沥青混合料的技术性质和技术标准

1.沥青混合料的技术性质

（1）高温稳定性。

沥青混合料的强度与刚度是随温度升高而显著降低的。在夏季高温季节，路面在行车荷载反复作用下，沥青混合料所具有的抵抗诸如车辙、推移、波浪、壅包、泛油等病害的性能，称为沥青混合料的高温稳定性。

对于沥青混合料高温稳定性的评价，我国现行规范采用的方法是马歇尔试验法和车辙试验法。

① 马歇尔试验法。马歇尔试验是将沥青混合料制成直径为101.6 mm、高为63.5 mm的圆柱体试件，在高温（60°C）条件下，保温30～40 min，然后将试件放置于马歇尔稳定度仪上（见图 10.4），以50 mm/min±5 mm/min的形变速度加荷，直至试件破坏，同时测定稳定度（MS）、流值（FL）、马歇尔模数（T）三项指标。

稳定度是在规定的加载速率条件下试件破坏前所能承受的最大荷载（kN）；流值是达到最大破坏荷载时试件的垂直变形（以0.1 mm计），即

图10.4　马歇尔稳定度仪

1，2，3—压力传感器；4—压头；5—试件

式中　T——马歇尔模数（kN/mm）；

MS——稳定度（kN）；

FL——流值（0.1 mm）。

马歇尔稳定度越大、流值越小，说明高温稳定性越高。而就马歇尔模数，有关学者则认为与车辙深度有一定的相关性，马歇尔模数越大，车辙深度越小。

② 车辙试验。车辙试验的目的是测定沥青混合料的高温抗车辙能力，可供沥青混合料配合比设计的高温稳定性检验。

目前通常是采用轮碾法成型，将沥青混合料制成300 mm×300 mm×50 mm大小的试件，在60°C的温度条件下，让试验轮对板块状试件产生0.7 MPa的压强，在同一轨迹上作一定时间的反复行走，形成一定程度的车辙深度，试验过程中记录绘制时间-变形曲线。

通过试验可以得到沥青混合料的动稳定度，其含义是：试件产生单位变形时所需试验轮的行走次数，以次/mm 为单位。动稳定度越大，沥青混合料高温稳定性越好。我国现行规范的计算方法如下：

在试验变形曲线的直线段上，求取45 min（1t）、60 min（t2）的对应车辙变形d1和d2。当车辙变形过大，在未到60 min变形已达25 mm，则以达到25 mm（d2）时的时间为t2，将其前15 min的时间为1t，此时的变形记为d1，则动稳定度DS可按下式计算：

式中　d1——对应于时间t1的变形量（mm）；

d2——对应于时间t2的变形量（mm）；

C1——试验机类型修正系数（曲柄连杆驱动试件的变速行走方式 1.0，链驱动试验轮等速方式的修正系数为1.5）；

C2——试件系数（试验室制备宽为 300 mm 的试件系数为 1.0，从路面切割宽为150 mm的试件系数为0.8）；

N——试验轮往返碾压速度，通常为42次/min。

影响沥青混合料高温稳定性的主要因素有沥青的用量，沥青的黏度，矿料的级配、尺寸、形状等。过量沥青，不仅降低沥青混合料的内摩阻力，而且在夏季、秋季容易产生泛油现象。因此，适当减少沥青的用量，可使矿料颗粒更多地以结构沥青的形式相联结，增加混合料的黏聚力和内摩阻力。提高沥青的黏度，可增加沥青混合料的抗剪变能力。采用合理级配的矿料，混合料可形成骨架密实结构，使黏聚力和内摩阻力都较大。在矿料的选择上，应挑选粒径大的，有棱角的矿料颗粒，提高混合料的内摩阻角。另外，还可以加入一些外加剂，来改善沥青混合料的性能。这些措施，均可提高沥青混合料的抗剪强度和减少塑性变形，从而增强其高温稳定性。

（2）低温抗裂性。(www.xing528.com)

沥青混合料抵抗低温收缩裂缝的能力称为低温抗裂性。由于沥青混合料随着温度的降低，通常会变脆硬，劲度增大，变形能力下降，在温度下降所时产生的温度应力和外界荷载应力的作用下，路面内部分应力来不及松弛，应力逐渐累积下来。这些累积应力超过材料的抗拉强度时即发生开裂，从而会导致沥青混合料路面的破坏，所以沥青混合料在低温时应具有较低的劲度和较大的抗变形能力来满足其低温抗裂性能。

一般认为，沥青混合料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。另一种形式是低温收缩疲劳裂缝，这是由于在沥青混合料经受长期多次的温度循环后，沥青混合料的极限拉伸应变变小，应力松弛性能降低。这样，就会在温度应力小于其相应温度原始抗拉强度时产生开裂，即经受长期多次的降温循环后材料的抗拉强度降低，变成温度疲劳强度，在温度应力超过此温度疲劳强度就会产生开裂。这种裂缝主要发生在温度变化频繁的温和地区。

沥青混合料的低温抗裂性能可通过低温劈裂试验、直接拉伸试验 、弯曲蠕变试验及低温弯曲试验等评价。根据《公路沥青路面施工技术规范》（JTJ F40—2004）规定，沥青混合料配合比设计的低温抗裂性能检验采用的是低温弯曲试验。将轮碾成型后切制的30 mm（宽）×35 mm（高）×250 mm（长）的棱柱体小梁试件，跨径 200 mm，按50 mm/min的加载速度在跨中施加集中荷载至断裂破坏。由破坏时的最大荷载求得试件的搞弯强度，由破坏时的跨中挠度求得沥青混合料的破坏弯拉应变，两者的比值即为破坏时的弯曲劲度模量。

（3）耐久性。

沥青混合料在路面中长期受到自然因素和重复车辆荷载的作用下，为保证路面具有较长的使用年限，沥青混合料必须具有良好的耐久性。沥青混合料的耐久性有多方面的含义，其中较为重要的是水稳定性、耐老化性和耐疲劳性。

① 沥青混合料的水稳定性。水稳性是指沥青混合料抵抗由于水侵蚀而逐渐产生沥青膜剥离、松散、坑槽等破坏的能力。水稳性差的沥青混合料在有水的情况下，会发生沥青与矿料颗粒表面的局部分离，同时在车辆荷载的作用下会加剧沥青与矿料的剥落，形成松散薄弱块，飞转的车轮带走次剥离或局部剥离的矿料或沥青，从而形成表面的损失，并逐渐形成坑槽，导致路面早期破坏。

影响沥青混合料水稳定性的因素很多，诸如矿料与沥青的性质、其相互之间的交互作用、沥青混合料的空隙率以及沥青膜的厚度等。矿料表面粗糙、洁净、有微孔，可增强其与沥青间的黏附性；沥青的黏度越高，与矿料的黏附力也越大；选择碱性集料可与沥青之间产生强烈的化学吸附作用，使沥青与矿料间遇水不易分离；沥青混合料的空隙率越小，大气水分停留与存储的空间越小，沥青混合料受水分作用时间越小，受水作用产生沥青剥离破坏的可能性就越小。但一般沥青混合料中应残留一定空隙，以备夏季沥青材料膨胀，不致造成路面泛油。

我国现行规范采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验来检验沥青混合料的水稳定性。浸水马歇尔试验通过测定浸水 48 h 马歇尔试件的稳定度与未浸水的马歇尔试件的稳定度之比值即残留稳定度（%），以此作为评价水稳性好坏的指标。残留稳定度越大，混合料的水稳性越高。冻融劈裂试验测定的是沥青混合料试件在受到水、冻融循环作用前后的劈裂破坏强度之比值即残留强度比，其值越大，沥青混合料在水与冻融循环共同作用下的水稳性越高。

② 沥青混合料的耐老化性。耐老化性是指沥青混合料抵抗由于人为和自然因素作用而逐渐丧失变形能力、柔韧性等各种良好品质的能力。沥青路面在施工中要对沥青反复加热，铺筑好的沥青混合料路面长期处在自然环境中，要经受阳光特别是紫外线作用，这些均会使沥青产生老化，形变能力下降，使路面在温度和荷载作用下容易开裂，从而导致水分下渗的数量增加，加剧路面破坏，缩短沥青混合料路面的使用寿命。

影响沥青混合料老化速度的因素主要有沥青的性质、沥青的用量、沥青混合料的残留空隙率、施工工艺等。沥青化学组分中轻质成分、不饱和烃含量越多，沥青老化速度越快；沥青用量的大小影响沥青混合料内部所分布沥青膜的厚度，特别薄的沥青膜容易老化、容易变脆，使沥青混合料的耐老化性降低；空隙率越大，沥青与空气、水接触的范围越大，越容易产生老化现象；过高的拌和温度、过长时间的加热，会导致沥青的严重老化，路面上会过早的出现裂缝。

③ 沥青混合料的耐疲劳性。沥青混合料在使用期间经受车轮荷载的反复作用，长期处于应力应变交叠变化状态，致使混合料强度逐渐下降。当荷载重复作用超过一定次数以后，在荷载作用下沥青混合料路面内产生的应力超过疲劳强度，沥青混合料路面出现裂缝，即产生疲劳断裂破坏。

沥青混合料的耐疲劳性即混合料在反复荷载作用下抵抗这种疲劳破坏的能力。在相同荷载数量重复作用下，疲劳强度下降幅度小的沥青混合料，或疲劳强度变化率小的沥青混合料，其耐疲劳性好。从使用寿命看，其路面耐久性就高。

（4）抗滑性。

随着现代高速公路的发展，对沥青路面的抗滑性提出了更高要求。为保证长期高速行车的安全，配料时要特别注意粗集料的耐磨光性，应选择硬质有棱角的集料。但表面粗糙、坚硬耐磨的集料多为酸性集料，与沥青的黏附性不好，应掺加抗剥剂或采用石灰水处理集料表面等。

沥青用量对抗滑性的影响非常敏感，沥青用量超过最佳用量时的0.5% 即可使抗滑系数明显降低。

含蜡量对沥青混合料抗滑性也有明显影响，《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）中对道路石油沥青的技术要求：A级沥青含蜡量应不大于2.2%，B级沥青不大于3.0%，C级则不大于4.5%。

（5）施工和易性。

沥青混合料应具备良好的施工和易性，使混合料易于拌和、摊铺和碾压。影响沥青混合料施工和易性的因素很多，诸如当地气温、施工条件及混合料性质等。

从混合料材料性质来看，影响沥青混合料施工和易性的是混合料的级配和沥青用量，如粗细集料的颗料大小相距过大，缺乏中间尺寸，混合料容易分层层积（粗粒集中表面，细粒集中底部）；如细集料太少，沥青层就不容易均匀地分布在粗颗粒表面；细集料过多，则使拌和困难。当沥青用量过少或矿粉用量过多时，混合料容易产生疏松不易压实；反之，如沥青用量过多或矿粉质量不好，则容易使混合料黏结成团块，不易摊铺。

2.热拌沥青混合料的技术标准

《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）对热拌沥青混合料的马歇尔试验技术标准的规定如表10.3所示，并应有良好的施工性能。

表10.3　密级配沥青混凝土混合料马歇尔试验技术标准

续表

注：① 重载交通是指设计交通量在1 000万辆以上的路段，长大坡度的路段按重载交通路段考虑。
② 对空隙率大于5%的夏炎热区重载交通路段，施工时应至少提高压实度1个百分点。
③ 当设计的空隙率不是整数时，由内插确定要求的VMA最小值。
④ 对改性沥青混合料，马歇尔试验的流值可适当放宽。