1、第6章 瀝青和瀝青混合料本章學習指導 本章共兩個知識點。本章的學習目的是： （1）掌握瀝青材料的基本組成、工程性質及測定方法；了解瀝青的改性和摻配，了解主要瀝青制品及其用途。 （2）掌握瀝青混合料配合比，包括礦質材料的配合比的設計和配制；了解其于工程中的使用要點。 本章的難點是瀝青混合料配合比設計。建議在弄懂各步驟的基礎上完成相關的練習題，通過實踐來掌握其設計。歷史回顧彩色瀝青 彩色瀝青路面有以下優點：具有足夠的力學強度、一定的彈性和塑性變形能力，與汽車輪胎的較好附著力，有高度的減振性；改善了普通瀝青路面黑色的單調性；彩色瀝青混合料可以多元搭配使用，既可以維持既有道路或廣場的特殊使用功能，還可

2、發揮多色彩的分區功能。 彩色瀝青路面的用途是安全和美觀。可用于交通管理，通過不同的路面顏色警示駕駛員道路的安全狀況。 6.1 瀝青材料6.1.3 瀝青的摻配、改性及主要瀝青制品6.1.1 瀝青的分類與基本組成結構6.1.2 瀝青的主要性質及其測試方法基礎知識6.1.1 瀝青的分類與與基本組成結構1. 瀝青的分類 2. 瀝青的基本組成結構1. 瀝青的分類 瀝青材料是由高分子碳氫化合物及其衍生物組成的、黑色或深褐色、不溶于水而幾乎全溶于二硫化碳的非晶態有機材料。分地瀝青和焦油瀝青兩大類，其分類如下所示。2. 瀝青的基本組成結構(1)石油瀝青的基本組成結構 石油瀝青是由石油經蒸餾、吹氧、調和等工藝加

3、工得到的殘留物，主要為可溶于二硫化碳的碳氫化合物的半固體粘稠狀物質。 (2)煤瀝青的基本組成 由于煤瀝青是由復雜化合物組成的混合物，分離為單體組成十分困難，故目前煤瀝青化學組分的研究與前述石油瀝青方法相同，也是采用選擇性溶解等方法，將煤瀝青分為幾個化學性質相近，且與路面性能有一定聯系的組。常將煤瀝青分離為游離碳、油分、軟樹脂和硬樹脂四個組分。 6.1.1 瀝青的分類與與基本組成結構觀察與討論瀝青的膠體結構與性能 請觀察瀝青的三種膠體結構，圖中的黑色部分為瀝青質，討論其性能的差異。 （a）溶膠結構 （b）溶-凝膠結構（c）凝膠結構 從上圖可見，黑色為瀝青質，隨瀝青質含量增加，瀝青的膠體結構從溶膠

4、結構變為溶凝膠結構，再變為凝膠結構。當瀝青質含量相對較少時，油分和樹脂含量相對較高，膠團外膜較厚，膠團之間相對運動較自由。這時瀝青形成溶膠結構。當瀝青質含量適當，并有較多的樹脂作為保護膜層時，膠團之間保持一定的吸引力，這時瀝青形成溶膠凝膠結構。其性能可作如下對比：具有溶膠結構的石油瀝青粘性小而流動性大，溫度穩定性較差。具有凝膠結構的石油瀝青彈性和粘結性較高，溫度穩定性較好，但塑性較差。溶膠凝膠型石油瀝青的性質介于溶膠型和凝膠型兩者之間。 瀝青的膠體結構與性能 6.1.1 瀝青的分類與與基本組成結構工程實例分析瀝青的結構與瀝青路面開裂 華北某瀝青路面所采用瀝青的瀝青質含量高達33，并有相當數量芳

5、香度高的膠質形成的膠團。使用兩年后，路面出現較多裂縫，且冬天裂縫產生越發明顯。瀝青的結構與瀝青路面開裂 該工程所用瀝青屬凝膠型結構，其瀝青質含量高，瀝青質未能被膠質很好地膠溶分散，則膠團就會連結，形成三維網狀結構。此類瀝青的特點是彈性和粘性較好，溫度敏感性小，但流動性和塑性較差，開裂后自行愈合的能力較差，低溫變形能力差。故特別易于冬天形成較多的裂縫。 基礎知識6.1.2 瀝青的主要性質及其測試方法1. 石油瀝青的主要性質及其測試方法2. 石油瀝青的技術要求3. 其他瀝青的主要性質1. 石油瀝青的主要性質及其測試方法 (1)粘滯性粘滯性是指瀝青材料在外力作用下瀝青粒子產生相互位移的抵抗變形的能力

6、。它是瀝青材料最為重要的性質。  (2)延性和脆性瀝青的延性是指當其受到外力的拉伸作用時，所能承受的塑性變形的總能力，通常是用延度作為條件指標來表征。瀝青材料在低溫下，受到瞬時荷載時，常表現為脆性破壞。  (3)溫度敏感性溫度敏感性是指石油瀝青的粘滯性和塑性隨溫度升降而變化的性能，是瀝青的重要指標之一。   (4)大氣穩定性大氣穩定性是指石油瀝青在熱、陽光、氧氣和潮濕等因素長期綜合作用下抵抗老化的性能。 粘滯性延性和脆性溫度敏感性2. 石油瀝青的技術要求 石油瀝青按用途分為建筑石油瀝青、道路石油瀝青、防水防潮石油瀝青和普通石油瀝青。石油瀝青的牌號主要根據針入度、延

7、度和軟化點等指標劃分，并以針入度值表示。同一品種的石油瀝青材料，牌號越高，則粘性越小，針入度越大，塑性越好，延度越大，溫度敏感性越大，軟化點越低。3. 其他瀝青的主要性質 (1)煤瀝青 煤瀝青是由煤干餾得到的煤焦油再經蒸餾加工制成的瀝青。煤瀝青與石油瀝青相比，在技術性質上有下列差異：溫度穩定性較低，與礦質集料的粘附性較好，氣候穩定性較差，以及含對人體有害成分較多、臭味較重。 (2)乳化瀝青 乳化瀝青是石油瀝青或煤瀝青在乳化劑、穩定劑的作用下經乳化加工制得的均勻的瀝青產品，也稱瀝青乳液。乳化瀝青施工不需加熱，可冷態施工,避免了勞動操作人員受瀝青揮發物的毒害。 觀察與討論6.1.2 瀝青的主要性質

8、及其測試方法建筑石油瀝青的選用 請比較下列A、B兩種建筑石油瀝青的針入度、延度及軟化點測定值。若于南方夏季炎熱地區屋面選用何種瀝青較合適，請討論。 討論 宜用B石油瀝青。一般屋面用瀝青應比當地屋面可能達到的最高溫度高出2025，亦即比當地最高溫度高出50左右。南方炎熱地區氣溫相當高，A瀝青軟化點較低，難以滿足要求，夏季易流淌。可選B，但B瀝青延伸度較小，在嚴寒地區不宜使用，否則易出現脆裂現象。 建筑石油瀝青的選用 工程實例分析6.1.2 瀝青的主要性質及其測試方法瀝青長時間加熱與保溫 某施工隊熬制石油瀝青準備做地下防水，由于瀝青碎塊的平均尺寸為20 cm，工程量較大，因此加熱的時間較長，保溫的

9、時間亦較長。施工后發現其效果不夠理想，特別是瀝青的塑性明顯下降。瀝青長時間加熱與保溫 瀝青與其他有機物類同，與空氣接觸會逐漸氧化，瀝青中的極性含氧基團逐漸聯結成高分子的膠團，形成更大更復雜的分子，使瀝青硬化，降低柔韌性。溫度越高，時間越長，氧化越快。當溫度在100以上時，每增加10，氧化率約提高1倍，且使一些組分蒸發。為此，熬制瀝青應先將其破碎為10 cm以下的碎塊，縮短熬制時間，且熬好后盡可能于8 h內用完。若用不完，應與新熬材料混合使用，必要時作性能檢查。基礎知識6.1.3 瀝青的摻配、改性及主要瀝青制品1. 瀝青的摻配2. 改性瀝青 3. 乳化瀝青 4. 瀝青制品 1. 瀝青的摻配 在工

10、程中，往往一種牌號的瀝青不能滿足工程要求，因此常常需要用不同牌號的瀝青進行摻配。在進行摻配時，為了不使摻配后的瀝青膠體結構破壞，應選用表面張力相近和化學性質相似的瀝青。試驗證明同產源的瀝青容易保證摻配后的瀝青膠體結構的均勻性。所謂同產源是指同屬石油瀝青或同屬于煤瀝青。2. 改性瀝青 摻加橡膠、樹脂、高分子聚合物、天然瀝青、磨細的橡膠粉，或者其他材料等外摻劑（改性劑）制成的瀝青結合料，從而使瀝青或瀝青混合料的性能得以改善。此稱為改性瀝青。 （1）橡膠改性瀝青。橡膠與瀝青有較好的混溶性。瀝青中摻入一定量橡膠后，可改善其耐熱性、耐候性等。 （2）樹脂改性瀝青。樹脂改性瀝青，可以改進瀝青的耐寒性、耐熱

11、性、粘結性和不透氣性。 （3）橡膠和樹脂改性瀝青。橡膠和樹脂同時用于瀝青改性，可使瀝青同時具有橡膠和樹脂的特性。 （4）礦物填充料改性瀝青。礦物填充料改性瀝青可提高瀝青的粘結能力、耐熱性，減小瀝青的溫度敏感性。常用的礦物填充料大多是粉狀或纖維狀礦物，主要有滑石粉、石灰石粉、硅藻土、石棉和云母粉等。 3.乳化瀝青 石油瀝青與水在乳化劑、穩定劑等的作用下，經乳化加工制得的均勻瀝青產品，也稱瀝青乳液。 乳化瀝青具有許多優越性： 1）冷態施工節約能源。乳化瀝青可以冷態施工，現場無需加熱設備，扣除制備乳化瀝青所消耗的能源后，仍然可以節約大量能源。2）施工便利且節約瀝青。由于乳化瀝青粘度低、和易性好，施工

12、方便，可節約勞力。采用乳化瀝青施工還可延長施工的季節時間。此外，由于乳化瀝青在集料表面形成的瀝青膜較薄，不僅提高瀝青與集料的粘附性，而且可以節約瀝青用量。3）保護環境，保障健康。乳化瀝青施工不需加熱，利于環保，也避免了勞動操作人員受瀝青揮發物的毒害。4）提高道路質量。例如做粘層時，灑布更均勻;做貫入式路面時，增大貫入深度。4. 瀝青制品 (1)冷底子油 冷底子油是用稀釋劑（汽油、柴油、煤油、苯等）對瀝青進行稀釋的產物。它多在常溫下用于防水工程的底層，故稱冷底子油。 (2)瀝青膠 瀝青膠屬于礦物填充料改性瀝青，是在瀝青中摻入適量的粉狀或纖維狀礦物填充料經均勻混合而制成，又稱瀝青瑪蹄脂。 瀝青膠有

13、熱用和冷用兩種。 觀察與討論6.1.3 瀝青的摻配、改性及主要瀝青制品改性劑對改性瀝青性能影響 在石油瀝青中用兩種不同的方法摻入等量聚丙烯改性劑制成兩種改性瀝青A、B。兩種改性瀝青的性能對比如下表所示。請觀察A、B兩種改性瀝青的掃描電鏡圖，討論為何有此性能差異。 A、B兩種改性瀝青的掃描電鏡圖 兩種改性瀝青性能的比較討論改性劑對改性瀝青性能影響 從掃描電鏡圖可見，A瀝青中的改性劑顆粒較大，而B瀝青改性劑的分布較均勻，故性能較好。這就是造成性能差異的主因。為此，改性劑均勻地摻入瀝青中是改性瀝青達到理想效果的關鍵之一。 工程實例分析6.1.3 瀝青的摻配、改性及主要瀝青制品液體石油瀝青的配制與性能

14、 液體石油瀝青粘度小，流動性好，涂刷在混凝土、砂漿或木材等基面上，能很快滲入基層孔隙，待溶劑揮發后，便與基面牢固結合。一方面使基面呈憎水性，另一方面有利于粘結同類防水材料。它于常溫下使用，作為防水工程的底層，故也稱冷底子油。某施工隊用煤油和含蠟較高的瀝青配制液體石油瀝青，涂后發現其粘結性甚差。 配制液體石油瀝青不能使用高蠟瀝青，石蠟既不易凝固，又不易熔化為液體。石蠟含量越高，瀝青的粘結力越差。還需說明的是，亦不宜使用高軟化點的瀝青配液體石油瀝青。因瀝青的軟化點高，則在溶劑中不易溶化，熔融溫度亦較高，調配時不安全。 液體石油瀝青的配制與性能6.2 瀝青混合料6.2.3 瀝青混合料配合比設計 6.

15、2.1 瀝青混合料的組成結構及其對性能的影響6.2.2 瀝青混合料的技術性質基礎知識6.2.1 瀝青混合料的組成結構及其對性能的影響1. 瀝青混合料的定義與分類2. 瀝青混合料的組成材料3. 瀝青混合料的結構4. 瀝青混合料強度的影響因素1. 瀝青混合料的定義與分類 瀝青混合料是由礦料與瀝青結合料拌和而成的混合料的總稱。工程上最常用的瀝青混合料有兩類： (1)瀝青混凝土混合料是由適當比例的粗集料、細集料及填料組成的符合規定級配的礦料，與瀝青結合料拌和而制成的符合技術標準的瀝青混合料(以AC表示，采用圓孔篩時用LH表示)。 (2)瀝青碎石混合料是由適當比例的粗集料、細集料及填料(或不加填料)與瀝

16、青拌和的瀝青混合料(以AM表示)。 瀝青混合料還可以按其它方式分類。2. 瀝青混合料的組成材料 瀝青混合料的組成材料包括瀝青和礦料。礦料包括粗集料、細集料和填料。 (1) 瀝青材料 瀝青路面的瀝青材料可根據交通量、氣候條件、施工方法、瀝青面層類型、材料來源等情況選用。改性瀝青應經過試驗論證取得經驗后使用。 (2) 粗集料 粗集料是經加工（軋碎、篩分）而成的粒徑大于2.36mm的碎石、破碎礫石（由礫石經碎石機破碎加工而成的具有一個以上破碎面的石料）、篩選礫石、礦渣等集料。粗集料應清潔、干燥、無風化、無雜質，具有足夠的強度和耐磨性。粗集料的顆粒應成立方形，且富有棱角。 (3) 細集料 用于配制瀝青

17、混合料的細集料的粒徑比水泥混凝土的細集料更細，要求粒徑小于2.36mm。它們包括天然砂、機制砂及石屑等. (4) 填料 填料是指在瀝青混合料中起填充作用的粒徑小于0.075mm的礦物質粉末。瀝青混合料的礦粉需采用石灰巖或巖漿巖中的強基性巖石等憎水性石料經磨細得到的礦粉。 3. 瀝青混合料的結構 瀝青混合料根據其粗、細集料的比例不同，其結構組成有三種形式： (a)懸浮密實結構。為連續密級配的瀝青混合料，由于細集料的數量多粗集料被細集料擠開，以懸浮狀態位于細集料之間，不能直接形成骨架。其密實度較高，內摩擦角較低，粘聚力較高，高溫穩定性較差。 (b)骨架空隙結構。為連續開級配的瀝青混合料，由于細集料

18、的數少，粗集料之間不僅緊密相連，而且有較多的空隙。其內摩擦角較大，粘聚力較低，溫度穩定性較好。 (c)骨架密實結構間斷密級配的瀝青混合料，是上面兩種結構形式的有機組合。它既有一定數量的粗集料形成骨架結構，又有足夠的細集料填充到粗集料之間的空隙中去。故其密實度、內摩擦角和粘聚力均較高，溫度穩定性較好。瀝青混合料的典型組成結構4. 瀝青混合料強度的影響因素 試驗表明：瀝青混合料的抗剪強度的內因決定于瀝青混合料的內摩擦角和粘聚力，其值越大，抗剪強度越大。其外因決定于溫度等因素。 (1)影響瀝青混合料內摩擦角的因素 A.礦質骨料對內摩擦角的影響B.瀝青含量對內摩擦角的影響 (2)影響瀝青混合料粘聚力的

19、因素 A.瀝青材料的粘結性對粘聚力的影響B.礦料顆粒間的聯結形式對粘聚力的影響觀察與討論6.2.1 瀝青混合料組成結構及其對性能的影響瀝青用量對瀝青混合料剪切強度的影響 請觀察不同瀝青用量對瀝青混合料粘聚力及內摩擦角的關系示意（下圖）。并討論瀝青用量對瀝青混合料剪切強度的影響。 瀝青用量與瀝青混合料粘聚力及內摩擦角的關系 瀝青用量對瀝青混合料剪切強度的影響 瀝青與礦料之比是影響瀝青混合料剪切強度的重要因素。當瀝青用量過小時，瀝青不足以形成結構瀝青薄膜來粘結礦料顆粒，難以形成足夠的粘聚力。隨著瀝青用量增加，粘聚力增加。但超過一定的值后，如本圖超過5后，在礦料間形成自由瀝青量增多，粘聚力隨瀝青用量

20、增加而降低。另外，瀝青在混合料中除起粘結劑的作用外，還起潤滑劑的作用，瀝青用量增加，混合料的內摩擦角下降。故需兩方面綜合考慮確定瀝青的最佳用量。 工程實例分析6.2.1 瀝青混合料組成結構及其對性能的影響瀝青混凝土路面擁包 某瀝青混凝土路面表面處理用層鋪法施工，即用瀝青和礦料鋪厚度不大于3 cm的薄面層，施工中灑瀝青不夠均勻。使用一段時間后，出現不少擁包。原因分析瀝青混凝土路面擁包 由于灑瀝青不均，致使局部瀝青量過大，使瀝青混合料中有較多的“自由瀝青”，成為混合料中的潤滑劑，推擁成油包、波浪，影響行車舒適性和安全性。而由于路面不平坦，還增加了車載的沖擊力，更加劇了路面的破壞。 基礎知識6.2.

21、2 瀝青混合料的技術性質 對于道路瀝青混合料，為保證耐久、行車安全和舒適，需滿足一定的技術要求。 1. 高溫穩定性2. 低溫抗裂性3. 耐久性4. 抗滑性 5. 施工和易性 1. 高溫穩定性 瀝青混合料高溫穩定性，是指瀝青混合料在夏季高溫（通常為60）條件下，經車輛荷載長期重復作用后，不產生車轍和波浪等破壞現象的性能。 我國現行國標（GB 5009296）規定，采用馬歇爾穩定度試驗（包括穩定度、流值、馬歇爾模數）來評價瀝青混合料高溫穩定性；對高速公路、一級公路、城市快速路、主干路用瀝青混合料，還應通過車轍試驗檢驗其抗車轍能力。 馬歇爾穩定度試驗動畫演示 車轍試驗動畫演示 馬歇爾穩定度試驗動畫演

22、示 車轍試驗動畫演示 2. 低溫抗裂性 低溫抗裂性是指瀝青混合料不出現低溫脆化、低溫縮裂、溫度疲勞等現象，從而導致出現低溫裂縫的性能。瀝青混合料不僅應具備高溫的穩定性，同時還要具有低溫的抗裂性，以保證路面在冬季低溫時不產生裂縫。瀝青混合料低溫抗裂性要求的指標尚處于研究階段，目前尚未列入技術標準。 3. 耐久性 瀝青混合料的耐久性是指其在外界各種因素（如陽光、空氣、水、車輛荷載等）的長期作用下不破壞的性能。目前評價瀝青混合料耐久性的方法有馬歇爾穩定度試驗、浸水劈裂試驗、凍融劈裂試驗、浸水車轍試驗等。4. 抗滑性 隨著現代高速公路的發展，對瀝青混合料路面的抗滑性提出了更高的要求。路面抗滑性可用路面

23、構造深度、路面抗滑值以及摩擦因數來評定。構造深度、路面抗滑值和摩擦因數越大，說明路面的抗滑性越好。5. 施工和易性 為保證室內配料在現場條件下順利施工，瀝青混合料應具備良好的施工和易性。影響混合料施工和易性的主要因素有：礦料級配、瀝青用量、環境溫度、攪拌工藝等。 礦料的級配對其和易性影響較大。粗細集料的顆粒級配不當，混合料容易分層沉積（粗集料在面層，細集料在底部）；細集料偏少，瀝青不易均勻地分布在礦料表面；細集料偏多，則拌和困難。此外，當瀝青用量偏小，或礦粉用量偏多，混合料容易產生疏松，不易壓實；如瀝青用量過多，或礦粉質量不好，則易導致混合料粘結成團，不易攤鋪。 觀察與討論6.2.2 瀝青混合

24、料的技術性質瀝青路面泛油 觀察下圖路面，其瀝青上泛至表面，形成路面局部泛油、光面。請分析有何危害，并分析其成因。 瀝青路面的泛油和光面 瀝青路面泛油 路面泛油及光面均惡化路面的摩阻，降低其抗滑能力，容易引發交通事故。 瀝青混合料的瀝青用量過大，或僅面層瀝青量較大，或礦料過細且不耐磨耗。可在高溫季節撒鋪適當粒徑的礦料。先粗后細，少撒、勤撒，然后用重碾強行將礦料壓入光面。 工程實例分析6.2.2 瀝青混合料的技術性質 南方某高速公路某段在鋪瀝青混合料時，粗集料針片狀含量較高(約17)。在滿足馬歇爾技術指標條件下瀝青用量增加約10。實際使用后，瀝青路面的強度和抗滲能力相對較差。請分析原因，并提出有效

25、的防治措施。多針片狀的粗集料對瀝青混合料的影響 多針片狀的粗集料對瀝青混合料的影響 瀝青混合料是由礦料骨架和瀝青構成的，具有空間網絡結構。礦料針片狀含量過高，針片狀礦料相互搭架形成空洞較多，雖可增加瀝青用量略加彌補，但過分增加瀝青用量不僅在經濟上不合算，而且還影響了瀝青混合料的強度及性能。 防治措施： 瀝青混合料粗集料應符合潔凈、干燥、無風化、無雜質、良好的顆粒形狀，具有足夠強度和耐磨性等12項技術要求。其中，礦料針片狀含量需嚴格控制15。礦料針片狀含量過高主要原因是加工工藝不合理，采用顎式破碎機加工尤需注意。若針片狀含量過高，應于加工場回軋。6.2.3 瀝青混合料配合比設計 JTG F40-2004公路瀝青路面施工技術規范規定的熱拌瀝青混合料配合比設計方法如下: （1）該方法適用于密級配瀝青混凝土及瀝青穩定碎石混合料。 （2）熱拌瀝青混合料的配合比設計應通過目標配合比設計、生產配合比設計及生產配合比驗證三個階段，確定瀝青混合料的材料品種及配合比、礦料