一建市政教材解读：1K411014沥青混合料组成与材料
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1K411014沥青混合料组成与材料
一、结构组成与分类
(一)材料组成
(1)沥青混合料是一种复合材料，主要由沥青、粗集料、细集料、矿粉组成，有的还加入聚合物和木纤维素拌合而成;这些不同质量和数量的材料混合形成不同的结构，并具有不同的力学性质。
(2)沥青混合料结构是材料单一结构和相互联系结构的概念的总和，包括沥青结构、矿物骨架结构及沥青-矿粉分散系统结构等。沥青混合料的结构取决于下列因素：矿物骨架结构、沥青的结构、矿物材料与沥青相互作用的特点、沥青混合料的密实度及其毛细孔隙结构的特点。
(3)沥青混合料的力学强度，主要由矿物颗粒之间的内摩阻力和嵌挤力，以及沥青胶结料及其与矿料之间的粘结力所构成。
(二)基本分类
(1)按材料组成及结构分为连续级配、间断级配。
(2)按矿料级配组成及空隙率大小分为密级配、半开级配、开级配。
(3)按公称最大粒径的大小可分为特粗式(公称最大粒径等于或大于37.5mm)、粗粒式(公称最大粒径26.5mm或31.5mm)、中粒式(公称最大粒径16mm或19mm)、细粒式(公称最大粒径9.5mm或13.2mm)、砂粒式(公称最大粒径小于等于4.75mm)。
(4)按生产工艺分为热拌沥青混合料、冷拌沥青混合料、再生沥青混合料等。
(三)结构类型
可分为按嵌挤原则构成和按密实级配原则构成的两大结构类型。
(1)按嵌挤原则构成的沥青混合料的结构强度，是以矿物质颗粒之间的嵌挤力和内摩阻力为主、沥青结合料的粘结作用为辅构成的。特点是以较粗的、颗粒尺寸均匀的矿物质颗粒构成骨架，沥青结合料填充其空隙，粘结成整体。这类沥青混合料的结构强度受自然因素(温度)的影响较小。
(2)按密实级配原则构成的沥青混合料的结构强度，是以沥青与矿料之间的粘结力为主，矿物质颗粒间的嵌挤力和内摩阻力为辅构成的。这类沥青混合料的结构强度受温度的影响较大。
(3)按级配原则构成的沥青混合料，其结构组成通常有下列三种形式：
1)悬浮-密实结构：由次级骨料填充前级骨料(较次级骨料粒径稍大)空隙的沥青混凝土具有很大的密度，但由于前级骨料被次级骨料和沥青胶浆分隔，不能直接互相嵌锁形成骨架，因此该结构具有较大的黏聚力c，但内摩擦角φ较小，、高温稳定性较差。通常按最佳级配原理进行设计。AC型沥青混合料是这种结构典型代表。
2)骨架空隙结构：粗骨料所占比例大，细骨料很少甚至没有。粗骨料可互相嵌锁形成骨架，嵌挤能力强;但细骨料过少不易填充粗骨料之间形成的较大的空隙。该结构内摩擦角φ较高，但黏聚力c也较低。沥青碎石混合料(AM)和OGFC排水沥青混合料是这种结构的典型代表。
3)骨架密实结构：较多数量的断级配粗骨料形成空间骨架，发挥嵌挤锁结作用，同时由适当数量的细骨料和沥青填充骨架间的空隙形成既嵌紧又密实的结构。该结构不仅内摩擦角φ较高，黏聚力c也较高，是综合以上两种结构优点的结构。沥青玛琦脂混合料
(简称SMA)是这种结构典型代表。
三种结构的沥青混合料由于密度ρ、空隙率VV、矿料间隙率VMA不同，使它们在稳定性和路用性能上亦有显著差别。它们的典型结构组成示意图见图1K411014。
一、主要材料与性能
(一)沥青
我国行业标准《城镇道路工程施工与质量验收规范》CJJ l--2008规定：城镇道路面层宜优先采用A级沥青，不宜使用煤沥青。其主要技术性能如下：
1.粘结性
沥青材料在外力作用下，沥青粒子产生相互位移的抵抗变形的能力即沥青的粘度。常用的是条件粘度，我国《公路沥青路面施工技术规范》J工G F40--2004也列入了60℃动力粘度(绝对粘度)作为道路石油沥青的选择性指标。对高等级道路，夏季高温持续时间长、重载交通、停车场等行车速度慢的路段，尤其是汽车荷载剪应力大的结构层，宜采用稠度大(针人度小)的沥青;对冬季寒冷地区、交通量小的道路宜选用稠度小的沥青。当需要满足高、低温性能要求时，应优先考虑高温性能的要求。
2.感温性
感温性是指沥青材料的粘度随温度变化的感应性。表征指标之一是软化点，即沥青在特定试验条件下达到一定粘度时的条件温度。软化点高，意味着等粘温度也高，因此软化点可作为反应感温性的指标。《公路沥青路面施工技术规范》J工G F40--2004规范新增了针人度指数(P J)这一指标，它是应用针人度和软化点的试验结果来表征沥青感温性的一项指标。对日温差、年温差大的地区宜选用针人度指数大的沥青。高等级道路，夏季高温持续时间长的地区、重载交通、停车站、有信号灯控制的交叉路口、车速较慢的路段或部位需选用软化点高的沥青;反之，则用软化点较小的沥青。
3.耐久性
沥青材料在生产、使用过程中，受到热、光、水、氧气和交通荷载等外界因素的作用而逐渐变硬变脆，改变原有的粘度和低温性能，这种变化称为沥青的老化。沥青应有足够的抗老化性能即耐久性，使沥青路面具有较长的使用年限。我国相关规范规定，采用薄膜烘箱加热试验，测老化后沥青的质量变化、残留针人度比、残留延度(1 0℃或5℃)等来反映其抗老化性。通过水煮法试验，测定沥青和骨料的粘附性，反映其抗水损害能力，等级越高，粘附性越好。
4.塑性
沥青材料在外力作用下发生变形而不被破坏的能力，即反映沥青抵抗开裂的能力。过去曾采用2 5℃的延度而不能比较黏稠石油沥青的低温性能。现行规范规定：2 5℃延度改为1 0℃延度或15℃延度，不同标号的沥青延度就有了明显的区别，从而反映出它们的低温性能，一般认为，低温延度越大，抗开裂性能越好。在冬季低温或高、低温差大的地
区，要求采用低温延度大的沥青。
5.安全性
确定沥青加热熔化时的安全温度界限，使沥青安全使用有保障。有关规范规定，通过闪点试验测定沥青加热点闪火的温度一一闪点，确定它的安全使用范围。沥青越软(标号高)，闪点越小。如沥青标号1 1 0号到1 6 0号，闪点不小于2 3 0℃，标号9 0号不小于24 5℃。
(二)粗集料
(1)粗集料应洁净、干燥、表面粗糙;质量技术要求应符合《城镇道路工程施工与质量验收规范》CJJ l--2008有关规定。
(2)每种粗集料的粒径规格(即级配)应符合工程设计的要求。
(3)粗集料应具有较大的表观相对密度，较小的压碎值、洛杉矶磨耗损失、吸水率、针片状颗粒含量以及水洗法小于0. 075mm颗粒含量和软石含量。如城市快速路、主干路表面层粗集料压碎值不大于26%、吸水率不大于2.O%等。
(4)城市快速路、主干路的表面层(或磨耗层)的粗集料的磨光值PSV应不少于3 6～42(雨量气候分区中干旱区-潮湿区)，以满足沥青路面耐磨的要求。
(5)粗集料与沥青的粘附性应有较大值，城市快速路、主干路的集料对沥青的粘附性应大于或等于4级，次干路及以下道路应大于或等于3级。
(三)细集料
(1)细集料应洁净、干燥、无风化、无杂质，质量技术要求应符合《城镇道路工程施工与质量验收规范》CJJ l--2008有关规定。
(2)热拌密级配沥青混合料中天然砂用量不宜超过集料总量的2 0%，SMA,OGFC不宜使用天然砂。
(四)矿粉
(1)应采用石灰岩等憎水性石料磨成，且应洁净、干燥，不含泥土成分，外观无团粒结块。
(2)城市快速路、主干路的沥青面层不宜采用粉煤灰作填料。
(3)沥青混合料用矿粉质量要求应符合《城镇道路工程施工与质量验收规范》CJJ1--2008有关规定。.
(五)纤维稳定剂
(1)木质素纤维技术要求应符合《城镇道路工程施工与质量验收规范》CJJ l--2008有关规定。
(2)不宜使用石棉纤维。
(3)纤维稳定剂应在250℃高温条件下不变质。
三、热拌沥青混合料主要类型
(一)普通沥青混合料(即AC型沥青混合料)
适用于城市次干路、辅路或人行道等场所。
(二)改性沥青(Modified bitumen)混合料
(1)改性沥青(Modified bitumen)混合料是指掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂(改性剂)，使沥青或沥青混合料的性能得以改善制成的沥青混合料。
(2)改性沥青(Modified bitumen)混合料与AC型混合料相比具有较高的路面抗流动性即高温下抗车辙的能力，良好的路面柔性和弹性即低温下抗开裂的能力，较高的耐磨耗能力和延长使用寿命。
(3)改性沥青(Modified bitumen)混合料面层适用城市主干道和城镇快速路。
(三)沥青玛碲脂碎石混合料(Stone mastic asphalt，简称SMA)
(1)SMA是一种以沥青、矿粉及纤维稳定剂组成的沥青玛碲脂结合料，填充于间断级配的矿料骨架中，所形成的混合料。
(2)SMA是一种间断级配的沥青混合料，5mm以上的粗骨料比例高达70%～80%，矿粉的用量达7%～13%(“粉胶比”超出通常值1.2的限制);沥青用量较多，高达6.5%～7%，粘结性要求高，且选用针人度小、软化点高、温度稳定性好的沥青。
(3)SMA是当前国内外使用较多的一种抗变形能力强，耐久性较好的沥青面层混合料;适用于城市主干道和城镇快速路。
(四)改性沥青混合料(或SMA)
(1)采用改性沥青，材料配比采用SMA结构形式。
(2)具有非常好的高温抗车辙能力、低温抗变形性甫邑和水稳定性，且构造深度大，抗滑性能好，耐老化性能及耐久性等路面性能都有较大提高。
(3)适用于交通流量和行驶频度急剧增长，客运车的轴重不断增加，严格实行分车道单向行驶的城镇主干路和城镇快速路。
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