山东建筑大学 交通工程专业

第四章 沥青混合料

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渠道部第二季度经营分析2011 月年 6

主要内容

4.1 概述

4.2 沥青混合料抗剪强度及其影响因素

4.3 沥青混合料技术性质

4.4 沥青混合料材料要求

4.5 热拌沥青混合料配合比设计方法

24.6 SMA 及其他沥青混合料

渠道部第二季度经营分析2011 月年 6

学习任务及要求

(1) 掌握沥青混合料的类型与组成结构；(2) 了解沥青混合料的强度形成原理；(3) 掌握沥青混合料的技术性质 ( 沥青混合料的体积指标及

其路用性能 ) 和技术标准。(4) 掌握普通热拌沥青混合料的组成设计 ( 沥青路面使用性

能气候分区、材料技术要求、级配组成范围、配合比设计方法及技术要求 ) ；

(5) 了解 SMA 混合料和其他类型沥青混合料特点及组成设计方法。

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4.1 概述

1. 定义： 沥青混合料是有矿质混合料与沥青结合料经拌制而成的总称； 沥青混合料经摊铺、压实成型后成为沥青路面；

2. 分类

1. 特粗式2. 粗粒式3. 中粒式4. 细粒式5. 砂粒式

1. 特粗式2. 粗粒式3. 中粒式4. 细粒式5. 砂粒式

1. 密级配沥青混合料 AC

2. 半开级配沥青混合料 AM

3. 开级配沥青混合料 OGFC

1. 密级配沥青混合料 AC

2. 半开级配沥青混合料 AM

3. 开级配沥青混合料 OGFC

1. 热拌沥青混合料 HMA

2. 冷拌沥青混合料 3. 温拌沥青混合料WMA

1. 热拌沥青混合料 HMA

2. 冷拌沥青混合料 3. 温拌沥青混合料WMA

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. 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

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4.1 概述

2. 分类

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4.1 概述

3. 沥青混合料的组成结构

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AC 类 OGFC 类 SMA 类

4.2 沥青混合料抗剪强度及其影响因素

1. 抗剪强度的组成

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τ，抗剪强度， MPa ；σ，正应力 MPa ；φ，内摩阻力， ° ； c ，粘结力， MPa ；

三轴试验测定

4.2 沥青混合料抗剪强度及其影响因素

2. 抗剪强度的影响因素 内因：

沥青的粘度 矿料的级配及表面粗糙度、棱角性； 矿料与沥青的交互作用的影响； 矿料的比表面积和沥青用量；

外因： 实验的温度： 试件的变形速率：

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4.3 沥青混合料的技术性质

1. 沥青混合料的高温性 定义：

高温下，抵抗车辆荷载反复作用，而不发生显著永久变形，保

持路面平整度；

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4.3 沥青混合料的技术性质

1. 沥青混合料的高温性试验方法与评价指标：

沥青混合料马歇尔实验：• 实验条件： 60℃ ，标准圆柱形试件• 评价指标：马歇尔稳定度 MS ， KN ；马歇尔流值 FL ， 0.1mm ；

马歇尔模数 Mx=MS×10/FL

车辙实验：• 实验条件：立方体， 30×5cm ， 60℃ ，荷载 0.7MPa ； 42

次 /min

• 评价指标：动稳定度 DS= 轮子行走次数 / 车辙深度 d( 次 /mm)

其他实验：10

4.3 沥青混合料的技术性质

1. 沥青混合料的高温性影响因素：

沥青含量：沥青膜厚度 沥青稠度：低标号、粘度大的沥青； 矿料类型：棱角性好的碎石； 矿料级配：

改善措施： 满足要求前提下，尽量减少沥青用量； 提高沥青粘度——采用改性沥青； 棱角性好的矿料——粗糙度好； 尽量选用嵌挤型级配； 11

4.3 沥青混合料的技术性质

2. 沥青混合料的低温抗裂性定义： 面层中温度不同，产生应力不均衡，基层不动，面层中材料在低温下收缩，基层阻止收缩，从而产生应力，应力超过材料容忍程度，开裂；

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2B L

hd6

实验方法与评价指标： 低温弯曲实验：

• 试验条件： -10℃ ， 50mm/min 速率，小梁试件• 评价指标：弯拉应变• 计算公式：

冻断实验：

4.3 沥青混合料的技术性质

2. 沥青混合料的低温抗裂性影响因素：

沥青含量：越高——低温性能越好，但需满足高温要求； 沥青粘度：越低——低温性能越好； 矿料类型：棱角性好的优于圆形的矿料； 级配：密实型级配优于开级配；

改善措施： 与高温性能相反；

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4.3 沥青混合料的技术性质

3. 沥青混合料的水稳定性定义： 动水压作用下使水进入路面结构中，无排水系统的路面，水长期滞留在路面结构中，浸泡沥青混合料，从而形成水损害；

试验方法与评价指标：浸水马歇尔试验：

• 试验条件：马歇尔试件，浸水 48h ， 60℃ ；• 评价指标：残留马歇尔稳定度 MS 残留 =MS1/MS×100%

冻融劈裂强度试验 TSR ：• 试验条件： -18℃ 冻 18h ， 60℃ 水中 4h 测定劈裂强度；• 评价指标：

TSR= 冻融劈裂强度 /未冻融劈裂强度 ×100%14

4.3 沥青混合料的技术性质

3. 沥青混合料的水稳定性影响因素：

沥青与矿料的粘附性：碱性集料优于酸性集料； 沥青粘度：越大——水稳定性能越好； 沥青用量：用于确定空隙率， VV% 越小，水稳定性越好； 矿料级配：密实型级配优于开级配；

改善措施： 沥青粘附性； 控制沥青混合料空隙率； 合适设置路面面层材料； 控制好施工；

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4.3 沥青混合料的技术性质

3. 沥青混合料的抗滑性定义：

宏观构造：颗粒间粗糙度，对于整体而言； 微观构造：每个集料或者颗粒的粗糙度；

试验方法级评价指标； 摆式仪法： BPN 值表示 构造深度法：采用铺砂仪法；

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4.4 沥青混合料原材料的要求

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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

原材料技术要求

表观相对密度 坚固性含泥量 砂当量 亚申蓝值 棱角性

4.5 沥青混合料配合比设计

1. 设计任务 沥青混合料类型选择：

矿料组成设计： 最佳沥青含量的确定： 配合比设计检验：各种性质满足技术要求；

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上：细粒式沥青混凝土 4cm

中：中粒式沥青混凝土 6cm

下：粗粒式沥青混凝土 8cm

面

层

4.5 沥青混合料配合比设计

2. 沥青混合料类型选择 结构层厚度≥ 2.5-3倍的公称最大粒径，以防止离析； 满足厚度要求的前提下，尽量选粒径大的混凝土；

3. 沥青混合料的基本参数 沥青混合料四相体系：

沥青混合料沥青含量概念： • 油石比： Pa= 沥青 / 矿料质量 ×100%

• 沥青含量： Pb= 沥青 / 沥青混合料 ×100%

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4.5 沥青混合料配合比设计

3. 沥青混合料的基本参数 矿料合成毛体积相对密度：

矿料合成表观相对密度：

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式中： γi—各档料毛体积相对密度；

Pi — 混合料中各档料的比例；

式中： γi”—各档料表观相对密度；

Pi — 混合料中各档料的比例；

4.5 沥青混合料配合比设计

3. 沥青混合料的基本参数 矿料有效相对密度 γse ：

• 矿料有效体积：矿料实体、闭口空隙、不吸收沥青的开口空隙

• 有效密度：单位有效体积的质量；

沥青混合料试件毛体积相对密度 :

沥青混合料最大理论相对密度：零空隙率

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普通沥青混合料—真空法测定改性沥青混合料或 SMA—计算法；

4.5 沥青混合料配合比设计

3. 沥青混合料的基本参数 沥青混合料体积指标：

空隙率 VV ：

矿料间隙率 VMA ：

有效沥青饱和度 VFA ：

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γf：沥青混合料试件的毛体积相对密度；

γt：试件最大理论密度；

γf ：沥青混合料试件的毛体积相对密度；

γsb：合称矿料毛体积相对密度；

Ps ： 各档料总质量占沥青混合料总质量百分率

4.5 沥青混合料配合比设计

3. 沥青混合料的基本参数 沥青混合料马歇尔试验参数：

马歇尔稳定度 MS ：马歇尔流值 FL ：

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4.5 沥青混合料配合比设计

4. 沥青混合料的气候分区

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4.5 沥青混合料配合比设计

5. 热拌沥青混合料马歇尔配合比设计过程 矿质混合料级配组成设计：

工程设计级配范围确定原则：• 确定采用 AC-F或者 AC-C ；• 关键筛孔上限及下限差不超过 12% ；• 减小公称最大粒径颗粒及其 0.6mm以下细料的含量，增加中间

粒

径含量，形成 S 型级配；• 结合当地成功经验，确定工程级配范围；

马歇尔实验—— 体积参数确定 最佳沥青用量确定： 配合比验证： 25

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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 确定工程级配范围

马歇尔试 验

预估计算沥青用量

沥青与集料相对密度测定

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？

配合比设计

道路建筑材料 · 沥青混合料4.5 沥青混合料配合比设计

4.5 沥青混合料配合比设计

5. 热拌沥青混合料马歇尔配合比设计过程 矿质混合料级配组成设计：

工程设计级配范围确定原则：• 确定采用 AC-F或者 AC-C ；• 关键筛孔上限及下限差不超过 12% ；• 减小公称最大粒径颗粒及其 0.6mm以下细料的含量，增加中间

粒

径含量，形成 S 型级配；• 结合当地成功经验，确定工程级配范围；

马歇尔实验—— 体积参数确定 最佳沥青用量确定： 配合比验证： 27

4.6 SMA 及其他沥青混合料

1.概述

SMA(Stone matrix asphalt):

沥青玛蹄脂碎石，间断级配，骨架密实型混合料； 优点 :

耐磨抗滑、密实耐久、抗疲劳、抗高温车辙、低温开裂少； 组成 :

以沥青结合料与少量的纤维稳定剂、细集料以及较多的填料( 矿

粉 ) 组成的沥青玛蹄脂，填充于间断级配的粗集料骨架间隙中组成 ;

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粒径≥ 4.75mm 的粗料高达 70%~80% ，矿粉用量为 10%左右，细集料较少 ;

4.6 SMA 及其他沥青混合料

2. 技术特性 (1) 高温性能

粗集料骨架和沥青玛蹄脂两部分组成； 骨架作用，抵荷载变形能力强，高温下有较强的高温抗车辙能力；

(2) 低温性能 降温时，沥青玛蹄脂有较高的粘结力，韧性和柔性使其低温变形能力

(3) 耐久性 空隙率较小，沥青于水或空气接触较少，水稳定性和抗老化性较好； 对中、下面层和基层有较好的保护和隔水，路面整体强度和稳定性高。

(4) 表面特征压实后表面形成的构造深度大，一般超过 1mm; 抗滑耐磨减噪 ;

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4.6 SMA 及其他沥青混合料

3. 材料要求 ⑴ 沥青：南方炎热区可用 AH-70,寒冷区用 AH-70 或 AH-90 ；重

载、

夏季特炎热冬季特寒冷区采用改性沥青；

⑵ 粗集料：岩石应坚韧，有较高强度和刚度，如玄武岩、花岗岩；

⑶ 细料：易用机制砂；细料棱角性最好大于 45% ；

⑷ 矿粉：一般用石灰石矿粉，不使用粉煤灰；

⑸ 纤维：纤维加劲，防止沥青滴漏；一般使用木质素纤维、矿物

纤维等；选择纤维要控制其吸油性；

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4. 配合比设计要求 (1) 设计级配范围：

参见 JTG F40-2004 ；

一般结构设计厚度为集料公称最大粒径的 2-2.5倍；

(2) 粗集料间隙率：

VCAmix≤VCADRC

─ VCAmix 指压实沥青混合料的骨架间隙率；

─ VCADRC 指粗集料捣实状态下的骨架间隙率；

道路建筑材料 · 沥青混合料4.6 SMA 及其他沥青混合料

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(3) 马歇尔试件体积参数： 马歇尔稳定度：对沥青用量不敏感； 流值：流值控制在 2-4mm 范围内； 空隙率： SMA 的 VV一般在 3-4% 范围内 ;

矿料间隙率 VMA ：比 AC 要大的多； 沥青饱和度 VFA ： 75-85% ；

(4) 路用性能指标：车辙和水稳定性同 AC ；

(5) 谢伦堡析漏实验 :限定 SMA 混合料的最大沥青用量；

(6) 肯塔堡分散实验 :确定 SMA 混合料的最小沥青用量；

道路建筑材料 · 沥青混合料4.6 SMA 及其他沥青混合料

小结与习题

1. 沥青混合料的技术性质有哪些？2. 沥青混合料的抗剪强度取决于哪两个值？这两个值与哪些因素有关？3. 简述马歇尔试验的五项技术指标随沥青用量变化的趋势。4. 简述沥青混合料组成设计步骤。7. 沥青混合料粘聚力的影响因素有哪些？8. 简述 SMA 的技术优势。

作业： P160 3-14 和 3-15 ；

山东建筑大学 交通工程专业

本 章 结 束

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