沥青混合料组成及结构

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1、文档从互联网中收集，已重新修正排版，word格式支持编辑，如有帮助欢迎下载支持。第五章 普通沥青混合料本章着重阐述了热拌沥青兴混合料的组成结构、强度形成原理、沥青混合 料的体积特征参数、应具有的技术性质、影响因素及评价方法，重点介绍了热 拌沥青混合料的马歇尔设计方法，包括组成材料的选择和配合比设计方法，同 时对 Superpave 与 GTM 沥青混合料设计方法进行了简要介绍。通过学习，要求 掌握沥青混合料的组成结构、强度形成原理、技术性质和技术要求，并能按马 歇尔法设计沥青混合料的配合组成，同时对 Superpave 与 GTM 设计法有一定了 解。5.1 沥青混合料组成及结构 沥青混合料

2、沥青混凝土混合料 沥青碎石混合料 沥青玛蹄脂碎石混合料 按结合料分类石油沥青混合料 煤沥青混合料石油沥青混合料又包括粘稠石油沥青、乳化石油沥青及液体石油沥青混合 料按矿料的级配类型划分 连续级配沥青混合料 间断级配沥青混合料 按矿料级配组成及空隙率大小划分 密级配沥青混合料 设计空隙率为 3 6 密级配沥青混凝土混合料(AC)密级配沥青稳定碎石混合料(ATB)沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA) 半开级配沥青混合料 剩余空隙率在6%12%沥青碎石(AM) 开级配沥青混合料 设计空隙率为 18的混合料排水式沥青磨耗层(OGFC)排水式沥青基层(ATPB)按矿料公称最大粒径划分 特粗式沥青混合料 等于或

3、大于 31.5mm 粗粒式沥青混合料 公称最大粒径等于或大于 26.5mm 中粒式沥青混合料：集料公称最大粒径为16mm或19mm的沥青混合料。 细粒式沥青混合料：集料公称最大粒径为 9.5mm 或 13.2mm 的沥青混合 料。按制造工艺划分 热拌热铺沥青混合料 冷拌沥青混合料 再生沥青混合料 表面理论 胶浆理论 粗分散系。以粗集料为分散相，分散在沥青砂浆的介质中。 细分散系。以细集料为分散相，分散在沥青胶浆的介质中。 微分散系。以矿粉填料为分散相，分散在高稠度的沥青介质中图 5-1 3 种类型矿质混合料级配曲线 悬浮一密实结构 特点是粘聚力较高，混合料的密实性与耐久性较好，但内摩阻力较小，

4、高温 稳定性较差。我国传统的 AC 型沥青混凝土是典型的悬浮一密实结构。 骨架一空隙结构 特点：内摩擦角较高，高温稳定性较好，但粘聚力较低，耐久性差。沥青 碎石混合料（AM）及排水式沥青磨耗层混合料（OGFC ）是典型的骨架一空隙 结构。 密实骨架结构 这种结构的沥青混合料不仅具有较高的密实度、粘聚力和内摩擦角，同时具有较好的高温稳定性，但施工和易性较差。SMA沥青玛蹄脂碎石混 合料即属于密实骨架结构。5.2 沥青混合料强度及影响因素沥青混合料在常温和较高温度下，由于沥青的粘结力不足而产生变形或由于抗剪切强度不足而破坏，一般采用库仑理论来分析其强度和稳定性图5-3沥青混合料三轴试验确定C、&值

5、的摩尔一库仑圆 沥青的性质对粘结力 C 的影响 矿质混合料级配、颗粒形状和表面特性对内摩阻角 的影响 矿料与沥青交互作用能力的影响 矿料比面积与沥青用量的影响 温度和变形速率的影响5.3 沥青混合料路用性能高温稳定性是指沥青混合料在高温条件下，能够抵抗车辆荷载的反复作用 不发生显著永久变形，保证路面平整度的特性。这种特性是导致沥青路面产生 车辙、波浪 及拥包等病害的主要原因。在交通量大、重车比例和经常变速路 段的沥青路面上，车辙是最严重、最有危害的破坏形式之一。 高温稳定性的评价方法及指标 马歇尔稳定度试验马歇尔稳定度试验方法是由美国密西西比州公路局布鲁斯马歇尔(Brue Marshall)提

6、出的，迄今已经历了半个多世纪。马歇尔试验设备简单、操作方便, 被世界上许多国家所采用，是目前我国评价沥青混合料的高温性能的主要试验 之一。 车辙试验 目前我国的车辙试验是采用标准方法成型的沥青混合料板块状试件，在规定的温度条件下，试验轮以421次/min的频率，沿着试件表面同一轨迹上反复行走，测试试件表面在试验轮反复作用下所形成车辙深度，见图7-11。以产生 1mm车辙变形所需要的行走次数，即动稳定度指标评价沥青混合料的抗车辙能力， 动稳定度由式(1-2)计算。1-2)(t -1 ) 42DS =_1c cd d 1 221式中：DS沥青混合料动稳定度(次/ mm)；d，d2 时间 t1 和

7、t2 的变形量(一般 t1 =45min t2=60min) (mm)；42 每分钟行走次数(次/ min)；c1， c2 试验机与试样的修正系数。 高温稳定性的主要影响因素采用表面粗糙、多棱角、颗粒接近立方体的碎石集料提高沥青的高温粘度粗集料嵌锁骨架结构沥青用量。低温收缩开裂主要有两种形式：材料低温收缩、低温收缩疲劳裂缝 低温抗裂性的评价方法和评价指标评价方法可以分为三类：预估沥青混合料的开裂温度；评价沥青混合料的低温变形能力或应力松驰能力；评价沥青混合料断裂能 预估沥青混合料的开裂温度 低温蠕变试验 蠕变变形曲线可分为三个阶段，第一阶段为蠕变迁移阶段，第二阶段为蠕变 稳定阶段，第三阶段为蠕

8、变破坏阶段。蠕变速率越大，沥青混合料在低温下的 变形能力越大，松弛能力越强，低温抗裂性能越好。占=（2 叫1）（1-3）speedO0式中：e沥青混合料的低温蠕变速率，1/sMPa；speed沥青混合料小梁试件跨中梁底的蠕变弯拉应力，MPa；0t1和t2分别为蠕变稳定期的初始时间和终止时间，s；8和 分别与时间t1和t2对应的跨中梁底应变。1 2 1 2 低温弯曲试验 低温弯曲试验也是评价沥青混合料低温变形能力的常用方法之一。在试验温度-10C0.5C的条件下，以50mm/min速率，对沥青混合料小梁试件跨中施 加集中荷载至断裂破坏，记录试件跨中荷载与挠度的关系曲线。沥青混合料在低温下破坏弯拉

9、应变越大，低温柔韧性越好，抗裂性越好。8 =6hd（1-4）B L2式中： 8 试件破坏时的最大弯拉应变；Bh 跨中断面试件的高度，mm；d试件破坏时的跨中挠度，mm；L试件的跨径，mm。沥青混合料在低温下的极限变开通，反映了粘弹性材料的低温粘性和塑性性 质，极限应变越大，低温柔韧性越好，抗裂性越好。我国公路沥青路面设计 规范（JTG D50-2006）中规定，采用低温弯曲试验的破坏应变指标作为评价改 性沥青混合料的低温抗裂性能。 约束试件的温度应力试验该法是美国公路战略研究计划（SHRP）推荐的评价沥青混合料低温抗裂性 能的方法。测定在降温冷却过程中试件内部的温度应力变化曲线，直至试件断 裂

10、破坏。试验结束后，分析冻断温度、试验时反映冷却过程中的温度应力变化 过程曲线如图 5-15 所示。由图 5-15 可以得到 4 个指标：冻断温度、破坏强度、温度应力曲线斜率和 转折点温度。冻断强度是试件达到破坏断裂时的最大应力，反映混合料在温度 收缩过程中的强度。转折点温度将温度应力曲线分为两个部分，前一部分反映 应力松弛（曲线部分），后一部分应力松（直线部分）消失。温度应力曲线斜率 主要是指温度应力曲线后一部分直线增长斜率，反映温度应力增长的速度。冻断温度与沥青性能、沥青路面抗裂性能的相关性最好，冻断强度也有较好 的相关性。温度应力试验模拟现场条件较好，表达直观。 低温抗裂性能的主要影响因素

11、一般情况下，沥青针入度数值越大，其感温性越低，低温劲度模量越小，沥 青的低温柔韧性就越好，其抗裂性能越好。在寒冷地区，可采用稠度低、低温 轻度低的沥青，或选择松弛性能较好的橡胶类改性沥青来提高沥青的低温抗裂 性。通常，密级配沥青混合料的低温抗拉强度高于开级配的沥青混合料，但是粒 径大、空隙率大的沥青混合料内部微空隙发达，应力松弛能力略强，温度应力 有所减小，两方面的影响相互抵消，故沥青混合料的这两种级配与沥青路面开 裂程度之间没有显著关系。同时环境因素对沥青混合料的开裂也有一定影响。水稳定性是沥青混合料抵抗由于水侵蚀而逐渐产生沥青膜剥离、松散、坑散等破坏的能力。水稳定性差的沥青混合料在有水存在

12、的情况下，会发生沥青与 矿料颗粒表面的局部分离，同时在车辆荷载作用下加剧沥青和矿料的剥落，形 成松散薄弱块，飞转的车轮带走局部剥离的矿粒或沥青，从而造成路面的缺失， 并逐渐形成坑槽，即所谓的沥青路面“水损害”。当沥青混合料的压实空隙率较大， 路面排水系统不完善时，会加速沥青路面的“水损害”。 水稳定性的评价方法与评价指标 沥青与集料的粘附性试验沥青与集料粘附性的试验方法有：水煮法、水浸法、光电比色法及搅动水净 吸附法等。 浸水试验浸水试验是根据浸水前后沥青混合料的物理、力学性能的降低程度来表征其 水稳定性的一类试验，常用的方法有浸水马歇尔试验、浸水车辙试验、浸水劈 裂强度试验和浸水抗压强度试验

13、等。以浸水前后的马歇尔稳定度比值、车辙深 度比值、劈裂强度比值和抗压强度比值的大小评价沥青混合料的水稳定性。 冻融劈裂试验按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTJ 052-2000)中的方法，在冻融劈裂试验中，将沥青混合料试件分为二组，一组试件用于测定常规状态下的劈裂强度，另一组试件首先进行真空饱水，然后置于-18C条件下冷冻16h, 再在60C水中浸泡24h，最后进行劈裂强度测试。TSR =r(1-5)2式中：TSR沥青混合料试件的冻融劈裂强度比，%；b 试件在常规条件下的劈裂强度，MPa；1b 试件经一次冻融循环后在规定条件下的劈裂强度， MPa。2 水稳定性的影响因素沥青路面的水损坏

14、通常与沥青的剥落有关，而剥落的发生与沥青和集料的 粘附性有关。沥青与集料的粘附性在很大的程度上取决于集料的化学组成，SiO2含量较 高的花岗岩集料与沥青的粘附性明显低于碱性集料石灰岩与沥青的粘附性，也 明显低于中性集料玄武岩与沥青的粘附性，通过掺加剥落剂可以显著改善酸性 集料或中性集料与沥青的粘附性。沥青混合料的水稳定性除了与沥青的粘附性有关外，还受沥青混合料压实空 隙率大小及沥青膜厚度的影响。成型温度与压实度对沥青混合料的抗水损害性能也有较大影响。气温低、湿度大甚至有降水时铺筑的沥青混合料路面水稳定性较差。沥青路面的抗滑性与所用矿料的表面构造深度、颗粒形状与尺寸，抗磨光 性有着密切的关系。沥

15、青路面的抗滑性除了取决于矿料自身的表面构造外，还取决于矿料级配所确定的表面构造深度，前者通常称为微观构造，用集料的磨光值表征；后者称为宏观构造，由压实后路表的构造深度或磨擦系数试验评价。构造深度测定方法主要有排水测定法、激光构造仪法和铺砂法，其中铺砂法最常用。磨擦系数 可采用制动距离法、减速度法、拖车法和摆式仪法测定，常采用摆式仪法检测。沥青混合料的疲劳是材料在荷载重复作用下产生不可恢复的强度衰减积累 所引起的一种现象。沥青混合料的耐疲劳性即是混合料在反复荷载作用下抵抗 这种疲劳破坏的能力。沥青混合料疲劳试验方法主要有：实际路面在真实汽车荷载作用下的疲劳破 坏试验；足尺路面结构在模拟汽车荷载作

16、用下的疲劳试验研究，包括大型环道 试验和加速加载试验；试板试验法，试验空小型试件的疲劳试验研究。前二种 试验研究方法耗资大、周期长，因此周期短、费用较少的室内小型疲劳试验（包 括简单弯曲试验、间接拉伸试验等）较多采用。影响沥青混合料疲劳寿命的因素很多，诸如荷载历史、加载速率、施加应力 或应变波谱的形式、荷载间歇时间、试验的方法和试件成型、混合料劲度、混 合料的沥青用量、混合料的空隙率、集料的表面性状、温度、湿度等等。影响沥青混合料施工和易性的因素很多，诸如沥青混合料组成材料的技术品 质、用量比例、以及施工条件等。 组成材料的影响 当组成材料确定后，沥青混合料和易性的主要影响因素是矿料级配和沥青

17、 用量。 施工条件的影响沥青混合料应在一定的温度下进行施工，以使沥青结合料能够达到要求的流 动性，在拌和过程中能够充分均匀地粘附在矿料颗粒表面；在压实期间，矿料 颗粒能够克服沥青的粘滞力及自身内摩阻力相互移动就位，达到规定的压实密 度。5.4 沥青混合料技术性质及标准沥青混合料的物理力学性质与使用环境，如气温和湿度关系密切。在我国技术规范公路沥青路面施工技术规范(JTGF40-2004)中，提出沥 青路面使用性能气候分区。气候分区指标采用工程所在地最近30年内年最热月份平均最高气温的平均值，作为反映 沥青路面在高温和重载条件下出现车辙等流动变形的气候因子，并作为气候分 区的一级指标。按照设计高

18、温指标，一级区划分为 3个区。采用工程的在地最近30年内的极端最低气温，作为反映沥青路面由于温度 收缩产生裂缝的气候因子，并作为气候分区的二级指标。按照设计低温指标， 二级区划分为4个区。采用工程所在地最近30年内的年降雨量的平均值，作为反映沥青路面受水 影响的气候因子，并作为气候区划的三级指标。按照设计雨量指标，三级区划 分为 4 个区。气候分区的确定沥青路面使用性能气候分区由一、二、三级区划组合而成，以综合反映该 地区的气候特征，见表5-5。每个气候分区用3 个数字表示：第一个数字代表高 温分区，第二个数字代表低温分区，第三个数字代表雨量分区，每个数字越小， 表示气候因素对沥青路面的影响越

19、严重。如我国西安市属于1-3-2分区，为夏炎 热冬冷湿润区，对沥青混合料的高温稳定性要求较高。沥青路面使用性能气候分区表 5-5气候分区指标气候分区按照高高温气候区123温指标气候区名称夏炎热区夏热区夏凉区最热月平均最高气温(C)3020 3020按照低低温气候区1234温指标气候区名称1.冬严寒区2.冬寒区3.冬冷区4.冬温区极端最低气温(C)-9.0雨量气候区1234气候区名称1.潮湿区2.湿润区3半干区4干旱区年降雨量(mm)10001000500500250250按照雨量指标沥青混合料是由沥青和矿质混合料级组成的复合材料，沥青混合料组成材料 质量与体积的关系见图 5-17，其体积特征参

20、数由密度、空隙率、矿料间隙率和 沥青饱和度等指标表征，它们反映了压实后沥青混合料各组成材料之间质量与 体积的关系。这些参数取决于沥青混合料中沥青与集料性质、组成材料用量比 例、沥青混合料成型条件等因素，并对沥青混合料的路用性能有着显著影响， 也是沥青混合料配合比设计的重要参数。 沥青混合料的密度沥青混合料的密度是指压实沥青混合料试件单位体积的干质量。 沥青混合料的理论最大密度理论最大密度是假设沥青混合料试件被压实至完全密实，没有空隙的理想状 态下的最大密度，即压实沥青混合料试件全部为矿料(包括矿料内部孔隙)和 沥青所占有，空隙率为零时的最大密度。沥青在沥青混合料中的用量通常有两种表示方法：油石

21、比，即沥青与矿料的 质量比；沥青含量，即沥青质量占沥青混合料总质量的百分率。当采用油石比 时，沥青混合料的理论密度可按式(1-6)；当采用沥青含量时，计算公式如式(1-7) 所示。100P丫 ti = 100(1-6)+ ai丫 se Jv _100丫ti = (100-P ) P(1-7)bi + bivvseb式中：Yti沥青混合料的最大理论相对密度纲；Pai沥青混合料中的油石比();aiPbi沥青混合料的沥青含量，Pbi=Pai 1(1+ Pai)，(%)；Yse合成矿料的有效相对密度；Yb沥青结合料的相对密度。在式(1-6)、(1-7)中，合成矿料的有效相对密度Yse可以通过矿料的合成

22、毛 体积相对密度与合成表观相对密度按式(1-8)计算确定。Y = Cm + (1- C) XY(1-8)se sa sb式中：Yse合成矿料的有效相对密度，按式(1-9 )求取；Ysa材料的合成表观相对密度，按式(1-10)求取；saC合成矿料的沥青吸收系数，可按矿料的合成吸水率由式(1-11)求取；1sb100P P1 + 2 +1112P+ n1n(1-9)1sa100P1P1n(1-10)式中：P、P2、Pn种矿料成分的配比，其和为100；*、Y2、Y“种矿料相应的毛体积相对密度；C = 0.033W2 - 0.2936w + 0.9339(1-11)xx式中：wx合成矿料的吸水率(),

23、按式(1-12)求取;X1、1、12、1n各种矿料相应原表观相对密度。(. 1 、W -x100( 1-12)X 11b 1 丿sb sa沥青混合料试件的毛体积密度毛体积密度是指沥青混合料单位毛体积(含沥青混合料实体矿物成分体积、不吸收水分的闭口孔隙、能吸收水分的开口孔隙等颗粒表面轮廓所包围的全部毛体积)的干质量。在工程中，常根据试件的空隙率大小，选择用表干法、蜡封法或体积法测定 沥青混合料的毛体积。表干法适用于较密实而吸水很少（吸水率2%）的试件。对于吸水率2%的沥青混凝土、沥青碎石、或大空隙沥青混合料试件，可 采用蜡封法与体积法测试其毛体积密度。 沥青混合料试件的空隙率沥青混合料试件的空隙

24、率是指压实状态下沥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，根据压实沥青混合料试件毛体积密度与理论最大密度按式（1-15）计 算。VV = （1 丄）X100%（1-15）Yt式中：VV沥青混合料试件的空隙率，%；”一沥青混合料试件的毛体积相对密度，根据试件吸水率，由表干法、 蜡封法或体积法测试；卩厂沥青混合料的理论最大相对密度，由式（1-6）或（1-7）计算。 沥青混合料试件的矿料间隙率 矿料间隙率是指压实沥青混合料试件中矿料实体以外的体积占试件总体积 的百分率，由式（1-16）计算。VMA = （100-仲 x P ）x10

25、0%（1-16）Yssb式中：VMA 沥青混合料试件的矿料间隙率，%；”一沥青混合料试件的毛体积相对密度；Ysb矿质混合料的合成毛体积相对密度，按式（1-9）计算；P,各种矿料占沥青混合料总质量的百分率，即P = 100 p， %。ssb 沥青混合料试件的沥青饱和度沥青饱和度是指压实沥青混合料试件矿料间隙中，扣除被集料吸收的沥青以外的有效沥青实体体积占矿料间隙中所占的百分率，计算公式如（1-17）所示。VFA=VMA VVVMAx100%1-17)式中：VFA 沥青混合料试件的沥青饱和度，%；VMA沥青混合料试件的矿料间隙率，。 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

26、马歇尔试验的技术标准列于表 5-6，适用于公称最 大粒径不大于 26.5mm 的密级配沥青混凝土。(%)26.5191613.29.54.75试验指标单位高速公路、一级公路其他等级公路行人道路夏炎热区（1-1、1-2、1-3、1-4 区）夏热区及夏凉区（2-1、2-2、2-3、2-4、3-2 区）中轻交通重载交通中轻交通重载交通击实次数（双面）次755050试件尺寸mmp101.6mmx63.5mm空隙率VV深约90mm以内%354624353624深约90mm以下%36243636-稳定度MS不小于kN853流值FLmm241.542 4.5242 4.525密级配沥青混凝土混合料马歇尔试验

27、技术标准表 5-6相应于以下公称最大粒径（mm）的最小VMA及VFA技术要求（）设计空隙率31如有帮助欢迎下载支持矿料间隙101111.5121315率VMA111212.5131416(%)121313.5141517131414.5151618141515.5161719沥青饱和度V FA（%）55 7065 7570 85 沥青混合料高温稳定性车辙试验的技术标准对用于高速公路和一级公路的公称最大粒径等于或小于 19mm 的密级配沥 青混合料以及 SMA、OGFC 混合料，按规定方法进行车辙试验，动稳定度应符 合表 5-7的要求。二级公路可参照此要求执行。 沥青混合料水稳定性检验的技术标准

28、 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 强度比均必须符合规定。达不到要求时必须采取抗剥落措施，调整最佳沥青用 量后再次试验。 沥青混合料低温抗裂性能检验技术标准宜对密级配沥青混合料在温度一10C、加载速率50mm / min的条件下进行 弯曲试验，测定破坏强度、破坏应变、破坏劲度模量，并根据应力应变曲线的 形状，综合评价沥青混合料的低温抗裂性能。 沥青混合料渗水系数检验技术标准5.5 普通热拌沥青混合料原材料及组成设计沥青混合料的技术性质决定于组成材料的性质、组成配合的比例和混合料 的制备工艺等因素。为保证沥青混合料的技术性质，首先应根据沥青混合料各 组成材料的技

29、术要求，正确选择符合质量要求的组成材料。 道路石油沥青沥青是沥青混合料中最重要的组成材料，其性能优劣直接影响沥青混合料 的技术性质。我国公路沥青路面施工技术规范(JTJ F40-2004)规定，沥青路面采用的 沥青标号，宜按照公路等级、气候条件、交通条件、路面类型及在结构层中的 层位及受力特点、施工方法等，结合当地的使用经验，经技术论证后确定。各 个沥青等级的适用范围应符合表 5-11 的规定。选用适当标号的沥青，经检验质量必须符合表 3-7规定的道路石油沥青的各 项技术指标的要求。道路石油沥青在储存时，必须按品种、标号分开存放。沥青在储罐中的储存 温度宜在130C170C的范围内。沥青在储运

30、、使用和存放过程中应有良好的防 水措施。 粗集料粗集料应该洁净、干燥、表面粗糙，质量应符合表5-12 的规定。当单一规 格集料的质量指标达不到表中要求，而按照集料配比计算的质量指标符合要求 时，工程上允许使用。对受热易变质的集料，宜采用经拌和机烘干后的集料进 行检验。粗集料的粒径规格应按照表 5-13 进行生产和选用。如某一档粗集料不符合 表 5-13 的规格，但确认与其它集料组配后的合成级配符合设计级配的要求时， 也可以使用。高速公路、一级公路沥青路面的表面层（或磨耗层）的粗集料的磨光值应符合 表 5-14 的要求。除 SMA 、OGFC 路面外，允许在硬质粗集料中掺加部分较小粒 径的磨光值

31、达不到要求的粗集料，其最大掺加比例由磨光值试验确定粗集料与沥青的粘附性应符合要求，当使用不符合要求的粗集料时，宜掺加 消石灰、水泥或用饱和石灰水处理后使用，必要时可同时在沥青中掺加耐热、 耐水、长期性能好的抗剥落剂。也可采用改性沥青的措施，使沥青混合料的水 稳定性检验达到要求。破碎砾石应采用粒径大于50mm、含泥量不大于1%的砾石轧制，破碎砾石 的破碎面应符合表 5-15 的要求。筛选砾石仅适用于三级及三级以下公路的沥青表面处治路面。 细集料 沥青路面选用的细集料，可采用天然砂、机制砂和石屑。细集料应洁净、干 燥、无风化、无杂质，并有适当的颗粒级配，其质量应符合表 5-16 的规定。细 集料的

32、洁净程度，天然砂以小于 0.075mnl 含量的百分数表示；石屑和机制砂以 砂当最（适用于04.75mm）或亚甲蓝值（适用于02.36mm或00.15mm）表示。天然砂可采用河砂或海砂，通常宜采用粗、中砂，其规格应符合表5-17 的 规定，砂的含泥量超过规定时应水洗后使用，海砂中的贝壳类材料必须筛除。 热拌密级配沥青混合料中天然砂的用量通常不宜超过集料总量的 20%。石屑是采石场破碎石料时通过 4.75mm 或 2.36mm 的筛下部分，它与机制砂 有着本质的不同，是石料加工破碎过程中表面剥落工撞下的边角，强度一般较 低，且针片状含量较高，在沥青混合料的使用过程中还会进一步细化。所以在 生产石

33、屑的过程中应特别注意，避免山体覆盖层或夹层的泥土混和石屑。细集料的级配在沥青混合料中的适用性，应将其与粗集料及填料配制成矿质 混合料后，再判定其是否符合矿料设计级配的要求再做决定。当一种细集料不 能满足级配要求时，可采用两种或两种以上的细集料掺合使用。填料 填料在沥青混合料中的作用非常重要，沥青混合料主要依靠沥青与矿粉的交 互作用形成具有较高粘结力的沥青胶浆，将粗细集料结合成一个整体。沥青混 合料所用矿粉最好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 5-19的要求。拌和机的粉尘也可作为矿粉

34、的一部分回收使用。回收粉尘的用量不得超过填 料总量的 25%，掺有粉尘填料的塑性指数不得大于 4%。粉煤灰作为填料使用时，其用量不得超过填料总量的 50%，烧失量应小于 12%，与矿粉混合后的塑性指数应小于 4%。高速公路、一级公路的沥青面层不 宜采用粉煤灰做填料。为了改善沥青混合料水稳定性，可以采用干燥的磨细生石灰粉、消石灰粉或 水泥作为填料，其用量不宜超过矿料总量的1%2%。沥青混合料的配合比设计结果与沥青路面使用性能、材料用量及工程造价 关系密切。全过程的沥青混合料配合比设计包括三个阶段：目标配合比设计阶 段、生产配合比设计阶段和生产配合比验证，即试验路试铺阶段，后两个设计 阶段是在目标

35、配合比的基础上进行的，需借助于施工单位的拌和设备、摊铺和 碾压设备完成。通过三个阶段的配合比设计过程，确定沥青混合料中组成材料 品种、矿质集料级配和沥青用量。此处着重介绍沥青混合料的目标配合比设计 过程。 目标配合比设计目标配合比设计分两部分进行，矿质混合料的组成设计与最佳沥青用量的确 定。密级配沥青混合料的目标配合比设计，采用马歇尔试验配合比设计方法的 设计流程图如图（1-18）所示。 矿质混合料配合组成设计a、选择热拌沥青混合料类型沥青混合料的类型|I规范规定的矿料级配范I| 或确定工程设计级配范围合格合格材料选择、合取样4图1-18密级配沥青混合料目标配合比设粗集程囹田集料、矿粉材料试验

36、b、确定工程设计级配范围密级配沥青混合料的设计级配宜根据公路等级、合料5-21等M在工程设计级配范围内设计供优选通过对条件大体相当的工程使配情况进行调查研选择采用粗型比设计或细交材料品种昆合料级根据公路等级、工程性青用量气候条件、 确定试验温度交通条件、材料品种等因素， 究后调整确定，必要时允许超出规范级配范围。经确定的工程设计级酉匚范围是配合比设计的的设计级不得随意变沥青用量拌和混合料分别制作马歇尔试混合料类型AC-25AC-20AC-16AC-13AC-10粗型和细型密级配沥青混凝土的关键性筛孔通过率测定试件毛体积相对密度用以分类的公称最大粒径(mm)26.5进行马1613.29.5调整关

37、键性筛孔475确定理论最大相对密|度粗型密级配 名称关键性筛孔通过率V、MA、VA等体积指标AC-25C40452 36AC-16C38技术经济济分析确锐组设计级配及最佳沥青用Ac-13F量AC-10C4045 通常情况下，合成级配曲线宜尽量接近设计级配的中限，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。 考虑路面的交通轴载及工程所在地的气温状况，季节温度高、高温持续时间 长及重载交通多的路段，宜选用粗型密级配沥青混合料（AC-C型），并取较高 的设计空隙率。对冬季温度低，且低温持续时间长的地区，口者重载交通较少 的路段，宜选用细型密级配沥青

38、混合料（AC-F型），并取较低的设计空隙率。 为确保高温抗车辙能力，同时兼顾低温抗裂性的需要，配合比设计时宜适当 减少公称最大粒径附近的粗集料用量，减少0.6mm以下部分细料的用量，使中 等粒径集料较多，形成S型级配曲线，并取中等或偏高水平的设计空隙率。c、矿质混合料配合比的计算1）组成材料的技术指标测试2）确定各档集料的用量比例 沥青混合料马歇尔试验a、制备试样按确定的矿质混合料配合比，计算各种规格集料的用量。以预估的油石比为中值，按一定间隔（对密级配沥青混合料通常为 0.5，对 沥青碎石混合料可适当缩小间隔为 0.30.4）等间距的向两侧扩展，取 5个或 5 个以上不同的油石比分别成型马歇

39、尔试件。每一组试件的个数按现行试验规程 的要求确定（通常为 46 块试件组），对粒径较大的沥青混合料，宜增加试件数 量。b、测定试件的物理力学指标测定沥青混合料试件的密度，并计算试件的空隙率、沥青饱和度、矿料间隙 率，粗集料间隙率等体积参数。采用马歇尔试验仪，测定马歇尔稳定度及流值。 最佳沥青用量的确定1）绘制沥青用量（或油石比）与物理一力学指标关系图2）据试验曲线，确定沥青混合料的最佳沥青用量 OAC1a、 a、 a、 a，在关系曲线图5-17上求取相应于密度最大值、稳定度最大值、目标空隙率（或 范围中值）、沥青饱和度范围中值的沥青用量aa2、a3、a4，按式（1-20）取平均a + a +

40、 a + aOAC =T 2341(1-20)值作为 OAC1。43）确定沥青混合料的最佳沥青用量OAC2以各项指标均符合技术标准要求（不含VMA）的沥青用量范围OACminOACmax中值作为OAC?。max21-21)OAC =OAC . +OACmnmax2 2通常情况下，取OAC1与OAC2的平均值作为最佳沥青用量OAC。检验与 OAC对应的VMA是否满足VMA最小值的要求，且宜位于VMA凹形曲线最小值贫油的一侧。)3 G/V 度密积体毛N度定稳%率隙空53-44 54O5-55-值流密度空隙率A MV) %(OAC稳定度流值VMAVFA油石比 （）图 5-19 沥青用量与马歇尔试件物

41、理力学指标关系图特性、气候条件等因素。一般情况下，可取OAC与OAC2的平均值作为最佳沥青用量 OAC。 检验最佳沥青用量时的粉胶比和有效沥青膜厚度1）计算沥青结合料被集料吸收的比例及有效沥青含量2）计算最佳沥青用量时的粉胶比和有效沥青膜厚度 沥青混合料的粉胶比是指沥青混合料的矿料中 0.075mm 通过率与有效沥青含量的比值。沥青混合料的粉胶比宜符合 0.61.6 的要求。对常用的公称最大粒 径为 l 3.219mm 的密级配沥青混合料，粉胶比宜控制在 0.81.2 的范围内。PFB 0075（ 1-24）Pbe式中：FB粉胶比，无量纲；P 矿料级配 0.075mm 的通过率 （ 水洗法 ）

42、（ % ）；0.075P 有效沥青用量（）。be 沥青混合料的性能检验1）沥青混合料的高温稳定性检验2）沥青混合料的低温抗裂性能检验3）沥青混合料的水稳定性检验按最佳沥青用量 OAC 制作马歇尔试件进行浸水马歇尔试验或冻融劈裂试 验，检验试件的残留稳定度或冻融劈裂强度比是否满足要求。 生产配合比设计 试验时，按目标配合比设计的冷料比例上料、烘干、筛分，然后从各热料仓 的材料取样进行筛分，与试验室配合比设计一样进行矿料级配计算，得同不同 料仓及矿粉用量比例，并按该比例进行马歇尔试验。现行规范规定试验油石比 可取目标配合比得出的最佳油石比及其0.3%共 3 个油石比进行试验，通过室 内试验及拌和机

43、取样试验综合确定生产配合比的最佳油石比，供试拌试铺使用。 由此确定的最佳油石比与目标配合比的差值不宜大于 2%。 生产配合比验证 生产配合比验证阶段，即试拌试铺阶段。按照生产配合比进行试拌、观察， 在试验段上试铺，观察摊铺、碾压过程和成型混合料的表面状况，判断混合料的级配和油石比。如不满意应适当调整，重新试拌试铺，直至满意为止。同时， 试验室要密切配合现场，在拌和石工摊铺现场采集沥青混合料试样进行马歇尔 试验，进行高温稳定性及水稳定性验证。在试铺试验时，试验室 还应在现场 取样进行抽取试验，再次检验实际级配和油石比是否合格，并且在试验路上钻 取芯样测定实际空隙率，由此确定生产用的标准配合比，进

44、入正常生产阶段。 沥青混合料配合比设计实例 某高速公路沥青路面上面层沥青配合料配合比设计。设计资料该高速公路沥青路面为三层式结构，上面层结构设计厚度为 3cm。气候条件：7月份平均最高气温28C，年极端最低气温为-24C，年降雨量为 1200mm。沥青材料：沥青密度1.003g/cm 3，经检验各项技术指标均符合要求。矿质材料：集料采用某采石场的石灰石，其筛分结果见表 5-24。粗集料压 碎值为15%，洛杉矶磨耗率为19%，粘附性等级为5级，表观密度为2.72 g/cm3。 矿粉采用石灰石磨细石粉，粒度范围符合技术要求，无团粒结块，表观密度为表 5-242.65 g/cm3。原材料1613.2

45、9.54.752.361.180.60.30.150.075碎石10095260000000石屑1001001008040170000砂10010010010094907638170矿粉10010010010010010010010010083AC-13906838241510级配范围100100856850382872051548级配范围中值1009576.5533726.51913.5106矿质集料级配与设计级配范围通过百分率（）设计要求1）确定沥青混合料类型，关进行矿质混合料配合比设计。（2）确定最佳沥青用量设计步骤1矿质混合料配合比设计 （1）矿质混合料级配类型及矿质混合料的级配范围根

46、据设计资料，所铺筑道路为高速公路，沥青路面上面层，结构层设计厚度 为 3cm 。选用 AC-13 型沥青混合料，相应的设计级配范围查表 5-22 确定，设计 级配范围和中值见表 5-24。（2）采用图解法进行矿质混合料配合比设计步骤 1：绘制图解法用图绘制图解法用图 5-20。根据表 5-24 中 AC-13 沥青混合料的级配范围中值数 据，确定各筛孔尺寸在横坐标上的位置。然后将各档集料与矿粉的级配曲线绘 制于图 5-20 中。图 5-20 矿质混合料配合比计算图步骤 2：确定各种集料用量在碎石与石屑级配曲线相重叠部分作一垂线AA,使垂线截取这二条级配曲 线的纵坐标值相等（即a=a）。垂线AA

47、与对角线00有一交点M,过M引一 水平线，与纵坐标交于P点，OP的长度X=36%，即碎石的用量。同理，求出石屑的用量Y=31%，砂的用量Z=25%，矿粉的用量W=8%。步骤 3：配合比校核与调整按照碎石：石屑：砂：矿粉=36%： 31%： 25%： 8%的比例，计算矿质混合 料的合成级配，结果见表 5-25。对四种矿料的组成比例进行调整，使合成级配 尽量接近要求级配范围中值。经调整后的矿料合成级配计算列于表 5-25 中，绘 制合成级配曲线，如图 5-21 所示。经调整后得到的矿质混合料的组成为：碎石：石屑：砂：矿粉=41%： 36%： 15%： 8%2沥青混合料的马歇尔试验（1）根据公式1-

48、18 及以往工程的经验，预估最佳沥青用量为5.5%。采用 0.5% 间隔变化，分别选择沥青用量4.5%、5.0%、5.5%、6.0%与 6.5%拌制 5 组沥青混 合料，双面击实 75 次成型 5 组试件。（2）试件物理力学指标的测定根据沥青混合料材料组成，按照式 1-6 计算沥青用量下试件的理论最大密 度。采用表干法测定试件毛体积密度、计算其空隙率与沥青饱和度等体积参数 指标，结果见表 5-25。在60C温度下，测定各组试件的马歇尔稳定度和流值，结果见表5-26中最 后两列。沥青混合料马歇尔试验数据汇总表 表 5-263）绘制沥青混合料试件物理力学指标与沥青用量关系图根据表 5-25 中的数

49、据，绘制沥青用量与毛体积密度、空隙率、沥青饱和度、 马歇尔稳定度和流值等指标的关系曲线图，如图5-22所示。图 5-22 马歇尔试验各项指标与沥青用量关系图 3最佳沥青用量确定（1）确定最佳沥青用量初始值 OAC1由图5-20可知，对应于密度最大值的沥青用量a1=5.5%，对应于马歇尔稳定 度最大值对应的沥青用量a2=5.0%，对应于规定空隙率范围中值的沥青用量 a3=5.0%,对应于饱和度范围中值的沥青用量a4=4.7%。将aa2、a3和a4代入 式 1-20，得最佳沥青用量初始值：（2）确定最佳沥青用量初始值OAC2 确定各项指标均符合沥青混合料技术标准要求的沥青用量范围，其中：OACmi

50、n=4.6%OACmax=5.1%（3）综合确定最佳沥青用量OAC因为气候条件属于温和地区，且是车辙渠化交通的高速公路，预计有可能出 现车辙，则OAC的取值在OAC2与OACmin的范围内决定，故根据经验取OAC =4.8%。4沥青混合料的路用性能验证（1）沥青混合料的水稳定性检验按最佳沥青用量 4.8%制作马歇尔试件，进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂强 度试验。沥青混合料的浸水残留稳定度为 86%，大于规范所要求的 80%；冻融 劈裂强度比为 82%，大于规范所要求的 75%，满足对沥青混合料的水稳定性要 求。（2）沥青混合料的抗车辙能力检验按最佳沥青用量 4.8%制作车辙板试件，测试其动稳定度

51、，其结果为1260 次/mm，大于规范所要求的800次/mm，满足对沥青混合料的高温稳定性要求。通过以上试验和计算，可以确定最佳沥青用量为 4.8%。5.6 Superpave 沥青混合料组成设计方法由于路面性能的下降及研究经费的减少，美国国会 1987 年批准建立公 路战略研究计划（ SHRP ），历时 5 年，投入 1 亿 5 千万美元，指在提高美 国道路的性能和耐久性， 其中 1/3 的研究经费用于开发基于性能的沥青材料 （包括沥青结合料、沥青混合料）规范。SHRP 计划沥青部分的最终研究成果汇总为 Superpave 沥青混合料设计 和分析体系，Superpave 即 Superior

52、 Performing Asphalt Pavement 的缩写。 Superpave 体系包括采用沥青胶结料物理特性试验及规范、一系列集料试验 与规范；热拌沥青混合料设计和分析体系以及集成体系各部分的计算机软 件。Superpave 混合料设计的四个基本步骤为：材料选择、设计集料结构选 择、设计沥青胶结料含量选择和混合料水敏感性评估。永久变形、疲劳开裂与低温开裂是沥青路面在高温、 中等温度与低温状 况下普遍产生的三种典型病害类型。 Superpave 胶结料体系中提出与之相对 应的胶结料试验评价方法，以描述沥青在实际路面温度及最可能发生病害 时间段内的特性，如表 7-27 及图 7-23 所

53、示。Superpave 沥青胶结料试验 表 5-27Superpave胶结料试验目的动态剪切流变试验（DSR）测量高温和中等温度性质旋转粘度试验（RV）测量高温性质弯曲梁流变试验（BBR）测量低温性质直接拉伸试验（DTT）旋转薄膜烘箱试验（RTFO）模拟硬化（短期老化）特性压力老化试验（PAV）模拟耐久性（长期老化）特性5.6.2 Superpave集料性能评价方法 集料技术性能SHRP 路面研究者认为在所有情况下要得到高性能的沥青路面，都共同意识到集料的某些特性是非常重要的，这些特性又被称为“认同特性 ”。主要包括：粗集料棱角性、细集料棱角性、集料的针片状含量与集料粘土含 量。Superpa

54、ve 集料规范中对粗集料棱角性采用人工识别方法测试大于 4.75mm 的集料中，具有一个或一个以上破碎面的集料占集料总质量的百分 数；细集料棱角性采用间隙率法棱角性测试仪测试小于 2.36mm 集料未压实 空隙率；针片状含量采用针片状规准仪测试集料中最大与最小尺寸之比大 于 5 的粗集料质量的百分率；粘土含量采用砂当量法测试小于 4.75mm 集料 中粘土的质量百分率。Superpave 规范中提出的基于路面交通轴载的集料性能指标要求如 表 5-28 所示。 集料级配Superpave 集料规范中采用横坐标间隔为筛孔尺寸的 0.45 次方的级配 图定义级配范围。为了规范集料范围， 0.45 次

55、方图上增加了两个附加特征：控制点和限制区（又称禁区）。控制点是级配必须通过的范围，设置在公称 最大尺寸、中等尺寸（ 2.36mm ）和粉尘尺寸（ 0.075mm ）处；限制区是在 最大密度级配线附近，在中等尺寸和 0.3mm 尺寸之间，形成的一个级配不 应通过的区域，如图5-24所示。Superpave设计体系认为集料的级配曲线（设 计集料结构）只有落在控制点范围内，且不通过限制区时，混合料方可取 得较为优越的路用性能，如图 5-25 所示。筛子尺寸（0.4自次方图 5-24 Superpave 混合料级配控制点与限制区图5-25 Superpave混合料级配曲线5.6.3 Superpave

56、混合料设计方法Superpave混合料设计分为三个水准：混合料体积设计也称水准I设计，使用旋转压实机（ SGC ）并根据体积设计要求选择沥青用量。混合料中等路面性能水平设计也称水准II设计，以混合料体积设计为基础，附加 一组 SST 和 IDT 试验以达到一系列性能预测。 混合料最高路面性能水平 设计也称水准III设计，以混合料体积设计为基础，附加的SST和IDT试验是在一个较宽温度变化范围内进行试验。由于包含了更广泛的试验范围和 结果，完全分析可提供更可靠的性能预测水平。 目前， Superpave 混合料 设计体系中仅水准I设计比较完善，水准II与水准III设计仍在研究完善之 中。 Sup

57、erpave 沥青混合料的成型方法Superpave 沥青混合料设计体系中采用 Superpave 旋转压实机（ SGC ） 对热拌沥青混合料采用旋转搓揉方法成型圆柱体沥青混合料试件，可实时 测量试件在压实过程中的高度，从而实时计算其密度、空隙率等体积参数。旋转压实过程中有三种旋转次数需特别关注：设计旋转压实次数 N 、des初始旋转压实次数n与最大旋转压实次数n 。Superpave设计体系提出的inimax基于沥青路面交通轴载状况的沥青混合料旋转压实次数如表 5-29 所示。Superpave 设计旋转压实次数 表 5-29设计轴载，压实参数ESALs,(百万)309125205 Supe

58、rpave 沥青混合料技术要求水准I的Superpave沥青混合料技术要求包括：（1）混合料体积特性要 求；（ 2）粉胶比； （ 3）水敏感性。 混合料体积特性要求沥青混合料体积特性要求包括：空隙率、矿料间隙率和沥青饱和度以及在 N 和 N 的混合料密度。其中，空隙率是极为重要的性质，是沥青胶 ini max结料含量确定的基础。 Superpave 设计体系中，沥青混合料的设计空隙率为4%。设计空隙率不4%时，矿料间隙率（VMA）的要求与集料的公称最大粒径有关，如表 5-30 所示。公称最大最小公称最大粒径VMA粒径(mm)(%)(mm)4.7516.019Superpave 规范中对 VMA 的要求 表 5-30最小VMA(%)13.09.515.02512.012.514.037.511.04%时，沥青饱和度VFA的要求范围与沥青路面的父通轴在设计空隙率载状况有关，如表 5-31 所示。Superpave 规范中对 VFA 的要求 表 5-31设计轴载,EALSs, (百万）30设计VFA(%)65 7565 75Superpave 设计体系中，对沥青混合料不同旋转次数时的压实度也做出 了相应规定，要求 N 初始压实状态时，压实密度与沥青混合料最大理论密ini度的比值不超过