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沥青路面用沥青混合料的分类

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第七章沥青混合料的组成设计
沥青混合料从颗粒均匀预涂沥青的沥青涂层碎石(coated stone到沥青玛碲脂(mastic asphalt其成分变化无穷。然而，沥青混合料大体上可以分为沥青混凝土(asphalt和沥青碎石(macadam两大类。沥青混凝土与碎石的主要区别如下：
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沥青混凝土的集料级配一般由颗粒大致均匀的粗集料加上大量的细集料和很少量的中等大小的集料组成。
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沥青混凝土的强度与砂／填料／沥青成份的劲度即沥青砂浆有关；为了砂浆要有足够的劲度，制造沥青混凝土时要用比较硬的沥青和含量高的填料；至于沥青碎石的强度，主要是依靠摩擦和集料颗粒间的机械互锁力，因此可以用较软等级的沥青。
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由于沥青混凝土含的填料比例很大，也即是集料有大幅的表面积要用沥青裹覆，因而沥青用量较高；而沥青碎石含细小的集料少，因此用以裹覆集料的沥青少量也够了；沥青碎石内的沥青主要功能是在压实时作为润滑剂和在使用过程中粘结着集料颗粒。
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沥青混凝土的空隙率低，基本上不透水并且用予繁重交通的道路上非常耐久；沥青碎石的空隙率相对较高而具透水性，并不如前者耐久。从沥青涂层碎石到沥青玛蹄脂各种沥青合料中，使用的沥青等级愈来愈硬，沥青、矿料和砂的含量增加，粗集料含量减少。

图7-1 各种沥青混合料的典型级配曲线
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§7．1道路沥青混合料的种类与性质
7．1．1沥青混凝土

用不同粒径的碎石、天然砂、矿粉和沥青按一定比例以及最佳密实级配原则设计、在拌和机中热拌所得的混合料称沥青混凝土混合料。这种混合料的矿料部分应有严格的级配要求。它们经过压实后所得的材料具有规定的强度和孔隙率时称作沥青混凝土。沥青混凝土的强度和密实度是一般沥青混合料中最大的，但它们在常温或高温下都具有一定的塑性。沥青混凝土的高密实度使得它水稳性好，因此有较强的抗自然侵蚀能力，故寿命长、耐久性好，适合作为现代高速公路的柔性面层。从国外以及国内的工程实践来看，以沥青混凝土作为高等级公路或城市道路的路面材料已经相当普遍。
由于沥青混凝土的胶结料主要为沥青，沥青是一种对温度十分敏感的材料，这就导致了沥青混凝土的性质（主要为力学性能）受温度的影响十分突出（这也是沥青混合料最大的特点），如它们的劈裂强度随温度的变化可从零下温度的几兆帕到高温的零点几兆帕而不同。
沥青混凝土的分类从广义来说，可包括沥青玛碲脂(MA、热压式沥青混凝土(HRA、传统的密级配沥青混凝土(HMA、多空隙沥青混凝土(PA、沥青玛碲脂碎石(SMA以及其它新型的沥青混凝土。
传统沥青混凝土、SMA和多空隙沥青混凝土典型级配曲线的比较见下图：
图7－2 三种典型混凝土级配比较

上图中，曲线1为传统沥青混凝土，孔隙率3％；曲线2为SMA，孔隙率3％；曲线3为多孔沥青混凝土、孔隙率20％。就孔隙率而言，当马歇尔设计孔隙率小于4％（或路面实际孔隙率小于8％）时，它已形成较为密实的结构，水不易进入沥青混凝土，整个结构的耐久性较好；或者路面实际孔隙率大于15％ ·2·

时，水能顺利地从孔隙中排走，也不会对混凝土结构造成水害；只有当孔隙率介于这两者之间时，混凝土为半开半闭结构，这种情况十分不利于路面的耐久性。

7．1．1．1碎石沥青玛蹄脂（SMA）
我国现有主要道路大都按连续级配进行组成设计。我国《规范》规定，Ⅰ型沥青混凝土混合料的制余空隙率对于公路为3%～6%，对于城市道路为2%～6%；Ⅱ型为4%～10%。
由于我国大多数道路的沥青混合料是悬浮密实结构，因此密实度和强度都较大。但受沥青材料的性质和物理状态的影响较大，所以稳定性较差。加之我国国产沥青中含蜡量较高，高温稳定性更加受到影响，所以在现代重型汽车交通荷载作用下，路面容易因热稳性不足而产生车辙、波浪、推移等变形，从而影响其正常使用。而且由于沥青的温感性，又会产生低温裂缝、泛油的不易克服的病害问题。
SMA沥青混合料由于其自身的特定而与我国现行的密级配沥青混合料在集料配比和沥青含量有所不同。SMA沥青混合料与密级配沥青混合料相比，具有高粗集料含量、高沥青含量、高矿粉含量以及低的空隙率等特点。粗集料含量高，增加集料与集料的接触，提高了抵抗永久变形的能力；沥青含量高和矿粉用量多，增加沥青的粘结能力，提高了路面的耐久性；低空隙率减少水的渗入和混合料老化硬化。
表7-1是德国《沥青路面工程补充技术规范及准则》中有关SMA的有关指标。
德国ZTV bit Stb84示范中SMA标准表7-1 0/5 SMA混合料 0/11S 0/8S 0/8 材料优质碎石，优质破碎砂，天然砂，矿粉
0/5 粒径（mm） 0/11 0/8 8～12 8～13 8～13 <0.09mm 70～80 70～80 60～70 >2mm 矿
颗粒成分
料 50～70 45～70 ≤10 >5mm (重量百分比
≥25 ≤10 >8mm ≥11.2mm ≤10
破碎砂土天然砂比例 ≥1：1 B80 沥青品种 B65 B65 B80 沥青
胶结料含量(重量百分比 6.5～7.5 7.0～8.0 稳定剂在混合料中的含量(重量百分比 0.3～1.5 马歇尔压实温度（℃） 135±5 试件空隙率（体积百分比） 2.0～4.0 铺筑厚度（cm） 2.5～5.0 2.0～4.0 1.5～3.0 路
铺筑重量（kg/m2） 60～125 45～100 33～75 面
压实度（%） ≥97 层
空隙率（体积百分比） ≤6.0
(一集料的材质
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在欧洲，SMA混合料中的粗集料和细集料一般要求100%轧制，德国规范要求至少90%粗集料轧制，圆集料需两次破碎，即要求有两个或两个以上破碎面，对于SMA混合料集料，理想形状应为立方体颗粒。
SMA混合料因为是骨架密实结构，所以要求集料要有足够的硬度耐久性，因此不得使用易磨光或相对较纯的碳酸盐集料。在我国可采用玄武岩、耀长岩、片麻岩等。在德国SMA混合料中,不重视酸性石料对混合料抗水损害的影响,认为SMA混合料中沥青和矿粉含量高，加之一定量的纤维加筋作用，致使沥青与石料间有足够的粒结力，完全能够抗水损害的影响。因此，即使石料为酸性，也不加抗剥落剂。
矿物填料应由石灰石粉或其它合适材料组成，使用时要求足够干燥，不得成团，能自由流动。
(二沥青
沥青等级可使用本地区普通沥青混合料所用的沥青等级，也可使用略稠硬的沥青。沥青拌和温度要求粘度为170±20mm/S。
(三纤维稳定添加剂
SMA混合料因沥青含量高和矿料用量大，在贮存、运输和摊铺过程中，沥青和矿粉会产生滴漏和离析，所以纤维稳定剂的作用是防止沥青离析，并且纤维，沥青和填料共同组成高强度的玛碲脂填充在集料之间，使路面结构十分稳定，不易变形。
纤维稳定剂最早曾用石棉纤维和聚合物纤维，但后来发现石绵纤维是直线体，而植物纤维则是曲线体。用植物纤维作为SMA混合料中的稳定剂，其性能明显优于矿物纤维，且使用植物纤维素，不仅能更好地保证SMA的质量，而且有利于保护环境，更可大幅度节省工程费用。因此，在德国95%的稳定剂为纤维素纤维。早期的植物纤维为松散絮状型，这种纤维不易添加，容易受潮，拌合不均匀。为便于贮存、运输和SMA混合料的生产，纤维素与沥青按质量比2:1混合后，经特殊加工成粒状产品。在SMA中粒状纤维的用量为混合料总重的0.45%，即相当于加入0.3%植物纤维素。

7．1．1．2热压式沥青混凝土
英国于1895年首先在切而西(Chelsea的国王街和肯辛顿(Kensington的佩勒姆街使用热拌沥青混凝土(hot rolled asphalt，简称HRA，不幸，当时对砂的级配和填料含量的重要性没有足够的认识，材料在几个月内就损坏了。美国工程师克利福德．理查森(CIinbrd Richardson是HRA的倡导者之一。他在对美国和欧洲的沥青混凝土路面调查的阶段，在1896年访问了英国。基于他本人的经验介绍了和沥青砂磨耗层非常相似的一种沥青混凝土，经过多年使用性能还很良好。
如前所述，HRA的重要特性之一是它的集料为“间断级配”。也就是说，粒径