道路工程材料复习讲义

道路工程材料复习讲义 道路工程材料 目录 道路工程材 料 ....................................................................................................................... - 2 - 一、有机结合 料 ................................................................................................................... - 2 - 1.1集 料 ......................................................................................................................... - 2 - 1.2改性沥 青 ................................................................................................................. - 2 - 1.3其他沥 青 ................................................................................................................. - 4 - 二、有机混合 料 ................................................................................................................... - 4 - 2.1有机混合料分 类 ..................................................................................................... - 5 - 2.2沥青混合料的组成结 构 ......................................................................................... - 6 - 2.3沥青混合料的强度及影响因 素 ............................................................................. - 7 - 2.4沥青混合料的路用性 能 ......................................................................................... - 8 - 2.5Superpave沥青混合 料 .......................................................................................... - 14 - 2.6 GTM沥青混合 料 ................................................................................................. - 14 - 三、其他沥青混合 料 ......................................................................................................... - 14 - 3.1沥青稳定碎石混合 料 ........................................................................................... - 14 - 3.2沥青玛蹄脂碎石 (SMA)................................................................................... - 16 - 3.3开级配抗滑磨耗层 (OGFC)............................................................................. - 18 - 3.4乳化沥青混合 料 ................................................................................................... - 20 - 3.5稀浆封层与微 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 处 ............................................................................................... - 20 - 3.6冷再生沥青混合 料 ............................................................................................... - 21 - - 1 - 道路工程材料 道路工程材料 一、有机结合料 1.1集料 1)定义:集料是由不同粒径矿质颗粒组成，并在混合料中起骨架和填充作用的粒料。 2)按粒径范围分类:粗集料;细集料;矿粉。 3)矿粉:是指由石灰岩或岩浆岩等憎水性碱类石料经磨细加工得到的，在混合料中起填充作用的，以碳酸钙为主要成分的矿物质粉末，也称填料。 4)矿料:也成矿质混合料，将两种或两种以上的集料掺配使用，即掺配成矿质混合料，简称矿料。 5)级配:集料中各组成颗粒的分级和搭配称为级配。级配通过筛分试验确定。 6)有机结合料:是指以沥青有机材料为主要成分，可用于胶结集料、矿粉等材料，从而形成具有整体力学性能及稳定性混合料的胶结材料。 7)沥青材料(Bituminous material):由极其复杂的高分子碳氢化合物及这些碳氢化合物的非金属(氧、硫、氮)的衍生物所组成的混合物。沥青在常温下一般呈固体或半固体，颜色为黑褐色或褐色。 8)沥青的路用性质: a.黏滞性;b.沥青的低温性能;c.沥青的感温性;d.加热稳定性;e.沥青的黏弹性;f.黏附性 9)我国道路石油沥青分为:黏稠石油沥青;液体石油沥青。 10)我国现行黏稠沥青技术标准中，针入度是划分沥青标号的主要指标。我国对液体沥青采用道路标准黏度计来划分等级(即标号)，所以液体沥青亦称为黏度级沥青。 1.2改性沥青 1)定义:是指掺加橡胶、树脂等高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料型外加剂，与沥青均匀混合，从而使沥青的性质得以改善并制成的沥青混合物。 2)改善的几方面性能: a.提高高温抗变形能力，增强沥青路面的抗车辙性能;b.提高沥青的弹性性能,改善其 - 2 - 道路工程材料 抵抗低温和抗疲劳开裂性能;c.改善沥青与矿料的黏附性;d.提高沥青的抗老化能力，延长沥青路面的寿命。 3)改性沥青根据改性类型及所起作用的不同，可按下图进行分类: ???橡胶类:SBR、CR、EPDM?高温稳定性??????????改善力学性能?耐疲劳性?—聚合物?热塑性橡胶类:SBS???????????低温抗裂性???热塑性树脂类:PE、EVA???掺加改性剂??改善黏附性—抗剥离剂:金属皂(有机锰 等)、有机胺、消石灰等?????????耐老化性—抗老化剂:受阻酚、受改性沥青技术?阻胺等???、石棉、木质纤维等?矿物填料:炭黑、硫磺???物理改性?玻璃纤维格栅、塑料格栅、土工布等??????废橡胶粉??、岩石沥青、海底沥青?调和沥青—掺加天然沥青:湖沥青 ??等?沥青工艺—半氧化沥青、泡沫沥青 4)常用的聚合物改性沥青(属改性剂) ?橡胶类改性沥青:丁苯橡胶(SBR)、氯丁橡胶(CR) 这类改性剂常以胶乳的形式加入到沥青中制成橡胶沥青，可以提高沥青的黏度、韧性、软化点，降低脆点，并使沥青的延度和感温性得到改善。 改性机理:橡胶吸收沥青中的油分产生溶胀，改善了沥青的胶体结构，从而使沥青的黏度等指标得以提高。 ?热塑性橡胶类改性沥青:热塑性丁苯橡胶(SBS) SBS改性沥青在改善温度敏感性、提高低温韧性等方面具有显著效果。 改性机理:热塑性弹性体对沥青的改性机理除了一般的混合、溶解、溶胀等物理作用外，更重要的是改性剂在一定条件下产生交联作用，形成了不可逆的化学键，同时形成立体网状结构，使沥青获得较高的弹性和强度。而在沥青拌和温度条件下，网状结构消失，具有塑性状态，便于施工。 改性沥青在路面使用温度条件下为固态，具有高抗拉强度。 ?热塑性树脂类改性沥青:聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)等。 - 3 - 道路工程材料 热塑性树脂的共同特点是加热后软化，冷却时变硬。 此类改性剂可以使沥青结合料的常温黏度增大，高温稳定性增加，沥青的强度和劲度提高;但对沥青结合料的弹性改善效果有限，且加热后易离析，再次冷却时会产生众多的弥散体。 ?热固性树脂类改性沥青:聚氨酯(PV)、环氧树脂(EP)、不饱和聚酯树脂(VP)等。 环氧树脂改性沥青的延伸性不好，但其强度很高，具有优越的抗永久变形能力、耐燃料油和润滑油的能力。 1.3其他沥青 1)煤沥青(俗称柏油):是用煤在隔绝空气的条件下干馏，制取焦炭和煤气的副产品—煤焦油炼制而成的。路用煤沥青主要由高温煤焦油加工而得。 2)乳化沥青:将黏稠沥青加热至流动状态，再经高速离心、搅拌及剪切等机械作用，使沥青形成细小的微粒(2~5μm左右)，且均匀分散在含有乳化剂和稳定剂的水中，形成水包油(O/W)型沥青乳液。 乳化沥青组成:沥青(55%~70%)+乳化剂+稳定剂+水 乳化剂:乳化剂是乳化沥青形成的关键材料。从化学结构上看，它是一种“两亲性”分子。分子的一部分只有亲水作用，而另一部分具有亲油性质，这两个基团具有使互不相溶的沥青和水联接起来的特殊功能。 3)天然沥青:湖沥青、岩沥青和海底沥青等。 天然沥青具有较高的含氮量(一般沥青中很少含氮)，这使它具有很强的特殊浸润性和较高的抵御自由基氧化的能力，因此天然沥青黏度大，抗氧化能力强(高温稳定性强)。天然沥青的强极性还使它具有很好的粘 附性及抗剥落性。 4)泡沫沥青:在高温的普通针入度级沥青中加入少量冷水，使沥青表面积大大增加，体积膨胀数倍至数十倍，然后在1min内沥青又恢复原状，这种膨胀成泡沫的沥青称为泡沫沥青。 泡沫沥青多与水泥一起作为稳定剂，应用于沥青路面的冷再生工程。 二、有机混合料 - 4 - 道路工程材料 2.1有机混合料分类 ??普通热拌沥青混合料???普通沥青混合料??Superpave沥青混合料?????GTM沥青混合料???沥青稳定碎石???1)分类??沥青玛蹄脂碎石(SMA) ???开级配抗滑磨耗层(?OGFC)?其他沥青混合料????乳化沥青混合料????稀浆封层与微表处?????冷再生沥青混合料? ?沥青混合料:是矿质混合料(简称矿料)与沥青结合料经拌和而形成的混合料的总称(粗集料+细集料+矿粉+沥青+外加剂)。其中，矿料起骨架作用，沥青与填料起胶结和填充作用。 ?沥青混合料的分类: ??黏稠石油沥青混合料???石油沥青混合料??乳化石油沥青混合料??按结合料类型分类? ????液体石油沥青混合料 ???煤沥青混合料 ?按矿料的级配类型分类 ?沥青混合料中的矿料是按连续级配原则设计的)?a-连续级配沥青混 合料( ??连续级配沥青混合料的矿料中缺少一个或几个档次粒径而形成的沥青混合料)?b-间断级配沥青混合料( ?按矿料级配组成及空隙率大小分类 ?a-密级配沥青混合料(按连续密级配原理设计组成的沥青混合料，空隙率3%~6%)??b-半开级配沥青混合料(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??空隙率在6%~12%)?拌合而成，压实后剩余??料级配主要由粗集料嵌挤组成，细集料及填料较少)?c-开级配沥青混合料(矿 - 5 - 道路工程材料 ?按矿料公称最大粒径分类 料公称最大粒径?37.5mm的沥青混合料)?a-特粗式沥青混合料(集??b-粗粒式沥青混合料(集料公称最大粒径为26.5mm或31.5mm的沥青混合料)??料公称最大粒径为16mm或19mm的沥青混合料) ?c-中粒式沥青混合料(集 ?料公称最大粒径为9.5mm或13.2mm的沥青混合料)?d-细粒式沥青混合料(集??料公称最大粒径?9.5mm的沥青混合料)?e-砂粒式沥青混合料(集 ?按制造工艺分类 简称热拌沥青混合料，HotMixtureAsphalt，HMA)?a-热拌热铺沥青混合料(??b-常温沥青混合料(采用乳化沥青或液体沥青与矿料在常温状态 下拌合、铺筑的沥青混合料)??需翻修或废弃的旧沥青路面，经翻挖、破碎后回收旧沥青混合料，?c-再生沥青混合料(指将 ?集料、新沥青材料等按一定比例重新拌和，形成具有一定路用性能的?然后将其与再生剂、新???再生沥青混合料) 2.2沥青混合料的组成结构 按照沥青混合料的矿料级配组成特点，可将沥青混合料分为悬浮密实结构、骨架空隙结构、骨架密实结构三种类型。 1)悬浮-密实结构 当采用连续型密级配矿料与沥青配置沥青混合料时，矿料颗粒由大到小连续存在。这种结构虽然密实度很大，但粒径较大的颗粒被较小一档的颗粒挤开，不能直接接触形成嵌挤骨架结构，彼此分离悬浮于较小颗粒和沥青胶浆之间，形成了所谓的悬浮密实结构。 此种结构的特点:黏聚力较高，混合料的密实性与耐久性较好，但內摩阻力较小，高温稳定性较差。 2)骨架-空隙结构 采用连续型开级配矿料与沥青组成沥青混合料时，由于所组成的矿质混合料中粗集料所占比例较高，细集料很少，因此粗集料可以相互靠拢形成骨架。但细集料不足以充分填充骨架空隙，压实后混合料中的空隙较大，形成了所谓的骨架空隙结构。 此种结构特点:内摩擦角较高，高温稳定性较好，但黏聚力较低，耐久性差。 3)骨架-密实结构 当采用间断型密级配矿料与沥青组成沥青混合料时，在沥青混合料中 既有足够的粗集料 - 6 - 道路工程材料 形成骨架，又根据骨架空隙大小加入了足够的细集料和沥青胶浆，使之填满骨架结构，形成了较高密实度的骨架结构。 2.3沥青混合料的强度及影响因素 1)强度形成原理:通常认为沥青混合料的结构强度由矿料颗粒之间的嵌锁力(内摩擦角)和矿料的黏结力及沥青自身的内聚力构成。当采用摩尔-库伦理论 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 时，认为沥青混合料不发生剪切滑移的必要条件是满足公式: ??c??tan? 式中:τ—沥青混合料的抗剪强度(Mpa); σ—试验时的正应力(Mpa); υ—沥青混合料的内摩擦角(rad); c—沥青混合料的黏结力(Mpa)。 2)沥青混合料结构强度的影响因素 a.沥青性质对黏结力(c)的影响 从沥青的本身来看，沥青的黏滞度是影响沥青混合料黏结力c的重要因素。沥青的黏度越大，则沥青混合料的黏结力愈大，并可保持矿质集料的相对嵌挤作用，抗变形能力愈强。 b.矿质混合料性能对摩擦角υ的影响 矿质混合料的级配组成、颗粒形状棱角和表面特性等对沥青混合料的 嵌锁力或内摩擦角影响较大。 c.矿料与沥青的交互作用能力的影响 在沥青混合料中，沥青与矿粉交互作用后，沥青在矿粉表面形成一层厚度为?0的扩散溶剂膜，此膜厚度以内的沥青称为“结构沥青”，膜层较薄，黏度较高，具有较强的黏结力;此膜厚度以外的沥青称为“自由沥青”，其未与矿料发生交互作用，保持着沥青的初始内聚力。 d.矿料比表面积与沥青用量的影响 矿料的比表面积越大，就能大大增强沥青与矿料的相互作用，减薄了沥青的膜厚，并在矿料表面形成“结构沥青层”，使矿料颗粒牢固粘结，构成强度。 - 7 - 道路工程材料 在沥青与矿料质量固定的条件下，沥青与矿料的比例(及沥青的用量)是影响沥青混合料强度的重要因素。 e.温度与变形速率的影响 沥青混合料的黏结力随温度的升高而显著降低，但内摩擦角受温度影响较小。 沥青混合料的黏结力随变形速率的增加而显著提高，而内摩擦角随变形速率的增加变化较小。 2.4沥青混合料的路用性能 1)高温稳定性 ?定义: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。 ?高温稳定性评价方法及指标 ?马歇尔稳定度试验 马歇尔试验用于测定沥青混合料试件的破坏荷载和抗变形能力。 稳定度(MS):指试件受压至破坏时承受的最大荷载(以kN计); 流值(FL):指达到最大破坏荷载时试件的垂直变形，以0.1mm计。 ?车辙试验 目前，我国车辙试验采用标准方法成型的沥青混合料板块状试件(300mm×300mm ×50mm)，在60?温度条件下，实验轮(轮压0.7Mpa)以42次/min?1次/min的频率沿着试件表面同一轨迹反复行走，测试试件表面在试验轮反复作用下所形成的车辙深度，以产生1mm车辙变形所需要的行走次数即动稳定度指标，用以评价沥青混合料的抗车辙能力。 ?高温稳定性的主要影响因素 沥青高温稳定性的形成，主要来源于矿质集料颗粒间的嵌锁作用和沥青的高温黏度。 2)低温抗裂性 ?定义:沥青混合料不仅应具备高温稳定性，同时还要具有低温抗裂性，以保证路面在冬季低温时不产生裂缝。 - 8 - 道路工程材料 一般认为，沥青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的温度应力 超过沥青混合料在相应温度下的抗拉强度时造成的开裂;另一种是低温收缩疲劳裂缝，当沥青混合料经受长期多次的温度循环后，材料的抗拉强度降低，变成温度疲劳强度，当温度应力超过温度疲劳强度时就会发生开裂。低温收缩疲劳裂缝主要发生在温度变化频繁的温和地区。 ?低温抗裂性的评价方法及指标 ?预估沥青混合料的开裂温度 根据温度应力与抗拉强度的关系预估沥青面层出现低温开裂的温度tp。tp越低，即沥 青混合料的开裂温度越低，低温抗裂性越好。 ?低温蠕变试验 在规定温度下，对规定尺寸的沥青混合料小梁试件的跨中施加恒定集中荷载，测定试件随时间不断增长的蠕变变形。 蠕变变形曲线分为三个阶段:第一阶段为蠕变迁移阶段，第二阶段为蠕变温度阶段， 第三阶段为蠕变破坏阶段。以蠕变稳定阶段的蠕变速率评价沥青混合料的低温变形能力。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。 蠕变速率:?speed? 式中:ξspeed(?1??2)/(t2?t1)?0 -沥青混合料的低温蠕变速率[1/(s?Mpa)]; σ0-沥青混合料小梁试件跨中梁底的蠕变弯拉应力(Mpa); t1、t2-蠕变稳定期的初始时间和终止时间; ξ1、ξ2-t1、t2对应的小梁试件跨中梁底应变。 ?低温弯曲试验 低温弯曲试验是评价沥青混合料低温变形能力的常用方法之一。在摄氏温度-10??0.5?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 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 试件跨中荷载与挠度的关系曲线。由小梁试件破坏时的跨中挠度，按下式计算沥青混合料的破坏弯拉应变。沥青混合料在低温下的破坏弯拉应变越大，低温柔韧性越好，抗裂性越好。 ?B?6hd L2 - 9 - 道路工程材料 式中:?B—试件破坏时的最大弯拉应变; h—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)。 我国《公路沥青路面设计规范》(JTG D50—2006)规定，采用低温弯曲试验的破坏应变作为评价改性沥青混合料的低温抗裂性能指标。 ?约束试件的温度应力试验 ?低温抗裂性的主要影响因素 沥青混合料的低温抗裂性能与其抗拉强度、松弛能力以及收缩性质等密切相关。一般情况下，沥青的针入度数值越大，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。 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。 另外，环境因素对沥青混合料的开裂也有一定影响。路表面温度越低，沥青路面越易开裂;降温速率越大，温度开裂趋势越明显。 3)耐久性 ?定义:耐久性是指沥青混合料在使用过程中抵抗环境因素及行车荷载反复作用的能力，包括沥青混合料的抗老化性能、水稳定性能等。 ?抗老化性 沥青混合料在使用过程中，受到空气中的氧气、水、紫外线等介质的作用，促使沥青发生诸多复杂的物理化学变化，致使沥青混合料变脆易裂，从而导致沥青路面出现各种与沥青老化有关的裂纹或裂缝。 沥青混合料老化取决于沥青的老化速度，也与外界环境因素和压实空隙率有关。在气候温暖、日照时间较长的地区，沥青的老化速率快;而在气候较低、日照时间短的地区，沥青的老化速率相对较慢。沥青混合料的空隙率越大，环境介质对沥青的作用就越强烈，其老化程度也越高。 - 10 - 道路工程材料 在沥青路面工程中，为了减缓沥青的老化速度和程度，除应选择耐老化沥青外，还应使沥青混合料含有足量的沥青。此外，在沥青混合料施工过程中，应控制拌和加热温度，并保证沥青路面的压实密度，以降低沥青在施工和使用过程中的老化速率。 ?水稳定性 水稳定性指沥青混合料抵抗由于水侵蚀而发生沥青膜剥离、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的情况下，会使沥青与矿料颗粒表面产生局部分离，同时在车辆荷载作用下，沥青与矿料的剥落加剧，形成松散薄弱块，从而造成路面缺失、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，将加剧沥青路面的“水损害”现象。 水稳定性的评价方法和评价指标 ?沥青与集料的黏附性试验 试验方法包括水煮法、水浸法、光电比色法及搅动水净吸附法等。这些方法是将沥青裹覆在矿料表面并浸入水中，根据矿料表面沥青的剥落程度，判断沥青与集料的黏附性。 ?浸水试验 浸水试验是根据沥青混合料浸水前后物理、化学性能的降低程度来表征其水稳定性的一类试验方法。常用的试验方法有马歇尔试验、浸水车辙试验、浸水劈裂强度试验和浸水抗压强度试验等。在浸水条件下，沥青与集料之间的黏附性降低，最终表现为沥青混合料整体力学强度发生损失，通常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来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两组: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-18?条件下冷冻16h，再置于60?水中浸泡24h，最后进行劈裂强度测试。在冻 融过程中，集料颗粒表面的沥青经历了水的冻胀剥落作用，促使沥青从集料表面剥落，导致沥青混合料松散，劈裂强度降低。沥青混合料试件的冻融劈裂强度比(TSR)采用下式计算。 TSR??2?100 ?1 - 11 - 道路工程材料 式中:TSR-沥青混合料试件的冻融劈裂强度比(%); σ1-试件在常规条件下的劈裂强度(Mpa); σ2-试件经一次冻融循环后在规定条件下的劈裂强度(Mpa)。 ?水稳定性的影响因素 沥青混合料的水稳定性除了与沥青的黏附性有关外，还受沥青混合料压实空隙率大小及沥青膜厚度的影响。当空隙率较大时，外界水分容易进入沥青混合料结构内部，在高速行车造成的动水压力作用下，集料表面的沥青会发生迁移甚至剥落。当沥青混合料中的沥青膜较薄时，水可能穿透沥青膜层导致沥青从集料表面剥落，使沥青混合料松散。 成型方法对沥青混合料的抗水损害性能也有较大影响。当成型温度较低时，为了达到要求的压实密度，可能会压实过度，将粗集料颗粒压碎，从而增加沥青混合料对水的敏感性。此外，当压实度不够时，即便是密级配的沥青混合料也会出现空隙率过大的情况。这不仅对沥青路面的水稳定性不利，还可能引发沥青路面的车辙病害。 开级配的沥青混合料由于压实空隙率较大，通常水稳定性不好，需要采取掺加抗剥落剂等措施提高沥青与集料的黏附性。在气温低、湿度大甚 至降水条件下铺筑沥青路面也会降低沥青混合料的水稳定性。为了提高水稳定性，在进行沥青混合料配合比设计时，应在满足高温稳定性的前提下，尽量增加沥青混合料中沥青膜的厚度。 4)抗滑性 沥青路面的抗滑性对于保障道路交通安全至关重要。抗滑性能必须通过合理地选择沥青混合料组成材料、正确地设计与施工来保证。 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。用于沥青路面表层的粗集料应选用表面粗糙、坚硬、耐磨、抗冲击性好、磨光值大的碎石或破碎砾石集料。通常 ，坚硬耐磨的矿料多为酸性石料，与沥青的黏附性较差。为了保证沥青混合料的水稳定性，应采取有效的抗剥落措施。 沥青路面的抗滑性能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;后者通常称为宏观构造，由压实后路表的构造深度或摩擦系数试验评价。 增加沥青混合料中的粗集料含量有助于提高沥青路面的宏观构造深度。为了使沥青路面路表形成较大的宏观构造深度，设计人员往往选用开级配或半开级配的沥青混合料，但这类混合料的空隙率较大，耐久性较差。此外还应严格控制沥青混合料中的沥青 - 12 - 道路工程材料 含量，特别是应选用含蜡量低的沥青，以免行车时出现滑溜现象。 5)抗疲劳性能 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。荷载的重复作用次数越多，强度的降低就越强烈，沥青混合料所能承受的应力或应变值就愈小。通常，把沥青混合料出现疲劳破坏的重复应力值称作疲劳强度。相应的应力重复作用次数称为疲劳寿命。沥青混合料的抗疲劳性能即指混合料在反复荷载作用下抵抗疲劳破坏的能力。在相同的荷载重复作用次数下，疲劳强度降低幅度小的沥青混合料或是疲劳强度变化率小的沥青混合料，抗疲劳性能好。 影响沥青混合料疲劳寿命的因素很多，包括加载速率、施加应力或应变波谱的形式、荷载间歇时间、试验和试件成型方法、混合料劲度、混合料沥青用量、混合料的空隙率、集料的表面性状、温度、湿度等。 6)施工和易性 沥青混合料应具备良好的施工和易性，以便在拌和、摊铺及碾压过程中使集料颗粒保持均匀分布，并能被压实到规定的密度。这是保证沥青路面使用性质的必要条件。影响沥青混合料施工和易性的因素很多，包括沥青混合料组成材料的技术品质、用量比例及施工条件等。目前，尚无直接评价沥青混合料施工和易性的方法和指标。 ?组成材料的影响 矿料级配和沥青用量是影响沥青混合料和易性的主要因素。在间断级配的矿质混合料中，粗细集料的颗粒尺寸相差过大，缺乏中间尺寸颗粒，沥青混合料容易离析。如果细集料太少，沥青层就不容易均匀地分布在粗集料表面;如果细集料过多，则导致拌和困难。当沥青用量过少或矿粉用 量过多时，沥青混合料容易产生疏松且不易压实;反之，如果沥青用量过多或矿料质量不好，则容易使混合料黏结成团块，不易摊铺。 ?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黏附在矿料颗粒表面。然而施工温度过高会引起沥青老化，从而会严重影响沥青混合料的使用性能。沥青混合料的拌和、压实温度与沥青黏度有关。 - 13 - 道路工程材料 2.5Superpave沥青混合料 Superpave即Superior Performing Asphalt Pavement的缩写。Superpave体系包括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名称。 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。如下表所示。 Superpave沥青胶结料试验 2.6 GTM沥青混合料 GTM(Gyratory Teting Machine)，即美国工程兵旋转压实剪切试验。GTM是柔性路面在荷载作用下的机械模拟。该试验机采用类似于施工中压路机作用的揉搓方法压实沥青混合料，并且模拟了现场压实设备与随后交 通的作用，具有改变垂直压力的灵活性。 三、其他沥青混合料 3.1沥青稳定碎石混合料 1)定义:沥青稳定碎石(Asphalt Treated Base，简称ATB)属路面柔性结构层材料，具有较高的抗剪强度、抗弯拉强度和抗疲劳性。 与半刚性基层相比，其不易产生收缩开裂和水损害，具有良好的经济效益和使用性能。与用于面层的沥青混凝土相比，沥青稳定碎石混合料针对于基层设计，粒径偏大， - 14 - 道路工程材料 级配偏粗，沥青用量偏少，对原材料的要求略低。 使用沥青稳定碎石基层的沥青路面具有修筑时间短、路面结构均匀、受水与冰冻影响较小、维修费用低、路面材料能全部被重复利用和使用寿命长等特点。 2)沥青稳定碎石混合料的技术特征 设计良好的沥青稳定碎石不仅具有较高的强度和刚度，用于基层材料时，能有效地完成应力消散，避免应力集中;由于与沥青面层材料性质相似，能与面层牢固黏结保证层间连续接触，避免沥青层内部出现较大的剪应力和弯拉应力。沥青稳定碎石混合料受水和冰冻病害作用小，裂缝自愈能力强，具有良好的路用性能。 ?沥青稳定碎石混合料技术性质 ?高温抗变形性能 永久变形时沥青路面在汽车荷载反复作用下产生竖直方向永久变形 的积累，特别是在高温季节，这种变形更容易发生。 作为基层的沥青稳定碎石混合料，所处环境的温度远低于沥青路面表面的高温;但是在夏季高温时，沥青稳定碎石基层内的最高温度接近40?，仍要求沥青稳定碎石具有一定的高温稳定性能以避免车辙破坏。沥青稳定碎石基层采用较低的沥青用量，级配碎石形成的骨架结构使沥青稳定碎石材料具有良好的抗高温变形能力。 ?低温抗裂性 沥青稳定碎石混合料时黏弹性材料，相对于半刚性基层具有良好的抗开裂能力，并具有一定的裂缝自愈能力，具有良好的低温抗裂性能。 在一般气候条件下，沥青稳定碎石作为路面结构的基层所面临的低温状态不会很严重，但在冬季气温急剧降低时，也可能会因收缩而产生横向裂缝。基层的开裂不但会造成基层本身强度的降低，而且裂缝会反射到面层，造成面层的开裂，破坏路面结构的完整性，进而在水分和行车荷载的综合作用下产生破坏。 ?水稳定性 沥青稳定碎石的水稳定性取决于沥青与集料良好的黏附作用。较低的沥青用量和较大的空隙率决定了其水稳定性能低于密级配沥青混凝土。在路面结构设计时应避免水进入沥青稳定碎石结构层或使得水迅速从空隙中排出。 沥青稳定碎石混合料作为基层所面临的水损害不如面层严重。大部分的地面水经面层混合料的阻挡，下渗水分已有所减少;同时，经面层应力分散后的汽车动荷载作用的 - 15 - 道路工程材料 动水压力和抽吸力有所下降;此外，没有了地表辐射、吸热作用和温度传递随深度递减的规律，均使得基层混合料面临的冻融循环破坏大为缓建。 ?耐疲劳性能 沥青稳定碎石是以沥青为结合料的黏弹性材料，具有应力松弛特性，具有较好耐疲劳性能，保证沥青路面结构承受荷载重复作用而不产生破坏。 ?沥青稳定碎石基层的应用和优势 近年来，欧美各国均对长寿命沥青路面展开研究，即以柔性抗疲劳沥青稳定碎石为沥青路面的基层，为满足未来更大的交通量和轴重的增加，将原来的路面设计寿命20年提高到40~50年。在欧洲、美国、日本等国家的高速公路沥青路面结构中，绝大部分采用了沥青稳定类基层。沥青稳定碎石基层是最为常用的结构类型。 我国目前的沥青路面结构中基层形式以半刚性基层为主。半刚性基层用料具有来源广泛，造价低，板体性好，刚度、强度大等优点，但同时半刚性基层也存在开裂问题影响路面使用性能。沥青稳定碎石基层是不同于半刚性基层的柔性基层，是用适量的沥青对级配集料进行稳定后用做沥青路面的基层。 相比于半刚性基层，沥青稳定碎石具有下列有势: a.沥青稳定碎石基层沥青路面，由于面层和基层材料结构的相似性，路面结构受力、变形更为协调; b.设计优良的沥青稳定基层混合料能保证一定的空隙率，使水分顺畅地通过基层排出，不会滞留在路面结构中造成路面的水稳定性破坏; c.沥青混合料对于水分的变化不敏感，受水和冰冻影响较小，不会因为干缩裂缝而导致面层出现反射裂缝; d.沥青稳定碎石基层同沥青面层一起构成全厚式沥青面层，从而使得整个沥青面层的修筑时间减少; e.维修养护费用低，使用寿命长。 3.2沥青玛蹄脂碎石(SMA) 1)定义:SMA是沥青玛蹄脂碎石(Stone Matric Asphalt)的缩写，是一种以沥青结合料与少量的纤维稳定剂、细集料以及较多的填料(矿粉)组成的沥青玛蹄脂，填充于间 - 16 - 道路工程材料 断级配的粗集料骨架间隙中，组成一体所形成的沥青混合料，简称SMA。 SMA混合料属于骨架密实结构，具有耐磨抗滑、密实耐久、抗疲劳、抗高温车辙、减少低温开裂等优点，适用于高等级道路沥青路面的上面层。 2)强度形成理论 SMA中粗集料形成骨架，混合料中粗集料相互之间的接触面(或支撑点)很多，细集料很少，玛蹄脂部分仅仅填充了粗集料之间的空隙，行车荷载主要由粗集料骨架承受。由于粗集料颗粒相互间良好的嵌挤作用，同时又能达到较为密实的状态，所以SMA混合料能够兼顾高温性能和低温性能、 具有良好的耐久性，路用性能优异。 3)性能特点 ?高温稳定性 SMA混合料由相互嵌挤的粗集料骨架和沥青玛蹄脂两个部分组成。在材料组成上，粒径?4.75mm的粗集料高达70%~80%，矿粉用量为10%左右，细集料较少。粗颗粒之间有着良好的嵌挤作用，沥青玛蹄脂起胶结作用并填充粗集料的骨架空隙，所以SMA混合料抵抗荷载变形的能力较强。即使在高温条件下，沥青玛蹄脂的黏度下降，对混合料抗变形能力的影响不大，因而SMA混合料有着较强的高温抗车辙能力。 ?低温抗裂性 在低温条件下，沥青混合料的低温抗裂性能主要由结合料的性质决定。由于SMA混合料中有着相当数量的沥青玛蹄脂，当温度下降混合料收缩使集料颗粒被拉开时，沥青玛蹄脂具有较高的黏结能力，它的韧性和柔性使得混合料具有良好的低温变形能力。 ?耐久性 在SMA中粗集料骨架空隙被富含大量沥青的玛蹄脂密实填充，并将集料颗粒黏结在一起，沥青在集料表面形成较厚的沥青膜。此外，SMA混合料空隙率较小，沥青与水或空气的接触较少，因而SMA混合料的水稳定性和抗老化性较普通沥青混合料为好;同时，由于SMA混合料基本不透水，用于路面表面层时对中、下面层和基层有着较好的保护作用和隔水作用，使沥青路面保持较高的整体强度和稳定性。 ?表面特性 SMA混合料一方面要求使用坚硬、粗糙、耐磨的高质量碎石，另一方面采用间断级配的矿料，压实后表面形成的构造深度大，一般超过1mm。这使得沥青面层具有较好的抗滑性和耐磨性能，还能减少减少，减少噪声，提高道路行驶质量。 - 17 - 道路工程材料 3.3开级配抗滑磨耗层(OGFC) 1)定义:开级配抗滑磨耗层(Open Graded Friction Course，简称OGFC)，是一种多孔性排水式沥青混合料，具有优良的表面功能。 在沥青路面的表面功能中，抗滑、排水、减少噪声、防溅水、防水雾、防眩光以及透水等等，有些事相互矛盾的，需根据路面使用情况选择。 开级配抗滑磨耗层是指用具有连通大空隙的沥青混合料铺筑，能迅速从内部排走路表雨水，具有防滑、抗车辙以及降低噪声的路面。当对此种路面主要强调其降噪功能时，则这种路面又称为低噪声路面。 开级配抗滑磨耗层属骨架空隙结构型沥青混合料，它的空隙率比普通沥青碎石要高，一般在20%左右。 2)开级配抗滑磨耗层的技术性质 OGFC混合料由于空隙率大，使得内部的空隙呈连通状态，从而在有坡降、遇雨时，水可在OGFC混合料内部沿连通的空隙流动，最后又路面边缘排水系统排出路面结构。 ?排水功能 利用OGFC混合料修筑的沥青面层，可提高雨天的抗滑性和雨天的行 车安全。在雨天的普通路面上，高速行车会产生水滑现象，汽车有失去控制的感觉，使行驶的汽车处于危险状态。水滑现象是由于路表面来不及排走的高压水膜将轮胎托起而产生的。水滑现象的严重程度取决于车速、路表积水程度、轮胎及路表的构造深度。在透水性路面上，由于雨水能及时排走，因而消除了水滑现象。即使表面仍有部分积水，也会因路面的丰富空隙使水压沿多方向消散，这样可保持车轮与路面的稳定接触，避免或减轻在中、大雨时的水漂程度，防止制动和操纵失控，提高安全性。 同时，由于可完全排除雨天路表面积水，开级配抗滑磨耗层可大大减少行驶车轮引起的水雾及溅水，使雨天行车的能见度提高，并且避免雨天夜间行车车灯造成眩光。因此，其可提高雨天行车的速度和安全性。另外，开级配抗滑磨耗层所测得的较高摩擦系数，也表明了在一般条件下的良好抗滑性能。 ?降噪功能 开级配抗滑磨耗层降低噪声的性能主要是由于大空隙的作用。车轮轮胎在路面上滚动产生的噪声在交通噪声中所占的比例较高，当车速超过50km/h时更为突出。这种轮 - 18 - 道路工程材料 胎-路面噪声一般由三部分组成:一是撞击噪声，由车辆轮胎撞击路面产生，其大小同轮胎花纹、路表面的纹理有关，而路表面纹理又与集料几何形状、级配等有关;二是气压噪声，由车辆轮胎变形时轮胎沟槽中的空气受到挤压而振动、喷射所产生的噪声;三是滑黏噪声，由橡胶轮胎在路 表上拖滑而产生的噪声。光滑的表面虽然可降低撞击噪声，却会增大气压噪声和滑黏噪声，而多孔的路面可使气流顺利消散，所以降低了这两部分噪声。 由于沥青路面的柔性对撞击、振动的缓冲吸收作用及沥青路面自身的空隙及表面纹理结构对声音的吸收作用大于水泥混凝土路面，所以沥青路面上噪声水平低于水泥混凝土路面。在各类型沥青路面中，透水性路面由于较高的空隙率既可降低各种噪声的生成水平，又使声能转化成热能的比例增大，所以总的噪声水平低于其他类型沥青路面。 ?高温稳定性 采用高黏度改性沥青的开级配抗滑磨耗层的高温稳定性比一般沥青混凝土高。由于粗集料大颗粒间相互直接接触而构成的骨架结构承担了荷载的作用，加上高黏度改性沥青优良的黏附作用，透水性沥青混合料动稳定度能够达到约5000次/mm，高温下抵抗变形能力大，具有良好的抗车辙能力。另一方面由于其结构中存在约20%的空隙，空隙在车辆荷载的反复作用下逐渐压实，对抵抗车辙不利。 ?耐久性 开级配抗滑磨耗层其耐久性比一般沥青混合料路面要低，主要表现为:开级配抗滑磨耗层的空隙在使用一定时间后由于灰尘、污物堵塞而减少，排水、吸噪效果降低，产生老化、剥落的现象会较早。由于这些情况的存在，使得开级配抗滑磨耗层的使用品质随着时间的增长而逐渐下降。 在开级配抗滑磨耗层沥青混合料具有许多优点的同时，也存在一些性能上的不足之处，需要在原材料选择、配合比组成设计、养护方面采取相 应的措施，在一定程度上加以消除或弥补。OGFC沥青混合料的结合料一般要求使用摻入了高黏添加剂的优质道路沥青，改性后的沥青可增加沥青膜厚度，延缓沥青的老化，同时也可提高沥青与矿料间的黏结力;使用高压注水冲洗法或双氧水发泡清洗污染等工艺来清除孔隙堵塞，保持路面排水、降噪等功能。这些措施均会造成OGFC的建设、养护费用的增加，但是可以提高透水性路面的耐久性。 - 19 - 道路工程材料 3.4乳化沥青混合料 1)定义:乳化沥青混合料是采用乳化沥青与矿质混合料在常温状态下拌和的，经铺筑与压实后形成的沥青混合料。 2)其根据矿料的级配类型分为:乳化沥青碎石混合料、乳化沥青混凝土混合料。 3)适用类型:乳化沥青混合料适用于沥青路面的维修和养护，如铺筑封层、罩面、修补坑槽等，主要目的是封闭路面表面，使空气和水不致侵入路面结构内部，并抑制路表结构中混合料松散，改善道路的表面外观，是一种节约能源、保护环境、方便施工的路面养护维修材料。 4)乳化沥青混合料的强度形成特性 乳化沥青混合料的强度形成过程与热拌沥青混合料有着明显的不同。乳化沥青混合料中的乳化沥青必须经过与矿料界面黏附、分解破乳、排水、蒸干等过程才能完全恢复其中沥青的黏结性能。 由于分散在混合料中的水分不能立即排净，在铺筑初期，这些水分大 部分呈游离状态占据着混合料中的空隙，而水的黏度远低于沥青的黏度，在混合料中的“润滑”作用大大高于沥青，从而降低了矿料颗粒间的內摩阻力，使沥青混合料的强度和稳定性下降。因此，经碾压后的乳化沥青混合料，需要经过比热拌沥青混合料成型过程长得多的时间，才能达到一定的强度。随着乳化沥青混合料的摊铺、碾压及行车压实，水分逐渐蒸干，乳化沥青混合料的密实度随之增强，强度也随时间提高。 由于乳化沥青混合料的早期强度较低，应注意做好路面的早期养护，并采用适当的措施提高乳化沥青混合料路面的早期强度。 3.5稀浆封层与微表处 1)定义:沥青稀浆封层是适当级配的石屑或砂、填料(水泥、石灰、粉煤灰、石粉等)与乳化沥青、外掺剂和水，按一定比例拌和而成的流动状态的沥青混合料，将其均匀地摊铺在路面上形成的沥青封层，其混合料简称稀浆混合料。 2)适用类型:稀浆封层一般用于二级或二级以下公路的预防性养护，也适用于新建公路的下封层。由于稀浆混合料施工方便、投资费用少，对道路使用性能有着较为明显的改观，所以得到了广泛应用。沥青稀浆封层仅仅是在现有道路加铺了很薄的表层，因此 - 20 - 道路工程材料 它对道路结构无显著的增强作用。 3)微表处是用适当级配的石屑或砂、填料(水泥、石灰、粉煤灰、石粉等)，采用聚合物改性乳化沥青、外掺剂和水，按一定比例拌和而成 的流动状态的沥青混合料，将其均匀地摊铺在路面上所形成的沥青封层。微表处主要用于高速公路及一级公路的预防性养护以及填补轻度车辙，也适用于新建公路的抗滑磨耗层。 4)根据乳化沥青特性和使用目的，稀浆封层混合料分为:普通乳化沥青稀浆封层(简称普通稀浆封层，代号ES)，改性乳化沥青稀浆封层(简称改性稀浆封层)。用于精细表面处治封层的改性稀浆封层又简称作微表处，代号MS。 5)沥青稀浆封层混合料的原材料及其技术要求 ?乳化沥青 乳化沥青是稀浆封层混合料的黏结材料，其质量直接影响稀浆封层的质量。在选择乳化沥青时，要考虑稀浆混合料的施工和易性，即在乳化沥青与矿料的拌和、摊铺过程中，稀浆混合料应均匀、不破乳、不离析、处于良好的流动状态。 ?集料 稀浆封层与微表处混合料应选择坚硬、耐磨、洁净的集料，不得含有泥土和杂物。 ?填料和外加剂 稀浆混合料中填料的作用不仅是填充混合料的空隙，还可以改善稀浆混合料的施工和易性，如调节稀浆混合料的稠度、破乳和成型速度，并提高混合料性能和稳定性。 3.6冷再生沥青混合料 1)定义:泡沫沥青冷再生工艺是将旧沥青面层(有时连同少量基层)铣刨破碎处置后，加入一定量的新集料并通过专门设备喷入泡沫沥青，经 过拌和、碾压成型的施工过程，是一种节能环保、经济简便的先进道路维修手段。 2)泡沫沥青冷再生作为一种新型道路维修方案，在当前我国大面积的道路进入养护维修期，推广冷再生技术将能够获得巨大的经济和社会效益。冷再生技术的关键在于应用泡沫沥青作为结合料黏结再生粒料。泡沫沥青也称为膨胀沥青，是将一定的水注入热沥青使其体积发生膨胀，形成大量的沥青泡沫，经过很短的时间沥青泡沫破裂。当泡沫沥青与集料接触时，沥青泡沫瞬间化为数以百万计的“小颗粒”，散布于细集料(特别是 - 21 - 道路工程材料 粒径?0.075mm的细料)的表面，形成粘有大量沥青的细填缝料，经过拌和压实，这些细料能填充湿冷粗料之间的空隙并产生类似胶浆的作用，使混合料达到稳定。 - 22 -