石油沥青材料和沥青混合料的组成结构及各类沥青技术性质概要

第四章 沥青与沥青混合料
　 [重点内容和学习要求]
本章重点阐述石油沥青材料和沥青混合料的组成结构、技术性质和技术标准及沥青混合料的设计方法，同时对其它各类沥青的技术性质也作概要介绍。
通过学习，要求学生必须掌握石油沥青的化学组分、技术性质及检测方法。掌握沥青混合料的技术性质和技术标准，并能按新规范设计沥青混合料的组成。
沥青材料是一种有机胶凝材料，是由一些极其复杂的高分子的碳氢化合物和这些碳氢化合物的非金属(氧、硫、氮)的衍生物所组成的混合物。
对于沥青材料的命名和分类，目前世界各国尚未取得统一的认识。现就我国通用的命名和分类简述如下。
沥青按其在自然界中获得的方式，可分为地沥青和焦油沥青两大类。
　　　1. 地沥青
　　　　地沥青是由天然产状或石油精制加工得到的沥青材料。按其产源可分为两类。
　　　　①天然沥青 是石油在自然条件下，长时间经受地球物理因素作用而形成的产物。
　　　　②石油沥青 是石油经精制加工其他油品后，最后加工而得到的产品。
　　　2. 焦油沥青
　　　　焦油沥青是各种有机物(煤、泥炭、木材等)干馏加工得到的焦油，经再加工而得到的产品。焦油沥青按其加工的有机物名称而命名，如由煤干馏所得的煤焦油，经再加工后得到的沥青即称为煤沥青。
以上各类沥青，可归纳如下：
其中页岩沥青按其技术性质接近石油沥青，而按其生产工艺则接近焦油沥青，目前暂归焦油沥青类。
沥青具有良好憎水性、粘结性和塑性，在道路建筑中最常用的是石油沥青和煤沥青，其次是天然沥青。
4.1 石油沥青
4.1.1石油沥青的生产和分类
1.石油沥青生产工艺概述 以石油炼制各种石油沥青的生产工艺可按图4-1流程简要说明。
原油经常压蒸馏后得到常压渣油，再经减压蒸馏后得到减压渣油。这些渣油都属于低标号的慢凝液体沥青。
为提高沥青的稠度，以慢凝液体沥青为原料，可以采用不同的工艺方法得到粘稠沥青。渣油经过再减蒸工艺，进一步深拔出各种重质油品，可得到不同稠度的直馏沥青；渣油经不同深度的氧化后，可以得到不同稠度的氧化沥青或半氧化沥青；渣油经不同程度地脱出沥青油，可得到不同稠度的溶剂沥青。除轻度蒸馏和轻度氧化的沥青属于高标号慢凝沥青外，其余沥青都属于粘稠沥青。
[图4-1]
有时为了施工需要，希望在常温条件下具有较大的施工流动性，在施工完成后短时间内又能凝固而具有高的粘结性。为此在粘稠沥青中掺加煤油或汽油等挥发速度较快的溶剂。这种用快速挥发溶剂作稀释剂的沥青，称为中凝液体沥青或快凝液体沥青。
为得到不同稠度的沥青，也可以采用硬的沥青与软的沥青(粘稠沥青或慢凝液体沥青)，以适当比例调配，称为调合沥青。按照比例不同所得成品可以是粘稠沥青，亦可以是慢凝液体沥青。
快凝液体沥青需要耗费高价的有机稀释剂，同时要求石料必须是干燥的。为节约溶剂和扩大使用范围，可将沥青分散于有乳化剂的水中而形成沥青乳液，这种乳液亦称为乳化沥青。
为更好地发挥石油沥青和煤沥青的优点，选择适当比例的煤沥青与石油沥青混合而成一种稳定的胶体，这种胶体称为混合沥青。
2. 石油沥青的分类石油沥青可根据不同情况分类，按原油的成分分类、按加工方法分类或按常温下沥青的稠度分类。
　　(1)按原油成分分类：原油是生产石油沥青的原料，原油按其含烃类成分或硫含量不同可划分为几种类别（称为基属）。石油沥青的性质首先与石油沥青的基属有关。
原油的分类一般是根据“关键馏分特性”或“含硫量”，分为石蜡基原油、环烷基原油和中间基原油，或高硫原油（含硫量>2%），含硫原油（含硫量0.5%～2%）和低硫原油（含硫量<0.5%）。由不同基属原油炼制的石油沥青分别为：
　　　①石蜡基沥青:这种沥青在原油中含有大量烷烃，沥青中含蜡量，一般大于5%，有的高达10%以上。蜡在常温下往往以结晶体存在，降低了沥青的粘结性和塑性。
　　　②环烷基沥青：也称沥青基沥青，含有较多的环烷烃和芳香烃，所以此种沥青的芳香性高，含蜡量一般小于2%，沥青的粘结性和塑性均较高。
　　　③中间基沥青:也称混合基沥青。所含烃类成分和沥青的性质一般均介于石蜡基和环烷基沥青之间。
　　我国石油油田分布广，但国产石油多属石蜡基和中间基原油。
　　(2)按加工方法分类
　　　①直馏沥青: 原油经过常压蒸馏、减压蒸馏或深拔装置提取各种轻质及中质石油产品所余后可用作沥青的残渣，称为直馏沥青。
　　　②氧化沥青:将常压或减压重油，或低稠度直馏沥青在250℃～300℃的高温下吹入空气，经数小时氧化可获得常温下为半固体或固体状的沥青，称氧化沥青。
　　　③溶剂沥青: 这种沥青是对含蜡量较高的重油采用溶剂萃取工艺，提炼出润滑油原料后所余残渣。
　　(3)按沥青在常温下的稠度分类：根据用途的不同，要求石油沥青具有不同的稠度，一般可分为粘稠沥青和液体沥青两大类。粘稠沥青常温下为半固体或固体状态。液体沥青在常温下多呈粘稠液体或液体状态，可按标准粘度划分为慢凝、中凝和快凝液体沥青。
4.1.2石油沥青的组成和结构
1. 元素组成石油沥青是由多种碳氢化合物及其非金属(氧、硫、氮)的衍生物组成的混合物。它的组成主要是碳（80%～87％）、氢（10％～15％），其次是非烃元素，如氧、硫、氮等(<3％)。此外，还含有一些微量的金属元素，如镍、钒、铁、锰、钙、镁、钠等，但含量都很少，约为几个至几十个ppm(百万分之一)。
由于沥青化学组成结构的复杂性，虽然多年来许多化学家致力于这方面的研究，可是目前仍不能直接得到沥青元素含量与路用性能之间的关系。
经过近年来对碳氢比的深入研究，某些研究者认为，碳氢比在一定程度上能说明沥青结构单元中组成烃类基属含量的大致比例。因为沥青中环结构(特别是芳香环结构)愈多，则碳氢比愈高。从碳氢比可以间接地了解沥青组成结构的概貌。
　　2. 化学组分石油沥青是由多种化合物所组成的混合物，由于它的结构复杂，将其分离为纯粹的化合物单体，目前分析技术还有一定困难。实际上，在生产应用中，并没有这样的必要。因此，许多研究者就致力于沥青“化学组分”分析的研究。化学组分分析就是将沥青分离为化学性质相近，而且与其路用性质有一定联系的几个组，这些组就称为“组分”。
石油沥青的化学组分，许多研究者曾提出不同的分析方法。早年(德)J.马尔库松就提出将石油沥青分离为沥青酸、沥青酸酐、油分、树脂、沥青质、沥青碳和似碳物等组分的方法。后来经过许多研究者的改进，(美)L?R?哈巴尔德(Hubbard)和K?E?斯坦费尔德(Stanfield)完善为三组分分析法。再后来(美)L?W?科尔贝特(Corbett)又提出四组分分析法。我国现行《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052—2000)中规定有三组分和四组分两种分析法。
　　　(1)三组分分析法:石油沥青的三组分分析法是将石油沥青分离为油分、树脂和沥青质三个组分。因我国富产石蜡基或中间基沥青，在油分中往往含有蜡，故在分析时还应将油蜡分离。由于这一组分分析方法，是兼用了选择性溶解和选择性吸附的方法，所以又称为溶解－吸附法。
该方法分析流程是用正庚烷沉淀沥青质，然后将溶于正庚烷中的可溶分用硅胶吸附，装于抽提仪中抽提油脂，再用苯-乙醇抽出树脂。最后将抽出的油蜡用丁酮-苯为脱蜡溶剂，在-20℃的条件下，冷冻过滤分离出油、蜡。
溶解-吸附法的优点是组分界限很明确，组分含量能在一定程度上说明它的路用性能，但是它的主要缺点是分析流程复杂，分析时间很长。
　　　(2)四组分分析法L.W科尔贝特首先提出将沥青分离为饱和分、环烷-芳香分、极性-芳香分和沥青质等的色层分析方法。后来也有将上述四个组分称为：饱和分、芳香分、胶质和沥青质。我国现行四组分分析法《沥青化学组分试验》(JTJ052T0618—1993)是将沥青试样先用正庚烷沉淀“沥青质(At)”，再将可溶分(即软沥青质)吸附于氧化铝谱柱上，先用正庚烷冲洗，所得的组分称为“饱和分（S），继用甲苯冲洗，所得的组分称为“芳香分（Ar）”，最后用甲苯—乙醇冲冼，所得组分称为“胶质（R）”。此方法分析原理见图4-2所示。对于含蜡沥青，可将所分离得的饱和分与芳香分，以丁酮-苯为脱蜡溶剂，在-20℃下冷冻分离出固态烷烃，确定含蜡量。
［图4-2］
　　按照四组分分析法，各组分对沥青性质的影响，根据L.W科尔贝特的研究认为：饱和分含量增加，可使沥青稠度降低(针入度增大)；树脂含量增大，可使沥青的延性增加；在有饱和分存在的条件下，沥青质含量增加，可使沥青获得低的感温性；树脂和沥青质的含量增加，可使沥青的粘度提高。
　　　(3)沥青的含蜡量:蜡组分的存在对沥青性能的影响，是沥青性能研究的一个重要课题。特别在我国富产石蜡基原油的情况下，更为众所关注。蜡对沥青路用性能的影响，现有研究认为：沥青中蜡的存在，在高温时会使沥青容易发软，导致沥青路面高温稳定性降低，出现车辙。同样，在低温时会使沥青变得脆硬，导致路面低温抗裂性降低，出现裂缝。此外，蜡会使沥青与石料的粘附性降低，在有水的条件下，会使路面石子产生剥落现象，造成路面破坏。更严重的是，含蜡沥青会使沥青路面的抗滑性降低，影响路面的行车安全。对于沥青含蜡量的限制，由于世界各国测定方法不同，所以限值也不一致，其范围为2.2～4.5％。
　　3. 胶体结构 沥青的技术性质，不仅取决于它的化学组分及其化学结构，而且取决于它的胶体结构。
　　　(1)胶体结构的形成:现代胶体理论认为，沥青的胶体结构是以固态超细微粒的沥青质为分散相。通常是若干个沥青质麇集在一起，它们吸附了极性半固态的胶质，而形成“胶团”。由于胶溶剂与胶质的胶溶作用，而使胶团胶溶、分散于液态的芳香分和饱和分组成的分散介质中，形成稳定的胶体。
在沥青中，分子量很高的沥青质不能直接胶溶于分子量很低的芳香分和饱和分的介质中，特别是饱和分为胶凝剂，它会阻碍沥青质的胶溶。沥青所以能形成稳定的胶体，是因为强极性的沥青质吸附了极性较强的胶质，胶质中极性最强的部分吸附在沥青质表面，然后逐步向外扩散，极性逐渐减小，芳香度也逐渐减弱，距离沥青质愈远，则极性愈小，直至与芳香分接近，甚至到几乎没有极性的饱和分。这样，在沥青胶体结构中，从沥青质到胶质，乃至芳香分和饱和分，它们的极性是逐步递变的，没有明显的分界线。所以，只有在各组分的化学组成和相对含量相匹配时，才能形成稳定的胶体。
　　　(2)胶体结构的分类:根据沥青中各组分的化学组成和相对含量的不同，可以形成不同的胶体结构。沥青的胶体结构，可分下列三个类型。
　　　　1)溶胶型结构:沥青中沥青质含量很少，油分及树脂含量较多，沥青质在胶体结构中运动自如，见图4-3a。这种结构沥青粘滞性小，流动性大，塑性好，温度稳定性较差，是液体沥青结构的特征。
［图4-3］
　　　　2)溶－凝胶型结构
沥青中沥青质含量适当(例如在15％～25％之间)，并含适量的油分和树脂。在常温下，这种结构的沥青处于溶胶结构和凝胶结构之间，其性质介于两者之间。见图4-3b。
　　　　3)凝胶型结构
油分和树脂含量较少，沥青质含量较多，胶团相互吸引力增大，相互移动较困难，见图4-3c，这种结构的特点是弹性和粘性较高，温度敏感性较小，流动性、塑性较低。
　　　(3)胶体结构类型的判定:沥青的胶体结构与其路用性能有密切的关系。为工程使用方便，通常采用针入度指数法。该法是根据沥青的针入度指数(PI)值，划分其胶体结构类型。(沥青针入度指数的确定方法，参见本节沥青的感温性)当PI＜-2时，沥青的胶体结构为溶胶型，PI＞+2时为凝胶型，时为溶凝胶型结构。
4.1.3石油沥青的技术性质
用于现代沥青路面的沥青材料，应具备下列主要技术性质。
　　1. 物理特征常数 现代沥青路面的研究，对沥青材料的下列物理特征常数极为重视。
　　　(1)密度:沥青密度是在规定温度条件下单位体积的质量，单位为，或。我国现行试验法《沥青密度与相对密度试验(JTJ052T0603—1993)规定温度为15℃也可用相对密度表示。相对密度是指在规定温度下，沥青质量与同体积水质量之比。
　　沥青的密度与其化学组成有密切的关系，通过沥青的密度测定，可以概略地了解沥青的化学组成。通常粘稠沥青的密度波动范围在0.96～1.04。我国富产石蜡基沥青，其特征为含硫量低、含蜡量高、沥青质含量少，所以密度常在1.00以下。
　　　(2)热胀系数:沥青在温度上升1℃时的长度或体积的变化，分别称为线胀系数或体胀系数，统称热胀系数。沥青路面的开裂，与沥青混合料的热胀系数有关。沥青混合料的热胀系数，主要取决于沥青热学性质。特别是含蜡沥青，当温度降低时，蜡由液态转变为固态，比容突然增大，沥青的热胀系数发生突变，因而易导致路面开裂。
　　2. 粘滞性粘滞性(简称粘性)是指沥青在外力作用下抗变形能力。沥青受到外力作用后表现的变形，是由于沥青中组分胶体团发生形变或胶团之间产生相互位移。
沥青的粘滞性通常用粘度表示 ，所以粘度是现代沥青等级(标号)划分的主要依据。
　　　(1)沥青粘度的表达方式
　　　　1) 牛顿流型沥青的粘度: 溶胶型沥青或沥青在高温条件下，可视为牛顿液体。设在两金属板中夹一层沥青,按牛顿内摩擦定律可推导出牛顿流型沥青的粘度
　　（4-1）
式中：　
　　　由 (4-1)式可知，流体层间速度梯度(即剪变率)为一单位时，每单位面积所受到的内摩擦力称为“动力粘度”。如此采用长度、质量和时间等绝对单位表示的粘度称为“绝对粘度”。
　　动力粘度计量单位，按SI单位制为“帕·秒”(Pa·s)。
　　在运动状态下，测定沥青粘度时，考虑到密度的影响，动力粘度还可采用另—种量描述，即沥青在某一温度下的动力粘度与同温度下沥青密度之比，称为“运动粘度”(或称“动比密粘度”)。运动粘度
式中： ——运动粘度()；
　　——动力粘度(Pa·s)；
——密度()。
运动粘度的计量单位，按SI单位制为“”()。
　　　　2)非牛顿流型沥青的粘度:沥青是一种复杂的胶体物系，只有当其在高温时(例如加热至施工温度时)才接近于牛顿液体。而当其在路面的使用温度时，沥青均表现为粘弹性体，故其在不同剪变率时，表现为不同的粘度。因此沥青的剪应力与剪变率并非线性关系，此粘度通常称为表观粘度(或称视粘度)。表观粘度为
式中：　——沥青表观粘度(Pa·s)；
——意义同前；
　　　c——沥青的复合流动度系数。
沥青的复合流动系数c是评价沥青流变性质的重要指标。c=1.0表示牛顿流型沥青，c＜1.0表示非牛顿流型沥青。c值愈小表示非牛顿性越强。
　　(2)沥青粘度的测定方法:测定方法可分为两类：一类为绝度粘度法，另一类为相对粘度(或称条件粘度)法。前者是由基本单位导出，通常采用仪器为绝对单位粘度计，如毛细管粘度计等。后者是由一些经验方法确定，常用的仪器为经验单位粘度计，各种流出型的粘度计有道路标准粘度计、赛氏粘度计和恩氏粘度计等。此外，针入度亦属这类。软化点通常作为测定温度稳定性的一种方法，实质上它也属于条件粘度的范畴。工程中一般测定条件粘度。
　　　1)绝对粘度测定方法：按我国现行《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052—2000)规定，沥青运动粘度采用毛细管法，沥青动力粘度采用真空减压毛细管法。
　　　2)条件粘度测定方法
　　　　①标准粘度计法：按我国现行《沥青标准粘度试验》(JTJ 052T0621—1993)规定，测定液体石油沥青、煤沥青和乳化沥青等的粘度，采用道路标准粘度计法。该试验方法(见图4-4)是指液体状态的沥青材料，在标准粘度计中，在规定的温度条件下，通过规定的流孔直径流出50mL体积时，测定所需的时间(s)。试验条件以CT,d表示。其中C为粘度，T为试验温度，d为流孔直径。试验温度和流孔直径根据液体状态沥青的粘度选择，常用的流孔直径有3mm、4mm、5 mm 和10 mm等四种。按上述方法，在相同温度和相同流孔条件下，流出时间越长，表示沥青粘度越大。
[图4-4] [图4-5]
　　　　②针入度法：针入度试验是国际上经常用来测定粘稠(固体、半固体)沥青粘度的一种方法(见图4-5)。该法是沥青材料在规定温度条件下，以规定质量的标准针经过规定时间贯入沥青试样时，测定其深度(以1／10mm为单位计)。试验条件以表示，其中P为针入度，T为试验温度，m为标准针(包括连杆及砝码)的质量，t为贯入时间。我国现行试验法《沥青针入度试验》(JTJ052T0604—2000)规定，常用的试验条件为此外，在确定针入度指数(PI)时，针入度试验常用条件15℃、25℃和30℃等，但标准针质量和贯入时间均为100g和5s。按上述方法测定的针入度值越大，表示沥青越软(稠度越小)。针入度是测定沥青稠度的一种指标。通常稠度高的沥青，其粘度也高。但是，由于沥青结构的复杂性，将针入度换算为粘度的一些方法，均不能获得满意结果，所以近年美国及欧洲某些国家已将沥青针入度分级改为粘度分级。
　　　　③软化点：沥青材料是一种非晶质高分子材料，它由液态凝结为固态，或由固态熔化为液态时，没有敏锐的固化点或液化点，通常采用条件的硬化点和滴落点来表示。沥青材料在硬化点至滴落点之间的温度阶段时，是一种粘滞流动状态，在工程实用中为保证沥青不致由于温度升高而产生流动的状态，因此取液化点与固化点之间温度间隔的87.21％作为软化点。软化点的数值随采用的仪器不同而异。我国现行试验法《沥青软化点试验》(JTJ052T606—2000)是采用环球法软化点。该法(见图4-6)是沥青试样注于内径为19.8mm的铜环中，环上置一重3.5g的钢球，在规定的加热速度(5℃／min)下进行加热，沥青试样逐渐软化，直至在钢球荷重作用下，使沥青产生25.4mm挠度时测定其温度，此温度称为软化点。软化点越高，表明沥青的耐热性越好，即温度稳定性越好。
［图4-6］
　由此可见，针入度是在规定温度下测定沥青的条件粘度，而软化点则是沥青达到规定条件粘度时的温度。所以软化点既是反映沥青材料热稳定性的一个指标，也是沥青粘度的一种量度。
　　3. 塑性沥青的塑性是当其受到外力的拉伸作用时，所能承受的塑性变形的总能力，通常是用延度表示，用延度仪测定。沥青延度是将沥青试样制成8字形标准试件(最小断面)，在规定拉伸速度v=5±0.25cm／min和规定温度下温度T=25℃拉断时的长度(以cm计)称为延度。以上所论及的针入度、软化点和延度是评价粘稠石油沥青路用性能最常用的经验指标，所以通称为“三大指标”。
4. 流变特性流变学是根据应力、应变和时间来研究物质流动和变形的构成与发展的一般规律的科学。沥青材料是一种具有流变特性的典型材料，它的流动和变形不仅与应力有关，而且与时间和温度有关。所以我们在研究沥青的路用性质时，必须考察它的流变特性。沥青材料流变特性包括很宽广的内容，下面仅简述感温性。沥青材料的温度感应性(简称感温性)与沥青路面的施工(如拌和、摊铺、碾压)和使用性能(如高温稳定性和低温抗裂性)都有密切关系，所以它是评价沥青技术性质的一个重要指标。沥青的感温性是采用“粘度”随“温度”而变化的行为(粘－温关系)来表达。目前最常用的有针入度指数法和劲度模量法。
(1)针入度指数法:针入度指数(简称PI)是普费等人经过大量试验，提出的一种评价沥青感温性的指标。沥青在不同温度下的针入度值，若以对数为纵坐标表示针入度，以横坐标表示温度，可得如图所示直线关系，以下式表示
lgP=AT+K (4-4)
式中 A——针入度温度感应性系数，由针入度和软化点确定；
K——截距(常数)。据试验研究认为，沥青达到软点时，此时的针入度约等于800（1/10mm）见图4-7, 故
[图4-7]
　　　　　　(4-5)
针入度指数可由下式计算：
　　　　　　(4-6)
按针入度指数可将沥青划分为三种胶体结构。
（2）劲度模量:劲度模量是表示沥青的粘性和弹性联合效应的指标，大多数沥青在变形时呈现粘—弹性。当形变量较小，荷载作用时间较短时，以弹性形变为主，反之，以粘性形变为主。
5. 粘附性沥青与集料的粘附性直接影响沥青路面的使用质量和耐久性，所以粘附性是评价沥青技术性能的一个重要指标。沥青裹覆集料后的抗水性(即抗剥性)不仅与沥青的性质有密切关系，而且亦与集料性质有关。当采用一种固定的沥青时，不同矿物成分的石料的剥落度也有所不同。从碱性、中性直至酸性石料，随着含量的增加，剥落度也随之增加，为保证沥青混合料的强度，在选择石料时应优先考虑利用碱性石料，当地缺乏碱性石料必须采用酸性石料时，可掺加各种抗剥剂以提高沥青与石料粘附性。对沥青与石料的粘附性的试验方法，我国现行规范《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052—2000)规定采用水煮法和水浸法。
6.老化:沥青在自然因素（热、氧化、光和水）的作用下，产生“不可逆”的化学变化，导致路用性能劣化，这种变化过程称为“老化”。其组分变化规律为：
油分树脂沥青质沥青碳、似碳物
饱和分芳香分胶质分沥青质
随着沥青组分转化，化学性质也发生变化。表现为针入度减小，延度降低，软化点升高、粘结力下降，脆性增大、塑性减小。
7. 安全性沥青材料在使用时必须加热，当加热至一定温度时，沥青材料中挥发的油分蒸汽与周围空气组成混合气体，此混合气体遇火焰则易发生闪火。若继续加热，油分蒸汽的饱和度增加，由于此种蒸汽与空气组成的混合气体遇火焰极易燃烧，而易引起溶油车间发生火灾或使沥青烧坏造成损失。为此，必须测定沥青加热闪火和燃烧的温度，即所谓闪点和燃点。闪点和燃点是保证沥青加热质量和施工安全的一项重要指标。对粘稠石油沥青采用克利夫兰开口杯法，简称COC法(JTJ052T0611—1993)测定闪、燃点；对液体石油沥青，采用泰格式开口杯法，简称TOC法(T0633—1993)测定闪、燃点。闪、燃点试验方法是，将沥青试样盛于标准杯中，按规定加热速度进行加热。当加热到某一温度时，点火器扫拂过沥青试样任何一部分表面，出现一瞬即灭的蓝色火焰状闪光时，此时温度即为闪火点。按规定加热速度继续加热，到达点火器扫拂过沥青试样表面发生燃烧火焰，并持续5s以上，此时的温度即为燃烧点。
4.1.4石油沥青的技术要求
1.道路石油沥青的技术要求 按我国现行《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40—2004）规定。道路石油沥青的质量应符合道路石油沥青技术要求。
2.液体石油沥青的技术要求 液体石油沥青适用于透层、粘层及拌制冷拌沥青混合料。按《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40—2004）规定，液体石油沥青，按凝结速度分为快凝AL（R）、中凝AL(M)和慢凝AL (S)三个等级。快凝液体沥青按粘度分为AL(R)-1和AL(R)-2两个标号；中凝液体沥青按粘度分为AL(M)-1，…，AL (M)-6六个标号，慢凝液体沥青按粘度分为AL(S)-1，…，AL (S)-6六个标号。
4.1.5石油沥青的保管
1.沥青必须按品种、标号分开存放。除长期不使用的沥青可放在自然温度下存储外，沥青在储罐中的贮存温度不宜低于130 ℃ ，并不得高于170℃ ，桶装沥青应直立堆放，加盖苫布。
2.道路石油沥青在贮运、使用及存放过程中应有良好的防水措施，避免雨水或加热管道蒸气进入沥青中。
3．液体石油沥青在制作、贮存、使用的全过程中必须通风良好，并有专人负责，确保安全。基质沥青的加热温度严禁超过140℃，液体石油沥青的贮存温度不得高于50℃。
4.乳化沥青宜存放在立式罐中，并保持适当搅拌。贮存期以不离析、不冻结、不破乳为度。
5.现场制造改性沥青宜随配随用，需作短时间保存，或运送到附近的工地时，使用前必须拌均匀，在不发生离析的状态下使用。改性沥青制作设备必须设有随机采集样品的取样口，采集试样宜立即在现场灌模。
6.工厂制作的成品改性沥青到达施工现场后存贮在改性沥青罐中，改性沥青罐中必须加设搅拌设备并进行搅拌，使用前改性沥青必须搅拌均匀。在施工过程中应定期取样检验产品质量，发现离析等质量不符合要求的改性沥青不得使用。
4.2 其他沥青
4.2.1 煤沥青
1.煤沥青技术性质 与石油沥青相比，煤沥青在技术性质上有下列差异。
(1)温度稳定性较低。煤沥青是一种较粗的分散系，同时树脂的可溶性较高，所以表现为热稳定性较低。当在一定温度下，随着煤沥青的粘度降低，减少了热稳定性不好的可溶性树脂，而增加了热稳定性好的油分含量。当煤沥青粘度升高时，粗分散相的游离碳含量增加，但不足以补偿由于同时发生的可溶树脂数量的变化带来的热稳定性损失。
(2)与矿质集料的粘附性较好。在煤沥青组成中含有较多数量的极性物质，它赋于煤沥青高的表面活性，所以它与矿质集料具有较好的粘附性。
(3)气候稳定性较差。煤沥青化学组成中含有较高含量的不饱和芳香烃，这些化合物有相当大的化学潜能，它在周围介质(空气中的氧、日光的温度和紫外线以及大气降水)的作用下，老化进程(粘度增加、塑性降低)较石油沥青快。
2．煤沥青适用范围
(1)各种等级公路的各种基层上的透层，宜采用T-1或T-2级，其他等级不合喷洒要求时可适当稀释使用。
(2)三级及三级以下的公路铺筑表面处治或贯入式沥青路面，宜采用T-5、T-6或T-7级。
(3)与道路石油沥青、乳化沥青混合使用，以改善渗透性。
(4)道路用煤沥青严禁用于热拌热铺的沥青混合料,作其他用途时的贮存温度宜为70~90℃。
4.2.2 乳化沥青
1.乳化沥青组成材料 乳化沥青主要是由沥青、乳化剂、稳定剂和水等组分所组成。
(1)沥青:沥青是乳化沥青组成的主要材料，沥青的质量直接关系到乳化沥青的性能。在选择作为乳化沥青用的沥青时，首先要考虑它的易乳化性。沥青的易乳化性与其化学结构有密切关系。以工程适用为目的，可认为易乳化性与沥青中的沥青酸含量有关。通常认为沥青酸总量大于1％的沥青，采用通用乳化剂和一般工艺即易于形成乳化沥青。一般说来，相同油源和工艺的沥青，针入度较大者易于形成乳液。但是针入度的选择，应根据乳化沥青在路面工程中的用途而决定。
(2)乳化剂:乳化剂是乳化沥青形成的关键材料。沥青乳化剂是表面活性剂的一种类型，从化学结构上考察，它是一种“两亲性”分子，分子的一部分具有亲水性质，而另一部分具有亲油性质。亲油部分一般由碳氢原子团，特别是由长链烷基构成，结构差别较小。亲水部分原子团则种类繁多，结构差异较大。因此乳化剂的分类，是以亲水基的结构为依据。
沥青乳化剂按其亲水基在水中是否电离而分为离子型和非离子型两大类。离子型乳化剂按其离子电性，又衍生为阴(或负)离子型、阳(或正)离子型和两性离子型等三类。阴离子型沥青乳化剂是在溶于水中时，能电离为离子或离子胶束，且与亲油基相连的亲水基团带有阴(负)电荷的乳化剂；带阳(正)电荷的乳化剂为阳离子型乳化剂；既带有阴电荷又带有阳电荷的乳化剂为两性离子型乳化剂。
随着近代乳化沥青的发展，为适应各种特殊的要求，还衍生出许多化学结构更为复杂的复合乳化剂。
(3)稳定剂:为使乳液具有良好的贮存稳定性以及在施工中喷洒或拌和的机械作用下的稳定性，必要时可加入适量的稳定剂。稳定剂可分为两类。
1)有机稳定剂:常用的有聚乙烯醇、聚丙稀酰胺、羧甲基纤维素纳、糊精、MF废液等。这类稳定剂可提高乳液的贮存稳定性和施工稳定性。
2)无机稳定剂:常用的有氯化钙、氯化镁、氯化铵和氯化铬等。这类稳定剂可提高乳液的贮存稳定性。稳定剂对乳化剂的协同作用，与它们之间的性质有关，有的稳定剂可在生产乳液时同时加入乳化剂溶液中，但有的稳定剂会影响乳化剂的乳化作用，而须后加入乳液中。因此必须通过实验来确定它们的匹配作用。
(4)水:水是乳化沥青的主要组成部分，不可忽视水对乳化沥青性能的影响。水常含有各种矿物质或其他影响乳化沥青形成的物质。自然界获得的水，可溶融或悬浮各种物质，影响水的pH值，或者含有钙或镁的离子等，这些因素都可能影响某些乳化沥青的形成或引起乳化沥青的过早分裂。因此，生产乳化沥青的水应不含其他杂质。
2.乳化沥青适用范围 乳化沥青适用于沥青表面处治路面、沥青贯入式路面、冷拌沥青混合料路面，修补裂缝，喷洒透层、粘层与封层等。
4.2.3 改性沥青
现代高等级公路的交通特点是：交通密度大、车辆轴载重、荷载作用间歇时间短。由于这些特点造成沥青路面高温出现车辙、低温产生裂缝、抗滑性很快衰降、使用年限不长。为使沥青路面高温不推、低温不裂、保证安全快速行车、延长使用年限，在沥青材料的技术性质方面，必须提高沥青的流变性能、改善沥青与集料的粘附性、延长沥青的耐久性，才能适应现代交通的要求。
改性沥青是指掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其它填料等外掺剂（改性剂）或采用对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青的性能得以改善而制成的沥青结合料。
1.改性沥青的分类及其特性 道路改性沥青一般是指聚合物改性沥青，按照改性剂的不同，一般分为以下几类：
(1)热塑性树脂类改性沥青:　主要改性剂有聚乙烯（PE），聚丙烯，聚氯乙烯，聚苯乙烯和乙烯－乙酸乙烯酯共聚物（EVA），这一类热塑性树脂类的共同特点是加热后软化，冷却时变硬。具有较好的高温稳定性，但对低温抗裂性不利。
(2)橡胶类改性沥青:通常称为橡胶沥青，使用最多的是丁苯橡胶（SBR）和氯丁橡胶(CR)。也是世界上最早出现并广泛应用沥青的改性沥青品种，CR具有极性，常掺入煤沥青使用。主要改善低温性能与疲劳性能，对高温性改善较少。
(3)热塑性橡胶类改性沥青:具有树脂类与橡胶类特性，既能改善沥青高温稳定性又能有效改变低温抗裂及疲劳性能，主要产品有（SBS）苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、（SIS）苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯，（SE/BS）苯乙烯-聚乙烯/丁基-聚乙烯。其中SBS常用于路面沥青混合料，SIS主要用于热熔粘结料，SE/BS主要用于抗氧化、抗高温变形要求高的道路。SBS是目前世界各国道路改性沥青使用最多的改性剂。
2.聚合物改性沥青技术要求各类聚合物改性沥青的质量应符合表4-3的技术要求，其中PI值可作为选择性指标。当使用表列以外的聚合物及复合改性沥青时，可通过试验研究制订相应的技术要求。
4.3　热拌沥青混合料
按照现代沥青路面的建筑工艺，沥青与不同组成的矿质集料可以修建成不同结构的沥青路面。最常用的沥青路面结构包括沥青表面处理、沥青贯入式、沥青混凝土和沥青碎石四种。本节主要学习后面两种需要在室内进行设计的沥青混凝土混合料和沥青碎石混合料。
按现行《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40—2004）有关定义和分类如下。
1. 定义 沥青混合料是沥青混凝土混合料和沥青碎石混合料的总称。
①沥青混凝土混合料(简称AC): 由适当比例的粗集料、细集料及填料与沥青在严格控制条件下拌和的沥青混合料。
②沥青碎石混合料(简称AM) : 由适当比例的粗集料、细集料及填料(或不加填料)与沥青拌和的沥青混合料。
2. 沥青混合料的分类
(1)按结合料分类
1)石油沥青混合料: 以石油沥青为结合料的沥青混合料(包括粘稠石油沥青、乳化石油沥青及液体石油沥青)。
2)煤沥青混合料: 以煤沥青为结合料的沥青混合料。
(2)按施工温度分类
1)热拌热铺沥青混合料:简称热拌沥青混合料（HMA），是沥青与矿料在热态拌和、热态铺筑的混合料。适用于各种等级公路的沥青路面。
2)常温沥青混合料: 以乳化沥青或稀释沥青与矿料在常温状态下拌制、铺筑的混合料。
(3)按集料公称最大限度粒径、矿料级配、空隙率划分，分类遵照标准执行。热拌沥青混合料是沥青混合料中最典型的品种，其他各种沥青混合料均为由其发展而来的品种。本节主要详述热拌沥青混合料的组成结构、技术性质、组成材料和设计方法。
4.3.1沥青混合料的组成结构和强度理论
沥青混合料是一种复合材料，它是由沥青、粗集料、细集料和矿粉以及外加剂所组成。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的多少可形成不同的组成结构，并表现为不同的力学性能。
1.沥青混合料的组成结构
(1)悬浮-密实结构:是指矿质集料由大至小组成连续密级配的混合料结构，混合料中粗集料数量较少，不能形成骨架。如图4-8a这种沥青混合料粘聚力c较大，内摩阻角较小，因此高温稳定性较差。按照连续密级配原理设计的AC型沥青混合料是典型的悬浮-密实结构。
(2)骨架-空隙结构:是指矿质集料属于连续型开级配的混合料结构，矿质集料中粗集料较多，可形成矿质骨架，细集料较少，不足以填满空隙，如图4-8b，所以此结构沥青混合料空隙率大，耐久性差，沥青与矿料的粘聚力差，热稳定较好，这种结构沥青混合料的强度主要取决于内摩阻角。沥青碎石混合料AM和开级配耗层沥青混合料OGFC是典型的骨架一空隙结构
(3)骨架-密实结构:是指此结构具有较多数量的粗集料开成空间骨架，同时又有足够的细集料可填满骨架的空隙，如图4-8c。这种结构的沥青混合料具有较高的粘聚力和较高的内摩阻角，是沥青混合料中最理想的一种结构类型。沥青玛蹄脂碎石混合料SMA是典型的骨架一密实结构。[图4-8]
2.沥青混合料的强度理论沥青混合料在路面结构中产生破坏的情况，主要是在高温时由于抗剪强度不足或塑性变形过剩而产生推挤等现象，和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。
目前对于沥青混合料强度的研究，一般采用库伦内摩擦理论分析。通过三轴剪切强度研究得出结论：沥青混合料的抗剪强度主要取决于沥青与矿质集料物理、化学交互作用而产生的粘聚力，以及矿质集料在沥青混合料中分散程度不同而产生的内摩阻角。如下式所示：
　　　　　　(4-7)
3．影响沥青混合料抗剪强度的因素
(1)影响沥青混合料抗剪强度的内因
1)沥青粘度的影响。沥青混合料的各种矿质集料分散在沥青中的分散系，因此它的抗剪强度与分散相的浓度和分散介质粘度有着密切的关系。在其他因素固定的条件下，沥青混合料的粘聚力c是随着沥青粘度的提高而增加的。因为沥青的粘度即沥青内部沥青胶团相互位移时，其分散介质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，具有高粘度的沥青能赋予沥青混合料较大的粘滞阻力，因而具有较高抗剪强度。
2)沥青与矿料化学性质的影响。沥青与矿料相互作用后，沥青在矿料表面形成一层扩散结构膜，在此结构膜以内的沥青称为结构沥青，在此结构膜以外的沥青称为自由沥青。如果矿料颗粒之间的粘结力是由结构沥青提供，则粘结力较大，如果矿料颗粒之间的粘结力是由自由沥青提供，则粘结力较小。所以我们在配制沥青混合料时，应控制沥青用量，使混合料能形成结构沥青，减少自由沥青。
沥青与矿料相互作用不仅与沥青的化学性质有关，而且与矿粉的性质有关。在不同性质矿粉表面形成不同组成结构和厚度的吸附溶化膜，在石灰石粉表面形成较为发育的吸附溶化膜；而在石英石粉表面则形成发育较差的吸附溶化膜。所以在沥青混合料中，当采用石灰石矿粉时，矿粉之间更有可能通过结构沥青来联结，因而具有较高的粘聚力。
3)沥青用量的影响。在固定质量的沥青和矿料的条件下，沥青与矿料的比例(即沥青用量)是影响沥青混合料抗剪强度的重要因素，在沥青用量很少时，沥青不足以形成结构沥青的薄膜来粘结矿料颗粒。随着沥青用量的增加，结构沥青逐渐形成，沥青更为完满地包裹在矿料表面，使沥青与矿料间的粘附力随着沥青的用量增加而增加。当沥青用量足以形成薄膜并充分粘附矿粉颗粒表面时，沥青胶浆具有最优的粘聚力。随后，如沥青用量继续增加，由于沥青用量过多，逐渐将矿料颗粒推开，在颗粒间形成未与矿粉交互作用的“自由沥青”，则沥青胶浆的粘聚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，沥青混合料的粘聚力主要取决于自由沥青，所以抗剪强度几乎不变。随着沥青用量的增加，沥青不仅起着粘结剂的作用，而且起着润滑剂的作用，降低了粗集料的相互密排作用，因而降低了沥青混合料的内摩擦角。
沥青用量不仅影响沥青混合料的粘聚力，同时也影响沥青混合料的内摩擦角。通常当沥青薄膜达最佳厚度(亦即主要以结构沥青粘结)时，具有最大的粘聚力；随着沥青用量的增加，沥青混合料的内摩擦角逐渐降低。
4)矿质集料的级配类型、粒度、表面性质的影响。沥青混合料的抗剪强度与矿质集料在沥青混合料中的分布情况有密切关系。如前所述，沥青混合料有密级配、开级配和间断级配等不同组成结构类型，因此矿料级配类型是影响沥青混合料抗剪强度的因素之一。
此外，沥青混合料中，矿质集料的粗度、形状和表面粗糙度对沥青混合料的抗剪强度都具有极为明显的影响。因为颗粒形状及其粗糙度，在很大程度上将决定混合料压实后颗粒间相互位置的特性和颗粒接触有效面积的大小。通常具有显著的面和棱角，各方向尺寸相差不大，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擦角。在其他条件相同的情况下，这种矿料所组成的沥青混合料较之圆形而表面平滑的颗粒具有较高的抗剪强度。
许多试验证明，要想获得具有较大内摩擦角的矿质混合料，必须采用粗大、均匀的颗粒在其他条件下，矿质集料颗粒愈粗，所配制成的沥青混合料愈具有较高的内摩擦角。相同粒径组成的集料，卵石的内摩擦角较碎石为低。
(2)影响沥青混合料抗剪强度的外因。随着温度升高，沥青的粘聚力值减小，而变形能力增强。当温度降低，可使混合料粘聚力提高，强度增加，变形能力降低。但温度过低会使沥青混合料路面开裂。由于加荷频率高，可使沥青混合料产生过大的应力和塑性变形，弹性恢复很慢，产生不可恢复的永久变形。
4.3.2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沥青混合料在路面中，直接承受车辆荷载的作用，因此应具有一定力学强度；除了交通的作用外，还受到各种自然因素的影响，因此还必须具有抵抗自然因素作用的耐久性；现代交通的作用下，为保证行车安全、舒适，还需要具有特殊表面特性(即抗滑性)；最后为便利施工还应具有施工的工作性。
(1)高温稳定性。沥青混合料是一种典型的流变性材料，它的强度和劲度模量随着温度的升高而降低。所以沥青混凝土路面在夏季高温时，在重交通的重复作用下，由于交通的渠化，在轮迹带逐渐形成变形下凹、两侧鼓起的所谓“车辙”，这是现代高等级沥青路面最常见的病害。
沥青混合料高温稳定性，是指沥青混合料在夏季高温(通常为60℃)条件下，经车辆荷载长期重复作用后，不产生车辙和波浪等病害的性能。
我国现行《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40—2004）规定，采用马歇尔稳定度试验(包括稳定度、流值、马歇尔模数)来评价沥青混合料高温稳定性；对高速公路、一级公路、城市快速路、主干路用沥青混合料，还应通过动稳定度试验检验其抗车辙能力。其技术质量应符合表4-5要求。马歇尔稳定度试验和车辙试验见后面第二篇沥青试验部分。影响高温稳定性的主要因素有沥青的用量、沥青的粘度、矿料的级配、矿料的大小、形状等。提高高温稳定性的措施可采用提高沥青混合料的粘结力和内摩阻力的方法等。增加粗集料含量可提高沥青混合料的内摩阻力，适当提高沥青材料的粘度，控制沥青与矿料比值，严格控制沥青用量，均能改善沥青混合料的粘结力。这样就可以增强沥青混合料的高温稳定性。
(2)低温抗裂性。沥青混合料随着温度的降低，变形能力下降。路面由于低温而收缩及行车荷载的作用，在薄弱部位产生裂缝，从而影响道路的正常使用。因此，要求沥青混合料具有一定的低温抗裂性。
沥青混合料的低温裂缝是由混合料的低温脆化、低温缩裂和温度疲劳引起的，因此在混合料组成设计中，应选用稠度较低、温度敏感性低、抗老化能力强的沥青。评价沥青混合料低温变形能力的常用方法之一是低温弯曲试验。
(3)耐久性。沥青混合料的耐久性是指其在长期的荷载作用和自然因素影响下，保持正常使用状态而不出现剥落和松散等损坏的能力。
影响沥青混合料耐久性的因素很多，如沥青的化学性质、矿料的矿物成分、沥青混合料的组成结构(残留空隙、沥青填隙率)等。
沥青混合料空隙率与水稳定性有关。空隙率大，且沥青与矿料粘附性差的混合料在饱水后石料与沥青粘附力降低，易发生剥落，同时颗粒相互推移产生体积膨胀以及出现力学强度显著降低等现象，引起路面早期破坏。沥青混合料水稳定性应符合规范要求。
此外，沥青路面的使用寿命还与沥青含量有关。当沥青用量低于要求沥青用量时，则沥青膜变薄，混合料的延伸能力降低，脆性增加；如沥青用量偏少，将使混合料的空隙率增大，沥青膜暴露较多，加速了老化作用，同时增加了渗水率，加强了水对沥青的剥落作用。
我国现行规范采用空隙率、饱和度(即沥青填隙率)和残留稳定度等指标来表征沥青混合料的耐久性。
(4)抗滑性。用于高等级公路沥青路面的沥青混合料，其表面应具有一定的抗滑性，才能保证汽车高速行驶的安全性。
沥青混合料路面的抗滑性与矿质集料的微表面性质、混合料的级配组成以及沥青用量等因素有关。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。我国现行《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40—2004）提出磨光值、粘附性指标要求。
(5)施工和易性。要保证室内配料在现场施工条件下顺利的实现，沥青混合料除了应具备前述的技术要求外，还应具备适宜的施工和易性。影响沥青混合料施工和易性的因素很多，如当地气温、施工条件及混合料性质等。
单纯从混合料材料性质而言，影响沥青混合料施工和易性的首先是混合料的级配情况，如粗细集料的颗粒大小相差过大，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。此外当沥青用量过少，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，则容易使混合料粘结成团块，不易摊铺。
2.热拌沥青混合料的技术标准按《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40—2004）规定，沥青混合料技术要求应符合技术规范的规定，并有良好的施工性能。当采用其他方法设计沥青混合料时，应按规范规定进行马歇尔试验及各项配合比设计检验。
4.3.2沥青混合料的技术性质和技术标准
沥青混合料的技术性质决定于组成材料的性质、组成配合的比例和混合料的制备工艺等因素。为保证沥青混合料的技术性质，首先要正确选择符合质量要求的组成材料。
1. 沥青材料
(1)沥青种类选择:按现行《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40—2004）规定，道路石油沥青分为A级、B级、C级三个等级，各自的适用范围应符合表4-8的规定。按规格参照。
(2)沥青路面采用的沥青标号:宜按照公路等级、气候条件、交通条件、路类型及在结构层中的层位及受力特点、施工方法等，结合当地的使用经验，经技术论证后确定。
①对高速公路、一级公路，夏季温度高、高温持续时间长、重载交通、山区及丘陵区上坡路段、服务区、停车场等行车速度慢的路段，尤其是汽车荷载剪应力大的层次，宜采用稠度大、60℃粘度大的沥青，也可提高高温气候分区的温度水平选用沥青等级，对冬季寒冷的地区或交通量小的公路、族游公路宜选用稠度小、低温延度大的沥青；对温度日温差、年温差大的地区注意选用针入度指数大的沥青。当高温要求与低温要求发生矛盾时应优先满足高温性能的要求。
②当缺乏所需标号沥青时，可采用不同标号掺配的调和沥青，其掺配比例由试验决定。掺配后的沥青质量应符合表4-1的要求。
2. 粗集料由我国现行《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF—2004）规定，沥青混合料用粗集料，可以采用碎石、破碎砾石、筛选砾石、钢渣、矿渣等。但高速公路和一级公路不得使用筛选砾石和钢渣。粗集料必须由具有生产许可证的采石场生产或施工单位自行加工。按规格参照。
沥青混合料用粗集料应该洁净、干燥、无风化、不含杂质。在力学性质方面，压碎值和洛杉矶磨耗率应符合规范要求(见表4-9)。经检验属于酸性岩石的石料，用于高速公路、一级公路、城市快速路、主干路时，宜使用针入度较小的沥青；为保证与沥青的粘附性符合规范要求，应采用下列抗剥离措施。
①用干燥的磨细消石灰或生石灰粉 、水泥作为填料的一部分 ，其用量宜为矿料总量的1％~2％。
②在沥青中掺加抗剥离剂。
③将粗集料用石灰浆处理后使用。
3. 细集料沥青混合料用细集料可采用天然砂、机制砂及石屑。细集料应该洁净、干燥、无风化、无杂质，并有适当的颗粒组成，其质量应符合规范要求(见表4-10)。细集料应与沥青有良好的粘结能力。与沥青粘结性能很差的天然砂及用花岗岩、石英岩等酸性石料破碎的机制砂或石屑不宜用于高速公路、一级公路、城市快速路、主干路沥青面层。必须使用时，应采用抗剥离措施。按规格参照。
4. 填料在沥青混合料中起填充作用的粒径小于0.075mm的矿质粉末称为填料。填料宜采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石(憎水性石料)经磨细得到的矿粉，原石料中的泥土杂质应除净。矿粉要求干燥、洁净，其质量应符合规范要求(见表4-11)。当采用水泥、石灰、粉煤灰作填料时，其用量不宜超过矿料总量的2％。
粉煤灰作为填料使用时，烧失量应小于12％，其余质量要求与矿粉相同。粉煤灰的用量不宜超过填料总量的50％，高速公路、一级公路的沥青路面不宜采用粉煤灰做填料。
拌和机采用的石粉尘可作为矿粉的一部分回收使用。但每盘用量不得超过填料总量的25%，掺有粉尘填料的塑性指数不得大于4％。按规格参照。
4.3.3沥青混合料组成材料的技术性质
热拌沥青混合料配合比设计方法包括试验室配合比(目标配合比)设计、生产配合比设计和试拌试铺配合比调整(生产配合比调整)三个阶段。
1. 试验室配合比设计阶段。试验室配合比设计可分为矿质混合料配合组成设计和沥青最佳用量确定两部分。
(1)矿质混合料的配合组成设计。矿质混合料配合组成没计的目的，是选配一种具有足够密实度，并且有较高内摩阻力的矿质混合料。可以根据级配理论，计算出需要的矿质混合料的级配范围。但是为了应用已有的研究成果和实践经验，通常是采用规范推荐的矿质混合料级配范围来确定。根据现行规范《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF4－2004)规定，按下列步骤进行。
1)确定沥青混合料类型和级配类型。沥青混料的类型，根据道路等级、路面类型、所处的结构层位，按表4-12选定。
2)确定矿质混合料的级配范围。根据确定的混合料类型，按规范推荐的矿质混合料级配范围（见表4-13），即可确定所需的级配范围。按规格参照。
3) 计算矿质混合料配合比
①测定组成材料的原始数据。根据现场取样，对粗集料、细集料和矿粉进行筛析试验，按筛析结果分别绘出各组成材料的筛分曲线。同时并测出各组成材料的相对密度，以供计算物理常数使用。
②计算组成材料的配合比。根据各组成材料的筛析试验资料，采用图解法或试算(电算)法，计算符合要求级配范围的各组成材料用量比例。（见第1章第2节）
③调整配合比。计算得的合成级配应根据下列要求作必要的配合比调整。
通常情况下，合成级配曲线宜尽量接近设计级配中限，尤其应使0.075mm、2.36mm和4.75mm筛孔的通过量尽量接近设计级配范围的中限。
对高速公路、一级公路、城市快速路、主干路等交通量大、轴载重的道路，宜偏向级配范围的下(粗)限；对一般道路、中小交通量或人行道路等宜偏向级配范围的上(细)限。
合成级配曲线应接近连续的或合理的间断级配，但不应过多的犬牙交错。当经过经再三调整，仍有两个以上的筛孔超出级配范围时，必须对原材料进行调整或更换原材料重新试验。
(2)确定沥青混合料的最佳沥青用量。沥青混合料的最佳沥青用量(简称OAC)，可以通过各种理论计算的方法求得。但是由于实际材料性质的差异，按理论公式计算得到的最佳沥青用量，仍然要通过实验方法修正，因此理论法只能得到一个供实验的参考数据。采用实验的方法确定沥青最佳用量，目前最常用的是马歇尔法。
我国现行规范《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF4－2004)规定的方法，是采用马歇尔法确定沥青最佳用量。具体步骤如下：
1)制备试样
①按确定的矿质混合料配合比，计算各种矿质材料的用量。
②根据经验确定沥青用量范围，估计适宜的沥青用量(油石比)。按一定间隔(对密级配沥青混合料通常为0.5%，对沥青碎石混合料可适当缩小间隔为0.3%~0.4%)，取5个或5个以上不同的油石比分别成型马歇尔试件。
2)测定物理指标。根据规范规定测定试件的密度等，并计算空隙率、饱和度及矿料间隙率等（详见本书第2篇第4章沥青试验部分内容）
3)测定力学指标。为确定沥青混合料的沥青最佳用量，应测定沥青混合料的力学指标。如马歇尔稳定度、流值、马歇尔模数详见本书第二篇试验部分内容）
4) 马歇尔试验结果分析
①绘制沥青用量与物理—力学指标关系图，以沥青用量为横坐标，以毛体积密度、空隙率（VV）、矿料空隙率（VMA）、饱和度（VFA）、稳定度（MS）和流值（FL）为纵坐标，将试验结果绘制成沥青用量与各项指标的关系曲线（图4-9），确定均符合规范规定的沥青混合料技术标准的沥青用量范围OACmin～OACmax，选择的沥青用量范围必须涵盖沥青饱和度的要求范围，并使密度及稳定度曲线出现峰值。如果没有涵盖设计空隙率的全部范围，试验必须扩大沥青用量范围重新进行。
②确定最佳沥青用量初始值 (OAC1)从图中取相应于密度最大值、稳定度最大值、空隙率范围的中值、沥青饱和度范围的中值的确定沥青用量a1、a2、a3、a4，求取平均值作为最佳沥青用量的初始值OACl，即
　　　　　　　（4-9）
如果所选择原沥青用量范围未能涵盖沥青饱和度的要求范围，按下式求取3者平均值作为OAC1
　　　　　　　（4-10）
对所选择试验沥青用范围，密度或稳定度没有出峰值时，可直接以目标空隙率所对应的沥青用量a3作为OAC1，但OAC1必须介于OACmin～OACmax的范围内，否则应重新进行配合比设计。
③以各项指标均符合各项枝术指标（不含VMA）的沥青用量范围OACmin～OACmax的中值作为OAC2，即
OAC2=(OACmin＋OACmax)／2　　　　　　　（4-11）
通常情况下取OAC1及OAC2的中值作为计算的最佳沥青用量OAC
OAC=(OAC1＋OAC2)／2　　　　　　　（4-12）
④根据气候条件和交通特性调整最佳沥青用量
对炎热区道路以及高速公路、一级公路重载交通路段，山区公路的长大坡度路段，预计有可能造成较大车辙的情况时，宜在空隙率符合要求的范围内将计算的最佳沥青用量减小0.1～0.5％作为设计沥青用量。
对寒区道路以及交通量很少的公路，最佳沥青用量可以在OAC的基础上增加0.1～0.3％。以适当减小设计空隙率,但不得降低压实度要求。
决定矿料级配和沥青用量，经反复调整及综合以上试验结果，并参考以往工程实践经验，综合决定矿料级配和最佳沥青用量。
(3)配合比设计检验
1)对用于高速公路和一级公路的密级配沥青混合料，需在配合比设计的基础上按规范要求进行各种使用性能的检验。不符合要求的沥青混合料，必须更换材料或重新进行配合比设计。
2)高温稳定性检验。对公称最大粒径等于或小于19mm的混合料，必须按最佳沥青用OAC制作车辙试件进行车辙试验，动稳定度应符合技术规范的要求。
3)水稳定性检验。按最佳沥青用量OAC制作试件，必须进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，残留稳定度及残留强度比均应符合规范规定。
4)低温抗裂性能检验。对公称最大粒径等于或小于19mm的混合料，可以按规定方法进行低温弯曲试验。
5)渗水系数检验。可以利用轮碾机成型的车辙试件进行渗水试验。
2. 生产配合比设计阶段以上决定的矿料级配及最佳沥青用量为目标配合比设计阶段的数据，对间歇式拌和机，还必须从二次筛分后进入各热料仓的材料取样进行筛分，以确定各热料仓的材料比例，供拌和机控制室使用。同时还需反复调整冷料仓进料比例以达到供料均衡，并取目标配合比设计的最佳沥青用量、最佳沥青用量±0.3％等三个沥青用量进行马歇尔试验，确定生产配合比的最佳沥青用量。
3. 生产配合比验证阶段拌和机按生产配合比结果进行试拌，铺筑试验段，并取样进行马歇尔试验检验，同时从路上钻取芯样观察空隙率的大小，由此确定生产用的标准配合比。以标准配合比应作为生产上控制的依据和质量检验的标准。标准配合比的矿料级配至少应包括0.075mm、2.36mm、4.75mm及公称最大粒径筛孔的通过率接近要求级配的中值。
4.4　其它沥青混合料
4.4.1沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）
1. 基本概念沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）是一种新型沥青混合料结构。它起源于20世纪60年代的德国，20世纪90年代初引入美国，1993年，SMA在我国首都机场高速公路首次应用。它是一种由沥青、纤维稳定剂、矿粉和少量的细集料组成的沥青玛蹄脂填充间断级配的粗集料骨架间隙而组成的沥青混合料。
2.SMA混合料特点
(1)抗高温稳定性。在SMA的组成中，粗集料骨架占70%以上，混合料中粗集料相互之间的接触面很多，细集料很少，玛蹄脂部分仅填充了粗集料之间的空隙，交通荷载主要由粗集料骨架承受，由于粗集料之间互相良好的嵌挤作用，沥青混合料产生非常好的抵抗荷载变形的能力，即使在高温条件下，沥青玛蹄脂的粘度下降，对这种抵抗能力的影响也会减小，因而有较强的高温车辙能力。
(2)抵抗低温稳定性。低温条件下的沥青混合料抗裂性能主要由结合料的拉伸性能决定。由于SMA的集料之间填充了丰富的沥青玛蹄脂，它包在粗集料表面，随着温度的下降，混合料收缩变形使集料被拉开时，玛蹄脂有较好的粘连作用，它的韧性和柔性使混合料有较好的低温变形性能。
(3)良好的水稳定性。沥青混合料的水稳定性主要是防止水的侵蚀，提高沥青与集料之间的粘附性。SMA混合料的空隙率很小，几乎不透水，混合料受水的影响很小，再加上玛蹄脂与集料的粘结力好，使得混合料的水稳定性有较大的改善。
(4)良好的耐久性。SMA的混合料内部被沥青玛蹄脂充分填充，且沥青膜较厚，混合料的空隙率很小，沥青与空气的接触少，因而沥青混合料的耐老化性能好，同时由于内部空隙小，其变形率小，因此有良好的耐久性。另外，由于SMA基本上是不透水的，对下面的沥青层和基层都有较强的保护作用和隔水作用，使路面能保持较高的整体强度和稳定性。
(5)优良的表面特性。沥青混凝土路面的低噪声、抗滑、雨天行车溅水及车后产生水雾等性能，直接影响交通安全和环境保护。SMA混合料的集料方面要求采用坚硬、粗糙、耐磨的优质石料。在级配上采用间断级配，粗集料含量高，路面压实后表面构造深度大，抗滑性能好，拥有良好的横向排水性能；雨天行车不会产生较大的水雾和溅水，增加雨天行车的可见度，并减少夜间的路面反光，路面噪声可降低3～5bB，从而使SMA路面具有良好的表面特性。
3.SMA混合料对组成材料要求
(1)集料:包括粗集料和细集料，粗集料是构成SMA混合料骨架的主体材料，要求选用质地坚硬、表面粗糙、抗磨耗、耐磨光、形状接近立方体，有良好的嵌挤能力和破碎石料。破碎率一般要求为100%。对抗压碎的质量要求高，必须使用坚韧的、有棱角的优质石料，并严格限制其针片状含量。
SMA细集料一般是指2.36mm以下的集料，在SMA中所占比例往往不超过10%。宜采用专用的细料破碎机生产的机制砂，当采用普通石屑代替时，宜采用与沥青粘附性好的石灰岩石屑，且不得含有泥土、杂物。与天然砂混用时，天然砂的用量不宜超过机制砂或石屑的用量，天然砂具有较好的耐久性，但由于天然砂棱角不够，往往与沥青的粘附性较差，这对SMA的高温抗车辙能力不利。
(2)填料:SMA需要的填料数量远远超过普通沥青混合料，这是由于纤维帮助矿粉沥青团粒起到了分散作用的缘故。填料必须采用由石灰石等碱性岩石磨细的矿粉，矿粉必须保持干燥，能从石粉仓自由流出，其质量要符合要求。
(3)沥青: SMA混合料需要采用比常规AC混合料粘度（稠度）更大的沥青结合料。我国《SMA技术指南》规定：
1)用于SMA的沥青结合料必须具有较高的粘度，与集料有良好的粘附性，以保证有足够的高温稳定性和低温韧性。对高公路等承受繁重交通的重大工程，夏季特别炎热或冬季特别寒冷的地区，宜采用改性沥青。
2)当不使用改性沥青结合料时，沥青的质量必须符合“重交通道路沥青技术要求”，并采用比当地常用沥青标号稍硬1级或2级的沥青。
3)当使用改性沥青时，用于改性沥青的基质沥青，必须符合“重交通道路沥青技术要求”基质沥青的标号应通过试验确定，通常采用与普通沥青标号相当或针入度稍大的等级。
4)用于SMA的聚合物改性沥青应符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTG　F40—2004）规定的要求以提高沥青混合料的抗辙能力作为主要目的时，宜要求改性沥青的软化点温度高于年最高路面温度。
(4)纤维稳定剂:SMA的纤维稳定剂一般有木质素纤维、矿物纤维、聚合物化学纤维三大类。由于木质素纤维防漏效果显著，且价格合理，因此SMA普遍采用木质素纤维作为稳定剂。其质量应符合规范要求的质量标准。
4.SMA混合料配合比设计方法SMA混合料配合比设计任务就是确定粗集料骨架和玛蹄脂部分各种材料的规格和比例，以便保证真正形成粗集料骨架，骨架的间隙又恰到好处地填充玛蹄脂，玛蹄脂也能真正发挥胶结作用使混合料成为坚强的整体。设计内容包括目标配合比、生产配合比及试拌试铺验证的三个阶段，确定矿料级配及最佳沥青用量。
(1)SMA混合料目标配合比设计
1)SMA矿质混合料设计。SMA矿质混合料配合比设计按现行《公路沥青路面施工技术规范》（JTG　F40—2004）推荐的矿质混合料标准级配范围，确定级配范围。按规格参照。
2)选择设计沥青用量。一般来讲，SMA的沥青用量比沥青混凝土的沥青用量约大1%或更大，沥青含量不足会直接影响路面耐久性，但过多的沥青也会使路面产生泛油或车辙等病害，所以SMA希望沥青用量有一个最低限值。SMA混合料马歇尔试验配合比设计技术要求见下表4-15。
混合料设计级配一经选定，即需要增加或减少沥青含量来获得混合料的设计空隙率，根据设计级配用初试沥青含量试验的空隙率情况，以0.2%~0.4%为间隔，调整3个以上不同的沥青含量，拌制混合料，制作马歇尔试件，每一组的试件不得少于4个，另有两个用作真空法实测理论最大相对密度的试件。若初试沥青含量的空隙率及各项体积指标恰好符合设计要求时，可直接作为最佳沥青含量。符合规范要求。进行马歇尔稳定度试验，得出每一种沥青含量时混合料的马歇尔特性，包括VV、VMA、VFA、VCAmix以及马歇尔稳定度和流值，是否符合表4-15要求。绘制以上各项体积指标与沥青含量的关系曲线，根据希望的设计空隙率，确定最佳沥青含量。
3)目标配合比设计检验
①析漏性能检验。SMA混合料应进行谢伦堡沥青析漏试验，析漏损失不得超过规范规定的容许值。
②动稳定度检验。SMA混合料必须进行车辙试验，对混合料的高温抗车辙能力进行验证，并满足规范要求。
③水稳定性能检验。SMA混合料必须进行水稳定性试验，并满足规范要求。
(2)生产配合比设计和试拌试铺验证。对SMA混合料的生产配合比设计和试拌试铺验证，与普通的热拌沥青混合料没有什么区别，可参照通用的办法进行，SMA混合料应根据目标配合比设计的结果，按现行《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40—2004）规定的方法进行生产配合比设计和试拌试铺检验。
4.4.2冷拌沥青混合料
1. 基本概念冷拌沥青混合料也称常温沥青混合料，是指矿料与乳化沥青或液体沥青拌制，也可采用改性乳化沥青在常温状态下拌和、铺筑的沥青混合料。
冷拌沥青混合料宜采用乳化沥青为结合料拌制乳化沥青混凝土混合料或乳化沥青碎石混合料。我国目前采用的常温沥青混合料，主要是乳化沥青拌制的沥青碎石混合料。
2.组成材料及类型
(1)组成材料: 集料与填料要求与热拌沥青碎石混合料相同，结合料宜采用乳化沥青。
(2)类型: 冷拌沥青混合料宜采用密级配沥青混合料，当采用半开级配的冷拌沥青碎石混合料路面时应铺筑上封层。
3.配合比设计
(1)矿料混合料级配组成。乳化沥青碎石混合料的矿料级配组成与热拌沥青碎石混合料相同。
(2)沥青用量:乳化沥青碎石混合料的乳液用量应根据当地实际经验以及交通量、气候、集料情况、沥青标号、施工机械等条件确定，也可按热拌沥青混合料的沥青用量折算，实际的沥青用量残留物数量可较同规格热拌沥青混合料的沥青用量减少10%～20%。
4. 应用冷拌沥青混合料适用于三级及三级以下的公路的沥青面层、二级公路的罩面层施工，以及各级公路沥青路面的基层、联接层或整平层。冷拌改性沥青混合料可用于沥青路面的坑槽冷补。
4.4.3桥面铺装材料
桥面铺装又称车道铺装，其作用是保护桥面板，防止车轮或履带直接磨耗桥面，并用来分散车轮集中荷载。通常有水泥混凝土铺装和沥青混凝土铺装，这里主要介绍沥青混凝土桥面铺装。
1.沥青铺装层基本要求
(1)能与钢板紧密结合成为整体，变形协调一致。
(2)防水性能良好，防止钢桥面生锈。
(3)具有足够的耐久性和有较小的温度敏感性，满足使用条件下的高温抗流动变形能力、低温抗裂性能、水稳定性、抗疲劳性能、表面抗滑要求。
(4)钢板粘结良好，具有足够的抗水平剪切重复荷载及蠕变变形的能力。
2.沥青铺装层构造
(1)粘层: 粘层沥青可采用快裂的洒布型乳化沥青，或快、中凝液体石油沥青、煤沥青，其种类、标号应与面层所使用沥青相同。
(2)防水层: 其厚度宜为1.0～1.5mm。可做沥青涂胶类下封层，用高分子聚合物涂刷或铺设沥青防水卷材。
(3)保护层:其厚度宜为1.0mm，主要为防止损伤防水层而设置。一般采用AC-10或AC-5型沥青混凝土或单层式沥青表面处治。
(4)沥青面层:可采用高温稳定性好的AC-16或AC-20型中粒式热拌热铺沥青混凝混合料铺筑。面层所用沥青最好用改性沥青。
复习思考题
　　4-1　我国现行的石油沥青化学组分分析方法可将石油沥青分离为哪几个组分？国产石油沥青在化学组分上有什么特点？
　　4-2　石油沥青可划分为哪几种胶体结构？各种胶体结构的石油沥青有何特点？
　　4-3　石油沥青的“三大指标”表征沥青哪些特征？
　　4-4　什么是沥青的“老化”？老化后的沥青其性质在哪些变化？
　　4-5　什么是改性沥青？分为哪几种类型？
　　4-6　何谓沥青混合料？按其组成结构分为哪几种类型？各种类型结构各有什么特点？
　　4-7　试述路面沥青混合料应具备的主要技术性质，我国现行沥青高温稳定性的评定方法。
　　4-8　试述我国现行热拌沥青混合料配合组成的设计方法。矿质混合料的组成和沥青最佳用量是如何确定的？
习 题
　　[题目] 试设计一级公路沥青路面,面层用中粒式沥青混凝土AC-20混合料配合组成。
　　[原始资料]
　　道路等级：一级公路
　　路面类型：沥青混凝土
　　　　结构层位：两层式沥青混凝土的上面层。
　　气候条件：夏炎热区
　　材料性能：
　　　①沥青材料：可供应石油沥青90号，经检验各项指标符合要求。
　　　②碎石和石屑：I级石灰岩轧制碎石，饱水抗压强度150MPa，洛杉矶磨耗率10％，粘附性(水煮法)V级，相对密度2700kg/m3。
　　　③细集料：洁净河砂，粗砂，表观密度2610kg/m3。
　　　④矿粉：石灰石粉，粒度范围符合要求。
　　　粗细集料和矿粉级配组成经筛分试验结果列于表4-16。
　　[设计要求]
　　　(1)根据道路等级、路面类型和结构层次确定沥青混凝土的类型和矿质混合料的级配范围。根据现有各种矿质材料的筛析结果，用图解法或试算法确定各种矿质材料的配合比。
　　　(2)根据规范推荐的相应沥青混凝土类型的沥青用量范围，通过马歇尔试验的物理一力学指标，确定沥青最佳用量。
马歇尔试验结果汇总于表4-17，供学生分析评定参考用。
表4-16 三种集料的分计筛余和混合料要求的级配范围
原材料
筛孔尺寸/ mm

26.5
19
16
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
＜0.075

各种矿料分计筛余(%)
碎石
0
2.4
9.0
14.8
15.4
23.8
15.7
8.6
5.3
3.1
1.1
0.5
0.3

砂




0
10.1
23.7
13.3
14.1
17.9
17.3
2.9
0.7

矿粉







0
3.0
5.0
5.5
3.2
83.3

表4-17 马歇尔试验物理—力学指标测定结果汇总表
试件
编号
沥青用量
（%）
技　　　术　　　性　　　质

毛体积
密 度/g·cm-3
空隙率
(%)
矿料间隙率(%)
沥青
饱和度(%)
马歇尔稳定度
/ KN
流值
/ mm
马歇尔模数
/KN·mm-1

1
3.5
2.370
6.3
15.6
59.6
7.47
2.0
3.86

2
4.0
2.371
5.4
15.8
66.2
7.88
2.4
3.24

3
4.5
2.382
4.6
16.3
71.7
8.10
2.8
2.87

4
5.0
2.389
3.7
16.5
77.8
7.65
3.7
1.94

5
5.5
2.370
3.0
17.0
82.4
7.20
4.4
1.65