沥青混合料的路用性能研究

路基路面小论文

《沥青混合料路用性

能研究》

姓名：陈双 班级：土木08-8班 学号：0802090813

沥青混合料的路用性能研究

摘要

沥青混合料采用骨架一空隙结构，空隙率在20％左右。这种大空隙的路面结构可以使降雨直接下渗，以补充地下水，具有良好的生态效益，同时还具有排水、降噪和抗滑性能等诸多优点。在环保要求日益强烈的今天，沥青混合料路面其良好的环保和安全特点在国内外得到广泛的应用。

本文从沥青路面所处的环境特点出发，参考国外的成功经验，对沥青混合料路面材料选用与要求进行了分析；依据大量试验，对沥青混合料的空隙率和关键筛孔的通过率关系进行了研究；并且对透水性沥青混合料各项路用性能进行了分析和验证，主要包括高温性能、水稳定性、低温性能和强度性能，研究结果表明，材料合理、级配良好的透水性沥青混合料具有较好的路用性能。

关键词： 沥青混合料， 路用性能

问题的提出和研究意义

随着经济建设的飞速发展和城市建设步伐的加快，现代城市的地表逐步被钢筋混凝土的房屋和不透水的混凝土路面所覆盖。在城市建设中，绝大多数的城市道路、公园、庭院及公共广场的设计和硬化主要关注其耐久性和强度等技术性能指标和视觉美观方 面的要求，因而不透水的密级配混凝土和石板材成为首选的铺装结构。虽然这种路面铺装简单，成本低廉，但给城市的生态环境带来了很大的负面影响。

沥青混合料路面就是为了解决上述问题而提出的一种路面型式，主要包括透水性沥青路面、沥青混凝土路面及嵌入式沥青路面等形式。

国内外研究概况

国内对于沥青混合料路面及路面结构的研究很多，近年来更是发展迅速，主要是基于对沥青路面的研究和应用，并在西安、广州、江苏等地的高等级公路铺筑了沥青路面试验段，2003年建成通车的西安咸阳机场高速公路就是引进日本沥青混凝土路面技术修筑而成。鉴于沥青混合料路面和排水沥青路面等多孔路面在材料和混合料设计等方面存在相同点，下文对各类多孔沥青混合料的国内外现状进行研究。

主要研究内容和技术路线

本文研究的内容是对沥青混合料路用性能研究，包括沥青混合料影响因素、材料选择等性质进行分析。即对以下内容展开研究： (1)透水性路面面层的材料组成研究

确定合理的沥青混合料路面材料组成，保证路面结构性能的前提下，充分发挥透水功能。考虑透水性路面的路用性能和功能性能的双重要求，在材料的技术要求上要严格，以保证其使用寿命。透水混合料矿料级配组成为间断级配的骨架一空隙结构．石料间彼此接触面积小，为延长使用寿命。需要采用高粘度改性沥青，矿料质地坚硬，颗粒形状以接近立方体为主。 (2)沥青混合料路面的性能评价

沥青混合料路面具有高温稳定性以及低温抗裂性，除此之外，还要具有良好的路用性能。对路用进行合理的评价，是本论文的主要内容之一。通过室内试验，在综合考虑其材料组成、配合比设计等影响因素的基础上，对沥青混合料路面的路用性能进行研究。

沥青混合料路面的特点

1、良好的环保生态效益

2、有效改善道路行驶的安全性和舒适性

沥青混合料路面雨天路面无积水，可保证轮胎与路面之间有良好的附着力，大大改善了

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路面的抗滑性能，防止水漂事故的发生；同时可减少车辆后方溅水和喷雾，改善了行车条件，提高雨天行车的能见度；由于表面粗糙，易于形成漫反射，这种路面在白天可以防止阳光耀眼，在夜晚能减缓对向车灯的眩目。从而可大大降低道路交通事故发生率，具有良好的社会效益。

3良好的降噪效果

行车噪声是由轮胎与路面间空气的抽吸与压缩、轮胎在路面上的振动产生的。 沥青混合料路面在很大程度上消除了空气的抽吸与压缩，因此起到了降低噪声的作用。 据统计，与普通密级配沥青路面想比较，沥青混合料路面能够降低约3\的路面噪音，按照减低3dB的效果，这相当与使发声源扩大了一倍或者大致相当于城市中道路中设置了隔音板的效果。

4、延长路面使用寿命

沥青混合料路面热稳定性好，抗老化，能很好地解决道路冬季冻融所产生的结构破坏问题；在夏季不会出现路面软化、延流现象，可增长道路的使用年限，降低养护费用。据国际沥青路面协会(NAPA)资料显示，透水沥青路面的使用寿命较长，甚至比传统沥青路面寿命更长。

沥青混合料路面原材料要求与选择

与沥青混合料路面相比，一方面，一般沥青混合料由于其自身特有的大空隙结构，更容易受到空气、水、日光等环境因素的影响，导致混合料中的沥青加速老化，从而使集料与沥青的粘附性降低，造成集料的剥落和松散，混合料的耐久性降低以及透水功能减弱；另一方面，沥青混合料具有较大的路面构造深度，这要求路面所用的粗集料具有耐磨、抗冲击等特点。为了保证路面的耐久性和功能性，对沥青混合料原材料的选择应当提出相应的要求。按照一般路面要求进行原材料的选择难以保证透沥青混合料路面的水稳定性、耐久性和使用寿命。如何选择适合沥青路面面层使用的材料以解决各种损害问题，从而保证路面在长期风吹雨打的条件下的使用功能和使用寿命是本文需要解决的问题。

影响沥青混合料路用性能的因素

矿物组成、表面构造粘度空隙率、渗透性、沥雨量、湿度、水的pH多孔性、含土量、耐流变性、电荷极性、青含量、沥青膜厚度、值、盐分、温度、温久性、表面积、吸收成分填料类型、矿料级配、度循环、交通量、设率、含水率、形状、是否使用抗剥落剂沥青混合料类型计、施-T质量、路基等等，这些都会影响沥青混合料的路用性能。

下面主要是从沥青混合料路面所处的结构和环境特点对沥青路面上面层材料组成进行分析，参考国内多孔路面的成功经验和国外相关规范及研究成果，分析适合我国沥青路面上面层用的集料和沥青的相关指标。

(1)沥青混合料中，粗集料所占比较较大，对混合料整体性能影响显著，因而对透水性沥青混合料上面层粗集料质量的尤其是对磨耗损失、压碎值、磨光值和针片状含量等关键指标的控制应当严格。

(2)对沥青路面用细集料和矿粉的技术标准主要参考《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF 40--2004)中相应的规定指标。为了改善改善沥青与集料的粘附性，提高混合料高温稳定性和抗飞散性能，可采用干燥的磨细部分消石灰粉或生石灰粉、水泥作为填料的一部分，其用量宜为矿料总量的1％\％。

(3)在透水性路面上一般较多使用高粘度沥青改性剂改性基质沥青，高粘度改性沥青可以使沥青在高低温性能方面有极大地提高，同时也满足了长时间与水接触的的高抗剥落性，并使混合料颗粒之间的粘结性也得到改善。

沥青混合料与普通的混合料由于在组成结构上存在区别，因此在路用性能上存在一些差异。沥青混合料采用的是骨架一空隙结构，混合料中粗集料所占比重较大，约为85％，

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容易形成骨架嵌挤结构，这种结构能够提供较大的抗压强度；同时在为了弥补在混合料中由于粗集料接触面积相对于密级配沥青混凝土较小而造成的沥青胶浆形成的胶结作用相对有限的这一缺憾，在沥青混合料中要求使用性能良好的高粘度改性沥青，以提高集料间的胶结作用，用以弥补由于集料间接触面积相对较小对混合料抗拉和抗剪强度的部分影响，从而达到良好的混合料路用性能。

路用性能分析

1、高温稳定性

沥青混合料的高温稳定性同混合料的级配、沥青性能、沥青用量等因素相关，诸多影响因素中，首要的应当是沥青，其次是混合料结构。研究表明，改性沥青能够明显提高混合料的高温稳定性，其原因是对沥青进行改性可大幅度提高沥青高温下的粘滞度及粘韧性，相应提高了混合料在高温下内部沥青与骨料的粘结力c，混合料的结构更加稳定，使高温抗车辙性能提高，动稳定度增加，混合料的高温性能得到改善。级配的变化影响到混合料的类型，也直接影响到混合料内部骨料的嵌挤力和内摩阻力巾，从而影响到混合料的抗车辙能力。在混合料结构从悬浮密实状态到骨架空隙状态的过程中沥青混合料的由不断增大，使沥青混合料的高温抗车辙能力不断提高。级配良好的沥青混合料可以形成骨架空隙结构，在此基础上采用性能优异且温度敏感性好的高粘度改性沥青，可以改善集料间的粘结强度，减小温度的提高对混合料高温性能的影响，从而获得理想的高温稳定性。混合料的骨架结构在配合比设计中进行考虑，本节对混合料高温性能主要考察消石灰的掺加和不同剂量的高粘度改性沥青改性剂对混合料高温性能的影响。

（1）掺加消石灰对混合料高温性能的影响

沥青混合料中常常采用消石灰替代部分矿粉，用于改善混合料的高温性能和水稳定性。 通过对同一级配类型和材料组成的多孔沥青混合料中用不同掺量的的消石灰替代部分矿粉，比较不同消石灰掺量下混合料的马歇尔稳定度、车辙动稳定度以及析漏和飞散损失的变化，分析消石灰的掺加对混合料高温性能的影响。 试验研究中，对比了相同材料、级配和试验条件下矿粉中不掺加消石灰和用20％的消石灰替代等量矿粉加入两种情况下混合料高温稳定性的变化，以及混合料的飞散损失和析漏损失的变化情况。 可以看出： ① 消石灰的掺加对透水性多孔沥青混合料的高温性能有较大改善，透水性沥青混合料的马

歇尔稳定度和车辙动稳定度均有不同程度的提高。对于消石灰的掺加能够改善沥青混合料高温性能可以解释如下：消石灰的主要成分Ca(OH)2氢氧化钙是强碱物质，pH值>12，当氢氧化钙与沥青中的羧酸接触时，即产生化学反应，生成硷土盐，使得沥青粘度增强，从而改善了胶浆的高温性能；同时，消石灰代替部分矿粉掺入增加了混合料胶浆的软化点，从而改善沥青胶浆和混合料的高温性能。

② 在混合料中掺加一定量的消石灰以替代部分矿粉对于减少混合料的析漏和飞散损失均能起到明显的效果，且经济性较好，特别是对混合料析漏的改善效果十分显著。这还是因为消石灰中的主要成分Ca(OH)2与沥青中的羧酸接触时，发生化学反应，生成的硷土盐具有较强的吸附性能，能牢固的粘附在粒料表面而不剥落，沥青就不会从粒料上剥落，从而改善了集料和沥青的粘附性能，因而减小了混合料的析漏和飞散损失。

③采用消石灰替代等量矿粉掺加，会使沥青胶浆的延度降低，蠕变劲度模量增大，胶浆的低温性能变差。同时，消石灰掺量超过40％，将会对混合料施工和易性产生影响。根据试验结果和上述分析，对于沥青混合料中消石灰替代矿粉掺加量作如下建议：对常年气温较低的地区或季冻区推荐20％的消石灰替代等量矿粉；对常年气温较高的地区，可以适当增大消石灰的替代量，但不宜超过40％。

（2）改性剂的剂量、空隙率大小对混合料高温性能的影响

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对沥青混合料的高温稳定性的影响因素进行灰关联分析表明，在影响混合料的诸多因素中，沥青的性能是影响混合料的高温稳定性最首要因素。沥青混合料采用高粘度改性沥青，其改性效果与基质沥青的种类和改性剂的剂量有关。 改性沥青的软化点和混合料的辙动稳定度均随着改性剂用量的增大而变大。 在改性剂剂量不变的条件下，减小混合料的空隙率，也能够明显提高混合料的动稳定度 。由于基质沥青对改性沥青的改性效果影响较大，因而具体的改性剂剂量对不同的沥青的改性效果和混合料的性能可能会存在差异，但变化趋势相似。

2、水稳定性

沥青路面在有水或冻融循环的作用下，由于汽车车轮动态荷载的作用，进入路面空隙中的水不断产生动水压力形成真空负压抽吸的反复循环作用，水分逐渐渗入沥青与集料的界上，使沥青粘附性降低，并逐渐丧失粘结力，沥青膜从石料表面脱落，沥青混合料掉粒、松散，继而形成沥青路面的坑槽、推挤变形等损坏现象。沥青混合料路面由于其特有的大空隙特殊结构，与普通混凝土路面相比较，水对沥青混合料路面的作用呈现出如下特点： ①沥青混合料与水接触的面积大； ②沥青内部混合料与水接触的机会多； ③由于空隙率大，空隙连通性好，车轮对透水性沥青路面产成的动水压力和真空负压抽吸作用与普通密级配沥青路面相比较小。 ④沥青路面不会产生积水，大空隙与车轮作用形成的空气抽吸能够较快的将路面结构的水分蒸发，因而，从某种意义上说，与水泥路面相比，相同的降雨条件下，沥青路面内部与水作用的时间相对更短。

从上述分析可以得出，与普通混合料相比较，沥青混合料在水稳定性方面有劣势也有一定的优势。在进行原材料选择的阶段，要求使用高粘度改性沥青，就是考虑透水性路面的水稳定性，减少水对混合料粘附性的影响。目前评价混合料水稳定性方法比较多，一般都是在分析水损害发生机理的基础之上发展起来的，主要可以分为以下三种类型：一种是从沥青和石料的相互作用角度来评价，常见的有水煮法、水浸法、超声波法等；第二种模拟沥青混合料受环境因素的作用，有浸水马歇尔试验、真空饱水马歇尔试验、冻融劈裂试验、AASHTO T283—98(劈裂试验)；第三种是用压实试件在水环境下受车轮动载作用来评价，主要包括浸水车辙试验和汉堡试验。这类试验以不同的方式模拟了路面受水、温度和荷载的破坏作用，不仅反映出沥青与石料的粘附性能，也反映出混合料的整体粘结力。这类试验研究表明，从试件性能的稳定性、试验模拟的环境条件、评价指标的有效性而言，浸水车辙试验评价混合料水稳定性效果最好，从试验方法的可操作性而言冻融劈裂试验和浸水马歇尔试验操作简单，易于推广，但存在稳定性低，区分度不明显的不足。 a.马歇尔实验结果分析

浸水马歇尔试验也是用来验证混合料的水稳定性。试验中，将成型好的试件在60℃的恒温水槽中保温48h后试验，并将试验结果与普通马歇尔试验结果进行比值，得到残留稳定度。实践证明，除非是酸性集料，用此法测定的浸水马歇尔试验残留稳定度一般都能达到规范规定的要求。

试验结果表明，沥青混合料残留稳定度达到92．0％，远高于规范要求值。 b.冻融劈裂试验结果分析

冻融劈裂的试验是在规定的条件下对沥青混合料进行冻融循环，测定混合料试件在受到水损害前后劈裂破坏的强度比。冻融劈裂试验的主要目的是检验沥青混合料的抗水损害能力，以评价沥青混合料水稳定性，其条件比一般的浸水试验跟苛刻一些。对于多孔沥青混合料，抗水损害能力是评价其路用性能最重要的指标之一，冻融劈裂试验能够较好的反映出沥青混合料的水稳定性，特别是对于评价低温时，混合料空隙中水的冻融对混合料的性能产生

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的影响。

相对于普通混合料而言，沥青路面由于其特有的大空隙结构，混合料中连通空隙多，空气流动性好，水分容易从路面中蒸发，因而，在原材料选择得当，级配和沥青用量设计合理的状态下，沥青混合料能够满足改性沥青混合料对于水稳定性的要求，优于普通混合料的水稳定性。

c.小梁低温弯曲试验结果分析

小梁弯曲试验可以用来评价沥青混合料的低温性能。劲度模量值可以用来表征混合料的抗裂性，模量值越小，材料破坏时所需的能量就越大，混合料的抗裂性能越好；而破坏应变则反映了沥青混合料的低温抗变性能力。由于级配、改性沥青等的不同，不同的沥青混合料在低温性能上的表现也有较大差异，总体来说弯拉破坏应变较密级配的AK-13SBS小，表明沥青混合料在抗裂性能和抗变形能力偏低。 3、强度性能

从路面的实际损坏状态可以得出沥青混合料抵制破坏的强度主要有三个方面：(1)超过某一“强度’’而引起的破坏；(2)超过某一“变形值”而引起的破坏；(3)超过某一“应力松弛状态\而引起的破坏，即剪切强度、断裂强度和临界应变。混合料的剪切试验采用三轴试验方法，认为剪切强度(f)的特性符合摩尔一库仑公式：f=c+tancp，C值表示粘聚力，缈值表示摩阻角。对于透水沥青混合料，由于粗集料含量多，约占混合料总量的85％，粗集料之间的嵌挤和摩擦力相对较大，因而这种骨架空隙结构能够提供较大的摩阻角；同时由于细集料含量少，混合料中空隙大，混合料中粗集料间的接触面积小，导致沥青胶浆形成的胶结作用相对于密级配的沥青混合料来说明显偏小，为了补充混合料的粘聚力，提高混合料的抗剪切强度，沥青混合料沥青材料选用时要求采用高粘度改性沥青，这种高粘度改性沥青可以提供比普通沥青大的多的粘聚力，以满足骨架空隙结构对抗剪切强度的要求。沥青混合料的断裂强度可以用间接拉伸(劈裂)试验确定。拉伸试验的规律与弯拉强度相似，但数值偏小。对于骨架空隙结构的沥青混合料，采用了高粘度改性沥青，集料之间空隙较小，抗拉强度一般较普通混合料大。研究中，采用劈裂试验评价沥青混合料的力学性质和强度性能。试验采用15℃±0．5\的试验温度和50mm／min加载速率，得出混合料的劈裂强度的值在2MPa左右，而一般普通混合料的劈裂强度值一般在1MPa左右，表明与普通混合料相比，沥青混合料的强度高。

论文小结

本论文主要对沥青混合料的高温稳定性、水稳定性、低温性能以及强度性能进行室内验证和研究。

(1)消石灰的掺加对沥青混合料的高温性能有较大改善，特别是对混合料析漏的改善效果十分显著，同时也会降低沥青胶浆的低温性能，掺量超过40％，将会对混合料施工和易性产生影响。对于沥青混合料中采用消石灰替代矿粉的掺加量作如下建议：对常年气温较低的地区或季冻区推荐20％的消石灰替代等量矿粉；对常年气温较高的地区，可以适当增大消石灰的替代量，但不宜超过40％。

(2)相同空隙率条件下，增大改性剂剂量对混合料的动稳定度有显著的提高；在改性剂剂量不变的条件下，减小混合料的空隙率，也能够明显提高混合料的动稳定度。

(3)汉堡浸水车辙试验、浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验的结果表明，在原材料选择得当，级配和沥青用量设计合理的状态下，沥青混合料PAC一13能够满足改性沥青混合料对于水稳定性的要求，甚至优于普通的密级配沥青混合料的水稳定性。

(4)采用汉堡浸水试验评价沥青混合料的水稳定性，更好的模拟了透水性路面在有水存在的高温环境中的水稳定性，通过对浸水汉堡车辙的各项评价指标对两种不同改性剂的透水性沥青混合料的高温稳定性和水稳定性进行了分析，并与其它几种类型的混合料进行了比较，结

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果表明，采用了高粘度改性沥青的透水性沥青混合料的具有良好的水稳定性和高温抗变形能力。

(5)相对于普通密级配混合料，沥青混合料对飞散损失更为敏感。低温飞散试验的分析表明，混合料的飞散损失随温度的降低而增大。通过增大改性剂掺量和降低混合料的空隙率可以改善混合料的低温抗飞散性能。这一结论对于严寒地区透水性沥青混合料目标空隙率的确定具有指导意义。

进一步研究内容

由于受时间和条件等限值，这些研究仅仅是开始，还有更深入的工作需要继续进行。根据作者在论文研究中的总结与思考，认为需要在以下方面开展进一步的研究： (1)高粘度改性沥青混合料的研究。

(2)多孔沥青混合料渗透系数试验仪器的开发。 (3)沥青混合料路面组合结构透水性能与效果分析。 (4)沥青混合料路面结构强度分析。 (5)沥青混合料路面养护措施研究。

参考文献

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