学 习 情 境 4-2沥青混合料试验

福建交通职业技术学院黄玉萍

学 习 目 的 能够进行沥青混合料目标配合比设计 能进行沥青混合料拌和，制作试件，测定沥青

混合料的毛体积密度和表观密度 能用马歇尔试验仪测定沥青混合料的流值和稳

定度，确定沥青的最佳用量

学习任务书 某工地计算某公路面层沥青混合料中各种矿质材

料的配合比，用马歇尔试验的稳定度等指标确定沥青最佳用量。

(1) 设计原始资料；混合料种类——中粒式沥青混合料，最大粒径 25mm 。

沥青混合料制备条件与施工设备：沥青混合料在工厂拌和，用摊铺机铺筑压路机碾压。

(2) 组成材料技术性质： 沥青材料：环烷——中间基石油沥青，测定针入度、

软化点、延度三大指标，试验结果符合技术要求。 矿质材料：碎石、砂、矿粉等分别进行筛分析。 要求： 1 ）用矩形图解法确定矿质混合料级配组成。 2 ）确定沥青混合料的沥青最佳用量。

何为沥青何为沥青混合料混合料 ??

沥青路面越来越多地被应用于不同等级的公路，其原因何在？

地方道路

高速公路

城市道路

1 ．沥青混合料是一种粘弹性材料，具有良好的力学性能，铺筑的路面平整无缝，振动小，噪音低，行车舒适。2 ．路面平整且有一定的粗糙度，耐磨好，无强烈反光，有利于行车安全。3 ．施工方便，施工时不需要养护，能及时开通交通。4 ．维修简单，旧沥青混合料可再生利用。

1 ．沥青路面容易老化。

2 ．温度稳定性差。

但是！

沥青混合料 概述

老化定义？

在长期的大气因素作用下，因沥青塑性降低，脆性增强，粘聚力减小，导致路面表面产生松散，引起路面破坏。

沥青路面老化现象

夏季高温沥青易软化，路面易产生车辙、波浪；冬季低温时易脆裂，在车辆重复作用下易产生开裂。

波浪波浪

车辙车辙

泛油泛油

温度稳定性差的表现：温度稳定性差的表现：

沥青 混合料

材料级配组成及空隙率大小分

材料组成及 结构分

制造工 艺分

公称最大粒径分

1. 特粗式沥青混合料2. 粗粒式沥青混合料3. 中粒式沥青混合料4. 细粒式沥青混合料5. 砂粒式沥青混合料

1. 特粗式沥青混合料2. 粗粒式沥青混合料3. 中粒式沥青混合料4. 细粒式沥青混合料5. 砂粒式沥青混合料

1. 连续级配沥青混合料2. 间断级配沥青混合料

1. 连续级配沥青混合料2. 间断级配沥青混合料

1. 密级配沥青混合料2. 半开级配沥青混合料3. 开级配沥青混合料

1. 密级配沥青混合料2. 半开级配沥青混合料3. 开级配沥青混合料

1. 热拌沥青混合料2. 冷拌沥青混合料3. 再生沥青混合料

1. 热拌沥青混合料2. 冷拌沥青混合料3. 再生沥青混合料

目前公路与城市道路路面多采用复合类的沥青混合料，如 AC-16F 既属于热拌沥青混合料、又属于密级配的、中粒式沥青混合料。

沥青混合料 分类

热拌沥青混合料种类

沥青混合料 分类

（ 3 ） 耐久性

沥青混合料 技术性质和技术标准

1. 技术性质

2. 技术标准

马歇尔试验—稳定度（ 0.1mm ）

车辙试验—动稳定度（次／ mm ）（ 1 ）高温稳定性

（ 2 ）低温抗裂性

低温弯曲试验

水稳性

耐老化性

耐疲劳性

浸水马歇尔试验—残留稳定度（ % ）

冻融劈裂试验—残留强度比（ % ）

（ 4 ） 抗滑性

（ 5 ）施工和易性

《公路沥青路面施工技术规范》 JTG F40-2004 就是马歇尔试验指标要求

参考规范

沥青混合料的拌合沥青混合料的拌合 沥青混合料的运输沥青混合料的运输

沥青混合料的摊铺沥青混合料的摊铺 沥青混合料的碾压沥青混合料的碾压

这就是建材课程要解决的问题

这是路面施工要解决的问题

沥青混合料 学习内容

沥青混合料的拌合沥青混合料的拌合

拌制沥青混合料，需解决以下问题：1. 对原材料有何要求？如何对其检测？2. 怎样配制沥青混合料？即如何进行配合比设计？

沥青混合料 学习内容

沥青材料沥青材料

沥青混合料组成材料

沥青混合料组成材料

粗集料粗集料 细集料细集料 填料填料

基质沥青改性沥青

各种粒径的碎石

（方孔筛）

天然砂机制砂

石屑矿粉

最好都是碱性材料

沥青混合料 材料组成

沥青材料 针入度 针入度指数 软化点延度 蜡含量 闪点 溶解度 密度

压碎值 磨耗值 表观相对密度吸水率 坚固性 针片状颗粒含量

＜ 0.075mm 颗粒含量 软尽弱颗粒含量磨光值 粘附性 破碎面要求

粗集料

细集料

填 料 表观密度 含水量 粒径范围 外观亲水系数 塑性指数 加热安定性

原材料名称 技术指标 执行标准

1. 《公路工程集料试验规程》

JTG E42-2005

2. 《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004

《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》

JTJ 052-2000

原材料的技术要求

（ P204~P207 ）

表观相对密度 坚固性含泥量 砂当量 亚申蓝值 棱角性

沥青混合料 原材料技术要求

目标配合比设计阶段

生产配合比设计阶段

生产配合比验证阶段

矿料的组成设计

最佳沥青用量确定

图解法或试算法

集料筛分（水洗法）

马歇尔试 验

确定工程级配范围

预估计算沥青用量

沥青与集料相对密度测定

配合比设计三个阶段配合比设计三个阶段

目标配合比与生产配合比都是两方面的设计，二者有何区别？

沥青混合料 配合比阶段设计内容

矿料通过皮带输入拌和楼干燥筒加热

振动筛二次筛分热料

提升到拌和楼

热料仓

根据目标配合比的OAC 、 OAC±0.3%三组沥青用量

根据热料比例

确定生产配合比最佳沥青用量

OAC

图解法确定热料比例

生产配合比目标配合比

图解法确定冷料比例

确定目标配合比最佳沥青用量

OAC

取样冷料筛分

根据冷料比例成型 5 组马歇尔试件

通过调整控制室皮带

转速达到设计比例

青用量确定提供标准

为生产配合比最佳沥

热料比例与最佳沥青用量输入控制室计算机生产沥青混合料

热料筛

分取分级

目标配合比与生产配合比设计关系图目标配合比与生产配合比设计关系图

成型 3 组马歇尔试件

沥青混合料 配合比阶段设计区别

（一）确定工程级配范围（合成级配）

目标配合比设计

根据设计类型查施工技术规范，确定 C 或 F型类型及级配范围，并计算级级配中值。

69.5131824.53448708495规范中值

4579132034607690规范下限

81418263648628092100规范上限

0.075

0.150.30.61.18

2.364.759.513.216.0筛孔尺寸

AC-16F 沥青混凝土合成级配要求

一、矿料组成设计

目标配合比设计步骤

目标配合比设计

1．此处取样的集料为冷料，可以从料场直接取样。

3．料场取样尽量要有代表性、均匀性。4．其他指标也需检测，只是配合比设计时不使用。

2．矿粉直接从包装袋中取样。

一、矿料组成设计

（二）取样各种集料（冷料）筛分（水洗法）

目标配合比设计步骤

目标配合比设计

一、矿料组成设计

（ 1 ）试验时取样方法采用四分法。

四分法取样

立面图 平面图

（二）取样各种集料筛分（水洗法）

4 ．筛分试验

（ 4 ）采用通过百分率进行下一步计算。

（ 2 ）水泥混凝土用集料可采用干筛法试验。

（ 3 ）沥青混合料及基层用集料用水洗法试验。

目标配合比设计步骤

目标配合比设计

（三）用图解法或试验算法确定各种矿料的组成比例

1 ．绘制矩形图框。2 ．连接对角线，表示设计级配中值（即平均值）。3 ．采用数学坐标绘制纵坐标，表示集料通过百分率（ % ）。

4 ．用以下方法绘制横坐标，表示筛孔尺寸（ mm ）：（ 1 ）先计算每个筛孔的设计级配中值（通过率）；（ 2 ）在纵坐标上根据每个筛孔的设计级配中值，平行作直线与对角线相交；（ 3 ）根据交点作垂线，与横坐标的交点即为每个筛孔的位置。5 ．在矩形图上绘制出各集料的通过百分率的筛分曲线。6 ．按照各集料曲线重叠、相接、相离三种情况确定各集料的用量比例。7 ．根据确定的集料比例计算矿料的合成级配，判断其是否在工程级配范围内，否则需进 行比例调整，重新计算直到满足标准为止。

一、矿料组成设计

目标配合比设计步骤

目标配合比设计步骤

AC-16F 矿料合成级配曲线示例

纵坐标为数学坐标横坐标为泰勒曲线的横坐标

二、最佳沥青用量的确定

目标配合比设计

（一）测定沥青与集料的相对密度

1 ．测定沥青的相对密度 （ γb ）

非经注明，测定沥青密度的标准水温为 15℃。沥青与水的相对密度是指 25℃相同温度下的密度之比。可以测定 15℃密度，换算得相对密度（ 25℃/25℃）二者换算关系为：

沥青与水的相对密度（ 25℃/25℃）＝ 沥青的密度（ 15℃）×0.996

《公路工程集料试验规程》 JTG E42-20052 ．测定集料毛体积相对 密度（ γ ） 与表观相对密度（ γ′ ）（网篮法）

《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 JTJ 052-2000

测定标准

测定标准

目标配合比设计步骤

二、最佳沥青用量的确定

目标配合比设计

（二）预估计算沥青用量

1 ．计算矿料的合成毛体积密度（ γsb ）

2 ．计算矿料的合成表观相对密度（ γsa ）

100γsb= P2

γ2

+ +P1

γ1

……Pn

γn

100γsa= P2

γ2′+ +

P1

γ1′……

Pn

γn′

P1 、 P2…Pn－各种矿料的比例 , 其

和为 100γ1 、 γ2 …γn－各种矿料相应的

毛体积相对密度γ1′ 、 γ2′…γn′－各种矿料

相应的表观相对密度

目标配合比设计步骤

二、最佳沥青用量的确定

目标配合比设计

（二）预估计算沥青用量

3．预估沥青混合料适宜的油石比（ Pa ）或含油量（ Pb

）

PaPb= Pa+100

Pa1Pa= γsb

× γsb1

Pa1—已建类似工程标准油石比 ,%γsb— 矿料合成毛体积相对密度γsb1— 矿料合成毛体积相对密度

目标配合比设计步骤

二、最佳沥青用量的确定

目标配合比设计

（三）马歇尔试验

1 ．按照确定的矿料比例配料，根据预估的油石比为中值，以 0.5% 的间隔成型 5 组马歇尔试件。

（ 1 ）按确定的矿料比例，计算本次成型试件所需矿料的数量。

（ 3 ）试模、套筒及击实座等应置于 100℃烘箱中加热 1h。（ 4 ）拌合时先加入粗细集料到拌合机，再加入热沥青（沥青采用 减量法称量），拌和 1~1.5min，再加入加热后的矿粉，继续 拌和， 标准拌合时间共 3min 。（ 5 ）成型马歇尔试件时试模上下要垫滤纸，试件周边插捣 15次， 中间插捣 10次，应先成型 1个试件进行高度校核，校核公式 如下： 要求试件高度

调整后的混合料质量 = 所得试件高度

× 原用混合料质量

（ 6）根据调整后的混合料质量进行称量，成型所有试件。

（ 2 ）烘料时，粗细可混合加热，矿粉单独加热。

《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 JTJ 052-2000 测定标准

目标配合比设计步骤

二、最佳沥青用量的确定

目标配合比设计

（三）马歇尔试验

2 ．冷却、脱模

（ 1 ）冷却方法有三种试件横置室温冷却： 12h以上电风扇吹： 1h以上浸水冷却： 3min 以上

最好，但时间太长。较好，但冷却效果不好，时间一般需延长。

工程上常采用室温下用电风扇吹 12h以上冷却

（ 2 ）脱模

3．高度测量

测量工具：游标卡尺测量方法：四个方向测量，取平均值。合格判断：标准试件 63.5±1.3mm ；超出此范围作废。

《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 JTJ 052-2000 测定标准

局限性大，只能用于测定稳定度和流值。

目标配合比设计步骤

二、最佳沥青用量的确定

目标配合比设计

（三）马歇尔试验

4 ．马歇尔试件密度测定

（ 1 ）通常采用表干法测定毛体积相对密度

（ 2 ）对于吸水率大于 2%的试件，宜改用蜡封 法测定毛体积相对密度。

ma

γf = mw+mf

Sa = mw－mf

ma－mf×100

《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 JTJ 052-2000 测定标准

目标配合比设计步骤

二、最佳沥青用量的确定

目标配合比设计

（三）马歇尔试验

5．马歇尔稳定度、流值测定

《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 JTJ 052-2000 测定标准

标准马歇尔试件养护温度为 60℃

养护时间为 30~40min

目标配合比设计步骤

二、最佳沥青用量的确定

目标配合比设计

（三）马歇尔试验

6 ．马歇尔物理指标计算

（ 1 ）确定矿料的有效相对密度（ γse ）

《公路沥青路面施工技术规范》 JTG F40-2004

计算标准

γse－矿料的有效相对密度 ,无量纲Pb－试验采用的沥青含量 ,%γt－试验沥青含量条件下实测的混合料 的最大理论相对密度 ,无量纲γb－沥青的相对密度 (25 /25 ),℃ ℃ 无量纲 C－合成矿料的沥青吸收系数 wx－合成矿料的吸水率 ,%γsb－矿料的合成毛体积相对密度 ,无量纲γsa－矿料的合成表观相对密度 ,无量纲

目标配合比设计步骤

二、最佳沥青用量的确定

目标配合比设计

（三）马歇尔试验

6 ．马歇尔物理指标计算（ 2 ）确定沥青混合料的最大理论相对密度（ γti

）

100γti= Pai

γb

+100

γse

+ Pai

或

100γti= Pbi

γb

+γse

Psi

《公路沥青路面施工技术规范》 JTG F40-2004

计算标准

γti－相对于计算沥青用量 Pb 时的混合料 最大理论相对密度 ,无量纲Pai－所计算的沥青混合料中的油石比 ,%Pbi－所计算的沥青混合料中的沥青含量 , Pbi= Pai ／ (1+ Pai),%Psi－所计算的沥青混合料中的矿料含量 Psi= 100－ Pbi,%γse－矿料的有效相对密度 ,无量纲γb－沥青的相对密度 (25 /25 ),℃ ℃ 无量纲

目标配合比设计步骤

二、最佳沥青用量的确定

目标配合比设计

（三）马歇尔试验

6 ．马歇尔物理指标计算

《公路沥青路面施工技术规范》 JTG F40-2004

计算标准

VV－试件的空隙率 ,%VMA－试件的矿料间隙率 ,%VFA－试件的有效沥青饱和度 ,%γf－试件的毛体积相对密度 ,无量纲γt－混合料的最大理论相对密度 ,实测或 计算 ,无量纲Ps－各种矿料占沥青混合料总质量的百分 率之和 , PS=100－ PS,%γsb－矿料的合成毛体积相对密度 ,无量纲

目标配合比设计步骤

二、最佳沥青用量的确定

目标配合比设计

（四）最佳沥青用量确定

1 ．将不同油石比（或含油量）的马歇尔试验的所有指标点绘于图上：

毛体积相对密度

(%)

油石比

稳定度(KN)

(%)

油石比规范要

求＞ 5KN

a1=5.9% a2=5.28%

目标配合比设计步骤

二、最佳沥青用量的确定

目标配合比设计

（四）最佳沥青用量确定

1 ．将不同油石比（或含油量）的马歇尔试验的所有指标点绘于图上：

空隙率(%)

(%)

油石比

流值

(mm)

油石比

(%)

规范要求 2~4.5

mm

规范要求 3~6

%

a3=5.32%

目标配合比设计步骤

二、最佳沥青用量的确定

目标配合比设计

（四）最佳沥青用量确定

1 ．将不同油石比（或含油量）的马歇尔试验的所有指标点绘于图上：

饱和度

油石比

(%)

(%)

间隙率(%)

(%)

油石比规范要

求 70~85%

规范要求＞ 14

%

a4 无法确定

目标配合比设计步骤

二、最佳沥青用量的确定

目标配合比设计

（四）最佳沥青用量确定

2 ．确定 OAC

1

（ 1 ）从上述图上找出毛体积密度最大值对应沥青用量 a1 、稳定度最大值对应沥青用量 a2 、 目标空隙率（或中值）对应沥青用量 a3 、沥青饱和度范围内的中值对应沥青用量 a4

（ 2 ）计算 OAC1= （ a1 +a2+ a3+ a4 ）／ 4

a1=5.9% ； a2=5.28% ； a3=5.32% ； a4 无法确定 如果所选择的沥青用量范围

未能涵盖沥青饱和度的要求范围，只取 a1 、 a2 、 a3 计算

OAC1= （ a1 +a2+ a3 ）／ 3=5.50%

目标配合比设计步骤

二、最佳沥青用量的确定

目标配合比设计

（四）最佳沥青用量确定

3 ．确定 OAC

2（ 1 ）从上述图上找出符合规范要求的各物理指标的用油量，绘于下图，找出满足所有指 标的公共沥青用量范围，并查出最大值 OACmax 和最小值 OACmin 。

公共沥青用量中OACmax=5.78%OACmin=5.37%

（ 2 ）计算 OAC2= （ OACmax+OACmin ）／2

OAC2=5.58%

目标配合比设计步骤

二、最佳沥青用量的确定

目标配合比设计

（四）最佳沥青用量确定

4 ．最佳沥青用量 OAC= （ OAC1+OAC2 ）／ 2

OAC= （ OAC1+OAC2 ）／ 2 = 5.54%

目标配合比设计步骤

二、最佳沥青用量的确定

目标配合比设计

（四）最佳沥青用量确定

（ 1 ）计算沥青结合料被集料吸收的比例及有效沥青含量

（ 2 ）根据需要计算有效沥青的体积百分率及矿料的体

Pba－被集料吸收的沥青结合料比例 ,%Pbe－有效沥青膜用量 ,%γse－矿料的有效相对密度 ,无量纲γsb－材料的合成毛体积相对密度 ,无量纲γb－沥青的相对密度 (25 /25 ),℃ ℃ 无量纲Pb－沥青含量 ,%PS－各种矿料占沥青混合料总质量的百

分率之和 , PS=100－ PS,%

Vbe－有效沥青体积百分率 ,%Vg－矿料的体积百分率 ,%γf －试件的毛体积相对密度 ,无量纲

VV－试件的空隙率 ,%

积百分率

5 ．检验最佳沥青用量时的粉胶比和有效沥青膜厚度

目标配合比设计步骤

二、最佳沥青用量的确定

目标配合比设计

（四）最佳沥青用量确定

（ 3 ）计算最佳沥青用量时的粉胶比和有效沥青膜厚度 FB－粉胶比 ,无量纲

P0.075－矿料中 0.075mm 的通过率 ,%Pbe－有效沥青含量 ,%SA－集料的比表面积 ,m2／ kgPi－各种粒径的通过率 ,%FAi－相应于各种粒径的集料的表面积系数DA－沥青膜有效厚度 ,μmγb－沥青的相对密度 (25 /25 ),℃ ℃ 无量纲

5 ．检验最佳沥青用量时的粉胶比和有效沥青膜厚度

目标配合比设计步骤

生产配合比设计

一、矿料组成设计

1．取样各种集料，此处取样的集料为热料，是经热料仓

2．筛分分级热料（水洗法）3．取筛分后的通过率用图解法确定热料的组成比例

进行试验确定最佳沥青用量（同目标配合比的方法

1．根据上述方法确定的热料比例，按照目标配合比的OAC 、 OAC±0.3%三组沥青用量成型马歇尔试件

（同目标配合比冷料确定方法 一样）。

振动筛二次筛分后的分级热料。

二、最佳沥青用量确定

2．检验最佳沥青时的粉胶比和有效沥青膜厚度（与目标配合比一样）

一样）。

生产配合比设计步骤

生产配合比验证

车辙试验

浸水马歇尔试验

冻融劈裂试验

低温弯曲试验

渗水试验

高温稳定性检验

水稳定性检验

低温抗裂性检验

渗水系数检验

一、沥青混合料的技术性能检验

钢渣活性检验

二、沥青混合料的施工工艺确定

通过铺筑试验路段，确定机械组合、压实方式、施工工艺等。

通过试验确定

生产配合比验证

多碎石沥青混凝土

多碎石沥青混凝土

其他沥青混合料

再生沥青混凝土

再生沥青混凝土 沥青稀浆封层

混合料沥青稀浆封层

混合料

沥青玛蹄脂碎石 (SMA)

沥青玛蹄脂碎石 (SMA)

冷拌沥青混合料冷拌沥青混合料

多孔隙沥青混凝土表面层

多孔隙沥青混凝土表面层

桥面铺装材料桥面铺装材料

其他沥青混合料介绍

课 后 小 结 沥青混合料是由粗集料、细集料、矿粉及沥青混合而成的混合材

料。具有良好的力学性能及路用性能。 热拌沥青混合料的强度有很多方面，目前重点研究其在高温时的

抗剪强度。混合料中结构沥青的比例是影响强度的最重要的因素，对过控制沥青用量及矿粉用量等手段来实现。

沥青混合料有几项技术性质，且相互间既有联系又有矛盾，目前作重考虑其高温时的稳定性。通过马歇尔试验测定稳定度、流值等指标来控制。

沥青混合料的配合比设计包括矿料配比设计及最佳沥青用量设计两个方面。矿料配比设计一般用图解法，最佳沥青用量一般用马歇尔试验法。

马歇尔试验包括试件成型、物理指标测定及力学指标测定几个方面。较复杂的是各项物理指标的换算。