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1、第三章第三章第三章第三章沥沥沥沥沥沥沥沥 青青青青青青青青 混混混混混混混混 合合合合合合合合 料料料料料料料料道路建筑材料沥青混合料第 三 课 时课程导入：课程导入：分析上一次讲授内容，指出沥青混合料良好的路分析上一次讲授内容，指出沥青混合料良好的路用性能应具备哪些性能要求，指出路用性能的概念及其内容。用性能应具备哪些性能要求，指出路用性能的概念及其内容。道路建筑材料沥青混合料 沥青混合料受自然环境因素和交通荷载作用，要求混合料必须具有高温稳定性、低温抗裂性、耐久性、抗渗性、抗滑性和施工和易性。1.1.高温稳定性高温稳定性定义：定义：定义：定义：高温稳定性高温稳定性高温稳定性高温稳定性是指沥
2、青混合料在高温条件下，能够抵抗车辆荷载的反复作用，不发生显著永久变形，保证路面平整度的特性。提出高温稳定性的意义的意义的意义的意义：高温条件下或长时间承受荷载作用混合料会产生显著的变形，其中不能恢复的部分成为 永久变形，这种特性是导致沥青路面产生车辙、波浪及拥包等病害的主要原因。在交通量大，重车比例高和经常变速路段的沥青路面上，车辙是最严重、最有危害的破坏形式之一。道路建筑材料沥青混合料四、沥青混合料的路用性能四、沥青混合料的路用性能四、沥青混合料的路用性能四、沥青混合料的路用性能（1 1 1 1）高温稳定性的评价方法和评价指标）高温稳定性的评价方法和评价指标）高温稳定性的评价方法和评价指标）
3、高温稳定性的评价方法和评价指标评价试验方法：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；简单剪切的静载、动载、重复荷载试验等。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等。我国最常用评价方法是：马歇尔试验和车辙试验。道路建筑材料沥青混合料 马歇尔稳定度试验马歇尔稳定度试验马歇尔稳定度试验马歇尔稳定度试验 马歇尔稳定度实验方法是由美国密西西比州公路局布鲁斯.马歇尔（BrueBrueBrueBrue MarshellMarshellMarshellMarshell）提出的，最初是为了美国工程兵团快速确定沥青用量之用，后来经过多人的改
4、进，形成为目前的马歇尔设计体系。马歇尔试验最大特点设备简单、操作方便，现在已被世界上许多国家所采用。马歇尔试验用于测定沥青混合料试件的破荷载和抗变形能力，得到马歇尔稳定度、流值和马歇尔模数。将沥青混合料制备成规定尺寸的圆柱状试件，试验室将试件横向置于两个半圆形压模中，使试件受到一定的侧限。在规定温度和加荷速度下，对试件施加压力，记录试件所受压力与变形曲线，见P92页图3-8。主要力学指标为马歇尔稳定度和流值，稳定度是指试件受压至破坏时承受的最大荷载，以kN计，流值是达到最大破坏荷载是实践的垂直变形，以0.1mm计 试件尺寸：试件尺寸：（1 1）101.6mm101.6mm101.6mm101.
5、6mm101.6mm101.6mm101.6mm101.6mm63.5mm63.5mm63.5mm63.5mm63.5mm63.5mm63.5mm63.5mm（1.3mm1.3mm），两侧高度差不大于），两侧高度差不大于2mm2mm）。适用于公称最大粒径）。适用于公称最大粒径26.5mm26.5mm的混合料，试件成型击实次数根的混合料，试件成型击实次数根据公路等级、混合料类型、气候条件选择，一般为据公路等级、混合料类型、气候条件选择，一般为 7575次或次或5050次。试验次。试验中一组试件需平行试件通常为中一组试件需平行试件通常为4 4个。个。（2 2）152.4mm152.4mm152.4
6、mm152.4mm152.4mm152.4mm152.4mm152.4mm95.3mm95.3mm95.3mm95.3mm95.3mm95.3mm95.3mm95.3mm(2.5mm2.5mm），两侧高度差不大于），两侧高度差不大于2mm2mm。适用于。适用于公称最大粒径公称最大粒径31.5mm31.5mm和和37.5mm37.5mm的混合料，击实次数一般为的混合料，击实次数一般为112112次。试验次。试验中一组试件需平行试件通常为中一组试件需平行试件通常为4 4个，必要时要增至个，必要时要增至5 56 6个（根据试验结个（根据试验结果离散性而定）。果离散性而定）。实验条件：实验条件：恒温水
7、浴（恒温水浴（6060）中，小型马歇尔试件保温）中，小型马歇尔试件保温303040min40min，大，大型马歇尔试件保温型马歇尔试件保温454560min60min。然后取出试件，在马歇尔稳定度仪上测。然后取出试件，在马歇尔稳定度仪上测歇尔稳定度和流值。歇尔稳定度和流值。注意：注意：在我国沥青路面工程中，在我国沥青路面工程中，马歇尔稳定度与流值马歇尔稳定度与流值既是沥青混合料既是沥青混合料配合比设计配合比设计主要指标主要指标，也是沥青路面施工质量控制的，也是沥青路面施工质量控制的重要实验项目重要实验项目。然而各国的实验和实践已证明，用马歇尔试验指标预估沥青混料性能然而各国的实验和实践已证明，
8、用马歇尔试验指标预估沥青混料性能是不够的，它是一种经验型指标，具有一定的是不够的，它是一种经验型指标，具有一定的 局限性局限性，不能确切反映，不能确切反映沥青混合料永久变形产生的机理，与沥青路面的抗车辙能力相关性沥青混合料永久变形产生的机理，与沥青路面的抗车辙能力相关性道路建筑材料沥青混合料道路建筑材料沥青混合料 车辙试验车辙试验车辙试验车辙试验 车辙实验方法首先是英国运输与道路研究试验所(TRRL)(TRRL)(TRRL)(TRRL)开发的，并经过了法国、日本等道路工作者的改进与完善。车辙实验是一种模拟车辆轮胎在路面上滚动形成车辙的工程试验方法，试验结果较为直观，与沥青路面车辙深度之间有着较
9、好的相关性。我国规范规定，对于路面沥青混合料，在用马歇尔试验进行配合比设计时必须采用车辙试验对沥青混合料的抗车辙能力进行检验，不满足要求时，应对矿料级配或沥青用量进行调整，重新进行配合比设计。不好。多年的实践和研究表明：对于某些沥青混合料，即使马歇尔稳定度和流值都满足技术有求，也无法避免沥青路面出现车辙。因此在评价沥青混合料的高温抗车辙能力时，还需要采用其它试验，比如进行车辙试验、残留稳定度试验、冻融劈裂试验和低温弯曲试验对沥青用量进行检验。道路建筑材料沥青混合料车 辙 试 验 方 法：采 用 标 准 方 法 成 型 沥 青 混 合 料 板 状 试 件，（30030050mm板式试件）在规定的
10、温度条件下（一般为60），试验轮以421次/min的频率，沿着试件表面统一轨迹上反复行走，测试试件表面在试验轮反复作用下所形成车辙深度，见图 3-9。以产生1mm车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，动稳定度由式（3-2）计算。（3-2）式中：DS沥青混合料的动稳定度，次/mm;t t t t1,1,1,1,t t t t2 2 2 2试验时间，通常为45min和60min;d d d d1,1,1,1,d d d d2 2 2 2与实验时间 和 对应的试件表面的变形量，mm;42424242每分钟行走次数，次/min;c c c c1 1 1 1,c,c,c,c
11、2 2 2 2试样机或试样修正系数。21121242)(ccddttDS=道路建筑材料沥青混合料（2 2 2 2）影响高温稳性的主要因素分析）影响高温稳性的主要因素分析）影响高温稳性的主要因素分析）影响高温稳性的主要因素分析 沥青混合料高温稳定性的形成主要来源于矿质集料颗粒间的嵌锁作用及沥青的高温粘度。在沥青混合料的组成材料中，矿料性质对沥青混合料高温性能影响是至关重要的。采用表面粗糙、多棱角、颗粒接近立方体的碎石集料，沥青的高温粘度越大，与集料的粘附性越好，相应的沥青混合料的抗高温变形能力就越强。可以使用合适的改性剂来提高沥青的高温粘度，降低感温性，提高沥青混合料的粘结力，从而改善了沥青混合
12、料的高温稳定性。沥青用量的影响，随着沥青用量的增加，沥青膜增厚，自由沥青比例增加，在高温条件下，易发生明显的流动变形，从而导致沥青混合料抗高温变形能力降低。随着沥青膜厚度的增加，车辙深度随之增加。如P93页图3-10所示。细粒式和中粒式密级配沥青混合料，适当减少沥青用量有利于抗车辙能力的提高，当采用马歇尔试验进行沥青混合料配合比设计时，沥青用量应选择最佳沥青用量范围的下限。但对于粗粒式或开级配沥青混合料，不能简单的靠采用减少沥青用料来提高抗车辙能力。道路建筑材料沥青混合料 2.2.低温抗裂性低温抗裂性定义：低温抗裂性，保证沥青路面在低温时不产生裂缝的能力。原因：当冬季气温将低时，沥青面曾将产生
13、体积收缩，而在基层结构与周围材料的约束作用下，沥青混合料不能自由收缩，将在结构层中产生温度应力。由于沥青混合料具有一定的应力松弛能力，当降温速率较慢时，所产生的温度温度应力会随着时间之间松弛减小，不会对沥青路面产生较大的危害。但当气温骤降时，所产生的温度应力来不及松弛，当温度应力超过沥青混合料的容许应力值时，沥青混合料被拉裂，导致沥青路面出现裂缝造成路面的损坏。因此有求沥青混合料具备一定的低温抗裂性能，即要求沥青混合料具有较高的低温强度或较大的低温变形能力。(1)(1)(1)(1)低温抗裂性的评价方法和评价指标低温抗裂性的评价方法和评价指标低温抗裂性的评价方法和评价指标低温抗裂性的评价方法和评
14、价指标 目前用于研究和评价沥青混合料低温抗裂性的方法可以分为三类：预估沥青混合料的开裂温度；评价沥青混合料的低温变形能力或应力松弛能力；评价沥青混合料断裂能。相关的试验主要包括：等应变加载的破坏试验，如间接拉伸试验、直接拉伸试验；低温收缩试验；低温蠕变弯曲试验（现规范推荐方法）；受限试件温度应力试验；应力松弛试验等。预估沥青混合料的开裂温度预估沥青混合料的开裂温度预估沥青混合料的开裂温度预估沥青混合料的开裂温度 通过间接拉伸试验或直接拉伸试验，建立沥青混合料低温抗拉强度与温度的关系，如P94页图3-11所示的曲线1。再根据理论方法，计算沥青面层可能出现的温度应力与温度的关系，如图3-11中曲线
15、2。根据温度应力与抗拉度的关系预估沥青面层出现低温缩裂的温度 越低，沥青混合料的开裂温度越低，低温抗裂性越好。道路建筑材料沥青混合料低温蠕变试验 低温蠕变试验用于评价沥青混合料低温下的变形能力与松弛能力。根据（JTJ058-2000）在规定温度下（如-10），对规定尺寸的沥青混合料小梁试件（3035250mm梁式试件）的跨中施加恒定的集中荷载，测定试件随时间不断增长的蠕变变形，见图3-12。蠕变变形曲线可分为三个阶段，第一段为 蠕变迁移阶段，第二阶段为蠕变稳定阶段，第三阶段为蠕变破坏阶段，以蠕变稳定阶段的蠕变速率评价沥青混合料的低温变形能力，蠕变速率由式（3-3）计算。蠕变速率越大，沥青混合料
16、在低温下的变形能力越大，松弛能力越强，低温抗裂性能越好。（3-3）式中：沥青混合料的低温蠕变速率，1/sMPa 0 沥青混合料小梁试件跨中梁底的蠕变拉应力，MPa;t1t2分别为蠕变稳定器的初始实践和终止时间，s;12 分别与时间和对应的跨中梁底应变。01212)/()(ttspeed=speedspeed道路建筑材料沥青混合料 低温弯曲试验低温弯曲试验低温弯曲试验低温弯曲试验 在试验温度-下，以50mm/min速率，对小梁试件（3035250mm梁式试件）跨中施加集中荷载至断裂破坏，记录试件跨中荷载与扰度的关系曲线，见图3-13。由破坏时跨中扰度按公式（3-4）计算沥青混合料的破坏弯拉应变。
17、沥青混合料在低温下破坏弯拉应变越大，低温柔韧性越好，抗裂性越好。（3-4）式中：B时间破坏时的最大弯拉应变；h跨中断面时间的高度，mm;d试件破坏时的跨中扰度，mm;L试件的跨径，mm。注意：实验证明，在评价改性沥青混合料低温性能时，采用低温蠕变试验方法所得结果对于改性剂种类和改性剂剂量都不够敏感，数据较为分散，而采用低温弯曲试验的破坏应变指标则相对稳定。所以在我国行业标准（JTJ036-98）中，采用低温弯曲试验的破坏应变指标作为评价改性沥青沥青混合料的低温抗裂性能。26LhdB=道路建筑材料沥青混合料（2 2 2 2）影响沥青混合料低温性能的主要因素）影响沥青混合料低温性能的主要因素）影响沥青混合料低温性能的主要因素）影响沥青混合料低温性能的主要因素 沥青的低温劲度的影响，取决于沥青粘度和温度敏感性。在寒冷地区，可采用稠度较低、劲度较低的沥青，或选择松弛性能较好的橡胶类改性沥青来提高沥青混合料的低温抗裂性。级配的影响：密级配的低温抗拉强度高于开级配的沥青混合料，但是粒径大、空隙率大的沥青混合料内部微空隙发达，应力松弛能力略强，温度应力有所减小，两方面的影响相互抵消，故级配类型与沥青路面开裂程度之间没有显著关系。道路建筑材料沥青混合料