1、TSINGHUA UNIVERSITY PRESS（第六章（第六章 沥青与沥青混合料）沥青与沥青混合料）主讲人：陈德鹏主讲人：陈德鹏TSINGHUA UNIVERSITY PRESSTSINGHUA UNIVERSITY PRESSu教学目标教学目标掌握：掌握：石油沥青的组成与结构；石油沥青的技术性质；沥青混合料的组成结构；沥青混合料的配合比设计。熟悉熟悉：石油沥青的技术标准与选用；沥青混合料的技术性质与技术标准。了解了解：煤沥青的组成与应用；乳化沥青的特点及其种类；沥青防水材料的种类，性能与用途。u教学重点教学重点石油沥青的技术性质沥青混合料的技术性质与技术标准沥青混合料配合比设计本章主要教
2、学内容与要求TSINGHUA UNIVERSITY PRESS沥青与沥青混合料u沥青材料u沥青基防水材料u沥青混合料u本章知识归纳TSINGHUA UNIVERSITY PRESS一、沥青材料u沥青材料是由高分子碳氢化合物及其衍生物组成的、黑色或深褐色、不溶于水而几乎全溶于二硫化碳，且符合规定标准的非晶态有机材料。常温时，沥青呈褐色至黑色的固体、半固体或液体。按沥青的产源可将沥青分为地沥青和焦油沥青，其进一步分类如下表所示。沥青沥青地沥青地沥青天然沥青天然沥青原油渗流到地球表面，经过自然条件下的蒸原油渗流到地球表面，经过自然条件下的蒸发、老化过程而形成的沥青发、老化过程而形成的沥青石油沥青石油
3、沥青由提炼石油的残留物制得的沥青由提炼石油的残留物制得的沥青焦油沥青焦油沥青煤沥青煤沥青由烟煤、褐煤等物质，在隔绝空气和高温下由烟煤、褐煤等物质，在隔绝空气和高温下进行干馏，冷凝其挥发物而获得的煤焦进行干馏，冷凝其挥发物而获得的煤焦油，经再提取轻组份馏分之后的残余物油，经再提取轻组份馏分之后的残余物页岩沥青页岩沥青由页岩经低温干馏而得由页岩经低温干馏而得TSINGHUA UNIVERSITY PRESS石油沥青u石油沥青主要是由原油经过加工炼制而得到的，其生产工艺流程图如下图所示。TSINGHUA UNIVERSITY PRESS石油沥青加工方法石油沥青加工方法 蒸馏法蒸馏法 氧化法氧化法 溶
4、剂法溶剂法 调配法调配法u1.1.石油沥青的结成与结构石油沥青的结成与结构 1）石油沥青的组分 石油沥青是由多种碳氢化合物及其非金属衍生物组成的混合物，主要成分为碳和氢，其余成分为氧、硫、氮等非金属元素，此外还含有极少量的金属元素。TSINGHUA UNIVERSITY PRESS 通常采用三组分分析法和四组分分析法来反映石油沥青的组成成分与其性能之间的关系。（1）三组分分析法 石油沥青的三组分分析法采用选择性溶解和吸附的方法将石油沥青分离为：油分、树脂和沥青质三个组分，各组分性状见下表。性状组分外观特性平均分子量碳氢比质量分数（%）物化特征油分淡黄色透明液体2007000.50.74560几
5、乎可溶于大部分有机溶剂，具有光学活性，相对密度为0.71.0树脂红褐色粘稠半固体80030000.70.81530温敏感性高，溶点低于，相对密度为1.01.1沥青质深褐色固体微粒100050000.81.0530加热不熔化，分解为硬焦炭，使沥青呈黑色，相对密度为1.11.5表6-1 石油沥青三组分分析法的各组分性状TSINGHUA UNIVERSITY PRESS （2）四组组分分析法 石油沥青的四组分分析法是将石油沥青分离为：饱和分、芳香分、胶质和沥青质。各组分性状见下表。性状组分外观特性平均相对密度平均分子量主要化学结构饱和分无色液体0.89625烷烃、环烷烃芳香分黄色至红色液体0.997
6、30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衍生物表6-2石油沥青四组分分析法的各组分性状TSINGHUA UNIVERSITY PRESS 2）石油沥青的胶体结构 在沥青胶体结构中，因各组分相对含量不同可形成不同的胶体结构：溶胶型结构、溶-凝胶型结构和凝胶型结构，如下图所示。（a a）溶胶型结构）溶胶型结构 （b b）溶）溶-凝型胶结构凝型胶结构 （c c）凝胶型结构）凝胶型结构TSINGHUA UNIVERSITY PRESSu2.2.石油沥青的技术性质石油沥青的技术性质 1）物理特性常数 密
7、度、热胀系数、溶解度 2）防水性 石油沥青是憎水性材料，几乎完全不溶于水，而且本身构造致密，加之它与矿物材料表面有很好的粘结力，能紧密粘附于矿物材料表面。3）粘滞性 石油沥青的粘滞性是反映沥青材料内部阻碍其相对流动的一种特性，以绝对粘度表示。沥青的绝对粘度有动力粘度和运动粘度两种表达方式，而工程中常用针入度和标准粘度等条件粘度来反映沥青粘度。TSINGHUA UNIVERSITY PRESS （1）针入度 针入度是在规定温度条件下，以规定质量100g的标准针经过规定时间5s贯入沥青的深度，以0.1mm为单位，沥青的针入度值越大，表示其粘度越小。其实验示意图如下图所示。TSINGHUA UNIV
8、ERSITY PRESS （2）标准粘度 石油沥青的标准粘度计可用于测定液体石油沥青或较稀的石油沥青的标准粘度。标准粘度是在规定温度、规定直径的孔口流出50cm3沥青所需的时间，以s为单位。以 表示，其中t为测试温度，d为流孔直径。4）塑性 塑性是指石油沥青在外力作用下产生变形而不破坏（即不产生裂缝或断开），并在除去外力后仍保持变形后形状不变的性质。5）温度敏感性 温度敏感性是指石油沥青的粘滞性、塑性等物理性能随温度升降而变化的性能。TSINGHUA UNIVERSITY PRESS 石油沥青的温度敏感性常用软化点指标或针入度指数表示。（1）软化点 软化点是反映沥青达到某种物理状态时的条件温度
9、，由于沥青材料从固态至液态有一定的变态间隔，故规定其中某一状态作为从固态转到粘流态的起点，相应的温度转为沥青软化点。沥青的软化点越高，表示沥青的耐热性越好，即高温稳定性好。软化点的测定方法很多，我国采用环球法软化点仪测定，见下图。TSINGHUA UNIVERSITY PRESS （2）针入度指数 大量的试验结果显示，针入度值（P)与温度(T)存在下图所示的关系。(a)(b)由图（b）可知，针入度值的对数（lgP）与温度（T）呈线性关系，斜率 A可以用来表征沥青的温度敏感性，称 为针入度-温度感应性系数。针入针入度指数（度指数（PI）可以通过下式求出：TSINGHUA UNIVERSITY P
10、RESS 由该式计算出的针入度指数的变化范围为-1015，针入度指数（PI）越大，表示沥青的温度敏感性越低。用PI值来评价沥青的感温性时，要求沥青的针入度数为PI=-1+1。针入度指数不仅可以用来评价沥青的温度敏感性，还可以用来判断石油沥青的胶体结构类型。PI+2时，石油沥青属于凝胶结构，温度稳定性较好。TSINGHUA UNIVERSITY PRESS 6）抗老化性 抗老化性是指石油沥青在使用过程中受到温度、太阳光、氧气和水分的影响而能保持性能基本不变的能力。石油沥青老化分：短期老化、长期老化 (1)短期老化短期老化 沥青在加热拌和、储运及铺筑过程中的老化,主要表现为热氧老化。现在用薄膜加热
11、试验(TFOT)和旋转薄膜加热试验(RTFOT)来模拟。（2）长期老化长期老化 沥青在路面服役期间的老化,是一个比较缓慢的长期过程。现主要通过压力老化容器（PAV)老化和紫外线（UV）老化，分别模拟其在长期使用期间的热氧老化和光氧老化过程。TSINGHUA UNIVERSITY PRESS 沥青老化后的化学组成与结构会发生变化，这个结果必然会造成沥青性能的变化，从而加速沥青路面的破坏，所以通过研究以提高沥青的抗老化能力是非常重要的。7）安全性 由于沥青是一种有机物，容易燃烧，为了保证其实验或施工中的安全性，还需要了解其闪点和燃点。我国规范规定采用克利夫兰开口杯法测定沥青的闪点和燃点。闪点闪点是
12、指加热沥青至挥发出的可燃气体和空气的混合物，在规定条件下与火焰接触，初次闪火时的沥青温度，单位为。燃点燃点是指加热沥青产生的气体和空气的混合物，与火焰接触能持续燃烧5s以上时的温度，单位为。TSINGHUA UNIVERSITY PRESSu3.3.石油沥青的技术标准与选用石油沥青的技术标准与选用 石油沥青按用途分为道路石油沥青、建筑石油沥青和普通石油沥青。在土木工程中主要用到的是道路石油沥青和建筑石油沥青。1）石油沥青的技术标准 目前我国石油沥青标号主要是依据沥青的针入度或针入度指数来划分的。由于我国国土面积较广，南北向和东西向气候差异大，因此在选用沥青时要充分考虑到各地的气候条件。美国战略
13、性公路研究计划（SHRP）的研究成果superpaveTM 提出了一个按照路用性能对沥青进行分级的沥青混合料规范，PG分级采用设计使用温度表示其适用范围。TSINGHUA UNIVERSITY PRESS 2）石油沥青的选用 （1）道路石油沥青 道路石油沥青可用于铺筑各种等级的道路路面。在选用沥青时，需要根据所修筑公路的等级、气候条件、交通条件、路面类型及在结构层中的位置及受力特点和施工方法，结合实践经验，经技术论证后确定。我国现行规范规定，道路石油沥青分为160号、130号、110号、90号、70号、50号和30号七个标号，各标号的技术标准见公路沥青路面施工技术规范中表4.2.1-2 道路石
14、油沥青技术要求。当缺乏所需标号的沥青时，可采用不同标号沥青掺配的调和沥青，但掺配后的沥青质量应符合规范要求。TSINGHUA UNIVERSITY PRESS 若要掺配得到软化点为T的沥青，两种沥青掺配比例可由下式进行估算：式中，P1为较软沥青用量，%；P2为较硬沥青用量，%；T1为较软沥青的软化点，；T2为较硬沥青的软化点，。TSINGHUA UNIVERSITY PRESS （2）建筑石油沥青 建筑石油沥青粘度较大，高温稳定性较好，但塑性较小，可用于制造建筑防水卷材、防水材料、冷底子油和沥青嵌缝膏等防水材料，其产品主要用于屋面和地下防水、沟槽防水、防腐蚀及管道防腐等工程。我国现行规范规定，
15、建筑石油沥青分为10号、30号和40号三种标号，各标号的技术标准见建筑石油沥青国家标准。TSINGHUA UNIVERSITY PRESS煤沥青u煤沥青是焦油沥青的一种。在炼油过程中，从干馏所挥发的物质中冷凝出煤焦油，煤焦油加工后得到煤沥青。根据煤干馏的温度不同煤焦油可以分为高温煤焦油高温煤焦油和低温低温煤焦油煤焦油。u1.1.煤沥青的化学组成与组分煤沥青的化学组成与组分 煤沥青的组成主要是芳香族碳氢化合物及其氧、硫、氮衍生物的混合物。根据目前最常采用的分析方法可将煤沥青分为：油分油分、树脂树脂A、树脂树脂B、游离碳游离碳C1和游离碳游离碳C2u2.2.煤沥青的技术特性煤沥青的技术特性 1）芳
16、香分含量多，成分较石油沥青更为复杂；TSINGHUA UNIVERSITY PRESS 2）易结晶的成分较多，胶体体系中分散相的粒子较粗，所以当温度变化时煤沥青的粘度变化大，温度稳定性差；3）耐老化性比石油沥青差；4）粘附性能好 5）防腐性能好。u 3.3.煤煤沥青的应用沥青的应用 1）作电极粘结剂 2）型煤粘结剂 3）生产沥青焦 4）制造沥青清漆 5）路用煤沥青 6）其它用途 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS乳化沥青u 乳化沥青是将粘稠沥青热融，经过机械的作用，以细小的微滴状态分散于含有乳化-稳定剂的水溶液中，形成水包油状的沥青乳液。u 1.1.乳化沥青的特点乳化沥青的特点
17、 乳化沥青与石油沥青相比具有许多优越性，主要优点如下：1）乳化沥青可以在常温下施工，无需现场加热设备，减少能源消耗，扣除制备乳化沥青所消耗的能源后，仍然可以节约大量能源；2）由于乳化沥青粘度低、和易性好，施工方便。由于乳化沥青可以均匀地分布在集料表面，能产生较好的粘附性，且在集料表面形成的沥青膜较薄，可以节约沥青用量；3）乳化沥青施工不需要加热，不污染环境，同时避免工作人员受到沥青挥发物的毒害，对健康较有利；4）乳化沥青所筑路面有一定的粗糙度，可以避免道路过于光滑发生事故。TSINGHUA UNIVERSITY PRESSu2.2.乳化沥青的种类乳化沥青的种类 乳化沥青的类型根据添加的乳化剂类
18、型来划分，目前乳化沥青使用的乳化剂主要有以下三种类型：阴离子乳化剂阴离子乳化剂、阳离阳离子乳化剂子乳化剂和非离子乳化剂非离子乳化剂。u3.3.乳化沥青的技术标准乳化沥青的技术标准 乳化沥青适用于沥青表面处治路面、沥青贯入式路面、冷拌沥青混合料路面，修补裂缝，喷洒透层、粘层与封层等。TSINGHUA UNIVERSITY PRESS改性沥青u 改性沥青是指在基质沥青或基质沥青混合料中，加入一种或数种改性材料，通过适当的加工工艺，使改性材料熔融或分散在基质沥青或基质沥青混合料中，形成均质混合物，从而改善或提高沥青的路用性能。u 1.1.改性沥青的分类改性沥青的分类改性沥青及混合料技术掺加改性剂 沥
19、青工艺 调和沥青 物理改性改善力学性能改善粘附性 耐老化性高温稳定性 耐疲劳性低温抗裂性 橡胶类热塑性橡胶类热塑性树脂类抗剥离剂：金属皂、有机胺、消石灰等抗老化剂矿物填料：炭黑、硫磺、石棉、木质素纤维等玻璃纤维格栅、塑料格栅、土工布等废橡胶粉掺加天然沥青（湖沥青、岩沥青、海底沥青）半氧化沥青、泡沫沥青等聚合物TSINGHUA UNIVERSITY PRESS 从广义上划分，根据不同目的所采取的改性沥青及改性沥青混合料技术汇总如上图所示。从狭义上划分，道路改性沥青一般是指聚合物改性沥青，简称PMA。按照改性剂的不同，一般将其分为三类：1)热塑性橡胶类：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物等 其具有良
20、好的变性自恢复性、裂缝自愈性和赋予沥青良好的高低温性能 2)橡胶类：丁苯橡胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶等 其主要特性是高温稳定性、高弹性、高机械强度和高粘附性。3)树脂类：乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯等 其可改善沥青高温稳定性，又可改善低温脆性。TSINGHUA UNIVERSITY PRESS二、沥青基防水卷材u 1.1.沥青防水卷材沥青防水卷材 沥青防水卷材由于卷材质量轻、防水性能良好、施工方便、能适应一定的温度变化和基层伸缩变形。主要包括以织物、纤维毡、金属箔等为胎基，两面浸涂沥青材料而制成的各种卷材和以橡胶或其他聚合物为改性材料制成的各种卷材。u 1）改性防水卷材改性防水卷材 常用的改性沥青
21、卷材的品种有：（1）沥青玻璃布卷材 （2）沥青玻纤胎卷材 （3）弹性沥青单层油毡 （4）自粘结改性沥青防水卷材 （5）金属箔改性沥青防水卷材TSINGHUA UNIVERSITY PRESSu2）沥青油毡瓦沥青油毡瓦 沥青油毡瓦是以玻纤维为胎基，以氧化沥青为浸涂材料，上撒彩色矿物粒料，下覆石英砂（或滑石粉）与塑料薄膜而成。沥青油毡瓦结构轻，有色彩，能装饰美化屋顶，油毡瓦正面有一自行粘结的粘结点，在阳光照射下能自行粘结为一体，故施工和维修都极为方便。油毡沥青瓦屋面在结冰、积雪时有较好的排水性。u3）卷材胶粘剂卷材胶粘剂 利用卷材作防水层，可以通过热熔、热粘、冷粘等方式将卷材固定在所需部位，当用作
22、粘结时，则应选用胶粘剂。改性沥青胶粘剂是改性沥青类防水卷材的粘结材料，一般有冷沥青胶和热沥青胶两种，卷材胶粘剂主要用于卷材与卷材、卷材与基层的粘结。TSINGHUA UNIVERSITY PRESSu2.2.沥青防水涂料沥青防水涂料 沥青防水涂料在常温下能形成有一定弹性的涂膜防水层，不仅无接缝，而且涂膜防水性好，能适应屋面、地面、地下防水的要求。施工操作简便，可喷、可涂，施工速度快。采用冷施工，避免了现场热熬时对环境的污染。屋面采用防水材料，不仅能减轻屋面荷重，降低成本，而且改善了劳动条件，便于操作与维修。沥青防水涂料主要分类如下：1）沥青基防水涂料 2）高聚物改性沥青防水涂料 （1）氯丁胶乳
23、沥青防水涂料 （2）SBS改性沥青防水涂料 （3）SBR改性沥青防水涂料TSINGHUA UNIVERSITY PRESSu3.3.建筑密封材料建筑密封材料 建筑密封材料按材质分：改性沥青密封材料改性沥青密封材料和合成高分子密封材料合成高分子密封材料 常见建筑密封材料有：1）SBS改性沥青弹性密封膏 2）橡胶沥青嵌缝油膏 3）橡胶桐油改性沥青嵌缝油膏TSINGHUA UNIVERSITY PRESS三、沥青混合料u沥青混合料是指矿物集料与沥青结合料拌制而成的混合物的总称，沥青混合料经摊铺、压实成型后成为沥青路面。其具有以下特点：1）具有良好的力学性质和路用性能，铺筑的路面平整无接缝，减振吸声，
24、行车舒适。路表具有一定的粗糙度，且无强烈反光，有利于行车安全；2）采用机械化施工，有利于施工质量控制，施工后即可开放交通；3）便于分期修建和再生利用。u沥青混合料的分类 1）按结合料的不同分：石油沥青石油沥青和煤沥青混合料煤沥青混合料TSINGHUA UNIVERSITY PRESS 2）按集料的最大粒径分：特粗式特粗式、粗粒式粗粒式、中粒式中粒式、细粒式细粒式和砂粒式砂粒式沥青混合料 3）按矿料级配分：连续密级配连续密级配、半开级配半开级配、开级配开级配和间断级配间断级配沥青混合料 4）按施工条件分：热热拌热铺拌热铺、热拌冷铺热拌冷铺、冷拌冷铺冷拌冷铺和温拌温拌沥青混合料TSINGHUA U
25、NIVERSITY PRESSu1.1.沥青混合料的组成结构沥青混合料的组成结构 沥青混合料是由粗集料、细集料、填料与沥青以及外加剂所组成的一种复合材料。对于沥青混合料组成结构的研究，目前存在着以下两种相互对立的理论。1）表面理论 按传统理解，沥青混合料是由粗集料、细集料和填料组成的密实的矿质骨架，沥青结合料分布其表面，从而将它们胶结成一个具有强度和整体。该理论较为突出矿质骨料矿质骨料的骨架作用，认为强度的关键是矿质骨料的强度和密实度。2）胶浆理论 胶浆理论把沥青混合料看作是一种多级空间网状结构的分散系，主要分为粗分散系、细分散系和微分散系三级分散系。粗分散系粗分散系是以粗集料为分散相，分散在
26、沥青砂浆的介质中；细分散系细分散系是以细集料为分散相，分散在沥青胶浆的介质中；微分散系微分散系是以矿粉填料为分散相，分散在高稠度的沥青介质中。三级分散系中以沥青胶浆沥青胶浆最为重要，它的组成结构决定沥青混合料的高温稳定性和低温变形能力。TSINGHUA UNIVERSITY PRESS 沥青混合料的组成结构通常按其矿质混合料的组成分为悬浮密实型、骨架空隙型和骨架密实型三种结构类型，如下图所示。（1）悬浮密实型 （2）骨架空隙型 （3）骨架密实型TSINGHUA UNIVERSITY PRESSu悬浮密实型结构 当沥青混合料采用连续型密级配矿质混合料时，由于混合料中各级配都有且细集料较多粗集料较
27、少，矿质材料会形成由大到小相互嵌固的连续密实混合料。在这种混合料中，因为各级集料均为次级集料所隔开，不能直接靠拢而形成骨架，以悬浮状态处于较小颗粒之中。这种结构虽然密实度很高，有较高的粘聚力，但内摩擦角很小，高温稳定性很差。按照连续型密级配原理设计的沥青混凝土属于典型的悬浮密实型结构。TSINGHUA UNIVERSITY PRESSu骨架空隙型结构 当采用连续型开级配矿质混合料时，较大粒径石料彼此紧密相接，而较小粒径石料的数量较少，不足以充分填充大颗粒间的空隙，而形成骨架空隙结构，沥青碎石混合料多属于这类型。这种结构的沥青混合料，粗骨料能充分形成骨架，骨料之间的嵌挤力和内摩擦力起重要作用。因
28、此，这种沥青混合料受沥青材料性质的变化影响较小，因而热稳定性较好，但沥青与矿料的粘结力较小、空隙率大，耐久性较差。TSINGHUA UNIVERSITY PRESSu骨架密实型结构 当采用间断型密级配矿质混合料时，矿质混合料既有足够数量的粗集料形成骨架，粗集料间空隙中又有适量的细集料填充，并形成较为密实的结构，此结构类型的沥青混合料的密实度、强度和稳定性都较好，是一种较理想的结构类型。TSINGHUA UNIVERSITY PRESSu2.2.沥青混合料的强度理论沥青混合料的强度理论 沥青混合料强度和稳定性理论主要是要求沥青混合料在高温时必须有一定的抗剪强度和抵抗变形的能力。1）沥青混合料的强
29、度理论 利用库仑理论来分析沥青混合料的强度和稳定性。由下式可知，沥青混合料的抗剪强度主要取决于粘聚力和内摩擦角两个参数。式中，为沥青混合料的抗剪强度；C为沥青混合料的粘聚力；为沥青混合料的内摩擦角；为沥青混合料所承受的压应力。TSINGHUA UNIVERSITY PRESS 2）影响沥青混合料抗剪强度的主要因素 影响沥青混合料抗剪强度的因素有内因和外因两种。内因：沥青粘度沥青粘度、集料级配粒径与颗粒状态集料级配粒径与颗粒状态、沥青用量沥青用量、矿料比表面积矿料比表面积等 外因：温度温度和变形速率变形速率u3.3.沥青混合料的技术性质与技术标准沥青混合料的技术性质与技术标准 沥青混合料在使用过
30、程中，应当具有较好的抗高温变形、抗低温脆裂、抗滑性、耐久性和施工和易性等技术性质，以保证沥青路面优良的服务性能，经久耐用。1）高温稳定性 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。TSINGHUA UNIVERSITY PRESS 我国现行规范要求采用马歇尔稳定度试验和车辙试验方法评价沥青混合料高温稳定性。（1）马歇尔试验 马歇尔试验测得三项指标：稳定度（稳定度（MS）、流值（流值（FL）、马歇尔模数（马歇尔模数（T）马歇尔稳定度是指在规定温度与加荷速度下，标准尺寸试件可承受的最大荷载；流值是最大荷载时试件的垂直变形（以0.1mm计
31、）；马歇尔模数则是稳定度与其流值之比，见下式：TSINGHUA UNIVERSITY PRESS (2)车辙试验 通过车辙试验计算得动稳定度（动稳定度（DS）来检验沥青混合料的抗车辙能力，DS越大表示抗车辙能力越大。影响沥青混合料高温稳定性的主要因素有沥青的用量沥青的用量，粘度粘度和矿料的级配矿料的级配、尺寸尺寸、形状形状等。2）低温抗裂性 沥青混合料的低温抗裂性是指在低温下沥青混合料抵抗低温开裂的能力。沥青混合料路面的低温收缩开裂主要有两种形式：一种是由于气温骤降造成材料低温收缩，在有约束的沥青混合料面层内产生温度应力超过沥青混合料在相应温度下的抗拉强度时就会造成开裂；TSINGHUA UN
32、IVERSITY PRESS 另一种形式是低温收缩疲劳裂缝，这是由于在沥青混合料经受长期多次的温度循环后，沥青混合料的极限拉伸应变变小，应力松弛性能降低，这样会导致在降温过程了沥青混合料路面更容易开裂，这种裂缝主要发生在温度变化频繁的温和地区。3）疲劳特性 沥青混合料的疲劳破坏是指在重复应力的作用下，在低于静载一次作用下的极限应力时发生破坏。影响沥青路面疲劳性能的因素主要包括沥青混合料材沥青混合料材料组成特性料组成特性和疲劳试验条件疲劳试验条件。TSINGHUA UNIVERSITY PRESS 4）耐久性 沥青混合料的耐久性是指其在光照、温度、水、风等自然因素和行车荷载的长期作用下能保持其原
33、有性能的能力，沥青的耐久性包括耐老化性耐老化性、耐疲劳性耐疲劳性和水稳定性水稳定性。沥青混合料的耐久性评价可采用浸水马歇尔试验浸水马歇尔试验和真空真空饱水试验饱水试验，有时还可采用浸水劈裂试验、冻融劈裂试验、浸水车辙试验等方法。5）抗滑性 沥青路面抗滑性能与集料的表面结构（粗糙度）表面结构（粗糙度）、级配级配组成组成、沥青用量沥青用量等因素有关。6）施工和易性 影响沥青混合料施工和易性的主要因素是混合料的级混合料的级配配和沥青用量。沥青用量。TSINGHUA UNIVERSITY PRESSu4.4.沥青混合料组成材料的技术要求沥青混合料组成材料的技术要求 1）沥青混合料对沥青技术性质的要求
34、为满足沥青混合料路面强度、稳定性与施工和易性等的要求，保证沥青路面有足够的耐久性，所用沥青材料的技术性质应满足环境与使用条件的要求。对于炎热地区、交通繁重的道路、细粒式或砂粒式混合料，应采用稠度较高的沥青以免夏季泛油；寒冷地区宜选用稠度较小，延度较大的沥青，以免冬季产生裂缝。2）沥青混合料对粗集料技术性质的要求 沥青混合料的粗集料要求洁净、干燥、无风化、无杂质，具有足够的强度和耐磨性，并且需要满足规范要求。TSINGHUA UNIVERSITY PRESS 3）沥青混合料对细集料的技术性质的要求 用于拌制沥青混合料的细集料是指粒径小于2.36mm的天然砂、人工砂或石屑。细集料应洁净、干燥、无风
35、化、无杂质，并有适当的颗粒级配；天然砂可采用河砂或海砂，通常宜采用粗、中砂；石屑是采石场破碎石料时通过4.75mm或2.36mm的筛下部分；并且质量都应满足规范要求。4）沥青混合料对填料的技术性质的要求 沥青混合料用填料是指粒径小于0.075mm的矿质粉末，通常采用石灰岩或岩浆岩中的强碱性岩石磨细的矿粉，除要求其干燥、洁净外，质量应满足规范要求。TSINGHUA UNIVERSITY PRESSu 5.5.沥青混合料配合比设计沥青混合料配合比设计 1)确定矿质混合料配合比例 （1）组成材料的原始数据测定 按照规定方法对实际工程使用的材料进行取样，测试粗集料、细集料及矿粉的密度，并进行筛分试验，
36、测定各种规格集料的粒径组成。（2）确定各档集料的用量比例 根据各档集料的筛分结果，采用计算法和图解法，确定各规格集料的用量比例，求得矿质混合料的合成级配。矿质混合料的合成级配曲线必须符合设计级配范围的要求，不得有过多的犬牙交错。当经过反复的调整仍有两个以上的超出设计级配范围时，必须对原材料进行调整或更换原材料重新设计。通常情况下，合成级配曲线宜尽量接近设计级配中限，尤其应使0.075mm、2.36mm、4.75mm等筛孔的通过量尽量接近设计级配范围的中限。对于交通量大、轴载重的道路，合成级配可以考虑偏向级配范围的下限，而对于中小交通量或人行道路等，合成级配宜偏向级配范围的上限。TSINGHUA
37、 UNIVERSITY PRESS 2）沥青混合料马歇尔试验 沥青混合料马歇尔试验的主要目的是确定最佳沥青用量（以OAC表示）。沥青用量可以通过各种理论公式计算得到，但由于实际材料性质的差异，计算得到的最佳沥青用量，仍然要通过试验进行修正，所以采用马歇尔试验作为沥青混合料配合比设计的基本方法。按照标准马歇尔试验，测定沥青混合料试件的马歇尔稳定度和流值。3）最佳沥青用量的确定 以沥青用量（通常采用油石比表示）为横坐标，以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指标为纵坐标，将试验结果绘制成关系曲线如下图所示。TSINGHUA UNIVERSITY PRESSTSINGHUA
38、UNIVERSITY PRESS （1）确定最佳沥青用量的初始值OAC1 根据上图在曲线上求取相应于密度最大值、稳定度最大值、目标空隙率（或中值）、沥青饱和度范围的中值的沥青用量a1、a2、a3、a4，取平均值作为OAC1，见下式 OAC1=（a1十a2十a3十a4）/4 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS 如果在所选择的沥青用量范围未能涵盖沥青饱和度的要求范围，则按下式求取3者的平均值作为OAC1。OAC1=（a1十a2十a3）/3 对所选择试验的沥青用量范围，密度或稳定度没有出现峰值（最大值经常在曲线的两端）时，可直接以目标空隙率所对应的沥青用量a3作为OAC1，但OAC1
39、必须介于OAC minOAC max的范围内。否则应重新进行配合比设计。（2）确定沥青最佳用量的中值OAC2 以各项指标均符合技术标准（不含VMA）的沥青用量范围OACminOACmax的中值作为OAC2，如下式：OAC2=（OACmin十OACmax）/2TSINGHUA UNIVERSITY PRESS （3）确定沥青最佳用量OAC 按最佳沥青用量的初始OAC1，在图中求取各项指标值，检查其是否符合规定的马歇尔试验指标，同时检验矿料间隙率是否符合要求。若这些指标能够符合要求，则要求OAC1及OAC2综合决定最佳沥青用量OAC 如下式：OAC=（OAC1十OAC2）/2 若这些指标不能符合要
40、求，应调整级配后重新进行配合比设计和马歇尔试验，直至各项指标均能符合要求为止。最后还要按最佳沥青用量OAC制作马歇尔试件，并进行浸水马歇尔试验，检验其残留稳定度是否合格。按最佳沥青用量OAC配比制作车辙试验试件，在60温度条件下进行高温抗车辙能力检验。TSINGHUA UNIVERSITY PRESS本章知识归纳（I）u沥青的分类：沥青按产源分为地沥青（天然沥青、石油沥青）和焦油沥青（煤沥青、页岩沥青）。u 石油沥青的组分：石油沥青按三组分分析法分为油分、树脂、沥青质三个组分；按照四组分分析法分为饱和分、芳香分、胶质、沥青质四个组分。u石油沥青的胶体结构：溶胶型、溶-凝胶型、凝胶型。u石油沥青
41、的技术性质：物理特性常数（密度、热胀系数、溶解度）、防水性、粘滞性、塑性、温度敏感性、抗老化性、安全性（闪点与燃点）。u石油沥青的技术标准。u沥青的针入度试验、延度试验、软化点试验。u煤沥青的组分：油分、树脂A、树脂B、游离碳C1、游离碳C2。u煤沥青的特性与用途。TSINGHUA UNIVERSITY PRESS本章知识归纳（II）u乳化沥青乳化剂的类型：阴离子乳化剂、阳离子乳化剂、非离子乳化剂。u石油沥青常用的改性剂的种类。u改性沥青的技术要求与选用。u沥青基防水材料的种类、特性与应用。u沥青混合料的组成结构：悬浮密实型、骨架密实型、骨架空隙型。u影响沥青混合料强度的主要因素：沥青粘度、集料级配粒与粒径与颗粒状态、沥青用量、矿料比表面积、温度、变形速率。u沥青混合料的技术性质：高温稳定性、低温抗裂性、疲劳特性、耐久性、抗滑性、施工和易性。u沥青混合料的马歇尔试验与车辙试验。u沥青混合料对其组成材料的技术要求。u沥青混合料配合比设计。TSINGHUA UNIVERSITY PRESS（第六章沥青与沥青混合料）TSINGHUA UNIVERSITY PRESS
