1、第 8 章沥青及沥青基材料土 木 工 程 材 料l沥青材料 沥青种类及其制备工艺 沥青组成与胶体结构：混合物，四大组分，三种胶体结构模型 沥青的技术性能：三大指标、老化 沥青的改性：途经、工艺、效果l沥青混合料 混合料的组成与结构：矿料、沥青，自由沥青、结构沥青 矿料的组成与级配：粗骨料、细骨料和矿粉 沥青混合料的性能：指标、强度理论、影响因素 沥青混合料配合比设计：原理、方法 沥青混合料的拌合与施工本章知识结构第8章 沥青及沥青基材料1l 沥青：有机胶凝材料，是组成复杂的高分子碳氢化合物和非金属衍生物的混合物。按其来源或获得方式，可分为地沥青和焦油沥青 l 地沥青：由天然产物或石油精制加工获
2、得 天然沥青：天然状态存在的石油沥青，如湖沥青、岩沥青等 石油沥青：由弥散于石油胶体中的沥青，经各种精制加工而得到的产品 按加工方法，分为直馏沥青、氧化沥青、溶剂脱沥青和调配沥青 按其用途，分为道路石油沥青、建筑石油沥青和普通石油沥青 l 焦油沥青：由各种有机物质（煤、泥炭、木材）干馏加工而成的焦油再加工所得 煤沥青：由生产焦煤或无烟固体燃料中得到的煤焦油，再加工所得 8.1 概 述8.1.1 沥青材料的种类2l 基本组成： 沥青是一种混合物，含有多种复杂的、分子量不等的碳氢化合物及其氧、硫、氮等非金属元素的有机衍生物 将这些有机化合物化分为沥青质、胶质、饱和分和芳香分 优质沥青的组成约为：沥
3、青质615，胶质1939，饱和分1331，芳香分3260。 l 特 性 呈黑色或黑褐色，常温可为固态、半固态或液态，密度略大于1g/cm3 热塑性材料，温度敏感性强，随温度呈现非牛顿流体、黏塑性或黏弹性的力学行为 ； 憎水性材料，耐水、不溶于水； 良好的粘结性和粘附性； 较强的耐腐蚀性，能抵抗酸、碱、盐等化学侵蚀 8.1 概 述8.1.2 沥青的基本组成与特性38.2 石油沥青石油沥青 石油原油经蒸馏等提炼各种轻油(如汽油、柴油等)及润滑油后的残留物，或再经过加工而得的产品l 直接蒸馏法 直接蒸馏石油，将不同沸点的馏分取出后，在常压塔底获得的残渣 l 氧化法 低标号的沥青或渣油在240290C
4、的高温下吹入空气，使其软化点提高，针入度降低，沥青稠度增大，由此制得的沥青 l 溶剂法 用溶剂法处理石蜡基原油，选择性地溶解其中一个或几个组分，由此所得的沥青再加以稠化与氧化l 调配法 用两种或两种以上不同技术性质的沥青，按选定的比例调配后，得到符合技术性能指标要求的沥青产品 8.2.1 石油沥青的生产加工4Refinery OperationFIELD STORAGEPUMPINGSTATIONLIGHT DISTILLATEHEAVY DISTILLATEPROCESSUNITASPHALTCEMENTSFOR PROCESSING INTOEMULSIFIED ANDCUTBACK AS
5、PHALTSSTILLAIRAIRBLOWNASPHALTSTORAGETOWERDISTILLATIONREFINERYRESIDUUMORGASPETROLEUMSAND AND WATERCONDENSERS ANDCOOLERSTUBEHEATERMEDIUM DISTILLATE砂与水石 油天然气泵站过滤储存储存蒸馏塔冷凝器残 渣轻油中轻油 重 油沥青空 气氧化沥青加工成乳化沥青石油蒸馏过程8.2.1 石油沥青的生产加工5沥青生产流程示意图 8.2.1 石油沥青的生产加工原 油常 压蒸 馏石油气煤 油航空煤油民用煤油挥发油汽 油化学制品粗煤油航空煤油民用煤油减 压蒸 馏润滑油制造蒸馏
6、裂解汽 油化学制品减压渣油沥青原料燃料油8.2.1 石油沥青的生产加工68.2.1 石油沥青的生产加工丙烷脱沥青工艺流程7l 元素组成：C、H、O、S、N、Ni、Ca、Mg、V、Fe等 碳含量为8087 氢含量为1015 其他杂原子的总量约占5，其中氧、硫和氮占其10左右l 化合物组成：主要有碳氢化合物、含氧化合物、含硫化合物、含镍化合物和含硫、氧化合物等 H/C摩尔比为1.5左右的烃化合物超过90wt.% ，包括芳香烃与脂肪烃 硫是极性原子，主要是硫化物、硫醇和很少量的硫氧化物 氧原子一般形成酮、酚和少量的羧酸化合物 氮主要是吡啶、吡咯和喹咯 金属原子以金属络合物存在 8.2.2 石油沥青的
7、组分和结构沥青的化学组成18多环芳香基 吡咯基酚 基2-喹咯基硫 基硫氧基酸酐基羧 基酮 基天然存在的基团氧化与老化过程形成的基团吡啶基沥青中存在的有机官能基团 8.2.2 石油沥青的组分和结构9 两种典型沥青的平均分子结构 8.2.2 石油沥青的组分和结构10l 沥青是高分子化合物的混合物，通常依据分子大小和极性、芳香族或非芳香族溶剂中的溶解度， 将它们划分为不同的化合物族组分l 沥青组分与分析方法有关，国内外提出过不同的方法，常见的有SARA组分法和IEC组分法 8.2.2 石油沥青的组分和结构沥青的组分2沥 青沥青质沥青质不溶于n-庚烷饱和分饱和分用n-庚烷洗芳香分芳香分用甲苯洗胶质胶质
8、用吡啶洗软沥青质软沥青质可溶于n-庚烷11l 沥青质 固态无定性物质， 20时的密度为1.15 ，数均分子量约为8003500 g/mol，主要含复杂的缩合芳香环化合物，最可几结构对应着410个缩合环，是沥青质分子结构的基本特征 l 沥青中沥青质含量为520，它们决定沥青的温度敏感性和粘性，其含量越高，沥青软化点越高，粘性越大，越硬脆。8.2.2 石油沥青的组分和结构沥青的组分212l 胶质 （胶质分） 粘稠状液体（半固体），密度为1.01.1，平均分子量为6001000，能溶于有机溶剂（苯、汽油）。在沥青中的含量较大，一般为3045%，它们赋予沥青以良好的粘结性、塑性和可流动性l 芳香分 室
9、温下是黄红色粘稠液体，主要是非极性的环烷芳香化合物，其碳骨架是带有轻度缩合并略带脂肪族的芳香环，数均分子量为800 g/mol，20 时的密度略小于1，占沥青总量的3045 wt.% l 饱和分（芳香油和饱和油）室温下为无色或淡色的油状液体 ，密度约为0.9，加热可以挥发，能溶于有机溶剂，它们赋予沥青以流动性。其数均分子量为600，主要是直链或支链的脂肪烃和烷基取代的环烷烃，约占总量的015 wt.%。8.2.2 石油沥青的组分和结构沥青的组分213l 组分的相溶特性 饱和分与胶质相溶； 胶质能浸润地沥青质； 地沥青质对饱和分有憎液性。 l 胶体结构 以地沥青质为核心构成胶核； 胶核周围形成胶
10、质薄膜，薄膜外吸附一层饱和分构成胶团； 无数胶团分散在饱和分中而形成胶体结构。 l 分散体结构 分散相是吸附部分胶质的地沥青质； 分散介质是溶有部分胶质的饱和分。8.2.2 石油沥青的组分和结构沥青的胶体结构314饱和分芳香分胶质沥青质8.2.2 石油沥青的组分和结构沥青胶体结构模型 115饱和分胶 质沥青质芳香分沥青分子水平的结构模型 28.2.2 石油沥青的组分和结构16l 溶胶结构 （PI2） 饱和分较多，胶团较少，温度稳定性差； 胶团相对运动自由，流动性和塑性较好。l 溶凝胶结构 （2PI2 ） 介于溶胶结构与凝胶结构之间。l 凝胶结构 （PI2时 ） 饱和分与胶质较少，地沥青质较多，
11、温度稳定性好； 胶团相互连接成不规则空间网状的凝胶结构，弹性和粘性较高，流动性和塑性较低。8.2.2 石油沥青的组分和结构沥青的胶体结构3178.2.2 石油沥青的组分和结构溶胶结构溶凝胶结构凝胶结构沥青的三种胶体结构示意图188.2.2 石油沥青的组分和结构沥青的DSC曲线和相微观形貌的关系 19l 石油沥青是一种粘塑性材料，其性能特点是： 塑性变形较大 温度敏感性强 在自然环境下易老化l 技术性质主要有： 粘性（粘滞性） 塑性（延性） 温度敏感性 感温性 大气稳定性8.2.3 石油沥青的技术性质20l 概 念：沥青的黏性是指沥青在外力或自重的作用下，沥青粒子产生相对位移时抵抗变形的能力 。
12、l 评价指标：相对粘度和针入度。相对粘度越大或针入度越小，粘性越大。l 测定方法：标准粘度计和针入度仪法l 影响因素： 组成： 地沥青质含量较高，饱和分含量较小但有时量胶质，则粘性大； 温度： 在一定温度范围内，粘性随温度升高而降低，反之则随之增大。 黏 性18.2.3 石油沥青的技术性质21针入度试验规定的荷载、时间和温度下进行P针入度开始时5秒后8.2.3 石油沥青的技术性质122针入度仪8.2.3 石油沥青的技术性质23标准黏度计法8.2.3 石油沥青的技术性质2测量在标准温度下，50 ml液体沥青通过规定直径的小孔所用的时间（以s为单位），即为黏度 24l 概 念：塑性指石油沥青在外力
13、作用时产生变形而不破坏，除去外力后，则仍保持变形后的形状的性质。也反映了沥青的自愈合性能l 评价指标：延度（拉断时延伸长度），延度越大，塑性越好l 测定方法 把沥青试样制成8字型标准试模（中间最小截面积1cm2），在规定拉伸速度（5cm/min）和规定温度（25C）下拉断时的长度，即为延度，用cm为单位表示l 影响因素 胶质含量较多，其他组分含量适当时，则塑性较大 温度升高，塑性增大；沥青膜层厚度越厚，则塑性愈大塑 性28.2.3 石油沥青的技术性质25延度沥青延度试验8.2.3 石油沥青的技术性质26Ductility模 具厘米刻度延度仪在25下，以5cm/min的速度测量沥青样品8.2.3
14、 石油沥青的技术性质27l 概 念 指石油沥青的粘性和塑性随温度升降而改变的程度l 评价指标 软化点，它是沥青材料由固态转变为粘流态时的温度l 测定方法 环球法l 影响因素 地沥青质含量高，软化点高，温度敏感性减小 沥青中蜡含量高，增大其温度敏感性 加入矿物粉末填料（滑石粉、石灰石粉等）可减小其温度敏感性。8.2.3 石油沥青的技术性质温度稳定性328沥青软化点测量开始时终止时钢球8.2.3 石油沥青的技术性质29l 概 念 沥青的温度敏感性指沥青的针入度随温度的变化而变化的程度l 评价指标：针入度指数、针入度黏度指数PVN，黏温指数VTS及沥青等级指数CI等 PI 040的针入度 VTS 6
15、0135的黏度变化 PVN 25的针入度和60或135的黏度 8.2.3 石油沥青的技术性质温度敏感性430Temperature25C (77F)Penetration, 0.1 mmHighMediumLow8.2.3 石油沥青的技术性质31l 概 念 指石油沥青在热、光、氧和潮湿等因素长期作用下，抵抗老化使性能稳定的程度l 老化现象 大气环境因素作用下的变化 沥青各组分发生递变，饱和分和胶质含量逐渐减小，而地沥青质含量逐渐增多，流动性和塑性降低，硬脆性增大的过程l 评价指标 蒸发后的质量损失或蒸发后的针入度比，蒸发损失愈小或蒸发后针入度比愈大，则大气稳定性愈好，“老化”愈慢l 测定方法
16、测量在160C下蒸发5小时后，沥青的针入度与蒸发前针入度比值的百分数，即为蒸发后针入度比l 影响因素 石油沥青中饱和分含量高，则大气稳定性差 8.2.3 石油沥青的技术性质大气稳定性532 沥青质 树脂分 芳香分 饱和分老化引起的沥青组分的变化8.2.3 石油沥青的技术性质33Thin Film OvenOutside of OvenRotating ShelfPanThermometer烘箱外观针入度比老化后沥青的针入度老化前沥青的针入度沥青蒸发试验8.2.3 石油沥青的技术性质34l 溶解度 石油沥青在三氯乙烯、四氯化碳或笨中溶解的百分率，以表示沥青中有效物质含量，即纯净程度。不溶解的物质
17、会降低沥青的性能，应加以限制l 闪点 加热沥青至初次闪火（有蓝色闪光）时的沥青温度l 燃点或着火点 加热沥青，并与火接触能持续燃烧5秒以上时的温度8.2.3 石油沥青的技术性质其他性能635Solubility (Purity)溶解度试验（纯度）8.2.3 石油沥青的技术性质136闪点 试 验（安全性）Flash Point (Safety)ThermometerCup filled with asphaltWand attached to gas line温度计装满沥青的杯子点火的燃气嘴8.2.3 石油沥青的技术性质237l 土木工程中使用的石油沥青主要是建筑沥青和道路沥青l 根据其针入度、
18、延度和软化点等，划分建筑沥青或道路沥青的牌号，并用针入度值表示l 同种沥青中，牌号愈大，针入度愈大（黏性愈小）、延度愈大（塑性愈大）、软化点愈低（温度稳定性愈差） 8.2.4 石油沥青的技术标准及选用技术标准138l 选用原则：根据工程性质与要求、适用部位、环境条件等因素选用，在满足适用条件的前提下，应选用牌号较大的石油沥青，以保证使用寿命l 道路沥青 拌制沥青混凝土、沥青拌和料或沥青砂浆 密封材料、粘结剂以及沥青涂料l 建筑石油沥青 制造油纸，油毡、防水涂料和沥青胶，绝大部分用于屋面、地下防水、沟槽防水防腐蚀及管道防腐等工程l 普通石油沥青 在建筑上不宜直接使用，可以采用吹气氧化法改善其性能
19、沥青的选用28.2.4 石油沥青的技术标准及选用39如某一牌号的沥青不能满足工程技术的要求，可以用不同牌号的沥青掺配，实验证明同产源的沥青掺配后可得均匀的沥青，两种沥青得掺配比例可以按下式估算： 式中：P1、P2分别为两种沥青的用量（） T1、T2分别为两种沥青的软化点。8.2.4 石油沥青的技术标准及选用沥青的选用3%1002121TTTTP12100 PP40重交通道路石油沥青技术标准 试验项目试验项目 AH-130 AH-110 AH-90 AH-70 AH-50 针入度(25, 100g,5s)/0.1 mm 120-140 100-12080-10060-8040-60延度(15,
20、5cm/min) /cm 10010010010080软化点(环球法) 40 - 5041-51 42-52 44-54 45-55 闪点 (COC)/ 230薄膜烘箱加热试验163,5h 质量损失 % 1.31.21.00.80.6针入度比 % 4548505558延度25/cm 75757550408.2.4 石油沥青的技术标准及选用41中、轻交通道路石油沥青技术标准中、轻交通道路石油沥青技术标准 试验项目试验项目 AH-200 AH-180 AH-140 AH-100 甲甲 AH-60 甲甲 针入度针入度(25,100g,5s)/0.1mm 201-300 161-200 121-160
21、 91-120 51-80 延度延度(15,5cm/min)/cm100 10090 70 软化点软化点(环球法环球法)30-45 35-45 38-48 42-52 45-55 闪点闪点(COC)/ 180200 230230 230蒸发质量损失蒸发质量损失% 1蒸发后针入度比蒸发后针入度比% 5060 606570溶解度，溶解度，% 998.2.4 石油沥青的技术标准及选用42l 煤沥青 将煤焦油进行蒸馏，蒸去水分和所有的轻油及部分中油、重油和蒽油后所得残渣l 化学成分: 未饱和芳香烃及非金属衍生物的复杂混合物l 与石油沥青相比，有如下特点： 温度敏感性大，夏天易流淌，冬天易硬脆； 大气稳
22、定性较差，可挥发分较多； 塑性较差，容易因变形而开裂； 防腐能力较好，可用作木材防腐处理； 含表面活性物质较多，与矿物表面粘附性较好。 密度较大，1.101.26kg/m3。 8.3 煤沥青43 为什么沥青需要改性？ 答：土木工程中使用的沥青要求：l 在低温下应有弹性和塑性；l 在高温下要有足够的强度和稳定性；l 在加工和使用中具有抗老化能力；l 与矿物和结构表面有较强的粘附力；l 对构件变形的适应性和耐疲劳性。 由于沥青材料本身难以满足这些性能要求，所以，需用其他材料改性8.4 沥青的改性问题？44半氧化沥青、泡沫沥青等改性沥青及混合料技术沥青工艺掺加天然沥青（湖沥青、岩石沥青、海底沥青）物
23、理改性调和沥青矿物填料：碳黑、硫磺、石棉、木质素纤维等，玻璃纤维格栅、塑料格栅、土工布等，废橡胶粉抗老化剂：受阻酚、受阻胺等改善力学性能高温稳定性耐疲劳性低温抗裂性改善耐老化性橡胶类：SBR、CR、EPDM热塑性橡胶类：SBS热塑性树脂类：PE、EVA掺加改性剂改善粘附性抗剥离剂：金属皂（有机锰等）、有机胺、消石灰等聚合物8.4.1 改性沥青的基本知识45l 高分子材料 热塑弹性体： SBS、SIS 橡胶：再生橡胶、 SBR、天然橡胶乳液 塑性体： EVA、APPl 矿物材料：滑石粉、石灰石粉、膨润土、石棉绒、水泥等l 其他材料 脂肪胺：改善沥青的湿润性，增加在湿基面上的粘结力 有机烃：有机溶
24、剂，改变沥青的粘度 酸性化合物：多聚磷酸8.4.1 改性沥青的基本知识沥青改性材料146l 橡胶改性沥青 可提高沥青的低温变形能力，改善沥青的感温性和黏弹性 l SBS改性沥青 可显著改善了沥青的温度稳定性、形变模量、低温弹性和塑性变形能力等，使之具有良好的耐高温性、优异的低温柔性和耐疲劳性l 树脂改性沥青，可以提高沥青的耐寒性、耐热性、黏附性和不透水性l 矿物材料改性沥青 可提高沥青的黏结力、耐热性和温度稳定性，扩大沥青的使用温度范围 8.4.1 改性沥青的基本知识改性效果247 通过改性后，可使沥青的下列使用性能得到改善： l 抗疲劳裂缝 Fatigue cracking resistan
25、cel 抗热裂缝 Thermal cracking resistancel 抗变形能力 Deformation resistancel 热敏感性 Temperature susceptibilityl 粘结性 Impact resistance adhesion - explainl 高温粘度 Viscosity at high temperaturel 延度 Ductilityl 脆性断裂 Brittle fracturel 耐久性（抗老化）Durability8.4.1 改性沥青的基本知识改性效果248SBS对沥青常规性能的改善项 目SBS的质量百分数（）01357针入度(25C、100g
26、、5s)/0.1mm6056514538软化点 /C47.549.051.558.082.5延度 （5C） /cm11.020.534.542.039.0弹性回复率（25C） /2040557585储存稳定性 /00.53.017.08.4.1 改性沥青的基本知识49l 高分子材料改性机理 聚合物基本以大分子链形式分散在石油沥青中，改变了沥青中分散介质的组成，增加了胶质含量 随着高分子材料掺入量增加，大分子链逐步形成弹性结构网，改变了沥青的胶体结构 吸附沥青中的分子量较低的饱和分，并改变了分散相的结构l 矿料改性机理 由于沥青对矿物填充料的润湿和吸附作用，沥青分子可能成单分子装排列在矿物颗粒（
27、或纤维）表面，形成结合力牢固的沥青薄膜，因而又称为“结构沥青”8.4.1 改性沥青的基本知识改性机理3201m50沥青PS链段PB链段8.4.1 改性沥青的基本知识SBS改性沥青518.4.2 改性沥青的制备方法改改性性沥沥青青工厂制作的改性沥青成品：SBS、EVA等预预混混法法母体法：先加工成聚合物高剂量母体再在现场调稀使用直接投入法：SBR胶乳、纤维、磨细橡胶粉（干法）等胶体磨和高速剪切法：适用于SBS、SIS 、PE、EVA、APP改性沥青机械搅拌法：EVA、APAO及橡胶粉（湿法）、SBR胶乳（脱水均混）、有机锰等抗剥离剂、与天然沥青混合52l 弹性恢复l 离析试验 163C烘箱中保持
28、48h后，改性沥青软化点的变化评价改性效果 l 黏韧性试验 规定温度下高速拉伸时与金属半球的黏韧性及韧性，用以评价掺加改性剂后的改性效果l 低温柔韧性 以5cm/ min的拉伸速度，测试改性沥青在5时的低温延度l 抗老化性 薄膜加热试验前后的残留针入度比 8.4.3 改性沥青的技术性质%100EXE弹性回复率53软化点改性沥青的软化点随老化温度的变化8.4.3 改性沥青的技术性质54l 为什么高分子材料能改善沥青的高温稳定性？ 答：高分子材料线性或支化大分子链网络的建立，增加了胶质含量，减少了饱和分含量，从而，提高了沥青的软化点l 为什么高分子材料能改善沥青的低温柔性？ 答：用于沥青改性的高分
29、子材料的玻璃化温度较低，大分子链网络的建立，降低了沥青的玻璃化温度，提高了低温变形性能l 为什么高分子材料能提高沥青的回弹性？ 答：沥青中高分子材料大分子链网络的建立，增加了沥青的弹性，降低了塑性，从而，提高了回弹率。8.4 沥青的改性问 题？558.5 沥青混合料56l 概 述：组成、特性、分类l 矿料的组成设计：不同于水泥混凝土中的骨料l 热拌沥青混合料：不同于商品混凝土l 其他沥青混合料：玛蹄脂、冷拌沥青混合料知 识 点8.5.1 概 述l 沥青混合料：将粗骨料、细骨料和填料经合理级配后组成的矿质混合料(简称矿料)与适量的沥青材料经拌和而成的均匀混合料 沥青混合料（压实后剩余空隙率10%
30、） 沥青碎石（压实后剩余空隙10%）l 沥青混合料的特性 黏弹性材料，具有一定的高温稳定性和低温抗裂性 路面平整且有一定的粗糙度，具有良好的抗滑性 施工方便，速度快，不需要较长的养护期，能及时开放交通 路面维修便捷，并可再生利用，节约资源 路面表层因老化而松散，高温时因软化而产生车辙、波浪等沥青混合料1578.5.1 引 言l 按胶结材料品种：石油沥青混合料和煤沥青混合料l 按施工温度：热拌热铺、热拌冷铺和冷拌冷铺l 按矿料最大粒径：特粗、粗粒、中粒、细粒和砂粒 粗粒式：4.7537.5mm 中粒式：4.7526.5mm 细粒式：4.759.5mm 砂粒式：4.75mml 按矿料级配类型：连续
31、级配和间断级配l 按其密实度 ：密级配、半开级配和开级配 密实（）型：剩余孔隙率36 密实（）型：剩余孔隙率410 开级配型：剩余孔隙率15 半开级配型：剩余孔隙率 1015沥青混合料的分类258l 沥青混合料有两种组成材料：沥青和矿料l 矿料是沥青混合料中的主要物相。l 矿料含有：粗骨料、细骨料和矿粉l 矿料的基本要求： 不同粒径的各级矿质骨料按一定比例搭配，使矿料堆积体有最小空隙率 各级矿质骨料在进行比例搭配时，应使各级骨料排列紧密，形成一个多级空间骨架结构，且具有最大摩擦力8.5.2 矿料的组成设计598.5.2 矿料的组成设计矿料的级配曲线1连续级配曲线和间断级配曲线60l 最大密实度
32、曲线理论：该理论有以下2个计算公式 最大密度曲线公式： 最大密度曲线n次幂公式：在实际应用时，可取n分别为0.3和0.7l 粒子干涉理论：矿料堆积体达到最大密实度时，前一级颗粒之间隙，应由次一级颗粒填充；其所余空隙又由再次小颗粒所填充，但填隙的颗粒粒径不得大于其间隙之距离：8.5.2 矿料的组成设计级配理论25 . 0100DdpiiniiDdp100Dts13/10301Dds61l 试算法 现有A、B、C三种骨料，确定这三种骨料在混合料M中的配合比例（即配合比），先作下列两点假设： X十Y十Z100 aA(1)X十aB（i）X十aC（i）Z = aM（i） 矿料M中某一级粒径（i）主要由A
33、骨料提供（即A料占优势），而忽略i粒径颗粒在B、C骨料中的含，则： B骨料在矿料M中的用量比例为： Y100（X+Z） 对上述计算结果进行校核，如不在要求的级配范围内，应调整配合比，重新计算和复核8.5.2 矿料的组成设计矿料配合比例的确定3100)()(iAiMaaX100)()(jCjMaaZ62l 图解法 根据查表确定的矿料级配范围，并以级配范围的各中间值的连线作为标准级配曲线 把所使用的各种骨料分别做筛分试验，求出其各自的级配参数 绘一个矩形方框，连对角线00（如图810a）作为合成级配的中间值，纵坐标标出通过百分率（0100） 将各骨料的筛分曲线绘在图中，根据各相邻曲线的相互关系，确
34、定其各自的配合比例 根据各骨料的配合比例，计算矿料的合成级配，并与规定的级配范围对照，当不相符时应适当调整，直至使合成级配均在规范规定的级配范围之内8.5.2 矿料的组成设计矿料配合比例的确定3638.5.2 矿料的组成设计64例题一8.5.2 矿料的组成设计658.5.3 热拌沥青混合料l 热拌沥青混合料 是经人工组配的矿料和黏稠沥青在专门设备中加热拌和而成的热塑性混合物l 沥青混合料组成：矿料、沥青 在高温下，沥青在固体颗粒间起润滑作用，从而赋予沥青混合料高温黏流性；在常温下沥青为黏弹性固态，起到胶结作用 矿料是分散相，主要起骨架和填充作用，改善混合料的体积安定性，减少沥青胶结材料用量l
35、根据矿料颗粒堆积结构的密实性，其组成结构可分为l 悬浮密实结构：矿料颗粒连续分布，大颗粒悬浮在较小颗粒中l 骨架空隙结构 ：较粗骨料紧密相接，较细颗粒数量较少，堆积空隙较大l 骨架密实结构 由间断级配的矿料与沥青组成的沥青混合料组成结构166 沥青与矿质材料（砂、石）构成具有空间网络结构的分散体系： 沥青为分散介质；矿料颗粒是分散相。沥青包裹在矿料固体颗粒表面沥青混合料的典型组成结构8.5.3 热拌沥青混合料67l 悬浮密实结构 结构特征：由连续级配矿质料配制的密实沥青混合料，结构上，大颗粒骨料悬浮在小颗粒骨料之中。 性能特点：密实度和强度较高，稳定性较差。l 骨架空隙结构 结构特征：较细骨料
36、少，较粗骨料彼此相互接触连接。 性能特点：稳定性较好，粘聚力较差。l 骨架密实结构 结构特征：粗骨料相互接触，其堆积空隙完全被较细颗粒填充密实 性能特点：较高的粘聚力和稳定性，较高的内摩擦角8.5.3 热拌沥青混合料组成结构168l 沥青混合料的高温强度和稳定性l 沥青混合料路面结构使用中的破坏形式主要有： 高温时因抗剪强度不足或塑性变形过大而产生的推挤、车撤 低温时因抗拉强度不足或变形能力较差而开裂l 工程应用要求：在高温时，沥青混合料必须具有一定的的抗剪强度与抵抗变形的能力。l 研究表明：抗剪强度（)主要取决于沥青与矿料的粘结力（c）和矿料骨架作用的内摩阻角（）：8.5.3 热拌沥青混合料
37、强度理论2tgc69l 沥青粘度的影响 沥青粘度越大，沥青内部胶团相互作用力越大，抵抗剪切作用下的变形能力越大 沥青粘度越大，沥青混合料的粘结力越大 沥青混合料的粘聚力越大，其抗剪强度越高l 沥青和矿料的化学性质的影响 沥青和矿料在界面上存在化学作用和吸附作用。 界面相互作用产生了“结构沥青”和“自由沥青” 结构沥青：矿料颗粒表面厚度为0 的层，粘度由外向里递增，抗剪强度由外向里递增。 自由沥青：矿料颗粒表面0 厚度外，粘结力较小。 结构沥青的厚度取决于沥青和矿料的化学性质。8.5.3 热拌沥青混合料抗剪强度的影响因素3708.5.3 热拌沥青混合料抗剪强度的影响因素3沥青与矿料相互作用的结构
38、图71l 物理性质对抗剪强度的影响 矿料的比表面积越大，颗粒表面的沥青膜越薄，结构沥青的比例越大，沥青混合料的粘结力越高 连续型级配，粘结力较高，内摩阻力较小 粗骨料多，细骨料少的级配，粘结力较低，内摩阻力较大 间断级配，内摩阻力和粘结力均较高，抗剪强度较大 多面体形状，表面粗糙的骨料比圆形光滑的骨料更有利于抗剪强度的提高8.5.3 热拌沥青混合料抗剪强度的影响因素372l 沥青用量对抗剪强度的影响 沥青用量较少时，粘结力随着沥青用量的增加而提高； 沥青用量足以饱满地包裹骨料表面，形成薄膜丙粘结骨料时最优沥青用量，抗剪强度最高； 沥青用量大于最优沥青用量时，粘结力随着自由沥青用量的增加而降低。
39、8.5.3 热拌沥青混合料抗剪强度的影响因素373l 沥青与矿料化学性质 矿料对沥青组分分子的吸附作用越强，沥青混合料的抗剪强度越高。l 沥青的粘滞性 沥青的粘滞性越大，则沥青与矿料的粘结力就越大，沥青混合料的抗剪强度越高。l 矿料的物理性质 矿料的表面积越大，沥青与矿料的粘结力越高，抗剪强度提高；粗细骨料的间断级配，可提高抗剪强度提高；矿料表面粗糙越大，内摩阻力越大，其抗剪强度提高。l 沥青用量 沥青混合料都有一个最佳沥青用量。 Summary8.5.3 热拌沥青混合料74l 粗骨料 粗骨料包括碎石、破碎砾石、筛选砾石、矿渣等，其粒径规格应按表812的规定生产和选用，并应洁净、干燥、无风化、
40、不含杂质。在力学性质方面，压碎值和洛杉矶磨耗率等应符合表813的要求l 细骨料 热拌沥青混合料用细骨料宜采用优质的天然砂或人工砂，也可使用石屑l 抗剥离措施 用干燥的生石灰或消石灰粉、水泥作为填料的一部分 在沥青中掺加剥离剂 将粗骨料用石灰浆处理后使用8.5.3 热拌沥青混合料组成材料及其技术要求475l 填 料 宜采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石（憎水性石料）经磨细得到的矿粉，泥土含量应小于3%，并不得有其他杂质。干燥、洁净，其质量应符合表818的技术要求。当采用水泥、石灰、粉煤灰作填料时，其用量不宜超过矿料总量的2%l 沥 青 一般根据气候条件、交通性质、沥青混合料的类型和施工条件等因素，
41、选择具有所需技术性质的沥青胶结料 较热的地区，较繁重的交通段，细粒式或砂粒式混合料，则应采用黏度较高的沥青；反之，则采用黏度较低的沥青8.5.3 热拌沥青混合料组成材料及其技术要求476l 高温稳定性 定义：在夏季高温下，经受长期交通荷载作用，不产生车辙和波浪等破坏现象的性质 评价指标 马歇尔稳定度和流值。该值越大，稳定性越好l 耐久性 耐水性取决于沥青材料与矿料表面的粘结力。 评价耐水性的指标是残留稳定度（浸水48小时与未浸水的马歇尔稳定度比值）l 其它性能 施工和易性 低温抗裂性 抗滑性8.5.3 热拌沥青混合料沥青混合料的技术要求5778.5.3 热拌沥青混合料沥青混合料的技术要求5l
42、马歇尔稳定度和流值试验 沥青混合料圆柱体试件（直径101.6mm，高63.5mm） 试件处理：60（煤沥青37.8）水中浸泡3040min测量试件破坏的极限荷载（N）马歇尔稳定度测量极限荷载与其对应的压缩变形值(1/10)mm流值。78马歇尔稳定度和流值试验8.5.3 热拌沥青混合料79影响沥青混合料耐久性的主要因素l 孔隙率 一定量的空隙率是必要的； 空隙率太大对力学性能和耐久性不利。l 填隙率 沥青用量过少，塑性降低，空隙率增大，耐水性下降； 沥青用量过多，降低高温稳定性和抗滑能力。8.5.3 热拌沥青混合料80沥青混凝土混合料技术指标 交通性质大于5000辆/日 沥青混凝土类型 粗粒式
43、中粒式 细或砂砾式 技术性质 稳定度 Sm（N）450050006000流值f（1/100cm） 2040 空隙率 Vv ( % ) 型 36 型 610 残留稳定度 Sm(0) ，（%） 型 75 型 70 8.5.3 热拌沥青混合料81沥青混凝土混合料技术指标 交通性质5000辆/日以下 沥青混凝土类型 粗粒式 中粒式 细或砂砾式 技术性质 稳定度 Sm（N）400045005000流值f（1/100cm） 2045 空隙率 Vv ( % ) 型 36 型 610 残留稳定度 Sm(0) ，（%） 型 75 型 70 8.5.3 热拌沥青混合料82沥青混凝土混合料技术指标 交通性质5000
44、辆/日以下 沥青混凝土类型 粗粒式 中粒式 细或砂砾式 技术性质 稳定度 Sm（N）400045005000流值f（1/100cm） 2045 空隙率 Vv ( % ) 型 36 型 610 残留稳定度 Sm(0) ，（%） 型 75 型 70 8.5.3 热拌沥青混合料83沥青混凝土混合料技术指标 交通性质 人行道、自行车道或人行广场 沥青混凝土类型 75 型8.5.3 热拌沥青混合料84l 沥青混合料配合比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等三个阶段l 要求 足够的沥青用量保证耐久性 在交通荷载下足够的稳定性 足够的空隙 上限：避免环境破坏 下限能容纳由于交通荷载
45、引起的初始密实 足够的和易性8.5.3 热拌沥青混合料沥青混合料组成设计方法685l 矿质混合料组成设计 设计目标：是选配一个具有足够密实度，并且有较高内摩阻力的矿质混合料 设计步骤： 确定沥青混合料的类型；道路等级、路面类型、结构层次、路面结构等（查表819）。 查表811，确定矿质混合料的级配范围 矿质混合料配合比计算 组成材料原始数据测定； 图解法或电算法计算配合比； 调整配合比。 试验室配合比设计8.5.3 热拌沥青混合料86l 确定沥青混合料的最佳沥青用量 制备试样：选5个或5个以上不同的沥青用量进行试配，分别拌制沥青混合料，成型马歇尔试件 测定物理指标 视密度：采用水中称量法 理论
46、密实度：按公式（815）和（816）计算 空隙率：按公式（817）计算 沥青体积百分数：按公式（818）计算 矿料间隙率：按公式（819）计算 沥青饱和度：按公式（820）计算试验室配合比设计8.5.3 热拌沥青混合料87l 确定沥青混合料的最佳沥青用量 测定力学指标 马歇尔稳定度 流值 马歇尔试验结果分析 绘制沥青用量与物理力学指标关系图 根据稳定度、密度和空隙率确定最佳沥青用量初始值1 根据符合各项技术指标的沥青用量范围确定最佳沥青用量初始值2 根据两个初始值，确定沥青最佳用量 根据气候条件和交通特征，调整最佳沥青用量 水稳定性试验 残留稳定度试验 抗车撤能力试验试验室配合比设计8.5.3
47、 热拌沥青混合料88混合料性能与沥青用量的关系最佳沥青用量等于三者的平均值最佳沥青用量等于三者的平均值空隙率空隙率, %沥青用量, %稳定性稳定性单位质量单位质量4%沥青用量, %沥青用量, %8.5.3 热拌沥青混合料89孔隙率与沥青用量的关系最佳沥青用量最佳沥青用量 =空隙率为空隙率为4时的沥青用量时的沥青用量4%空隙率空隙率, %沥青用量, %8.5.3 热拌沥青混合料90沥青混合料稳定度与沥青用量的关系检验稳定度，取稳定性最好的沥青用量检验稳定度，取稳定性最好的沥青用量OK稳定性稳定性沥青用量, %8.5.3 热拌沥青混合料91马歇尔设计的临界值指标用最优沥青用量检测这些临界值是否满足
48、用最优沥青用量检测这些临界值是否满足流值流值下限下限上限上限OK沥青用量, %VMA, %最小值最小值OK沥青用量, %8.5.3 热拌沥青混合料928.5.3 热拌沥青混合料938.5.3 热拌沥青混合料948.5.4 其他沥青混合料l 沥青马蹄脂混合料（SMA）：由沥青、矿粉纤维和少量细骨料混合形成沥青马蹄脂，使沥青马蹄脂填充间断级配的粗骨料碎石骨架的间隙形成的混合料沥青马蹄脂混合料1958.5.4 其他沥青混合料l 沥青马蹄脂混合料（SMA）的特性 水稳定性好 SMA混合料的空隙率很小，几乎不透水，混合料受水的影响很小，马蹄脂与骨料的黏结力好，混合料的水稳定性有较大改善，并对下面的沥青层
49、和基层有较强的保护和隔水作用，使路面能保持较高的整体强度和稳定性 抗滑性高 采用坚硬的、粗糙的、耐磨的优质石料，且是间断级配，粗骨料含量高，因此，路面压实后表面形成大的孔隙，构造深度一般超过1mm 耐疲劳性能大大优于密级配沥青混凝土，具有较好的耐久性。 SMA结构能全面提高沥青混合料和沥青路面的使用性能，减少维修养护费用，延长使用寿命沥青马蹄脂混合料1968.5.4 其他沥青混合料l 冷拌沥青混合料（常温沥青混合料）：指矿料与乳化沥青或稀释沥青在常温状态下拌和、铺筑的沥青混合料l 组成材料：一般采用乳化沥青l 技术性质： 在道路铺筑前，常温条件下保持疏松，易于施工，不易结团。 不能在道路修筑时
50、达到完全固结压实的程度，而是开放交通后在车辆的作用下逐渐使路面固结起来，达到要求的密实度l 应用： 适用于三级及三级以下的公路的沥青面层、二级公路的罩面层，以及各级公路沥青路面的基层、联结层或平整层。冷拌改性沥青混合料可用于沥青路面的坑槽冷补冷拌沥青混合料297l 概 念：将沥青微粒在加热搅拌的条件下，分散在有乳化剂的水中而成的乳胶体l 种类：根据所用乳化剂不同有： 阴离子型：用阴离子乳化皂液制备 阳离子型：用阳离子乳化皂液制备l 制作方法 加热后直接乳化 用溶剂溶解后乳化l 用途 可涂刷或喷涂在表面上作为防潮或防水层 用于拌制冷用沥青混合料 沥青路面微表处维修和稀浆封层8.5.4 其他沥青混
