1.沥青混合料的强度理论
沥青混合料是一种由沥青、粗集料、细集料、矿粉以及外加剂所组成的复合材料。其在路面结构中产生破坏的情况，主要是发生在高温时由于抗剪强度不足或塑性变形过大而产生推挤等现象，以及低温时抗拉强度不足或变形能力较差而产生裂缝现象。目前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具有一定的抗剪强度和抵抗变形的能力。
沥青混合料的抗剪强度，一般采用库伦理论进行分析。通过三轴剪切试验可求得
式中 τ——沥青混合料的抗剪强度（MPa）；
c——黏聚力（MPa）；
σ——沥青与矿质集料物理、化学交互作用而产生的正应力（MPa）；
φ——大小不同的矿质颗粒间嵌挤、摩擦所形成的内摩阻角（rad）。
由式（7.1）可知，沥青混合料的抗剪强度主要取决于黏聚力c和内摩阻角φ两个参数。
2.影响沥青混合料抗剪强度的因素
沥青混合料抗剪强度的影响因素，主要是材料的组成、材料的技术性质，以及外界因素，如车辆荷载、温度、环境条件等。
（1）沥青黏度的影响。
沥青混合料作为一个具有多级空间网络结构的分散系，可看作是各种矿质集料（分散相）分散在沥青（分散介质）中所形成的体系。因此，它的黏聚力与分散相的浓度和分散介质黏度有着密切的关系。在其他因素固定的条件下，沥青混合料的黏聚力c是随着沥青黏度的提高而提高的；同时内摩阻角亦稍有提高。因为沥青的黏度即沥青内部沥青胶团相互位移时，其抵抗剪切作用的抗力，所以沥青混合料受到剪切作用时，特别是受到短暂的瞬时荷载时，具有高黏度的沥青能赋予沥青混合料较大的黏滞阻力，因而具有较高的抗剪强度。
（2）沥青与矿料之间的吸附作用。
① 沥青与矿料的物理吸附。沥青材料与矿料之间在分子引力的作用下，形成一种定向多层吸附层，即为物理吸附。该吸附作用的大小，主要取决于沥青中的表面活性物质及矿料与沥青分子亲和性的大小。当沥青表面活性物质含量越多，矿料与沥青分子亲和性越大，则物理吸附作用越强，混合料的黏聚力也就越强。但是，水会破坏沥青与矿料的物理吸附作用，不具备水稳定性。
② 沥青与矿料的化学吸附。沥青中的活性物质与矿料的金属阳离子产生化学反应，在矿料表面构成单分子层的化学吸附层，即为化学吸附。当沥青与矿料形成化学吸附层时，相互之间的黏结力大大提高。
研究表明：沥青与矿粉相互作用后，沥青在矿粉表面产生化学组分的重新排列，在矿粉表面形成一层厚度为0δ的扩散溶剂化膜（见图10.1）。在此膜厚度以内的沥青称为结构沥青，在此膜厚度以外的沥青称为自由沥青。如果矿粉颗粒之间接触处是由结构沥青连接的，会具有较大的黏聚力；若为自由沥青连接，则黏聚力较小。
图10.1 沥青膜层厚度对黏聚力c的影响(www.xing528.com)
1—矿料；2—结构沥青；3—自由沥青
沥青与矿料相互作用不仅与沥青的化学性质有关，而且与矿料的性质有关。试验表明，碱性石料与沥青的化学吸附作用较强，而酸性石料与沥青的化学吸附作用较弱。沥青与矿料的化学吸附比物理吸附要强得多，且同时具有水稳定性。
（3）矿料比面的影响。
在相同的沥青用量条件下，与沥青产生相互作用的矿料表面积越大，则形成的沥青膜越薄，在沥青中结构沥青所占的比例越大，沥青混合料的黏聚力亦越高。所以在沥青混合料配料时，必需含有适量的矿粉，但不宜过多，否则施工时混合料易结团。
（4）沥青用量的影响。
当沥青用量很少时，沥青不足以形成薄膜黏结矿料颗粒。随着沥青用量的增多，结构沥青逐渐形成，沥青较为完满地黏附于矿料表面，使沥青与矿料间的黏结力随着沥青用量的增多而增大。当沥青用量足以形成薄膜并充分黏结在矿料表面时，沥青混合料具有最优的黏聚力。随后，如沥青用量继续增多，则由于沥青过剩，会将矿料颗粒推开，在颗粒间形成未与矿料相互作用的自由沥青，则沥青胶结物的黏结力随着自由沥青的增加而降低，当沥青用量增加至某一用量后，沥青混合料的黏结力主要取决于自由沥青，所以抗剪强度不变。沥青在混合料中不仅起结合料的作用，而且还起着润滑的作用，因此，随着沥青数量的增加，沥青混合料的内摩阻力下降（见图10.2）。
图10.2 沥青用量对沥青混合料强度的影响
（5）矿料级配、颗粒几何形状与表面特征的影响。
矿料的级配影响矿料在沥青混合料的分布情况，影响矿料颗粒在混合料的相互嵌挤程度，由此对沥青混合料的内摩阻力产生影响。颗粒的几何形状与表面特征同时影响混合料中矿料颗粒间嵌挤作用和相互间的摩擦作用，所以也影响沥青混合料的内摩阻力的大小。通常表面具有棱角、近似正立方体以及具有明显细微凸出的粗糙表面的矿质集料，在碾压后能相互嵌挤锁结而具有很大的内摩阻角。另外，颗粒表面粗糙的矿质集料会加强沥青与矿料间的物理黏结作用，有利于增强沥青混合料的黏聚力。所以，在其他条件相同的表况下，颗粒有棱角、近似立方体、表面粗糙的矿质集料所组成的沥青混合料，具有较高的抗剪强度。
（6）温度和变形速度的影响。
随着温度提高，沥青混合料的黏聚力c显著降低，但内摩阻角φ受温度变化的影响较小。此外，沥青混合料的黏聚力c还随变形速度的增加而显著提高，而φ随变形速度的变化很小。
3.沥青混合料组成结构类型
按照沥青混合料强度构成特性的不同，压实沥青混合料可分为3种类型。
（1）悬浮-密实结构。矿质集料采用连续型密级配，即矿料粒径由大到小连续存在，如图10.3（a）所示。混合料中含有大量细料，而粗颗粒数量较少，相互间没有接触，不能形成骨架，粗颗粒“悬浮”于细颗粒之中，由此矿质集料和沥青组成的沥青混合料密实度较大。这种结构的沥青混合料具有较高的黏聚力，但内摩阻力较小，由于受沥青的影响较大，故高温稳定性较差。常用的沥青混凝土即属于此类结构。
图10.3 沥青混合料的典型组成结构
（2）骨架-空隙结构。矿质集料采用连续型开级配，如图 10.3（b）所示。粗集料含量较大，可以互相靠拢形成骨架，但细集料很少，不足以填充粗集料之间的空隙，其残余空隙率较大。这种结构的沥青混合料具有较大的内摩阻角，但黏结力较小，路面的性能受温度的影响较小。沥青碎石混合料（AM）和开级配磨耗层沥青混合料（OGFC）属于此类结构。
（3）骨架-密实结构。矿质集料采用间断型密级配，如图 10.3（c）所示。既有一定数量的粗集料形成骨架，又有足够数量的细集料填充骨架的空隙，密实度较大。这种沥青混合料同时具有较大的黏聚力和内摩阻力，是一种较为理想的结构类型。沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）即属于此类结构。
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