大粒径沥青混合料路面简介

摘 要： 在对大粒径沥青混合料特点的介绍的基础上，阐述了目前沥青混合料力学作用的三种原理，在此基础上，介绍了三种大粒径沥青混合料的结构。说明大粒径沥青混合料路面可以降低用油量，在不增加造价的条件下提高路面的抗车辙，裂缝等破坏的能力，具有较高的工程适用性。

关键词： 大粒径； 混凝土路面； 表面理论； 胶浆理论； 最大密度曲线理论； 结构类型

中图分类号： U414 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2011）06-0037-01

1引言

大粒径沥青混合料通过增大粒径，可降低油量，在不增加造价的情况下，可以增强沥青路面的抗车辙能力及减缓反射裂缝的发生。大粒径沥青混合料基层作为一类柔性结构层，具有很强的柔性和变形能力，作为应力消散层，可明显提高路面抗反射裂缝的能力；另一方面大粒径沥青碎石基层可以与沥青混凝土面层粘结牢固，并且由于其模量接近，路面结构受力更均匀。高模量抗车辙的大粒径沥青混合料也是永久性路面结构(全厚式沥青路面)的中间层或联结层的首选。

2结构理论

沥青混合料是由沥青、粗集料、细集料和矿粉以及外加剂所组成的多种成分的材料。这些组成材料在混合料中，由于组成材料质量的差异和数量比例的不同，可形成不同的组成结构，并表现为不同的力学性能。随着对混合料组成结构研究的深入，形成了沥青混合料组成结构的三种相互独立的理论。可以认为沥青混合料的弹性和粘塑性主要取决于沥青的性质、粘结矿物颗粒层的厚度，以及矿料材料与结合料相互作用的特性。沥青混合料胶凝结合的特点，也取决于这些因素。

（1）表面理论。沥青混合料是由粗集料、细集料和填料经人工组配成密实的级配矿质骨架，此矿质骨架由稠度较稀的沥青混合料分布其表面，而将它们胶结成为一个具有强度的整体。形成矿物骨架的材料结构，也在沥青混合料结构的形成中起很大作用。应把沥青混合料中沥青的分布特点，以及矿物颗粒上形成的沥青层的构造综合理解为沥青混合料中的沥青结构。沥青应均匀地分布到矿料材料中，并尽可能完全包裹矿物颗粒。沥青混合料中沥青的性质，取决于原来沥青的性质、沥青与矿料的比值、沥青与矿料相互作用的特点。总之，沥青混合料是由矿质骨架和沥青胶结物所构成的、具有空间网络结构的一种多项分散体系。沥青混合料的力学强度，主要由矿质颗粒之间的内摩阻力和嵌挤力，以及沥青胶结料及其与矿料之间的粘结力所构成。

（2）胶浆理论。沥青混合料是一种多级空间网状胶凝结构的分散系。它是以粗集料为分散在沥青砂浆分散介质中的一种粗分散系;同样，砂浆是以细集料为分散相而分散在沥青浆分散介质中的一种细分散系;而胶浆又是以填料为分散相而分散在高稠度沥青分散介质中的一种微分散系。这三级分散系以沥青胶浆(沥青一矿粉系统)最为重要，它的组成结构决定沥青混合料的高温稳定性和低温变形能力。典型的沥青混合料的弹一粘一塑性，主要取决于粘结作用的沥青一矿粉系统的特点。这种多级空间网状胶凝结构的特点是，结构单元(固体颗粒)通过液相的薄层〔沥青)而粘结在一起。胶凝结构的强度.取决于结构单元产生的分子力。胶凝结构具有力学破坏后结构触变性复原自发可逆的特点。对于 胶 凝 结构，固体颗粒之间液相薄层的厚度起着很大的作用。相互作用的分子力随薄层厚度的减小而增大，因而系统的粘稠度增大，结构就变得更加坚固。此外，分散介质(液相)本身的性质对于胶凝结构的性质亦有很大的影响。

（3）最大密度曲线理论。最大密度曲线理论是通过大量试验提出的一种理想曲线。W.B.富勒(Fuller)和他的同事研究认为:固体颗粒按粒度大小，有规则地组合排列，粗细搭配，可以得到密度最大、空隙最小地混合料。初期研究理想曲线是:细集料以下的颗粒级配为椭圆型曲线，粗集料为与椭圆曲线相切地直线，由这两部分组成的级配曲线，可以达到最大的密度。这种曲线计算比较繁杂，后来经过许多研究改进，提出简化的抛物线最大密度理想曲线。该理论认为，矿质混合料的颗粒级配曲线愈接近抛物线，则其密度愈大。目前，这一理论比较集中于研究填料(矿粉)的矿物成分以及沥青与填料内表面的交互作用等因素对于混合料性能的影响等。同时这一理论的研究比较强调采用高稠度的沥青和大的沥青用量，以及采用间断级配的矿质混合料。矿物骨架结构是沥青混合料成分中矿物颗粒在空间的分布情况。由于矿物骨架本身承受大部分的内力，因此骨架应由相当坚固的颗粒所组成，并且是密实的。沥青混合料的强度，在一定程度上也取决于内摩阻力的大小，而内摩阻力又取决于矿物颗粒的形状、大小及表面特性等。

3沥青混合料的组成结构类型

沥青混合料，按其强度构成原则的不同可分成按嵌挤原则构成的结构和按密实级配原则构成的结构两大类。按嵌挤原则构成的沥青混合料的结构强度，是以矿质颗粒之间的嵌挤力和内摩阻力为主、沥青结合料的粘结作用为辅而构成的。这类路面是以较粗的颗粒尺寸均匀的矿料构成骨架，沥青结合料填充其空隙，并把矿料粘结成一个整体。这类沥青混合料结构强度受自然因素(温度)的影响较小。按密实级配原则构成的沥青混合料的结构强度，是以沥青与矿料之间的粘结力为主、矿质颗粒之间的嵌挤力和内摩阻力为辅而构成的。这类沥青混合料的结构强度受温度的影响较大。根据混合料中嵌挤结构和密实结构所占的比例不同，沥青混合料的结构通常可分为下列三类:

（1）悬浮一密实结构。由连续级配矿质混合料组成的密实混合料，由于材料从大到小连续存在，并且各有一定数量，实际上同一档较大颗粒都被较小一档颗粒挤开，大颗粒犹如以悬浮状态处于较小颗粒之中。连续密级配沥青混凝土都属此类型。这种结构通常按最佳级配原理进行设计，虽然密实度与强度较高，但各级集料均被次级集料所隔开，不能直接接触形成骨架，而悬浮于此级集料和沥青胶浆之间，而且受沥青材料的性质和物理状态的影响较大，故温度稳定性较差。

（2）骨架一空隙结构。较粗矿料彼此紧密相连，较细粒料的数量较少，不足以充分填充空隙。因此，混合料的空隙较大，较粗矿料能够充分形成嵌挤型骨架。沥青碎石混合料属此类型。在这种结构中，粗集料之间的内摩阻力起着重要的作用，其结构强度受沥青材料的性质和物理状态的影响较小，因而温度稳定性较好。

（3）骨架一密实结构。骨架密实结构是综合以上两种结构的优点而形成的结构。混合料中既有一定数量的粗集料形成骨架，又根据粗料空隙的多少加入细料，形成较高的密实度和明显的骨架结构。目前常用的级配理论主要有最大密度曲线理论和粒子干涉理论。最大密度曲线理论主要描述了连续级配的粒径分布。粒子干涉理论不仅可以用于计算连续级配，而且也可用于计算间断级配。

4结语

本文介绍了三种大粒径沥青混合料的结构。说明大粒径沥青混合料路面可以降低用油量，在不增加造价的条件下提高路面的抗车辙，裂缝等破坏的能力，同时大粒径沥青混合料的骨架嵌挤作用使得集料受荷载作用后具有较小的变形和较高的承载能力。具有较高的工程适用性。

参考文献：

[1] 中华人民共和国交通部.公路沥青路面设计规范(JTJ014-97)[M].北京:人民交通出版社，1997.

[2] 王富玉等.大粒径沥青混合料的路用性能研究公路[J].2003(2).

[3] 张登良.沥青与沥青混合料[M].北京:人民交通出版社，1993.