1、建筑材料教案 第九章 沥青及沥青混合料v人类很早以前就知道利用天然的沥青作为水工建筑物的胶结材料。大约在5000多年以前，人类开始将沥青用于水利工程和结构物的防水材料。在尼罗河与印度河之间，特别是在幼发拉底河与底格里斯河流域及支流地区，沥青被用于水利工程。在欧洲，沥青用于水利工程的第一个例子是1893年在意大利修建的海拔约1900m、高18m的Diga di Codelago填筑坝，它有一层防护浆砌石块垫板的5cm厚沥青玛蹄脂护面。现在，5000多年前在伊拉克修建的著名的“通天塔”塔壁上的沥青砂浆依然存在。从19世纪开始，在欧洲就采用一种原油中密度最大的石油沥青与矿物质的混合物用做路面材料。v
2、 1）作为胶凝材料，沥青与矿物质材料的黏结性能好，能够将粒状的砂石骨料黏结为一个整体，并具有一定的强度。v2）与水泥相比，沥青具有憎水性，水不容易进入沥青混凝土的内部，同时沥青具有一定的塑性，能适应基体材料的变形，连续性好，这些特点使得沥青混凝土适用于水工结构物。沥青混凝土属于柔性材料，对于冲击荷载具有缓冲能力，所以适合做路面材料。v3）沥青材料的抗蚀性强，能抵抗酸、碱、盐类物质的侵蚀。v4）沥青材料的最大弱点是其性质随温度变化的不稳定性，并且和其他有机材料相同，在长期的大气因素作用下容易老化变质。9.1 沥青材料v 沥青材料是由一些极其复杂的高分子的碳氢化合物和这些碳氢化合物的非金属（氧、硫
3、、氮）的衍生物所组成的混合物。常温下，沥青呈黑色或黑褐色的固态、半固态或液态。9.1.1石油沥青v1.石油沥青生产工艺与产品类别v调和沥青：采用两种（或两种以上）不同稠度（或其他技术性质）的沥青，按选定的比例互相调配后，得到符合要求稠度的沥青产品，称为“调和沥青”。v乳化沥青：将沥青加热至流动态，经过高速离心、剪切、冲击等机械作用，沥青会形成微粒，分散于有乳化剂的水中，变为乳清溶液,称为“乳化沥青”。是一种流动性好的道路建筑材料。v乳化剂的作用是：当它分散在分散质的表面时，形成薄膜或双电层，可使分散相带有电荷，这样就能阻止分散相的小液滴互相凝结，使形成的乳浊液比较稳定。v乳化剂的作用机理：乳化
4、剂通常是表面活性剂，分子结构中包含有亲水部分与疏水部分。混和两种不相容的液体时，通过高剪切力可以混合均匀，但这种分散状态是不稳定的，加入乳化剂可以大大降低不相容相界面间的自由能，同时通过立体位阻或静电排斥防止分散粒子之间的聚结，从而稳定乳液。混合沥青：适当比例的煤沥青与石油沥青混合而成一种稳定的胶体，称为“混合沥青”。v2.石油沥青组分v由于其化学成分复杂，为便于分析和实用，常将其物理、化学性质相近的成分归类为若干组，称为组分。v不同的组分对沥青性质的影响不同。v 常见有三组分和四组分分法v（1）、通常将沥青分为油分、树脂质和沥青质三组分组成，此外，沥青中常含有一定量的固体石蜡。性状外观特性平
5、均分子量碳氢化含量 作用油分 淡黄色透明液体200700 0.50.74560 赋予沥青以流动性，但含量多时，沥青的温度稳定性差树脂红褐色粘稠半固体8003 0000.70.81530 赋予沥青以塑性，树脂组分含量高，塑性和粘性都好沥青质深褐色固体微粒1 0005 0000.81.0530 赋予沥青温度稳定性，沥青质含量高，温度稳定性好，但其塑性降低，硬脆性增加v油分赋予沥青以流动性，油分含量的多少直接影响沥青的柔软性、抗裂性及施工难度。油分在一定条件下可以转化为树脂甚至沥青质。树脂又分为中性树脂和酸性树脂，中性树脂使沥青具有一定塑性、可流动性和粘结性，其含量增加，沥青的粘聚力和延伸性增加。沥
6、青树脂中还含有少量的酸性树脂，它是沥青中活性最大的部分，能改善沥青对矿质材料的浸润性，特别是提高了与碳酸盐类岩石的粘附性，增加了沥青的可乳化性。沥青质决定着沥青的粘结力、粘度和温度稳定性，以及沥青的硬度、软化点等。沥青质含量增加时，沥青的粘度和粘结力增加，硬度和温度稳定性提高。v其他成分：v还有少量碳素质和焦油质，黑色固体，降低塑性、粘性，增加老化程度，但是含量少。v 石蜡：它会降低石油沥青的粘结性、低温塑性和温度稳定性。所以石蜡是石油沥青的有害成分。采用盐处理法等处理多腊石油可使石油沥青的软化点提高，针入度降低，性质得到改善，使之达到使用要求。v三组分分析的优点是组分界限很明确，组分含量能在
7、一定程度上说明它的工程性能，但是它的主要缺点是分析流程复杂，分析时间很长。（2）四组分分析法：四组分分析法是将沥青分离为沥青质、饱和分、芳香分和胶质。饱和分无色液体0.89625烷烃、环烷烃芳香分黄色至红色液体0.99730芳香烃、含S衍生物胶质棕色粘稠液体1.09970多环结构，含S、O、N衍生物沥青质深棕色至黑色固体1.153400缩合环结构，含S、O、N衍生物v按照四组分分析法，各组分对沥青性质的影响，根据科尔贝特的研究认为：饱和分含量增加，可使沥青稠度降低（针入度增大）；树脂含量增大，可使沥青的延性增加；在有饱和分存在的条件下，沥青质含量增加，可使沥青获得低的感温性；树脂和沥青质的含量
8、增加，可使沥青的粘度提高。3.石油沥青的胶体结构 v 在石油沥青中，油分与树脂互溶，树脂浸润地沥青质。因此，石油沥青是以地沥青质为核心，周围吸附部分树脂后形成胶团，无数胶团分散在油分中而形成的胶体结构。结构类型组成及结构特点特性溶胶结构当沥青中地沥青质含量较少而油分和树脂含量较多时，胶团间距较大，胶团间相对运动较为容易粘性小而流动性大，温度稳定性较差。溶胶凝胶结构地质沥青含量适当时，并有较多树脂作为胶团的保护膜，胶团间间距较小，胶团之间保持一定的吸引力，并有少量粘附，使其相对运动有一定阻力性质介于溶胶型和凝胶型两者之间凝胶结构地沥青质含量较多而油分的含量相对较少时，胶团间间距很小，胶团靠近并凝
9、聚，形成不规则的空间网络结构，胶团移动非常困难弹性和粘结性较高，温度稳定较好，但塑性较差。过于粘稠。图9.1.1.石油沥青的胶体结构 v 案例：v 华北某沥青路面所采用的沥青的沥青质含量高达33，并有相当数量芳香度高的胶质形成的胶团。使用两年后，路面出现较多裂缝，且冬天裂缝产生越发明显。请分析原因。v 原因分析：v 该工程所用沥青属凝胶型结构，其沥青质含量高，沥青质未能被胶质很好地胶溶分散，则胶团就会连结，形成三维网状结构。此类沥青的特点是弹性和粘性较好，温度敏感性小，但流动性，塑性较差，开裂后自行愈合的能力较差，低温变形能力差。故特别易于冬天形成较多裂缝。v4、沥青的主要技术性质v（1）粘滞
10、性（或称粘性）v 粘滞性使反映沥青材料在外力作用下，其材料内部阻碍产生相对流动的能力。液态石油沥青的粘滞性用粘度表示。半固体或固体沥青的粘性用针入度表示。v 粘度和针入度使沥青划分牌号的主要指标。v 粘度是液体沥青在一定温度（25或60）条件下，经规定直径（3.5mm或10mm）的孔，漏下50mL所需的秒数。如图9.1.2.v 粘度常以符号表示，其中d为孔径（mm），t为试验时沥青的温度（）。代表在规定的d和t条件下所测得的粘度值。粘度大时，表示沥青的稠度大。图9.1.2.粘度测定示意图 v针入度是指在温度为25的条件下，以质量100g的标准针，经5s沉入沥青中的深度（0.1mm称1度）来表示
11、。针入度测定示意图见图7.2.2。v针入度越大，表示沥青越软，粘度越小。针入度范围在5200度之间。v 图9.1.3.针入度测定示意图 图9.1.4.针入度仪 v 按针入度可将石油沥青划分为以下几个牌号：道路石油沥青牌号有200、180、140、100甲、100乙、60甲、60乙等号；建筑石油沥青牌号有30、10等号；普通石油沥青牌号有75、65、55等号。v（2）塑性v 塑性是指沥青在外力作用下产生变形而不破坏，除去外力后仍能保持变形后的形状不变的性质。v 沥青的塑性用“延伸度”（或称延度）表示。按标准试验方法，制成“8”形标准试件，试件中间最狭处断面积为1cm2，在规定温度（一般为25）和
12、规定速度（5cm/min）的条件下在延伸仪上进行拉伸，延伸度以试件拉细而断裂时的长度（cm）表示。沥青的延伸度越大，沥青的塑性越好。图9.1.5 延度测定示意图 v（3）温度敏感性v 温度敏感性是指石油沥青的粘滞性和塑性随温度升降而变化的性能。温度敏感性较小的石油沥青，其粘滞性、塑性随温度的变化较小。v 温度敏感性常用软化点来表示，软化点是沥青材料由固体状态转变为具有一定流动性的膏体时的温度。软化点可通过“环球法”试验测定（如图7.2.4）。将沥青试样装入规定尺寸的铜环B中，上置规定尺寸和质量的钢球a，再将置球的铜环放在有水或甘油的烧杯中，以5/min的速率加热至沥青软化下垂达25mm时的温度
13、（），即为沥青软化点。v 不同沥青的软化点不同，大致在25100之间。软化点高，说明沥青的耐热性能好，但软化点过高，又不易加工；软化点低的沥青，夏季易产生变形，甚至流淌。图9.1.6 软化点测定示意图 v（4）大气稳定性v 大气稳定性是指石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等因素长期综合作用下抵抗老化的性能。它是以沥青试样在加热蒸发前后的“蒸发损失百分率”和“蒸发后针入度比”来评定。蒸发损失百分率愈小，蒸发后针入度比愈大，则表示沥青大气稳定性愈好，亦即“老化”愈慢。（5）.沥青的其他性质v除以上四种主要性质外，还需了解石油沥青的溶解度、闪点和燃点等性质。vA.溶解度溶解度指石油沥青在三氯乙烯、四氯化
14、碳或苯中溶解的百分率。用以限制有害的不溶物（如沥青碳或似碳物）含量。不溶物会降低沥青的粘结性。B.闪点和燃点 沥青材料在使用时必须加热，当加热至一定温度时，沥青材料中挥发的油分蒸汽与周围空气组成混合气体，此混合气体遇火焰则易发生闪火。若继续加热，油分蒸汽的饱和度增加，由于此种蒸汽与空气组成的混合气体遇火焰极易燃烧而引起火灾。为此，必须测定沥青加热闪火和燃烧的温度，即所谓闪点和燃点。闪点和燃点是保证沥青加热质量和施工安全的一项重要指标。v5、石油沥青的技术标准及应用：石油沥青的技术标准及应用：v（1）.石油沥青的技术标准v石油沥青按用途分为建筑石油沥青、道路石油沥青、防水防潮石油沥青和普通石油沥
15、青等四种。v石油沥青的牌号主要根据针入度、延度和软化点等指标划分，并以针入度值表示。同一品种的石油沥青材料，牌号越高，则粘性越小，针入度越大，塑性越好，延度越大，温度敏感性越大，软化点越低。石油沥青的选用是根据其技术性能必须适应使用环境条件。图9.1.7 牌号与性能的关系v（2）.石油沥青的品种与应用v1）建筑石油沥青v按针入度不同，建筑石油沥青分为10号、30号、40号三个牌号。建筑石油沥青针入度较小（粘性较大），软化点较高（耐热性较好），但延度较小（塑性较差），主要用作制造油毡、油质、防水涂料和沥青胶。它们绝大部分用于屋面及地下防水、沟槽防水、防腐蚀等工程。对于屋面防水工程，应注意防止过分
16、软化。为避免夏季受热流淌，屋面用沥青材料的软化点还应比当地气温下屋面可能达到的最高温度高20以上。但软化点也不宜选择过高，否则冬季低温易发生硬脆甚至开裂。对一些不易受温度影响的部位（如地下防水工程），可选用牌号较大的沥青。v特性总结：建筑石油沥青的粘度大，温度稳定性好，但塑性较差，主要用于屋面、地下防水及沟槽防水，防腐蚀等工程，还用于沥青防水涂料，沥青胶、沥青油毡等制品。v观察与讨论：v建筑石油沥青的选用：请比较下列A、B两种建筑石油沥青的针入度、延度及软化点测定值。若于南方夏季炎热地区屋面选用何种沥青较合适，请讨论。v分析：宜用B石油沥青，一般屋面用沥青应比当地屋面可能达到的最高温度高出20
17、25，亦即比当地最高温度高出50左右。南方炎热地区气温相当高，A沥青软化点较低，难以满足要求，夏季易流淌。可选B，但B沥青延伸度较小，在严寒地区不宜使用，否则易出现脆裂现象。编号针入度/0.01mm(25，100g，5s)延度/cm(25，5cm/min)软化点环球法/A30572B 222.5101v2）道路石油沥青 v道路石油沥青有七个牌号，牌号有200号、180号、140号、100号甲、100号乙、60号甲、60号乙。牌号越高，则粘性越小（即针入度越大），塑性越好（即延度越大），温度敏感性越大（即软化点越低）。v道路石油沥青的粘滞性小，塑性好，但温度稳定性差，主要用于沥青混凝土和沥青砂浆
18、，用于道路或工业厂房地面等工程，还用于沥青胶，油纸等制品之中。v在道路工程中选用沥青时，要根据交通量和气候特点来选择。南方地区宜选用高粘度的石油沥青，以保证在夏季沥青路面具有足够的稳定性；而北方寒冷地区宜选用低黏度的石油沥青，以保证沥青路面在低温下仍具有一定的变形能力，减少低温开裂。v3）防水防潮石油沥青。v防水防潮石油沥青主要用于油毡的涂覆材料，建筑屋面和地下防水的粘结材料。v按针入度指数划分为4个牌号：它除保证针入度、软化点、溶解度、蒸发损失、闪点等指标外，特别增加了保证低温变形性能的脆点指标。随牌号增大，其针入度指数增大，温度敏感性减小，脆点降低，应用温度范围愈宽。3号，感温性一般，质地
19、较软，用于一般温度下，室内及地下结构部分的防水。4号，感温性较小，用于一般地区可行走的缓坡屋顶防水。5号，感温性小，用于一般地区暴露屋顶或气温较高地区的屋顶。6号，感温性最小，并且质地较软，除一般地区外，主要用于寒冷地区的屋顶及其他防水防水潮工程。v4）普通石油沥青 v普通石油沥青的牌号为75号、65号和55号。普通石油沥青中含蜡较多（有害成分），一般含量大于5%，有的高达20%以上，故又称多蜡石油沥青。温度稳定性差，不能单独用于建筑中，主要用作改性沥青的原料和掺配之用。达到液态时的温度与其软化点相差很小；与软化点大体相同的建筑石油沥青相比，针入度较大即粘性较小，塑性较差。6.石油沥青的掺配与
20、稀释当一种牌号的沥青不能满足使用要求时，可采用两种或以上的不同沥青进行掺配。掺配沥青一般是指以同种沥青的不同标号按一定比例互相掺配而制成的沥青。两种沥青掺配的比例可用下式估算：式中Q1较软沥青用量，；Q2较硬沥青用量，；T1较软沥青软化点，；T2较硬沥青软化点，。T掺配后沥青软化点，。例9-1 某工程需要用软化点为85的石油沥青，现有10号及60号两种沥青，应如何掺配以满足工程需要?vv解 由试验测得，10号石油沥青软化点为95；60号石油沥青软化点为45。估算掺配用量为：v 10号石油沥青用量=（T-T1）/(T2-T1)*100%=(85-45)/(95-45)*100%=80%v60号石
21、油沥青用量=100-80=20 v根据估算的掺配比例和在其邻近的比例（5%10%）进行试配（混合熬制均匀），测定掺配后沥青的软化点，然后绘制“掺配比软化点”曲线，即可从曲线上确定所要求的掺配比例。9.1.2 煤沥青v 煤沥青又称焦油沥青，在烟煤炼焦或制煤气时，从干馏所挥发的物质中冷凝出煤焦油，再将煤焦油继续蒸馏得轻油、中油、重油和蒽油所剩的残渣即为煤沥青。v根据煤干馏时的温度不同，煤焦油分为高温煤焦油和低温煤焦油。v根据煤焦油蒸馏深度的不同，又分为软煤沥青和硬煤沥青两类。v1.煤沥青的组成v煤沥青的化学组成主要是芳香族碳氢化合物及其与氧、硫、氮的衍生物的混合物。按化学性质相似且与技术性质有关划
22、分，其主要组分是：v（1）油分v赋予煤沥青流动性，但降低粘性。v（2）树脂v树脂有硬树脂和软树脂（可溶树脂）之分。v硬树脂为固态结晶物质，类似于石油沥青中的沥青质，可提高煤沥青的粘性；v软树脂为赤褐色粘塑性物质，稳定性较低，类似于石油沥青中的树脂，使煤沥青具有塑性。v（3）游离碳v游离碳是高分子量的有机化合物的固体碳质微粒，不溶于任何有机溶剂，只能在高温下分解，具有良好的稳定性。v此外，煤沥青中尚有少量碱性物质（吡啶、喹啉）和酸性物质（酚），它们都属于表面活性物质，能改善煤沥青与酸、碱性矿物的粘结力。v2.煤沥青的性质特点v煤沥青与石油沥青相比，性质上表现出以下特点：v（1）温度稳定性较差。v
23、（2）塑性较差。v（3）大气稳定性差。v（4）防腐性较好。v（5）粘结性较好。石油沥青与煤沥青的简易鉴别方法鉴别方法 石油沥青煤沥青密度（g/cm3）1.01.25锤击声哑、有弹性感声清脆、韧性差燃烧烟无色、无刺激性臭味、有松香味烟呈黄色、有刺激性臭味溶液颜色用30-50倍汽油或煤油溶化，用玻璃棒滴到滤纸上，斑点均匀散开呈棕色方法同左，但呈现出内外两圈，内圈为黑的斑点，外圈为棕色或黄绿色v3.煤沥青的应用v煤沥青具有很好的防腐能力、良好的粘结能力。可用于配制防腐涂料、胶粘剂、防水涂料、油膏以及制作油毡等。将煤沥青和石油沥青按适当比例混合可形成一种稳定胶体，称为混合沥青。混合沥青综合了两种沥青的
24、优点，使得粘性、温度稳定性、塑性均有显著改善。v 选择化学性质及密度均相近的石油沥青和煤沥青，按适当的比例掺合，可能得到稳定的混合沥青，石油沥青的掺量一般应小于20%或大于70%。混合沥青综合了石油沥青和煤沥青的优点，使温度稳定性、延伸性和粘结性均得到改善。9.2 石油沥青的老化与改性v9.2.1.沥青的老化v沥青老化是路面发生破坏的主要原因之一，其老化过程可分为三个阶段：沥青在生产、储存、和运输过程中的老化；沥青在加热拌和及铺装过程的老化；沥青在路面使用过程中的老化。一般认为沥青吸收空气中的氧气反应是引起是沥青老化的主要原因，氧化主要依赖于温度、时间、沥青膜的厚度并与沥青的组成和结构有关。v
25、9.2.2.沥青的改性沥青的改性v1 1 矿物填料改性沥青矿物填料改性沥青v 在沥青中加入一定数量的矿物填充料，可以在沥青中加入一定数量的矿物填充料，可以提高沥青的粘性和耐热性，减小沥青的温度敏感提高沥青的粘性和耐热性，减小沥青的温度敏感性，同时也减少了沥青的耗用量，主要适用于生性，同时也减少了沥青的耗用量，主要适用于生产沥青胶。产沥青胶。v（1 1）常用矿物填料）常用矿物填料v 矿物填料有粉状和纤维状两种，常用的有滑矿物填料有粉状和纤维状两种，常用的有滑石粉、石灰石粉、硅藻土、石棉绒和云母粉等。石粉、石灰石粉、硅藻土、石棉绒和云母粉等。v（）矿物填充料改性机理（）矿物填充料改性机理v由于沥青
26、对矿物填充料的润湿和吸附作用，由于沥青对矿物填充料的润湿和吸附作用，沥青可以单分子状态排列在矿物颗粒（或沥青可以单分子状态排列在矿物颗粒（或纤维）表面，形成结合力牢固的沥青薄膜，纤维）表面，形成结合力牢固的沥青薄膜，称之为称之为“结构沥青结构沥青”。结构沥青具有较高。结构沥青具有较高的粘性和耐热性等，但是矿物填充料的掺的粘性和耐热性等，但是矿物填充料的掺入量要适当，一般掺量为入量要适当，一般掺量为时，可以形成恰当的结构沥青膜层。时，可以形成恰当的结构沥青膜层。v2 2 树脂改性沥青树脂改性沥青v用树脂改性石油沥青，可以改善沥青的耐用树脂改性石油沥青，可以改善沥青的耐寒性、耐热性、粘结性和不透气
27、性。在生寒性、耐热性、粘结性和不透气性。在生产卷材、密封材料和防水涂料等产品时均产卷材、密封材料和防水涂料等产品时均需应用。常用的树脂有：古马隆树脂，聚需应用。常用的树脂有：古马隆树脂，聚乙烯，聚丙烯，酚醛树脂及天然松香等。乙烯，聚丙烯，酚醛树脂及天然松香等。v3 3 橡胶改性沥青橡胶改性沥青v（）氯丁橡胶改性沥青（）氯丁橡胶改性沥青v石油沥青中掺入氯丁橡胶后，可使其气密性、低石油沥青中掺入氯丁橡胶后，可使其气密性、低温柔性、耐化学腐蚀性、耐光、耐臭氧性、耐候温柔性、耐化学腐蚀性、耐光、耐臭氧性、耐候性和耐燃性等得到大大改善。氯丁橡胶掺入的方性和耐燃性等得到大大改善。氯丁橡胶掺入的方法有溶剂法
28、和水乳法。溶剂法是先将氯丁橡胶溶法有溶剂法和水乳法。溶剂法是先将氯丁橡胶溶于一定的溶剂（如甲苯）中形成溶液，然后掺入于一定的溶剂（如甲苯）中形成溶液，然后掺入液态沥青中并混合均匀即可。水乳法是将橡胶和液态沥青中并混合均匀即可。水乳法是将橡胶和石油沥青分别制成乳液，然后混合均匀即可使用。石油沥青分别制成乳液，然后混合均匀即可使用。v（2 2）丁基橡胶改性沥青）丁基橡胶改性沥青v丁基橡胶沥青的配制方法与氯丁橡胶沥青类似。丁基橡胶沥青的配制方法与氯丁橡胶沥青类似。v（）热塑性丁苯橡胶（）热塑性丁苯橡胶（SBSSBS）改性沥青）改性沥青vSBSSBS热塑性橡胶兼有橡胶和塑料的特性，常温下热塑性橡胶兼有
29、橡胶和塑料的特性，常温下具有橡胶的弹性，在高温下又能像塑料那样熔融具有橡胶的弹性，在高温下又能像塑料那样熔融流动，成为可塑的材料。所以采用橡胶改流动，成为可塑的材料。所以采用橡胶改性沥青，其耐高、低温性能均有较明显提高。性沥青，其耐高、低温性能均有较明显提高。v（）再生橡胶改性沥青（）再生橡胶改性沥青v再生橡胶掺入石油沥青中，同样可大大提高石油再生橡胶掺入石油沥青中，同样可大大提高石油沥青的气密性，低温柔性，耐光、热和臭氧性，沥青的气密性，低温柔性，耐光、热和臭氧性，以及耐候性，且价格低廉。以及耐候性，且价格低廉。9.3 沥青混合料 v1、概述、概述v沥青混合料是将石子、砂（沥青混合料是将石子
30、、砂（0.15mm0.15mm）和矿粉）和矿粉（0.15mm0.15mm）经人工合理选择级配组成的矿质）经人工合理选择级配组成的矿质混合料与适量的沥青材料经拌和所组成的混合物。混合料与适量的沥青材料经拌和所组成的混合物。将沥青混合料经摊铺后碾压成型，即成为各种类将沥青混合料经摊铺后碾压成型，即成为各种类型的沥青混合料路面。型的沥青混合料路面。v沥青混合料主要包括沥青混凝土混合料和沥青碎沥青混合料主要包括沥青混凝土混合料和沥青碎（砾）石混合料两类，一般经碾压密实后前者的（砾）石混合料两类，一般经碾压密实后前者的剩余空隙率不大于剩余空隙率不大于1010称为沥青混凝土，后者的称为沥青混凝土，后者的剩
31、余空隙率大于剩余空隙率大于1010的称为沥青碎（砾）石混合的称为沥青碎（砾）石混合料。料。v2.2.沥青混合料的组成结构沥青混合料的组成结构v沥青混合料是由沥青、粗细集料和矿粉按照一定沥青混合料是由沥青、粗细集料和矿粉按照一定的比例拌和而成的多组分材料。由沥青混合料修的比例拌和而成的多组分材料。由沥青混合料修筑的路面，有两种不同的强度理论。筑的路面，有两种不同的强度理论。v表面理论（表面理论（Surface theory）按传统的理解，）按传统的理解，沥青混合料是由粗集料、细集料和填料经人工组沥青混合料是由粗集料、细集料和填料经人工组配成密实的级配矿质骨架，此矿质骨架由稠度较配成密实的级配矿质
32、骨架，此矿质骨架由稠度较稀的沥青混合料分布其表面，而将它们胶结成为稀的沥青混合料分布其表面，而将它们胶结成为一个具有强度的整体。这种理论认识可图解如下：一个具有强度的整体。这种理论认识可图解如下：v胶浆理论（Mortar theory）近代某些研究从胶浆理论出发，认为沥青混合料是一种多级空间网状结构的分散系。它是以粗集料为分散相而分散在沥青砂浆的介质中的一种粗分散系；同样，砂浆是以细集料为分散相而分散在沥青胶浆介质中的一种细分散系；而胶浆又是以填料为分散相而分散在高稠度的沥青介质中的一种微分散系。这种理论认识可图解如下：v 沥青混合料根据其粗、细集料的比例不同，沥青混合料根据其粗、细集料的比例
33、不同，其结构组成有三种形式：悬浮密实结构、骨架其结构组成有三种形式：悬浮密实结构、骨架空隙结构和骨架密实结构。空隙结构和骨架密实结构。v 悬浮密实结构悬浮密实结构连续密级配的沥青混合料，由于细集料的连续密级配的沥青混合料，由于细集料的数量较多，粗集料被细集料挤开，因此，粗集数量较多，粗集料被细集料挤开，因此，粗集料以悬浮状态位于细集料之间。这种结构的沥料以悬浮状态位于细集料之间。这种结构的沥青混合料的密实度较高，但稳定性较差。对双青混合料的密实度较高，但稳定性较差。对双层或三层结构的沥青路面，其中至少必须有一层或三层结构的沥青路面，其中至少必须有一层层型密级配沥青配合料。对干燥地区的高等型密级
34、配沥青配合料。对干燥地区的高等级公路，也可采用这种结构的沥青混合料做表级公路，也可采用这种结构的沥青混合料做表层。层。v骨架空隙结构骨架空隙结构连续开级配的沥青混合料，由于细集料的数连续开级配的沥青混合料，由于细集料的数量较少，粗集料之间不仅紧密相连，而且有较多量较少，粗集料之间不仅紧密相连，而且有较多的空隙。这种结构的沥青混合料的内摩阻力起重的空隙。这种结构的沥青混合料的内摩阻力起重要作用，因此，沥青混合料受沥青材料的变化影要作用，因此，沥青混合料受沥青材料的变化影响较小，稳定性较好。当沥青路面采用这种形式响较小，稳定性较好。当沥青路面采用这种形式的沥青混合料时，沥青面层下必须做下封层。的沥
35、青混合料时，沥青面层下必须做下封层。v骨架密实结构骨架密实结构间断密级配的沥青混合料，是上面两种结构间断密级配的沥青混合料，是上面两种结构形式的有机组合。它既有一定数量的粗集料形成形式的有机组合。它既有一定数量的粗集料形成骨架结构，又有足够的细集料填充到粗集料之间骨架结构，又有足够的细集料填充到粗集料之间的空隙中去，因此，这种结构的沥青混合料的密的空隙中去，因此，这种结构的沥青混合料的密实度、强度和稳定性都比较好。目前，这种结构实度、强度和稳定性都比较好。目前，这种结构形式的沥青混合料路面还用得比较少，处于研究形式的沥青混合料路面还用得比较少，处于研究阶段。阶段。图9.3.1沥青混合料的典型组
36、成结构a悬浮密实结构；b骨架空隙结构；c骨架密实结构 v9.3.3.9.3.3.沥青混合料的技术性质沥青混合料的技术性质v1.1.高温稳定性高温稳定性v 沥青混合料的高温稳定性是指在夏季高温条件沥青混合料的高温稳定性是指在夏季高温条件下，沥青混合料承受多次重复荷载作用而不发生下，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。沥青混合料路面在过大的累积塑性变形的能力。沥青混合料路面在车轮作用下受到垂直力和水平力的综合作用，能车轮作用下受到垂直力和水平力的综合作用，能抵抗高温而不产生车辙和波浪等破坏现象的为高抵抗高温而不产生车辙和波浪等破坏现象的为高温稳定性符合要求。温稳定性符合
37、要求。v在国内外的沥青混凝土技术规范中，多数采用高在国内外的沥青混凝土技术规范中，多数采用高温强度与稳定性作为主要技术指标。温强度与稳定性作为主要技术指标。v我国国家标准采用马歇尔稳定度试验法作为我国国家标准采用马歇尔稳定度试验法作为高温稳定性的测试评定方法。高温稳定性的测试评定方法。马歇尔试验法马歇尔试验法是将选定级配组成的矿质混合科，加入适量是将选定级配组成的矿质混合科，加入适量的沥青，在规定条件下拌制成均匀混合料，的沥青，在规定条件下拌制成均匀混合料，击实成直径击实成直径101.6mm101.6mm，高，高63.5mm63.5mm的圆柱形试件，的圆柱形试件，按规定条件保温，然后把试件迅速
38、卧放在弧按规定条件保温，然后把试件迅速卧放在弧形加荷头内，以形加荷头内，以50.5mm50.5mmminmin的速度加压。当的速度加压。当试件达到破坏时的最大荷载即为稳定度试件达到破坏时的最大荷载即为稳定度（kNkN），此时对应的压缩变形量称为流值），此时对应的压缩变形量称为流值(0.1mm)(0.1mm)。除测定稳定度和流值外，还要测定。除测定稳定度和流值外，还要测定沥青混合料的密度、空隙率和饱和度，用这沥青混合料的密度、空隙率和饱和度，用这五个指标共同控制混合料的技术性质。五个指标共同控制混合料的技术性质。v2.2.低温抗裂性低温抗裂性v沥青混合料为弹性一粘性一塑性材料，沥青混合料为弹性一
39、粘性一塑性材料，其物理性质随温度而有很大变化。沥青其物理性质随温度而有很大变化。沥青混合料在低温下抵抗断裂破坏的能力，混合料在低温下抵抗断裂破坏的能力，称为低温抗裂性能。称为低温抗裂性能。v3.3.耐久性耐久性v沥青混合料的耐久性是指其在修筑成路面后，在沥青混合料的耐久性是指其在修筑成路面后，在车辆荷载和大气因素（如阳光、空气和雨水等）车辆荷载和大气因素（如阳光、空气和雨水等）的长期作用下，仍能基本保持原有性能的能力。的长期作用下，仍能基本保持原有性能的能力。v沥青混合料的耐久性与组成材料的性质有密切关沥青混合料的耐久性与组成材料的性质有密切关系，在大气因素下，沥青的化学组成会产生转化，系，在
40、大气因素下，沥青的化学组成会产生转化，油分减少，沥青质增加，使沥青的塑性逐渐消失油分减少，沥青质增加，使沥青的塑性逐渐消失而脆性增加，路面使用品质下降，产生龟裂破坏，而脆性增加，路面使用品质下降，产生龟裂破坏，通常称为通常称为“老化老化”。路面老化的速度，在一定程。路面老化的速度，在一定程度上反映了路面材料抵抗自然因素作用的能力，度上反映了路面材料抵抗自然因素作用的能力，常用气候稳定性来表示。一般采用马歇尔试验测常用气候稳定性来表示。一般采用马歇尔试验测定沥青混合料试件的空隙率、饱和度和残留稳定定沥青混合料试件的空隙率、饱和度和残留稳定度等指标，来评价沥青混合料的耐久性。度等指标，来评价沥青混
41、合料的耐久性。v4.4.抗滑性抗滑性v 随着公路等级的提高和车辆行驶速度的随着公路等级的提高和车辆行驶速度的加快，对沥青混凝土路面的抗滑性提出了加快，对沥青混凝土路面的抗滑性提出了更高的要求。路面的抗滑能力与沥青混合更高的要求。路面的抗滑能力与沥青混合料的粗糙度、级配组成、沥青用量和矿质料的粗糙度、级配组成、沥青用量和矿质集料的微表面性质等因素有关。面层集料集料的微表面性质等因素有关。面层集料应选用质地坚硬具有棱角的碎石，通常采应选用质地坚硬具有棱角的碎石，通常采用玄武岩。采取适当增大集料粒径，适当用玄武岩。采取适当增大集料粒径，适当减少一些沥青用量及严格控制沥青的含蜡减少一些沥青用量及严格控
42、制沥青的含蜡量等措施，均可提高路面的抗滑性。量等措施，均可提高路面的抗滑性。v5.5.施工和易性施工和易性v影响沥青混合料施工和易性的因素很多，影响沥青混合料施工和易性的因素很多，如当地气温、施工条件以及混合料性质等。如当地气温、施工条件以及混合料性质等。单纯从混合料材料性质而言，影响施工难单纯从混合料材料性质而言，影响施工难易性的首先是混合料的级配情况。此外，易性的首先是混合料的级配情况。此外，当沥青用量过少，或矿粉用量过多时，混当沥青用量过少，或矿粉用量过多时，混合料容易产生疏松，不易压实；反之，如合料容易产生疏松，不易压实；反之，如沥青用量过多，或矿粉质量不好，则容易沥青用量过多，或矿粉
43、质量不好，则容易使混合料粘结成块，不易摊铺。间断级配使混合料粘结成块，不易摊铺。间断级配混合料的施工和易性就较差。混合料的施工和易性就较差。v9.3.4 沥青混合料组成材料沥青混合料组成材料 v1.1.沥青材料沥青材料v不同型号的沥青材料，具有不同的技术指标，适不同型号的沥青材料，具有不同的技术指标，适用于不同等级、不同类型的路面，在选择沥青材用于不同等级、不同类型的路面，在选择沥青材料的时候，要考虑到气候条件、交通量、施工方料的时候，要考虑到气候条件、交通量、施工方法等情况。寒冷地区宜选用稠度较小，延度较大法等情况。寒冷地区宜选用稠度较小，延度较大的沥青，以免冬季裂缝；较热地区选用稠度较大，
44、的沥青，以免冬季裂缝；较热地区选用稠度较大，软化点高的沥青，以免夏季泛油、发软。一般路软化点高的沥青，以免夏季泛油、发软。一般路面的上层宜用较稠的沥青，下层和联结层宜用较面的上层宜用较稠的沥青，下层和联结层宜用较稀的沥青。稀的沥青。v2.2.粗集料粗集料v沥青混合料的粗集料要求洁净、干燥、无风化、沥青混合料的粗集料要求洁净、干燥、无风化、无杂质，并且具有足够的强度和耐磨性。一般选无杂质，并且具有足够的强度和耐磨性。一般选用高强、碱性的岩石轧制成接近于立方体、表面用高强、碱性的岩石轧制成接近于立方体、表面粗糙、具有棱角的颗粒。粗糙、具有棱角的颗粒。v沥青混合料对粗集料的级配不单独提出要求，只沥青
45、混合料对粗集料的级配不单独提出要求，只要求它与细集料、矿粉组成的矿质混合料能符合要求它与细集料、矿粉组成的矿质混合料能符合相应的沥青混合料的矿料级配范围。每种混合料相应的沥青混合料的矿料级配范围。每种混合料按空隙率分为按空隙率分为I I型型 (空隙率为空隙率为 )和和 IIII型（空隙率为型（空隙率为6 61010）两种。一种粗集料不）两种。一种粗集料不能满足要求时，可用两种以上、不同级配的粗集能满足要求时，可用两种以上、不同级配的粗集料掺合使用。料掺合使用。v3.3.细集料细集料v沥青混合料的细集料可根据当地条件及混合料级配要求沥青混合料的细集料可根据当地条件及混合料级配要求选用天然砂或人工
46、砂，在缺少砂的地区，也可用石屑代选用天然砂或人工砂，在缺少砂的地区，也可用石屑代替。细集料同样应洁净、粘土含量不大于。替。细集料同样应洁净、粘土含量不大于。v4.4.矿粉矿粉v矿粉是由石灰岩或岩浆岩中的憎水性岩石磨制而成的，矿粉是由石灰岩或岩浆岩中的憎水性岩石磨制而成的，也可以利用工业粉末、废料、粉煤灰等代替，但用量不也可以利用工业粉末、废料、粉煤灰等代替，但用量不宜超过矿料总量的。其中粉煤灰的用量不宜超过填宜超过矿料总量的。其中粉煤灰的用量不宜超过填料总量的料总量的5050，粉煤灰的烧失量应小于，粉煤灰的烧失量应小于1212，塑性指数，塑性指数应小于。矿粉表观密度应不小于应小于。矿粉表观密度
47、应不小于2.50g/cm2.50g/cm3 3，粗度通，粗度通过过0.075mm0.075mm筛孔的应大于筛孔的应大于7575，亲水系数，亲水系数(矿粉在水中体矿粉在水中体积与在煤油中的体积之比）应小于，矿粉应干燥、不积与在煤油中的体积之比）应小于，矿粉应干燥、不含泥土杂质和石块，含水量应不大于。含泥土杂质和石块，含水量应不大于。工程实例工程实例沥青混凝土路面拥包沥青混凝土路面拥包v 某沥青混凝土路面表面处治用层铺法施工，即某沥青混凝土路面表面处治用层铺法施工，即用沥青和矿料铺厚度不大于用沥青和矿料铺厚度不大于3 cm的薄面层，施的薄面层，施工中洒沥青不够均匀。使用一段时间后，出现不工中洒沥青
48、不够均匀。使用一段时间后，出现不少拥包。少拥包。v 分析：由于洒沥青不均，致使局部沥青量过大，分析：由于洒沥青不均，致使局部沥青量过大，使沥青混合料中有较多使沥青混合料中有较多“自由沥青自由沥青”，成为混合，成为混合料料 中的润滑剂，推拥成油包、波浪，影响行车中的润滑剂，推拥成油包、波浪，影响行车舒适性和安全性。而由于路面不平坦，还增加了舒适性和安全性。而由于路面不平坦，还增加了车载的冲击力，更加剧路面的破坏。车载的冲击力，更加剧路面的破坏。v观察与讨论沥青路面泛油v 观察下图路面，其沥青上泛至表面，形成路面局部泛油、光面。请分析有何危害，并分析其成因。分析：路面泛油及光面均恶化路面的摩阻，降
49、低其抗滑能力，容易引发交通事故。沥青混合料的沥青用量过大；或仅面层沥青量较大；或矿料过细，且不耐磨耗。可在 高温季节撒铺适当粒径的矿料。先粗后细，少撒、勤撒，然后用重碾强行将矿料压入光面。9.4 沥青混合料配合比设计方法v沥青混合料配合比设计的主要任务就是确定粗集料、细沥青混合料配合比设计的主要任务就是确定粗集料、细集料、矿粉和沥青材料相互配合的最佳组成比例，使之集料、矿粉和沥青材料相互配合的最佳组成比例，使之既能满足沥青混合料的技术要求（如强度、稳定性、耐既能满足沥青混合料的技术要求（如强度、稳定性、耐久性和平整度等）又符合经济的原则。沥青混合料配合久性和平整度等）又符合经济的原则。沥青混合
50、料配合比设计步骤如下比设计步骤如下v1.1.选择矿质混合料配合比例选择矿质混合料配合比例v 确定沥青混合料所用公路等级、路面类型，哪一结构层确定沥青混合料所用公路等级、路面类型，哪一结构层以及具体要求，选择沥青混合料的类型，并参照以及具体要求，选择沥青混合料的类型，并参照公路公路沥青路面施工技术规范沥青路面施工技术规范推荐的级配作为沥青混合料的推荐的级配作为沥青混合料的设计级配；测定矿料的密度、吸水率、筛分情况和沥青设计级配；测定矿料的密度、吸水率、筛分情况和沥青的密度；采用图解法或数解法求出已知级配的粗集料、的密度；采用图解法或数解法求出已知级配的粗集料、细集料和矿粉之间的比例关系细集料和矿
