沥青混合料土木工程材料课件.ppt

1、第第7章章 沥青混合料沥青混合料l 南华大学城市建设学院杨建明教授2022-10-24第第7章章 沥青混合料沥青混合料l 最常用沥青路面包括：沥青表面处冶、沥青贯入式、沥青碎石、沥青混凝土l 此外还有沥青玛碲脂碎石路面、透水性沥青路面、塑料格栅沥青路面、半刚性沥青路面。2022-10-24第第7章章 沥青混合料沥青混合料l 1、定义l 沥青混合料是由将粗集料、细集料和矿粉经人工合理选择级配组成的矿质混合料与沥青经拌和而成的均匀混合料。l 目前主要使用的沥青混合料如下：l（1）密级配沥青混合料按密实级配原理设计组成的各种粒径颗粒的矿料，与沥青结合料拌和而成，设计空隙率较小（对不同交通及气候情况、

2、层位可作适当调整）的密实式沥青混凝土混合料（以AC表示）和密实式沥青稳定碎石混合料(以ATB表示)。按关键性筛孔通过率的不同又可分为细型、粗型密级配沥青混合料等。粗集料嵌挤作用较好的也称嵌挤密实型沥青混合料。2022-10-24第第7章章 沥青混合料沥青混合料l（2）开级配沥青混合料矿料级配主要由粗集料嵌挤组成，细集料及填料较少，设计空隙率18的混合料。l（3）半开级配沥青碎石混合料由适当比例的粗集料、细集料及少量填料（或不加填料）与沥青结合料拌和而成，经马歇尔标准击实成型试件的剩余空隙率在612的半开式沥青碎石混合料（以AM表示）。l（4）间断级配沥青混合料矿料级配组成中缺少1个或几个档次(

3、或用量很少)而形成的沥青混合料。2022-10-24第第7章章 沥青混合料沥青混合料l（5）沥青稳定碎石混合料(简称沥青碎石)由矿料和沥青组成具有一定级配要求的混合料。按空隙率、集料最大粒径、添加矿粉数量的多少，分为密级配沥青碎石(ATB)，开级配沥青碎石(OGFC表面层及ATPB基层)、半开级配沥青碎石(AM)。l（6）沥青玛蹄脂碎石混合料由沥青结合料与少量的纤维稳定剂、细集料以及较多量的填料(矿粉)组成的沥青玛蹄脂，填充于间断级配的粗集料骨架的间隙，组成一体形成的沥青混合料，简称SMA。2022-10-24第第7章章 沥青混合料沥青混合料l 2.沥青混合料分类l（1）按材料组成及结构分l

4、1）连续级配沥青混合料l 2）间断级配沥青混合料l（2）按矿料级配组成及空隙率大小分l 密级配沥青混合料，05%l 半开级配沥青混合料，612%l 开级配沥青混合料，18%2022-10-24第第7章章 沥青混合料沥青混合料l（3）按公称最大粒径的大小可分l 特粗式沥青混合料集料公称最大粒径等于或大于31.5mm的沥青混合料。l 粗粒式沥青混合料集料公称最大粒径26.5mm的沥青混合料。l 中粒式沥青混合料集料公称最大粒径16或19mm的沥青混合料。l 细粒式沥青混合料集料公称最大粒径9.5或13.2mm的沥青混合料。l 砂粒式沥青混合料集料公称最大粒径小于9.5mm的沥青混合料2022-10

5、-24第第7章章 沥青混合料沥青混合料l（4）按制造工艺分l 热拌沥青混合料l 冷拌沥青混合料l 再生沥青混合料2022-10-247.1 沥青混合料的结构沥青混合料的结构l 沥青混合料是一种复合材料：沥青、粗集料、细集料、矿粉、外加剂l 一、沥青混合料组成结构现代理论l 2、表面理论l 沥青结合料结合料沥青l 矿质骨架 粗集料l 细集料l 填料2022-10-247.1 沥青混合料的结构沥青混合料的结构l 2、胶浆理论l 沥青混合料 分散相粗集料l（粗分散系）分散介质砂浆（细分散系）l 分散介质砂浆 分散相细集料l（细分散系）分散介质沥青胶结物（微分散系）l 分散介质沥青胶结物 分散相填料l

6、（微分散系）分散介质沥青2022-10-247.1 沥青混合料的结构沥青混合料的结构l 二、沥青混合料组成结构l（1）悬浮密实结构C大，小。l（2）骨架空隙结构C小，大l（3）密实骨架结构C大，大l（图7.1，图7.2）2022-10-24图图7.1 三种类型矿质混合料级配曲线三种类型矿质混合料级配曲线2022-10-24图图7.2 沥青混合料的结构类型沥青混合料的结构类型悬浮密实结构骨架空隙结构密实骨架结构2022-10-247.2 沥青混合料的强度及其影响因素沥青混合料的强度及其影响因素l 一、沥青混合料的强度理论l 沥青混合料的抗剪强度主要取决于沥青与矿料相互作用产生的黏聚力以及矿料在沥

7、青混合料中的嵌挤程度不同而产生的内摩阻角。l 式中：沥青混合料的抗剪强度（MPa）；l 正应力（MPa）；l c沥青混合料的黏结力（MPa）；l 沥青混合料的内摩擦角（rad）。l 由式可知，沥青混合料的抗剪强度主要取决于黏聚力c和内摩擦角两个参数ctg2022-10-247.2 沥青混合料的强度及其影响因素沥青混合料的强度及其影响因素l 二、沥青混合料黏聚力和内摩阻角的影响因素l（1）沥青黏度的影响l 沥青混合料的黏聚力C是随沥青黏度的提高而增加的，同时内摩擦角亦稍有提高。l（2）沥青与矿料化学性质的影响（图7.3，图7.4）l（3）矿料比面的影响l（4）沥青用量（图7.5）l（5）矿质集料

8、的级配类型、粒度、表面性质的影响l（6）沥青与初生矿物表面的相互作用l（7）表面活性物质及其作用2022-10-24图图7.3 沥青与矿粉交互作用的结构图沥青与矿粉交互作用的结构图2022-10-24图图7.4 不同矿粉的吸附溶化膜结构图不同矿粉的吸附溶化膜结构图石英石矿粉石灰石粉2022-10-24图图7.5 不同沥青用量时的沥青混合料结构和不同沥青用量时的沥青混合料结构和c,值值变化示意图变化示意图2022-10-247.2 沥青混合料的强度及其影响因素沥青混合料的强度及其影响因素l（8）环境温度和变形速率2022-10-247.3 沥青混合料的技术性质和技术标准沥青混合料的技术性质和技术

9、标准l 一、沥青混合料的技术性质l 1、高温稳定性l 沥青混合料的高温稳定性是指在高温条件下，沥青混合料承受多次重复荷载作用而不发生过大的累积塑性变形的能力。l 1）推移、拥包、搓板等类损坏主要是由于沥青路面在水平荷载作用下抗剪强度不足所引起的，它大量发生在表面处治、贯入式、路拌等次高级沥青路面的交叉口和变坡路段。2022-10-247.3 沥青混合料的技术性质和技术标准沥青混合料的技术性质和技术标准l 2）车辙沥青路面在行车荷载的反复作用下，会由于永久变形的累积而导致路表面出现车辙。车辙致使路表过量的变形，影响了路面的平整度。轮迹处沥青层厚度减薄，削弱了面层及路面结构的整体强度，从而易于诱发

10、其他病害。l 3）泛油是同于交通荷载作用使沥青混合料内集料不断挤紧，空隙度减小，最终将沥青挤压到道路表面的现象。2022-10-247.3 沥青混合料的技术性质和技术标准沥青混合料的技术性质和技术标准l 我国公路沥青路面施工技术规范（JTG F402019）规定，采用马歇尔稳定度试验（包括稳定度、流值、马歇尔模数）来评价沥青混合料高温稳定性l 对高速公路、一级公路、城市快速路、主干路用沥青混合料，通过动稳定度试验检验其车辙能力。l（1）马歇尔稳定度测定马歇尔稳定度（MS）、流值（FL）、马歇尔模数（T）2022-10-247.3 沥青混合料的技术性质和技术标准沥青混合料的技术性质和技术标准l

11、稳定度是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坏荷载。l 流值是达到最大破坏荷重时试件的垂直变形，以0.1mm计。l 马歇尔模数为稳定度除以流值的商，即FLMST102022-10-247.3 沥青混合料的技术性质和技术标准沥青混合料的技术性质和技术标准l（2）车辙试验（图7.6）l 制成l 300mm300mm500mm60l 以一定的荷载的轮子反复行走，形成一定的车辙深度，然后计算试件变形l 1mm所需试验车轮行走的次数，即为动稳定度。l d1、d2时间t1、t2变形量，42每分钟行走次数（次/min）21121242)(ccddttDS2022-10-24图图7.6

12、车辙试验示意图车辙试验示意图2022-10-247.3 沥青混合料的技术性质和技术标准沥青混合料的技术性质和技术标准l 2、低温抗裂性l 沥青混合料的低温抗裂性是沥青混合料在低温下抵抗断裂破坏的能力l 沥青混合料的低温脆化、低温收缩和温度疲劳引起的。l 混合料低温脆化一般用不同温度下弯拉破坏试验来评定；低温收缩可采用低温收缩试验来评定；而温度疲劳则可以用低频疲劳试验来评定。2022-10-247.3 沥青混合料的技术性质和技术标准沥青混合料的技术性质和技术标准l 3、沥青混合料水稳定性l 水能使沥青与矿料分离，并使可溶性化合物溶解流失，使沥青混合料强度降低。l 渗入混合料中的水分还会使路面体积

13、膨胀，干燥后路面又再收缩，反复循环导致路面开裂，松散的集料颗粒被滚动的车轮带走，在路表形成独立的大小不等的坑槽，即所谓的沥青路面“水损害”。l 沥青混合料的水稳定性除了与沥青的黏附性、矿料的化学性质有关外，还受沥青混合料压实空隙率大小及沥青膜厚度的影响。2022-10-247.3 沥青混合料的技术性质和技术标准沥青混合料的技术性质和技术标准l（1）浸水马歇尔试验l（2）真空饱水马歇尔试验l（3）冻融劈裂试验2022-10-247.3 沥青混合料的技术性质和技术标准沥青混合料的技术性质和技术标准l 4、沥青混合料的耐老化性l 在沥青混合料使用过程中，受到空气中氧、水、紫外线等介质的作用，促使沥青

14、发生诸多复杂的物理化学变化，逐渐老化或硬化，致使沥青混合料变脆易裂，从而导致沥青路面出现各种裂纹或裂缝。2022-10-247.3 沥青混合料的技术性质和技术标准沥青混合料的技术性质和技术标准l 5、沥青混合料的抗滑性l 选用质地坚硬具有棱角的石，通常玄武岩。l 我国现行规范对抗滑层集料提出磨光值、道瑞磨耗值和冲击值指标。采取适当增大集料粒径、减少沥青用量及控制沥青的含蜡量等措施，均可提高路面的抗滑性。l 沥青路面的抗滑性还取决于沥青混合料的表面构造深度。路面表面的构造深度（TD）以前称纹理深度，是路面粗糙度的重要指标。是指一定面积的路表面凹凸不平的开口孔隙的平均深度。主要用于评定路面表面的宏

15、观粗糙度、排水性能及抗滑性。手工铺砂法与T0962电动铺砂法都是将细砂铺在路面上，计算嵌入凹凸不平的表面空隙中的砂的体积与覆盖面积之比，从而求得构造深度。这是目前工程上最为基本也是最为常用的方法。试验方法：将已知体积的砂，摊铺在所要测试路表的测点上，量取摊平覆盖的面积。砂的体积与所覆盖平均面积的比值，即为构造深度。2022-10-247.3 沥青混合料的技术性质和技术标准沥青混合料的技术性质和技术标准l 6、沥青混合料的施工和易性l 影响施工和易性的主要材料因素是矿料的级配、沥青用量和矿粉的质量。2022-10-247.3 沥青混合料的技术性质和技术标准沥青混合料的技术性质和技术标准l 二、沥

16、青混合料的技术标准l 公路沥青路面施工技术规范（JTG F402019）对密级配沥青混合料马歇尔试验技术标准如表7.1，7.2所示。该标准按交通性质分为：高速公路、一级公路；其他等级公路；行人道路等三个等级，对马歇尔试验指标（包括稳定度、流值、空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度和残留稳定度等）提出不同求。同时按不同气候条件分别提出不同要求。此外公路沥青路面施工技术规范（JTG F402019）还对沥青稳定碎石混合料、OGFC混合料的马歇尔试验技术标准提出要求。2022-10-24表表7.1 密级配沥青混凝土混合料马歇尔试验技术标准密级配沥青混凝土混合料马歇尔试验技术标准2022-10-24表表7.

17、2 SMA混合料马歇尔试验配合比设计技术要求混合料马歇尔试验配合比设计技术要求2022-10-247.4 普通热拌沥青混合料的组成材料普通热拌沥青混合料的组成材料l 一、沥青l 表7.3l 二、粗集料l 沥青混合料用粗集料，可以采用碎石、破碎砾石和矿渣等。但高速公路和一级公路不得使用筛选砾石和矿渣。l 沥青混合料用粗集料应该洁净、干燥、表面粗糙、接近立方体、无风化、不含杂质。在力学性质方面，压碎值和洛杉矶磨耗率应符合相应道路等级的要求（表7.4）l 粗集料的粒径规格应按表7.5的规定生产和使用2022-10-24表表7.3 道路石油沥青的适用范围道路石油沥青的适用范围(JTG F402019)

18、2022-10-24表表7.4 沥青混合料用粗集料质量技术要求沥青混合料用粗集料质量技术要求2022-10-24表表7.5 沥青混合料用粗集料规格沥青混合料用粗集料规格2022-10-247.4 普通热拌沥青混合料的组成材料普通热拌沥青混合料的组成材料l 三、细集料l 用于拌制沥青混合料的细集料，可采用天然砂、人工砂或石屑。l 细集产应洁净、干燥、无风化、不含杂质，并有适当的级配范围。对细集料的技术要求列表如表7.6、表7.7、表7.8。2022-10-24表表7.6 沥青混合料用细集料质量要求沥青混合料用细集料质量要求2022-10-24表表7.7 沥青混合料用天然砂规格沥青混合料用天然砂规

19、格2022-10-24表表7.8 沥青混合料用机制砂或石屑规格沥青混合料用机制砂或石屑规格2022-10-247.4 普通热拌沥青混合料的组成材料普通热拌沥青混合料的组成材料l 四、填料l 沥青混合料的矿粉必须采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉，原石料中的泥土杂质应除净。矿粉应干燥、洁净，能自由地从矿粉仓流出，其质量应符合表7.9的技术要求。l 粉煤灰作为矿粉使用时，用量不得超过矿粉总量的50%，粉煤灰的烧失量应小于12%，与矿粉混合后的塑性指数应小于4%，其余质量要求与矿粉相同。高速公路、一级公路的沥青面层不宜采用粉煤灰作矿粉。l 拌和机的粉尘可作为矿粉的一部分回收

20、使用。但每盘用量不得超过矿粉料总量的25，掺有粉尘矿粉的塑性指数不得大于4%。2022-10-24表表7.9 沥青混合料用矿粉质量要求沥青混合料用矿粉质量要求2022-10-247.5 普通热拌沥青混合料组成设计普通热拌沥青混合料组成设计l 一、热拌沥青混合料配合比设计参数l 1、沥青混合料类型及矿料级配范围l 沥青面层一般采用双层和三层结构，各层所用沥青混合料类型应根据道路等级与所处位置的功能要求进行选择。如表7.10、表7.11l 2、沥青混合料的体积特征参数l 矿质混合料的体积特征参数包括合成毛体积相对密度、合成表观相对密度、有效相对密度。l 沥表示混合料的体积特征参数包括最大理论相对密

21、度、毛体积相对密度、空隙率、矿料间隙率和有效沥青饱和度等指标表征。2022-10-24表表7.10 热拌沥青混合料种类热拌沥青混合料种类2022-10-24表表7.11 沥青合料矿料级配范围沥青合料矿料级配范围2022-10-247.5 普通热拌沥青混合料组成设计普通热拌沥青混合料组成设计l（1）矿质混合料的密度l 矿质混合料的合成毛体积相对密度（sb）l 式中：P1,，Pn-各种矿料的比例，%；l 1，n-各种矿料的毛体各色相对密度，矿粉以表观相对密度代替。nnsbPPP22111002022-10-247.5 普通热拌沥青混合料组成设计普通热拌沥青混合料组成设计l 矿质混合料的合成表观相对

22、密度（sa）l 式中：1，n-各种矿料按规定方法测定的表观相对密度。nnsaPPP22111002022-10-247.5 普通热拌沥青混合料组成设计普通热拌沥青混合料组成设计l 合成矿质混合料的有效相地密度（se）l a.对于非改性沥青混合料，按下式：l 式中：Pb-试验采用的沥青用量（占混合料总量的百分数），%；l t-试验沥青用量条件下，采用真空法实测得到的沥青混合料的最大相对密度；l b-沥青的相对密度（25/25）bbtbsePP1001002022-10-247.5 普通热拌沥青混合料组成设计普通热拌沥青混合料组成设计l b.对改性沥青混合料，按下式：l 式中C-合成矿料的沥青吸收

23、系数；l wx-合成矿料的吸水率，%sbsaseCC)1(100)11(9339.02936.0033.02sasbxxxwwwC2022-10-247.5 普通热拌沥青混合料组成设计普通热拌沥青混合料组成设计l（2）沥青混合料的密度l 沥青混合料的最大理论相对密度（ti）l a.对非改性沥青混合料l 可采用真空法测定，也可采用如下公式。l b.对改性沥青混合料l 式中：ti-相对于计算沥青用量Pti时沥青混合料的最大理论相对密度；Pai-所计算的沥青混合料中的油石比，%；Pbi-所计算沥青混合料中的沥青用量，%；Psi-所计算沥青混合料的矿料用量，%。bbisesitibaiseaitiPP

24、PP100,1001002022-10-247.5 普通热拌沥青混合料组成设计普通热拌沥青混合料组成设计l 沥青混合料试件的毛体积相对密度（f）l 采用表干法测定沥青混合料的毛体积密度，对于吸水率大于2%的沥青混合料试件宜改用蜡封法测定。l 用表干法，按下式计算：l 式中：ma-沥青混合料干燥试件在空气中的质量，g；l mw-沥青混合料吸水状态试件在空气中的质量，g；l md-沥青混合料饱和面干状态试件在空气中的质量，g。wdafmmm2022-10-247.5 普通热拌沥青混合料组成设计普通热拌沥青混合料组成设计l（3）沥青混合料试件的空隙率（VV）l 沥青混合料试件的空隙率是指压实状态下沥

25、青混合料内矿料与沥青实体之外的空隙（不包括矿料本身或表面已被沥青封闭的孔隙）的体积占试件总体积的百分率。l 符号意义同前。%100)1(tfVV2022-10-247.5 普通热拌沥青混合料组成设计普通热拌沥青混合料组成设计l（4）沥青混合料试件的矿料间隙率（VMA）l 矿料间隙率是指压实沥青混合料试件中矿料实体以外的空间体积占试件总体积的百分率。l（5）沥青混合料试件的有效沥青饱和度（VFA）%100)1(ssbfPVMA%100VMAVVVMAVFA2022-10-247.5 普通热拌沥青混合料组成设计普通热拌沥青混合料组成设计l 二、密级配热拌沥青混合料配合比设计方法l 沥青混合料配合比

26、设计包括：试验室配合比设计、生产配合比设计和试拌试铺配合比调整三个阶段l 试验室配合比设计可分为矿质混合料配合比组成设计和沥青最佳用量确定两部分2022-10-247.5 普通热拌沥青混合料组成设计普通热拌沥青混合料组成设计l 1、矿质混合料的配合比组成设计l 1）确定沥青混合料类型l 根据道路等级，路面类型、所处结构层位l 2）确定矿质混合料的级配范围l 3）矿质混合料配合比例计算l（1）组成材料的原始数据测定对粗集料、细集料、矿粉l（2）计算组成材料的配合比l（3）调整配合比l 通常合成级配曲线宜尽量接近设计级配的中值，尤其应使0.075mm、2.36mm、4.75mm筛孔的通过量：对交通

27、量大、车载量重的公路，宜偏向级配范围的下（粗）限，对中小交通量或人行道路等宜偏向级配范围的上（细）限。2022-10-247.5 普通热拌沥青混合料组成设计普通热拌沥青混合料组成设计l 2、确定沥青混合料的最佳沥青用量l 我国现行公路沥青路面施工技术规范（JTGF402019），步骤如下：l 1）制备试样l（1）按确定的矿质混合料配合比，计算各种矿质材料的用量。l（2）根据表7.11推荐的沥青用量范围，估计适宜的沥青用量（油石比），制备五组不同沥青用量的沥青混合料l 2）测定物理指标l 计算合成矿料的密度，测定沥青混合料试件的密度，并计算试件的空隙率、矿料间隙率、有效沥青饱和度等体积参数。20

28、22-10-247.5 普通热拌沥青混合料组成设计普通热拌沥青混合料组成设计l 3）测定力学参数l 测出试件的马歇尔稳定度、流值和马歇尔模数等力学参数。l 4）最佳沥青用量的确定l 以沥青用量（或油石比）为横坐标，沥青混合料试件的密度、空隙率、沥青饱和度、马歇尔稳定度和流值等指标为纵坐标，将试验结果绘制图如图7.72022-10-24图图7.7 沥青用量与马歇尔稳定度试验物理力学指标关系图沥青用量与马歇尔稳定度试验物理力学指标关系图2022-10-247.5 普通热拌沥青混合料组成设计普通热拌沥青混合料组成设计4)(43211aaaaOACl 确定最佳沥青用量的初始值OAC1l a.根据图7.

29、7，求取相应密度最大值、稳定度最大值、目标空隙率（或中值）、沥青饱和度范围中值的沥青用量a1、a2、a3、a4，求OAC12022-10-247.5 普通热拌沥青混合料组成设计普通热拌沥青混合料组成设计l b.如果在所选的沥青范围内，未涵盖沥青饱和度的要求范围，则按下式求OAC1l c.如果在所选择的沥青范围内，密度或稳定度没有出现峰值，可直接以目标空隙率所对应的沥青用量a3作为OAC1，但OAC1必须介于OACminOACmax的范围内。3)(3211aaaOAC2022-10-247.5 普通热拌沥青混合料组成设计普通热拌沥青混合料组成设计l确定沥青最佳用量的初始值OAC2l根据OAC1和

30、OAC2综合确定沥青最佳用量（OAC）2maxmin2OACOACOAC221OACOACOAC2022-10-247.5 普通热拌沥青混合料组成设计普通热拌沥青混合料组成设计l a.调查当地各项条件相接近的工程的沥青用量及使用效果，论证适宜的最佳沥青用量。检查计算得到的最佳沥青用量是否相近，如相差甚远，应查明原因，必要时重新调整级配，进行配合比设计。l b.对炎热地区公路以及高速公路、一级公路的重载交通路段，山区公路的长大坡度路段，预计有可能产生较大车辙时，宜在空隙率符合要求的范围内将计算的最佳沥青用量减小0.10.5作为设计沥青用量。l c.对寒区公路、旅游公路、交通量很少的公路，最佳沥青

31、用量可以在OAC的基础上增加0.10.3，以适当减小设计空隙率，但不得降低压实度要求。2022-10-247.5 普通热拌沥青混合料组成设计普通热拌沥青混合料组成设计l 3、沥青混合料性能检验l 检验最佳沥青用量时的粉胶比和有效沥青膜厚度l 高温稳定性检验。对公称最大粒径等于或小于19mm的混合料，按规定方法进行车辙试验，动稳定度应符合公路沥青路面施工技术规范（JTG F402019）的要求。l 水稳定性检验。按规定的试验方法进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，残留稳定度及残留强度比均必须符合公路沥青路面施工技术规范（JTG F402019）的规定。2022-10-247.5 普通热拌沥青混合料

32、组成设计普通热拌沥青混合料组成设计l 低温抗裂性能检验。对公称最大粒径等于或小于19mm的混合料，按规定方法进行低温弯曲试验，其破坏应变宜符合公路沥青路面施工技术规范（JTG F402019）要求。l 渗水系数检验。利用轮碾机成型的车辙试件进行渗水试验检验的渗水系数宜符合公路沥青路面施工技术规范（JTG F402019）要求。l 钢渣活性检验。对使用钢渣的沥青混合料，应按规定的试验方法检验钢渣的活性及膨胀性试验，并符合公路沥青路面施工技术规范（JTG F402019）的要求。2022-10-247.5 普通热拌沥青混合料组成设计普通热拌沥青混合料组成设计l 根据需要，可以改变试验条件进行配合比

33、设计检验，如按调整后的最佳沥青用量、变化最佳沥青用量OAC0.3、提高试验温度、加大试验荷载、采用现场压实密度进行车辙试验，在施工后的残余空隙率(如7%8%)的条件下进行水稳定性试验和渗水试验等，但不宜用规范规定的技术要求进行合格评定。2022-10-247.6 沥青玛蹄脂碎石混合料沥青玛蹄脂碎石混合料-SMAl 沥青玛蹄脂碎石混合料（Stone Mastic Asphalt 简称SMA）是一种由沥青、纤维稳定剂、矿粉及少量细集料组成的沥青玛蹄脂填充间断级配的粗集料骨架间隙而成的沥青混合料。如图7.8所示，在SMA的组成中，粗集料颗粒间形成良好嵌锁结构，玛蹄脂填充粗集料的空隙。2022-10-

34、24图图7.8 沥青玛蹄脂碎石混合料的构成沥青玛蹄脂碎石混合料的构成2022-10-247.6 沥青玛蹄脂碎石混合料沥青玛蹄脂碎石混合料-SMAl 一、SMA的组成特点l（1）粗集料含量较高（2.36mm筛上存留量为70%80%），且为间断级配。粗集料必须特别坚硬、表面粗糙，针片状颗粒较少。l（2）细集料少，一般不用天然砂，宜采用坚硬的人工砂。l（3）沥青用量多（6%7%），且要求沥青黏度大，软化点高，温度稳定性好，最好采用改性沥青。2022-10-247.6 沥青玛蹄脂碎石混合料沥青玛蹄脂碎石混合料-SMAl（4）增加矿粉用量（8%13%），必须使用磨细石灰石粉。l（5）掺加纤维素作为稳定剂

35、。l SMA组成特点：即粗集料多，矿粉多，沥青多，细集料少，并掺有纤维稳定剂，材料要求高，使用性能全面提高。2022-10-247.6 沥青玛蹄脂碎石混合料沥青玛蹄脂碎石混合料-SMAl 二、SMA的技术特性l 1、高温稳定性好l 2、低温抗裂性高l 3、具有良好的耐久性l 4、高耐磨和抗滑性能l 5、施工性能好2022-10-247.6 沥青玛蹄脂碎石混合料沥青玛蹄脂碎石混合料-SMAl 三、SMA的组成材料及其技术要求l 1、沥青结合料l 要求沥青具有较高的黏度，与集料有良好的黏附性。l 最好采用改性沥青配制SMA混合料。l 2、粗集料l 用于SMA中的粗集料应是高质量的轧制碎石，其岩石应

36、坚韧，具有较高的强度和刚度。集料颗粒形状应接近立方体，富有棱角，纹理粗糙，如表7.122022-10-24表表7.12 SMA用粗集料技术要求用粗集料技术要求2022-10-247.6 沥青玛蹄脂碎石混合料沥青玛蹄脂碎石混合料-SMAl 3、细集料l 细集料最好是坚硬的机制砂。l 当与天然砂混用时，天然砂的含量不宜超过机制砂或石屑的比例。l 4、填料l 填料必须采用石灰石等碱性岩石磨细的矿粉，矿粉的质量应满足普通热拌沥青混合料对矿粉的要求。粉煤灰不得作为SMA的填料使用。l SMA路面对矿粉的质量要求如表7.132022-10-24表表7.13 SMA路面对矿粉质量的技术要求路面对矿粉质量的技

37、术要求2022-10-247.6 沥青玛蹄脂碎石混合料沥青玛蹄脂碎石混合料-SMAl 5、纤维稳定剂l 纤维在SMA中具有加筋作用、分散作用、吸附及吸收沥青的作用、稳定作用、增黏作用，并提高SMA混合料高温下的抗剪强度。l SMA中常用纤维有：木质素纤维、矿物纤维、腈纶纤维、涤纶纤维、玻璃纤维等聚合物化学纤维。l 表7.14为木质素纤维的技术要求。2022-10-24表表7.14 AASHTO木质素纤维技术要求木质素纤维技术要求2022-10-247.6 沥青玛蹄脂碎石混合料沥青玛蹄脂碎石混合料-SMAl 四、SMA的配合比设计l 1、SMA配合比设计指标l（1）SMA设计级配范围l 表7.1

38、5l（2）SMA的体积结构参数l 粗集料骨架间隙率VCAl 粗集料骨架间隙率是指粗集料实体之外的空间体积占整个试件体积的百分率，用于评价按照嵌挤原则设计的骨架型沥青混合料的体积特征，主要用于SMA混合料或OGFC混合料的组成设计。2022-10-24表表7.15 SMA矿料级配范围矿料级配范围2022-10-247.6 沥青玛蹄脂碎石混合料沥青玛蹄脂碎石混合料-SMAl a.捣实状态下粗集料骨架间隙率VCADRCl 捣实状态下粗集料骨架间隙率是将4.75mm（或2.36mm）以上的干燥粗集料按照规定条件在容量筒中捣实，所形成的粗集料骨架实体以外的空间体积占容量筒体积的百分率。l 式中：VCAD

39、RC-捣实状态下粗集料骨架间隙率，%；l-捣实法测定的粗集料的装填密度，g/cm3；l b-粗集料的平均毛体积密度，g/cm3。100)1(bDRCVCA2022-10-247.6 沥青玛蹄脂碎石混合料沥青玛蹄脂碎石混合料-SMAl b.沥青混合料试件的粗集料骨架间隙率VCAmixl 粗集料骨架间隙率VCAmix是指压实沥青混合料试件内粗集料骨架以外的体积占整个试件体积的百分率，按下式计算。对于SMA-16和SMA-13，粗集料通常是指粒径4.75mm的粗集料；对于SMA-10粗集料是指粒径2.36mm的粗集料。l 式中：VCAmix-沥青混合料粗集料骨架间隙率，%；Pca-沥青混合料中粒径4

40、.75mm（或2.36mm的粗集料比例，%；ca-粗集料的平均毛体积密度，g/cm3；b-沥青混合料实测毛体积密度，g/cm3；w-水的密度，约为1g/cm3。100)1(wcacabmixVCA2022-10-247.6 沥青玛蹄脂碎石混合料沥青玛蹄脂碎石混合料-SMAl 粗集料骨架间隙率VCADRC能否大于沥青混合料骨架间隙率VCAmix是检验粗集料能否形成有效嵌挤骨架的关键。DRCmixVCAVCA2022-10-247.6 沥青玛蹄脂碎石混合料沥青玛蹄脂碎石混合料-SMAl 马歇尔试件的体积参数l 矿料间隙率VMAl 沥青饱和度VFAl 压实后SMA的空隙率VVl 我国现行规定，SMA

41、的空隙率VV宜控制在3%4%。l SMA的力学性能指标l 马歇尔试验的目的是检测试件的各项体积结构参数，以确定SMA的矿料级配。l 采用浸水试件的残留稳定度评价SMA的水稳定性。l SMA的高温抗车辙能力通过车辙试验进行检测。2022-10-247.6 沥青玛蹄脂碎石混合料沥青玛蹄脂碎石混合料-SMAl 折漏试验和飞散试验l a.谢伦堡沥青折漏试验l b.肯塔堡飞散试验l 将上述SMA混合料配合经设计的技术指标及其相应的要求列入表7.162022-10-24表表7.16 SMA混合料的物理力学性能指标和技术要求混合料的物理力学性能指标和技术要求2022-10-247.6 沥青玛蹄脂碎石混合料沥

42、青玛蹄脂碎石混合料-SMAl 2、SMA配合比设计方法l SMA的配合比设计原则：l 一是粗集料颗粒互相嵌挤组成高稳定性的“石-石骨架”结构；二是由细集料、沥青结合料和稳定添加剂组成的沥青玛蹄脂填充“骨架”间隙，并将“骨架”胶结在一起，沥青玛蹄脂应略有富余，以使混合料获得较好的柔韧性和耐久性。l SMA配合比设计包括目标配合比设计和生产配合比设计。2022-10-247.6 沥青玛蹄脂碎石混合料沥青玛蹄脂碎石混合料-SMAl（1）原材料选择及其性能测试l 粗集料为毛体积密度，石屑、砂和矿粉为表观密度l（2）确定SMA的初试级配l 选择3组试配l（3）试验检测l 测试粗集料骨架间隙率VCADRC

43、l 制作马歇尔试件l 试件体积参数的测试l 采用表干法测试SMA马歇尔试件的毛体积密度2022-10-247.6 沥青玛蹄脂碎石混合料沥青玛蹄脂碎石混合料-SMAl 确定SMA的设计级配l 从3组初试级配的试验结果选择满足VCAmixVCADRC和VMA满足设计要求的级配作为设计级配。l 确定SMA的沥青用量l 根据所选择的设计级配和初试油石比的空隙率结果，以0.2%0.4%为间隔，调整3个不同的油石比，再次制作马歇尔试件。测试密度，并计算试件空隙率等各项体积参数2022-10-247.6 沥青玛蹄脂碎石混合料沥青玛蹄脂碎石混合料-SMAl SMA的性能检验l 谢伦堡沥青折漏试验、肯塔堡飞散试

44、验、车辙试验、水稳定性检验2022-10-247.6 沥青玛蹄脂碎石混合料沥青玛蹄脂碎石混合料-SMAl 五、SMA配合比设计示意图l【例题】设计某城市主干路沥青路面上面层用SMA的配合比。l【设计资料】l（1）某城市主干路沥青路面上面层结构设计厚度4.0cm；当地属于夏炎热冬冷区。l（2）结合料：所使用的改性沥青是以基质沥青ESSO AH-70与4%SBS配制而成。为提高沥青与集料的黏附性，掺入沥青质量0.4%抗剥剂，改性沥青密度为1.029g/cm3。2022-10-247.6 沥青玛蹄脂碎石混合料沥青玛蹄脂碎石混合料-SMAl（3）集料：粗集料为两档砂岩机制碎石，表观密度2.766g/c

45、m3；毛体积密度2.72g/cm3，压碎值12%，磨光值4647，洛杉矶磨耗率10%，针片状含量6%，吸水率0.9%；细集料为两档石灰岩机制砂，表观密度2.709g/cm3。填料为磨细石灰石粉，其中0.075mm颗粒的通过量为85%，表观密度2.71g/cm3；纤维为颗粒状木质素纤维，纤维掺量为SMA混合料总质量0.3%。2022-10-247.6 沥青玛蹄脂碎石混合料沥青玛蹄脂碎石混合料-SMAl【设计要求】l（1）确定SMA级配组成和最佳沥青用量。l（2）评价SMA技术性能。l【设计步骤】l 1、确定SMA的初级级配l 根据沥青路面上面层的设计厚度，选择最大公称粒径16mm的SMA-16作

46、为设计级配。以4.75mm通过率为变化点，确定初试级配的三个不同通过率为30%、26%和22%，通过调整各种矿料比例，三组初试级配混合料的合成级配如表7.17。2022-10-24表表7.17 SMA混合料初试级配表混合料初试级配表2022-10-247.6 沥青玛蹄脂碎石混合料沥青玛蹄脂碎石混合料-SMAl 2、测试粗集料骨架间隙率VCADRCl 在3组初试级配的矿质混合料中，4.75mm以上粗集料在捣实状态下粗集料骨架间隙率VCADRC的测试结果见表7.18。l 3、进行马歇尔试验，试件体积参数的测试l 3组初试级配混合料的初试油石比为5.8%，按照初试油石比和矿料级配制作3组马歇尔试件。

47、l 采用表干法测试SMA马歇尔试件的毛体积密度，采用溶剂法测试最大毛体积密度，并计算3组试件的体积结构参数，结果见表7.18。2022-10-24表表7.18 不同粗集料用量时沥青混合料试件的结构参数不同粗集料用量时沥青混合料试件的结构参数2022-10-247.6 沥青玛蹄脂碎石混合料沥青玛蹄脂碎石混合料-SMAl 4、确定SMA的设计级配l 由表7.18可见，级配No.2和级配No.3混合料试件可以满足VCADRC大于大于VCAmix以及以及VMA大于大于16.5%的要求，且同时能满足空隙率、矿料间隙率和的要求，且同时能满足空隙率、矿料间隙率和沥青饱和度等体积参数要求。最后确定沥青饱和度等

48、体积参数要求。最后确定4.75mm通过率较大的通过率较大的No.2级配作为设计级配。级配作为设计级配。l 5、确定、确定SMA的沥青用量的沥青用量l（1）马歇尔试件成型与性能指标测试）马歇尔试件成型与性能指标测试l 根据所选择的设计级配根据所选择的设计级配No.2，分别取油石比为，分别取油石比为5.4%、5.8%和和6.2%，配制，配制3组马歇尔试件，测试组马歇尔试件，测试这这3组试件的结构参数和力学性能指标，见组试件的结构参数和力学性能指标，见表表7.192022-10-24表表7.19 SMA混合料马歇尔试验参数混合料马歇尔试验参数2022-10-247.6 沥青玛蹄脂碎石混合料沥青玛蹄脂

49、碎石混合料-SMAl（2）结果分析l 将表7.19中试验结果，绘制成空隙率VV、沥青饱和度VFA、矿料间隙率VMA等指标与油石比的关系图如图7.9。对该图进行综合分析结果表明，各项指标均满足设计要求的油石比范围5.9%6.1%。分别取油石比5.9%和6.1%进行混合料的性能检验。2022-10-24图图7.9 SMA马歇尔试件结构参数与沥青用量的关系曲线图马歇尔试件结构参数与沥青用量的关系曲线图2022-10-247.6 沥青玛蹄脂碎石混合料沥青玛蹄脂碎石混合料-SMAl 6、SMA 性能检验l SMA混合料的各项性能试验结果见表7.20。对照 技术要求，当油石比为5.9%和6.1%时，SMA

50、混合料的各项性能均满足技术要求。考虑到炎热地区，取规定的空隙率上限，故取油石比5.9%作为设计油石比。2022-10-24表表7.20 SMA混合料目标配合比设计结果混合料目标配合比设计结果2022-10-247.6 沥青玛蹄脂碎石混合料沥青玛蹄脂碎石混合料-SMAl 六、SMA的施工l 1、施工温度l 出料温度控制在160170。l 2、混合料的拌制l 混合料的拌制过程中，关键是纤维的上料，可分为干拌和湿拌两种方式。一种方法是将纤维装在塑料袋内，与集料同时投入拌和锅内，干拌时塑料袋熔化，其本身也是改性剂；另一种方式是将纤维包加入提升斗中，在提升过程中塑料袋熔化。纤维分散的效果湿拌比干拌要好些