性能沥青路面的耐老化性能破坏形式：破坏形式：破坏形式：破坏形式：裂缝；裂缝；松散；松散；磨损。磨损。注注注注：沥青路面的老化使沥青混合料的劲度不断提高，对沥青：沥青路面的老化使沥青混合料的劲度不断提高，对沥青路面的高温抗车辙能力是有益的。老化影响沥青路面的使路面的高温抗车辙能力是有益的。老化影响沥青路面的使用寿命主要反映在低温抗裂性能和抗疲劳性能上。由于沥用寿命主要反映在低温抗裂性能和抗疲劳性能上。由于沥青老化，沥青混合料的劲度模量增大，极限拉伸应变变小
20、，青老化，沥青混合料的劲度模量增大，极限拉伸应变变小，应力松弛性能变小，低温抗裂性能降低；同时交通疲劳和应力松弛性能变小，低温抗裂性能降低；同时交通疲劳和温度应力疲劳的极限破坏应变变小，疲劳破坏的次数减少，温度应力疲劳的极限破坏应变变小，疲劳破坏的次数减少，抗疲劳性能降低。抗疲劳性能降低。沥青路面的老化沥青路面的老化影响因素：影响因素：影响因素：影响因素：路面铺筑时的加热作用；路面铺筑时的加热作用；路面建成后的自然因素和交通荷载作用；路面建成后的自然因素和交通荷载作用；沥青混合料的劲度（矿料级配、沥青种类和用量、混合沥青混合料的劲度（矿料级配、沥青种类和用量、混合料的压实程度和空隙率、试验的温
21、度、加荷速度和应力料的压实程度和空隙率、试验的温度、加荷速度和应力级等）。级等）。沥青路面的耐老化性能沥青路面的耐老化性能四、四、沥青路面的抗疲劳性能沥青路面的抗疲劳性能定义定义定义定义：沥青混合料在反复荷载（包括交通和温度荷载）：沥青混合料在反复荷载（包括交通和温度荷载）作用下的抗破坏能力；作用下的抗破坏能力；疲劳极限疲劳极限：低温、常温时表现为疲劳断裂，高温 时表现为塑性变形累计，无明显疲劳极限。弯拉疲劳弯拉疲劳弯拉疲劳弯拉疲劳剪切疲劳剪切疲劳剪切疲劳剪切疲劳影响因素：影响因素：影响因素：影响因素：荷载条件（荷载历史、作用周期）；荷载条件（荷载历史、作用周期）；荷载条件（荷载历史、作用周期
22、）；荷载条件（荷载历史、作用周期）；材料性质（混合料的劲度、沥青用量以及空隙率）；材料性质（混合料的劲度、沥青用量以及空隙率）；材料性质（混合料的劲度、沥青用量以及空隙率）；材料性质（混合料的劲度、沥青用量以及空隙率）；环境条件（温度、湿度）。环境条件（温度、湿度）。环境条件（温度、湿度）。环境条件（温度、湿度）。沥青路面的抗疲劳性能沥青路面的抗疲劳性能定义：定义：定义：定义：抵抗沥青混合料受水的侵蚀逐渐产生沥青的剥离、掉抵抗沥青混合料受水的侵蚀逐渐产生沥青的剥离、掉抵抗沥青混合料受水的侵蚀逐渐产生沥青的剥离、掉抵抗沥青混合料受水的侵蚀逐渐产生沥青的剥离、掉粒、松散、坑槽而破坏的能力粒、松散、
23、坑槽而破坏的能力粒、松散、坑槽而破坏的能力粒、松散、坑槽而破坏的能力。破坏形式：破坏形式：破坏形式：破坏形式：松散；松散；松散；松散；坑槽（坑槽（坑槽（坑槽（在行车作用下路面骨料局部脱落而产生的在行车作用下路面骨料局部脱落而产生的坑洼）；坑洼）；5沥青混合料水稳定性沥青混合料水稳定性沥青路面的水损害沥青路面的水损害沥青路面的坑槽沥青路面的坑槽附附1：水损害产生机理：水损害产生机理 一般认为沥青混凝土路面面层的损害主要由粘附力一般认为沥青混凝土路面面层的损害主要由粘附力的损失和粘结力的损失造成的。粘附力损失是指外界的的损失和粘结力的损失造成的。粘附力损失是指外界的水进入沥青和矿料之间的界面上使沥
24、青膜脱落（造成沥水进入沥青和矿料之间的界面上使沥青膜脱落（造成沥青剥落）。粘结力损失是指沥青混凝土内部的水使沥青青剥落）。粘结力损失是指沥青混凝土内部的水使沥青软化和沥青与矿料之间的粘结力减弱。这两种现象是同软化和沥青与矿料之间的粘结力减弱。这两种现象是同时存在并相互影响的。沥青与矿料表面的粘附时存在并相互影响的。沥青与矿料表面的粘附剥落机剥落机理的具体力学分析理论有很多，其中极性理论被大多数理的具体力学分析理论有很多，其中极性理论被大多数研究者所接受。研究者所接受。沥青路面的沥青路面的水稳定水稳定性性能能（1 1）集料集料-沥青沥青机械粘附力机械粘附力约为约为 5kcal/mol5kcal/
25、mol；范德华力范德华力约为约为 5kcal/mol5kcal/mol。（2 2）集料）集料-水水氢键力氢键力约为约为 10kcal/mol10kcal/mol；范德华力范德华力约为约为 5kcal/mol5kcal/mol。（1 kcal=4.191 kcal=4.1910103 3J J）集料集料-沥青的粘附热力值较小，极易被热力值较高的集料沥青的粘附热力值较小，极易被热力值较高的集料-水的粘附所取代，水一旦进入集料水的粘附所取代，水一旦进入集料-沥青界面，必将取代沥青沥青界面，必将取代沥青而使其发生剥离而使其发生剥离。影响因素：影响因素：影响因素：影响因素：沥青混合料的性质（集料、沥青）
26、；沥青混合料的性质（集料、沥青）；施工碾压的影响（施工工艺）；施工碾压的影响（施工工艺）；路面排水的影响。路面排水的影响。沥青路面的沥青路面的水稳定水稳定性性能能六六.表面层沥青混合料的抗滑性表面层沥青混合料的抗滑性 沥青路面的抗滑性与所用矿料的表面构造深度,颗粒性状与尺寸,抗磨光性有着密切关系。矿料的表面构造深度取决于矿料的矿物组成、化学成分及风化程度;颗粒形状与尺寸跟矿务组成和加工方法相关;抗磨光性则受到上述所有因素加上矿粉成分硬度的影响。因此,用于沥青路面表层的粗集料应选用表面粗糙、坚硬、耐磨、抗冲击性好的碎石或破碎砾石集料。微观构造用集料的磨光值表征,宏观构造用压实后的路表构造深度试验
27、评价。构造深度试验是将25 ml 的0.15 0.3 mm 标准干砂摊铺在路面上,然后用底面贴有橡胶片的推平板,仔细地将砂摊平成圆形,量取其平均直径。砂的体积与砂摊铺的平均面积的比值(TD)即为路面宏观构造深度,也有称路面纹理深度。七七.施工和易性施工和易性 n n沥青混合料应具备良好的施工和易性沥青混合料应具备良好的施工和易性,能够在拌和、能够在拌和、摊铺与碾压过程中摊铺与碾压过程中,使集料颗粒保持分布均匀使集料颗粒保持分布均匀,表面表面被沥青膜完整均匀的覆盖被沥青膜完整均匀的覆盖,并能被压实到适宜的密实并能被压实到适宜的密实度。度。n n此外此外,拌和设备、摊铺机械和压实设备的配置对沥青拌和设备、摊铺机械和压实设备的配置对沥青混合料的施工和易性有一定影响混合料的施工和易性有一定影响,应结合施工环境、应结合施工环境、施工方式和施工水平总体考虑。施工方式和施工水平总体考虑。