沥青混合料按其结构特点分类
沥青混合料按其结构特点可分为下列三种类型:
(1)悬浮密实结构
根据连续级配的原理组成的密级配沥青混合料, 矿料级配基本上是按照富勒(Fuller equa- tion) 曲线的指数原理构成的。在下式中, Fuller和Thompson从理论分析为得到混合料的最大 密度时, 指数n=0.5。1960年美国联邦公路总署(FHWA) 从最大密度原理和实际的集料级配 出发,提出了公称最大粒径的概念,并调整提出了更实用的0.45次方的级配关系式:
这种级配由于材料从大到小连续存在,并且各有一定的数量,实际上同档较大颗料都被 较小一档颗粒挤开,大颗料犹如以悬浮状态处于较小颗料之中这种结构通常按密实级配原 则进行设计,其密实度与强度较高,水稳定性,低温抗裂性能、耐久性都比较好,是最普使用 的沥青混合料。但由于受沥青材料的性质和物理状态的影响较大,故高温稳定性较差。我国 规范规定的I型密级配沥青混凝土是典型的悬浮密实结构。Ⅱ型及抗滑表层沥青混合料虽然 基本上也是按照连续级配的原则设计的,但空隙率大都大于5%,实际上是一种悬浮的半密实 式沥青混合料。
(2)骨架空隙结构
沥青混合料的粗颗粒集料彼此紧密相接,石料与石料能够形成互相嵌挤的骨架。当较细 粒料数量较少,不足以充分填充骨架空隙时,混合料中形成的空隙较大,这种结构是按嵌挤原 则构成的。在这种结构中,粗集料之间内摩擦力与嵌挤力起着决定性作用。其结构强度受 青的性质和物理状态影响较小,因而高温稳定性较好。但由于空隙率较大,其透水性、耐老化 性能、低温抗裂性能、耐久性较差。我国规范中的半开式沥青碎石混合料及国外使用的开式大 空隙排水式沥青混合料(OGF C) 是典型的骨架空隙结构。
(3)骨架密实结构
综合以上两种方式组成的结构,一方面混合料中有足够数量的粗集料形成骨架,又根据粗 集料骨架的空隙的多少加人足够的较细的沥青填料,形成较大的密实度和较小的残余空隙率, 因此矿料级配是一种非连续的间断级配。这种结构兼备上述两种结构的优点,是一种较为理 想的结构类型。现在国际上普遍得到重视的沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA) 是典型的骨架密实结构。
对沥青混合料来说,在不同的温度域的破坏模式有很大的不同。在低温温度域,沥青路面 的破坏主要是由于温度降低过快,沥青混合料收缩产生的应力来不及松弛面产生积聚,当收缩应力超过破坏强度或破坏应变、破坏劲度模量时面产生开裂。温缩裂缝也可以是温度反复降 温的温度疲劳所致。这是低温破坏模式。在低温温度域,混合料的模量很高,既不会产生高温 时常见的车辙流动变形,也不会由于荷载作用产生导致混合料开裂的很大的拉应力。
在常温温度域,沥青混合料的模量既不太高,又不太低,荷载反复作用造成的疲劳破坏成 为沥青路面的主要破坏模式。我国目前的沥青路面设计基本上是按照这个破坏模式进行的。
在高温温度域,沥青混合料的劲度模量很低,混合料的破坏模式主要是失去稳定性,产生 车辙等流动变形。混合料发生流动的原因可能是车辆交通的水平力剪应力超过其抗剪强度所 致,也可能是蠕变变形的累积形成,有种种解释,这是沥青路面的高温破坏模式。
研究沥青混合料的强度、稳定性、破坏模式等等,都必须紧密地与沥青混合料的破坏环境 密切联系分析。如果不注意温度的影响,乱套用混合料的破坏模式,往往出现一些反常的结 果。例如对同一种级配沥青混合料,在高温条件下试验,胜利沥青比克拉玛依稠油沥青稀得 多,高温稳定性也差得多。但是如果在路面设计温度15℃试验时,当采用胜利沥青时,由于沥 青混合料较脆,破坏强度较高,而采用质量很好的克拉玛依稠油沥青则由于柔性较好,强度较 低,以强度作为设计指标将会得出沥青越脆,由此设计的沥青路面厚度将越范的反常结果。