专业课整理6-道路建筑材料

道路建筑材料

砂石及水泥材料

1-5 什么是集料的级配？用哪些参数表示级配？连续级配与间断级配类型有何差别？

级配是集料中各种粒径颗粒的搭配或分部情况。表示级配的参数有3个：分级筛余百分率、累积筛余百分率和通过百分率。

分计筛余百分率i a ：是某号筛的筛余质量占试样总质量的百分率。

累积筛余百分率i A ：是某号筛的分计筛余的百分率和大于该号筛的各筛分计

筛余百分率之总和。12i i A a a a =++???+

通过百分率i P ：是通过某号筛的式样质量占试样总质量的百分率。100i i P A =- 常见的级配曲线有连续级配和间断级配。连续级配类型的集料，由大到小，逐级粒径的颗粒都有，且按照一定的比例搭配，绘制的级配曲线平顺圆滑不间断。间断级配集料中缺少一个或几个粒级的颗粒，大颗粒与小颗粒之间有较大的“空档”，所绘制的级配曲线是非连续的，有间断的。

1-8 填隙碎石与级配碎石的集料在颗粒组成上有什么不同？这种差异对其路用性能有什么影响？

填隙碎石主要是用单一的粗碎石做主骨料，经压路机碾压就位后，形成嵌锁结构，用石屑填塞粗碎石间的空隙，增加密实度和稳定性。

级配碎石是由各种大小不同的粒级集料按一定级配组成的混合料。

在颗粒组成方面，填隙碎石以单一粗碎石为主，填塞石屑于空隙中；级配碎石则含有各种不同粒径的集料。

填隙碎石强度形成和抗变形能力主要靠粗碎石颗粒的嵌锁作用，在空隙中填入石屑或粗砂，进一步增加强度和稳定性，适用于各等级公路的底基层和二级以下公路的基层。级配碎石强度形成和抗变形能力主要与集料的颗粒间的摩擦作用和粘结作用有关。由多种粒径的颗粒集料构成，其稳定性和平整度比填隙碎石更好，可作沥青路面和水泥混凝土路面的基层和底基层，也可作路基改善层，或低等级道路的路面。

2-6 评价道路水泥性能的主要性能指标

道路水泥技术指标：细度、凝结时间、安定性、强度、干缩性、耐磨性和化学品质。

细度是指水泥颗粒粗细的程度，相同矿物组成的水泥，细度越大，凝结速度越快，早期强度越大。

凝结时间分初凝和终凝。初凝时间是指从水泥加水拌合到标准稠度水泥净浆开始失去可塑性所经历的时间；终凝时间是指水泥加水到水泥净浆完全是塑性并

开始产生强度所经历的时间。初凝时间不宜过短，终凝时间不宜过长。

体积安定性是表征水泥硬化后，其体积变化现象的性能指标。安定性不良是由于水泥中某些有害成分（游离CaO ，MgO ，SO 3）的作用，这些成分在水泥浆体硬化后继续发生化学反应，其生成物体积增加，引起水泥石内部的不均匀体积变化，在结构物种产生应力，当应力超过材料强度时，会导致结构破坏。

强度包括抗压强度和抗折强度，是评价水泥质量、确定水泥标号的重要指标。水泥强度除了与水泥本身的性质（如熟料的矿物组成、细度等）有关外，还与水灰比、试件制作方法、养护条件和时间有关。

干缩性和磨损量是道路水泥的重要技术指标，用以反映水泥的干缩性和耐磨性。水泥浆体在凝结硬化过程中，由于水分蒸发和环境影响，将产生一定量的干缩变形。当干缩变形严重时，水泥石会产生网裂、龟裂，以后会进一步发展为裂缝。影响水泥干缩性的主要因素是水泥的矿物成分及水泥的细度。在水泥熟料中以C 3A 干缩性最大，C 4AF 的干缩性最小，抗裂性好。水泥细度增加，水化充分，强度提高，但为了施工和易性，需要加入更多的水，这样就增加了水泥硬化后的剩余水分，蒸发后使水泥石内孔隙增多，加大了水泥石的体积变化。

耐磨性直接影响路面的适用性能和使用寿命。按行业标准JC/T421耐磨性试验方法，道路硅酸盐水泥磨损量不得大于3.60kg/m 3。

水泥的化学品质要求。水泥中有害成分，包括MgO ，SO3及碱的含量不能超过规定的量，对于道路水泥，游离CaO 的含量也有所限制。另外，水泥中的不溶物和烧失量也有一定要求。

2-6 普通硅酸盐水泥与道路水泥的区别

道路硅酸盐水泥的组成比例基本在硅酸盐水泥的范围内，与普通硅酸盐水泥相比，具有更高的C 3S 和C 4AF 含量及较低的C 3A 含量，提高了水泥强度，特别是抗折强度。高C 4AF 及低C 3A 可以使水泥具有耐磨性好，干缩性小，抗冲击性好，抗冻性和抗硫酸盐性较好的特点，可以减少水泥混凝土的裂缝和磨损等病害，减少工程维修，延长混凝土的使用年限。

3-2 试述“水灰比定则”的意义，影响混凝土强度的主要因素及提高混凝土强度的主要途径。

水灰比定则

根据大量试验结果，在原材料一定的情况下，混凝土28d 龄期抗压强度与水灰比及水泥强度之间的关系以及混凝土28d 龄期抗折强度同水灰比及水泥强度之间分别有下列关系式：

,28(/)cu ce f Af C W B =-

,28/cf cef f C Df EC W =++

式中 /C W ——混凝土的水灰比（%）

,28,28,cu cf f f ——混凝土28d 抗压强度、抗折强度（MPa ）

； ,28,28,ce cef f f ——混凝土28d 抗压强度、抗折强度（MPa ）

,,,,

A B C D E——经验关系，与骨料的品种有关。

这种关系称为混凝土的“水灰比定则”，它表明：水泥强度和水灰比是影响混凝土强度的最主要因素。

混凝土强度的影响因素：

1、水泥标号和水灰比

混凝土的强度主要取决于水泥石的强度及其与骨料的粘结力，而水泥似的强度及其与骨料的粘结力又主要取决于水泥的标号和水灰比的大小。当试验条件相同的时候，相同的水灰比时，水泥标号越高，则水泥石的强度越高，对应的混凝土强度也越高。在水泥标号一定的情况下，水灰比过大或过小，都会导致混凝土强度下降。

2、集料

集料对混凝土强度的影响体现在以下几方面：1）集料的强度一般比水泥石高，但如果因风化造成强度下降时，相应配置的混凝土强度也会下降。2）粗集料的颗粒形状、表面特征及表面洁净程度主要影响其与砂浆的界面粘结强度，也是决定混凝土强度的一个重要因素。一般说来，这些因素对混凝土的抗折强度的影响比对抗压强度的影响大。3）粗集料的最大粒径和集料所占的体积律对混凝土抗压强度和抗折强度均有影响。在一定配比条件下，增加粗集料的最大粒径，会因振捣不密实而降低混凝土强度，水灰比越小时越明显。4）连续级配的优点是所配制的混凝土较密实，具有优良的工作性，不易发生离析现象，间断级配与之相比，配制相同强度的混凝土所需要的水泥量可少一些，但易发生离析并需要强力振捣。

3、养护条件

对于给定的混凝土，水泥的水化速度与程度、水化物结构特征都取决于时间-温度-湿度的历史。保持一定的湿度和温度的养护条件，对于混凝土的强度有重要影响。

4、其他因素

混凝土的强度，还与龄期、外加剂、养护方式和施工方式等因素有关。

提高混凝土强度的途径

采用高标号水泥，合理水灰比；高强度集料；采用碎石粗集料；高温、标准湿度养护；使用外加剂。

3-3 试述混凝土拌合物施工和易性的意思，影响因素，改善措施。

新拌水泥混凝土的施工和易性，也称工作性，是指混凝土拌合物易于施工操作（拌制、运输、浇注、振捣）并获得质量均匀、成型密实的性能。施工和易性是一项综合技术指标，包括稳定性、捣实性和流动性三个方面。稳定性是指混凝土拌合物在施工过程中其组成材料之间有一定的粘聚性和保水性，保证水泥混凝土的组成材料均匀分布，不致产生泌水、分层和离析现象；捣实性是指混凝土拌合物易于振捣密实、排除所有被夹带空气的性质；流动性是指混凝土拌合物在自重或机械振捣作用下，能产生流动，均匀密实地填满模板的性能。

拌合物的和易性通常是通过测定其流动性，辅以直观观察并结合经验来综合评定。测定流动性的方法有坍落度和维勃稠度试验。

影响混凝土拌合物和易性的主要因素

1、水泥质量和水灰比

对于给定的混凝土拌合物，水泥细度增加时引起的比表面积增加，会使拌合

物的流动性降低，这种影响对水泥用量较高的混凝土拌合物较为明显。同时，较细的水泥可以改善混凝土拌合物的粘聚性、减轻离析和泌水现象。除了石膏，水泥的组成对混凝土拌合物的和易性没有明显的影响。

水灰比的变化实际上是水泥浆稠度的变化。在水泥、集料用量一定的情况下，水灰比过小，则水泥浆稠度大，会使混凝土拌合物流动性过低，影响施工，此时水灰比增加，混凝土拌合物的流动性随着增大。但水灰比过大，会造成混凝土拌合物粘聚性和保水性不良，并将降低水泥混凝土的强度和耐久性，故水灰比值应根据水泥混凝土设计强度和耐久性要求选用。

2、单位用水量

单位用水量实际上决定了水泥浆的用量。在组成材料确定的情况下，混凝土拌合物的流动性随单位用水量增加而增大。单位用水量过小，在水灰比不变的情况下，水泥浆数量过少，集料颗粒间缺少足够的粘结物质，混凝土拌合物的粘聚性较差，易使混凝土拌合物发生离析和崩塌，水泥混凝土不易成型密实。但用水量过多时，水泥浆过多，将会出现流浆现象，混凝土拌合物的粘聚性和保水性常常随之恶化，产生严重泌水，分层或流浆，致使拌合物发生离析。另外，单位用水量过多还会导致混凝土收缩裂缝的发生，在水灰比一定的情况下，水泥用量也增大，不经济。

试验表明，在采用一定集料时，如果单位用水量一定，在实用范围内，单位水泥用量增减不超过50-100kg，坍落度可大致保持不变。称为固定用水量定则。

3、集料和砂率

当给定水泥、水和集料的用量时，和易性主要受集料总表面积的影响。集料总表面积与集料最大历经、级配、颗粒形状有关。一般而言，比表面积大的集料需要更多的水泥浆润湿，混凝土拌合物的流动性将随着集料比表面积的增加而降低。

砂率是指细集料（或砂）质量占集料总质量的百分数。由细集料和水泥组成的砂浆在拌合物中起着润滑作用，可以减少粗集料之间的摩擦力，在一定范围内这种润滑作用随着砂率增大而增加，拌合物的流动性随着提高。过小的砂率会使混凝土拌合物粘聚性和保水性变差，容易产生离析、流浆等现象。过大的砂率，集料的总表面积较大，需要的表面吸附水较多，拌合物流动性会随之降低。因此，砂率有一个最佳值，可在用水量和水泥用量不变的情况下，使混凝土拌合物获得所要求的流动性和良好的粘聚性和保水性。

4、外加剂

改善混凝土拌合物和易性的主要外加剂是减水剂和引气剂。

5、环境因素

影响混凝土拌合物和易性的环境因素是温度、湿度和风速。这些因素通过影响拌合物水分蒸发而影响拌合物的流动性。

6、时间

混凝土拌合物开始搅拌到最终振捣密实经过的时间间隔，也将影响拌合物的和易性。在这个时间间隔里，十分蒸发，集料吸水以及水分迁移为水化结合水，都直接影响和易性。

3-4 普通水泥混凝土的组成材料在技术性质上有哪些主要要求？

普通水泥混凝土的组成材料包括：水泥、粗集料、细集料、水和外加剂。

1、水泥：水泥是水泥混凝土的胶结材料，水泥混凝土的性质性在很大程度上

取决于水泥的质量，故必须合理选择水泥品种和标号。应按照国标要求，在满足工程要求的天气下，选用价格较低的水泥品种，以节约工程造价。水泥标号的选择，应与混凝土的设计强度登记相适应，一般取混凝土设计强度的1.5-2.0倍为宜。道路路面混凝土所用水泥的标号还应与道路交通等级相匹配。

2、粗集料：粗集料是混凝土的主要组成部分，也是影响其强度的主要因素之一。对粗集料的要求主要在于粗集料的品种、力学性质、表面特征和级配。

1）强度和坚固性：粗集料在混凝土中起骨架作用，必须具有足够的强度和坚固性。用作粗集料的岩石的抗压强度和混凝土的强度等级之比不应小于1.5，不同类型的岩石抗压强度，还应满足国标相应要求。混凝土用碎石或卵石的坚固性用硫酸钠溶液检验。在严寒地区室外使用并经常处于潮湿或干湿胶体状态下的混凝土、有腐蚀性介质作用或经常处于水位变化区的地下结构中使用的混凝土、有抗疲劳、耐磨、抗冲击等要求的混凝土中，所用碎石和卵石式样经过5次冻溶循环的质量损失不大于8%，其他条件下，冻溶质量损失不大于12%。

2）级配、最大粒径和颗粒形状。普通混凝土用粗集料的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1/4，且不得超过钢筋间最小净距的3/4；对于混凝土空心板，集料的最大粒径不宜超过板厚的1/2，且不得超过50mm；道路路面普通水泥混凝土用粗集料的最大粒径为40mm。混凝土中碎石或砾石组成应符合相关国标规定，不宜采用单粒级配集料制混凝土。粗集料中针、片状颗粒含量不应超过规定量。

3）有害杂质：粗骨料中的有害杂质包括粘土、淤泥、硫化物及硫酸盐、有机质等。这些杂质的含量一般应符合相应国标规定。对重要工程的混凝土用碎石或砾石应进行碱活性检验。

3、细集料：混凝土用细集料一般采用天然砂，配置混凝土时，应满足以下要求。1）级配合细度模数。砂颗粒级配参照相关标准执行。道路路面用混凝土中，砂的细度模数应大于 2.5，相当于粗砂和偏粗的中砂。2）有害杂质含量应限制在规定范围。配制钢筋混凝土和预应力混凝土时，若采用海砂，须控制氯离子含量。

4、拌合用水：在混凝土拌合用水中，不得还有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质，如油脂、糖类等。海水可用于拌合素混凝土，但不得用于钢筋混凝土和预应力混凝土。

5、外加剂：几乎所有的混凝土工程都可以掺用外加剂，但必须根据工程需要、施工条件和工艺等选择合适的外加剂。

3-6 混凝土外加剂按其功能可以分为哪几类？试述减水剂和引气剂的作用机理和应用效果。

混凝土外加剂按功能可分为

1、改善新拌混凝土施工和易性的外加剂，包括减水剂、泵送剂、引气剂、保水剂等。

2、调节混凝土凝结时间、硬化速度的外加剂，包括早强剂、缓凝剂、速凝剂等。

3、调节混凝土体内含气量的外加剂，包括引气剂、加气剂、泡沫剂、消泡剂等。

4、改善混凝土耐久性的外加剂，包括引气剂、抗冻剂、阻锈剂、抗渗剂等。

5、为混凝土提供特殊性能的外加剂，包括引气剂、膨胀剂、泡沫剂、着色剂、碱-集料反映抑制剂等。

减水剂的作用机理和应用效果

水泥加水搅拌后，由于水泥颗粒间分子引力的作用，产生了许多絮凝物，形成絮凝结构，在这种结构中，包裹了很多拌合水，从而降低了混凝土拌合物的工作性。当加入适量的减水剂后，由于其表面活性作用，憎水基定向吸附于水泥颗粒表面，亲水基指向水溶液，由于水泥颗粒表面带有相同的电荷，加大了水泥颗粒间的静电斥力，导致水泥颗粒相互分散，絮凝结构解体，被包裹的游离水逃逸出来，增加了拌合物的工作性。另一方面，由于减水剂对水泥的分散作用，使得水泥颗粒与水接触的表面增加，水化比较充分，也会提高混凝土的强度。

引气剂的作用机理和应用效果

在搅拌混凝土时，必然混入一些空气，引气剂即被吸附到空气泡表面，憎水基指向空气，亲水基指向水中，在界面上定向排列，降低了气泡面上水的表面张力及界面能，从而使溶液形成众多表面时所需的功减少，同时使气泡稳定存在。

引气剂在混凝土中产生的气泡直径在0.05-1.25mm之间，这些微小、独立的气泡，在混凝土搅拌过程中起着滚动轴承的作用，使混凝土流动性大大提高。若要保持流动性不变，则可减水10%左右。同时，由于这些微小气泡中断了混凝土毛细管渗水通道，使混凝土的抗渗性和抗冻性显著提高。气泡的存在，还使混凝土弹性模量略有降低，有利于提高混凝土的抗裂性。但是，气泡的存在，使得混凝土有效受力面积减少，使混凝土强度有所降低，可通过降低水灰比，使强度得以补偿。

3-7 粉煤灰对水泥混凝土的性质有何影响？粉煤灰混凝土配合比是根据什么原理进行设计的？

粉煤灰在与水泥和水混合的情况下具有活性效应，这种活性效应是指粉煤灰的火山灰活性反应和高钙粉煤灰自硬的胶凝性质。具体说，是低钙粉煤灰与水泥水化过程中析出的氢氧化钙发生二次反应，可以生成类似水泥水化产物的水化硅酸钙凝胶，因此具有胶凝能力。在高钙粉煤灰中还有水硬性矿物以及大量富钙硅酸盐玻璃体，因此具有较好的胶凝能力，甚至具有一定的自硬性。

粉煤灰的另一个重要性能是，灰中的玻璃微珠或微细粉尘会改善混凝土的工作性。优质粉煤灰可以发挥减水、增浆、调凝和密实作用，并包括对水泥浆体结构中氢氧化钙核减物质的有效利用以及对水泥水化热的抑制和利用等。所以优质粉煤灰具有减小坍落度损失、降低混凝土内部文生、改善混凝土外部终饰、有利于混凝土的体积案定性和质量均运行及大量节约水泥等一系列正面效应。

粉煤灰混凝土的配制原理

1、粉煤灰作为活性掺合料配制混凝土。在质量达到I级或II级指标的粉煤灰中，80%以上是历经小雨45um的玻璃微珠，表面光滑，比表面积大，活性大，可以将其作为活性矿物掺合料取代部分水泥配制混凝土。粉煤灰在混凝土中取代水泥的数量应不至于对混凝土的某些性能产生副作用，其最大用量参见国标。粉煤灰掺合料取代水泥的方法有等量取代法和超量取代法。等量取代法是用等体积的粉煤灰代替水泥的方法配制混凝土。用这种方法配制混凝土，即使粉煤灰的质量良好，混凝土的早期（28d以内）强度也往往随粉煤灰掺量的增加而下降。但随龄期增长和粉煤灰活性逐渐发挥，混凝土的强度将会逐渐赶上和超过基准混凝土。超量取代法是在粉煤灰总掺入量中，部分粉煤灰取代等体积的水泥，超量部分取代等体积的细集料（砂）。粉煤灰取代部分细集料所获得的强度增加效应，可以补

偿粉煤灰取代水泥所降低的早期强度，从而保持掺入粉煤灰前后的混凝土强度等效。超量取代法是一种既能保持混凝土强度和工作性等效，又能节约水泥的设计方法，采用较多。

2、粉煤灰作为矿物填充料配制混凝土。颗粒偏粗的原状粉煤灰，在配制混凝土时，虽能较好地发挥致密作用，但火山灰活性较差，可将这类粉煤灰作为矿物填充料，以等体积的粉煤灰取代部分细集料（不取代水泥）配制粉煤灰混凝土，称为外加法。当粉煤灰取代率不超过一定范围时，可以获得改善混凝土工作性，提高混凝土抗渗性等好处。

3-8 简述钢纤维对混凝土的增强增韧机理，影响钢纤维混凝土技术性质的主要因素是什么？

钢纤维对混凝土的增强增韧机理

钢纤维混凝土基体出现裂纹后，与裂纹垂直的钢纤维仍能继续传递部分拉力，从而抑制水泥混凝土裂缝的形成和发展，能够有效地提高混凝土的抗拉和抗弯强度，增加韧性。

影响钢纤维混凝土技术性质的主要因素

1、基准混凝土能否达到质量均匀、密实成型

2、钢纤维能否在混凝土中达到三向随机配向、均匀分散。影响钢纤维配像和分散程度的主要因素则取决于1）振捣方式，在进行振捣时，钢纤维会发生与模板、振动方向平行，与重力作用方向垂直的位移倾向这种倾向随着振动频率的增大和振动时间的增长而增加。此外，振动频率越大，振动时间越长，钢纤维下沉的倾向也越强，分散程度越差。2）钢纤维几何特征及掺量，钢纤维的长径比越大，纤维越是向某个方向配制，分散程度越差。3）基准混凝土材料组成，砂率越大，水灰比越大，钢纤维分散程度越好。

3-9 试述碾压混凝土与普通混凝土的主要差异

碾压混凝土石油级配型集料、较低的水泥用量及用水量、掺合料和外加剂等组成的炒干硬性混凝土拌合物，通过振动碾压等工艺达到高密度、高强度的水泥混凝土。它与普通混凝土的主要差异有

1、节约水泥。由于碾压混凝土用水量少，在保持同样的水灰比的条件下，其水泥用量亦较少，在达到相同强度前提下，可较普通混凝土节约水泥30%；

2、提高工效，缩短工期。碾压混凝土采用强制式拌合机拌和，自卸车运料，机械摊铺，振动压路机碾压，施工工效可较普通混凝土提高2倍。

3、强度特征。由于碾压混凝土的用水量较普通混凝土低得多，其强度增长速度比普通混凝土块。在不掺粉煤灰的情况下，碾压混凝土强度3d的抗折强度可达28d抗折强度的70%以上，而普通混凝土才达50%左右。

3-10 简述正交试验法设计碾压混凝土配合比的主要步骤

采用正交试验进行碾压混凝土配合比设计，不仅能考查配合比中各个因素对设计指标的影响程度及规律，而且可以根据试验建立的经验较为准确地选定稠度、确定满足要求的配合比。其主要步骤如下：

1、确定试验的考查因素和水平，并按照正交表安排试验。对于不掺粉煤灰的普通碾压混凝土，考察因素为：单位用水量、水泥用量和碎石堆积体积率三个因

素，每个因素选取三个水平，按L9正交表安排试验方案。对于掺粉煤灰的碾压混凝土，考察因素为：单位用水量、基准凝胶材料用量（水泥和粉煤灰之和）、碎石堆积体积率和粉煤灰取代率，每个因素选取三个水平，按照L9正交表确定试验方案。

2、混凝土配合比计算。根据正交试验方案，按照混凝土的配合比设计方法，计算出每个配比方案中各种组成材料的用量。

3、混凝土性能试验。按照设计要求的考核指标，对各个配合比的碾压混凝土进行相关的试验。

4、试验结果的整理和分析。考察各个因素对考核指标的影响程度及其规律，建立主要影响因素与稠度或强度等考核指标的关系式。

5、确定碾压混凝土的初步配合比。在综合考核混凝土稠度指标和抗折强度指标的基础上，确定单位用水量、水泥用量（或基准凝胶材料用量）、碎石堆积体积率及粉煤灰用量。然后计算出混凝土初步配合比。

6、进行初步配合比的验证试验，在确认其性能指标后（主要是稠度和强度）满足设计要求后，提供现场试拌。

4-2 石油沥青的化学组成与沥青的路用性质有什么关系？

沥青的化学成分极为复杂，对沥青的化学成分进行分析非常繁杂。人们研究沥青化学组成的同时，利用沥青对不同溶剂的溶合性，将沥青分离成几个化学成分和物理性质相似的部分，这些部分称为沥青的组分。沥青中各组分的含量和性质对沥青的粘滞性、感温性、粘附性等化学性质有直接的联系。

我国目前广泛采用四组分分析方法：

1、沥青质。沥青质是深褐色至黑色的无定形物质，在沥青中的含量一般为5%-25%，其含量的多少对沥青的流变特性有很大的影响。当沥青中的沥青质含量增加时，沥青稠度提高、软化点上升。沥青质的存在，对沥青的粘度、粘结力、温度稳定性都有很大影响。所以，优质沥青必须含有一定数量的沥青质。

2、胶质。胶质也称树脂，是一种半固体或液体状的黄色至褐色的粘稠状物质，有很强的极性。这一突出的特性使胶质有很好的粘结力。胶质是沥青的扩散剂或胶溶剂，胶质与沥青质的比例在一定程度上决定沥青是溶胶或者凝胶的特性。胶质赋予沥青以可塑性、流动性和粘结性，对沥青的延性和粘结力有很大影响。

3、芳香分和饱和分。芳香分是由沥青中最低分子量的环烷芳香化合物组成，它是胶溶沥青质的分散介质。饱和分是由直链烃和支链烃所组成，是一种非极性稠状油类。芳香分和饱和分都作为油分，在沥青中起着润滑和柔软作用。油分含量越多，沥青的软化点逾低，针入度愈大，稠度降低。

4、蜡分。沥青中的蜡，主要是地蜡，在常温下，都是以固体形式存在，对沥青的性能有较大影响。

1）对沥青流变性的影响。

在沥青中，蜡主要溶解在油分里，当它以溶解状态存在时，则会降低分散相的粘度，这使沥青在液体状态时粘度降低；当蜡以结晶状态存在时，则会使沥青具有结构屈服应力的结构；如果以松散粒子存在，就类似于沥青中加入矿粉而使沥青的粘度增加。沥青中蜡含量增加，会使沥青在常温下的粘度增大；而当接近石蜡融化温度（50度）时，蜡含量增加反而使沥青的粘度降低。因此，蜡含量高的沥青温度敏感性强。

2）对沥青低温性能的影响

低温下高含蜡量沥青的结晶结构网增加了沥青的刚性，表现出高的弹性和粘性，随着蜡含量的增加，沥青的脆性也增大。

3）对沥青界面性质的影响

当沥青与石料接触时，蜡的存在会降低沥青对石料界面的粘附，同时，蜡会集中在沥青的表面使沥青失去光泽，并影响沥青路面的摩阻性能，使路面打滑。

4）对沥青胶体结构的影响

蜡的结晶网会促使沥青向凝胶型胶体结构发展，但胶体系统不稳定而具有明显的触变性。

4-4 按流变学观点，石油沥青可划分为哪几种胶体结构？

沥青是一种胶体体系，在沥青胶体结构中，从极性最强的沥青纸吸附极性较强的胶体逐步吸附高分子的芳香分再弥散于低分子量的芳香分钟，再分散于无极性的饱和分中，形成稳定的胶团。根据沥青中各组分的含量和性质，沥青可以有三种胶体状态。这三种胶体结构可根据针入度指数PI来划分。PI<-2为溶胶型结构，-2+2为凝胶型结构。

1、溶胶型结构

当沥青质含量不多，分子量也较小，而且有大量的胶质和有充分溶解能力的芳香分作用下，沥青质可以完全溶在油分介质中。胶团之间没有吸引力，这样的沥青具有牛顿液体的性质，即剪应力与剪应变成线性关系。沥青中各组分的分子量相差较小，分散相与分散介质的化学组成和性质都较相近，具有良好的粘结性，但他们对温度的变化很敏感，液体沥青多属于这种结构。

2、溶凝胶型结构

当沥青质含量适当增多，分子量也较大时，并有较多的胶质作为保护物质，所形成的胶团之间具有一定的吸引力。在常温时，在变形的最初阶段表现出明显的弹性效应，但在变形增加到一定阶段时则表现为牛顿液体状态。这种沥青比溶胶型沥青稳定，粘结性和感温性都较好。

3、凝胶型结构

当沥青质的含量增大，沥青质未能被胶质很好地胶溶分散，则胶团就会连结，这就可能导致连结的胶团成为一堆不规则的多孔且压紧的结构，形成三维网状结构，呈现明显的弹性效应，弹性好。氧化沥青多属凝胶型结构，具有较低的温度敏感性，温度稳定性好，但低温变形能力较差。

4、沥青的技术指标与技术要求

4-5 石油沥青八大指标表征沥青哪些性能？这些技术指标在现代流变学指标（针入度指数、劲度模量等）如何应用？

针入度、延度和软化点是评价粘稠石油沥青路用性能最常用的经验指标，称为三大指标。针入度分级技术指标：

1、针入度是在规定温度、附加荷重和荷重作用时间的条件下，标准针贯入沥

。针入度用来划分沥青中的深度，以0.1mm为单位。常用的试验条件为P25

℃,100g,5s

青的标号，针入度越小，表示沥青的稠度越大；反之，则越小。

2、沥青是非晶体物质，无确定的熔点。软化点是沥青在规定尺寸的铜环内，其上放置一规定质量（3.5±0.05）g的钢球，以5℃/min的升温速度加热，沥青软化，钢球从沥青试样中沉落至规定的距离的底板时的温度。软化点实质上反映沥

青的粘度，与沥青的标号有关，是一种条件粘度，即是在等粘度条件下以温度表示的一种粘度。软化点反映沥青的温度敏感性，一般认为，软化点高，则其等粘温度也高，温度稳定性好，或者说热稳定性好。

3、延度是沥青在一定温度下，按一定的拉伸至沥青断裂时的长度，以cm 记。通常试验温度为25℃，15℃，拉伸速度为5cm/min 。延度反映沥青的柔韧性，延度越大，沥青的柔韧性越好。如在低温下延度越大，则沥青的抗裂性越好。沥青延度与其粘度、组分有密切关系。一般来说，延度大的沥青含蜡量低，粘结性和耐久性都好；反之，含蜡量达，延度小，粘结性和耐久性也差。

4、溶解度。沥青在溶剂中的溶解度表明沥青中的有效成分。常用的溶剂是三氯乙烯、苯。

5、闪火点。沥青在加热过程中，其挥发油分与空气混合气体在高温下极易发生闪火，闪火时的温度为闪火点。闪火点与沥青中的轻质油分的含量有关，为保证施工安全，需要了解沥青材料的闪火温度。

6、薄膜烘箱试验。沥青混合料生产过程中，沥青要加热，尤其在生产沥青混合料时，沥青薄膜状态与热集料接触，沥青发生明显的老化。室内模拟这一老化过程，将沥青放在盘中形成3.2mm 厚的薄层，然后在163℃的烘箱中烘5h ，根据加热前后试样的质量变化，测定其质量损失率，以表示其轻质油分挥发的数量，同时测定针入度、软化点、延度等指标，比较试验前后沥青性质的变化，以表征沥青的耐老化性能。

7、含蜡量。含蜡量的多少对沥青的性质有很大影响。

8、脆点。将一定数量的沥青涂在金属片上，在规定的降温速率下使金属片弯曲，当沥青薄膜出现裂缝时的温度即为脆点。脆点指标反映沥青材料的低温性能。 4-5-1 沥青的感温性及其评价指标，这些指标与路用性能的关系。

沥青是复杂的碳氢化合物形成的胶体结构，沥青的粘度随温度的不同而产生明显的变化，这种粘度随温度变化的感性性成为感温性。对于路用沥青，温度和粘度的关系是极其重要的性能。沥青混合料在施工过程中的扮和、摊铺和碾压以及铺筑后的使用期间，都要求沥青的粘度在一定的范围之内，否则将影响其质量。

由于沥青的化学组分和化学结构的差异，沥青的粘度-温度曲线变化是很复杂的，人们采用不同的方法进行研究，常用的方法有针入度指数（PI ）法、针入度-温度指数（PPI ）法、针入度-粘度指数（PVN ）法等。

1、针入度指数（PI ）是应用针入度和软化点的试验结果来表征沥青感温性的一种指标，针入度指数越小，表示沥青的温度敏感性越强。同时也可用针入度指数来判别沥青的胶体结构状态。一般认为选用值为-1～+1的溶凝胶型沥青适宜修筑沥青路面，目前由于对沥青路面的热稳定性的要求逐渐提高，因地，对PI 的要求趋向于0.5～+1.0

沥青的粘度随温度而变化，以对数纵坐标表示针入度，以温度为横坐标可以得到直线关系，表示为lg P AT K =+，斜率A 称为针入度-温度感性系数，可由针入度和软化点确定。假定沥青的软化点是的针入度为800，则&l g 800l g (25,100,5)25

R B P C g s A T -=-，或1212lg lg P P A T T -=-。 2、针入度-温度指数（PTI ）是根据不同温度条件下的针入度值得比率来评价

沥青的感温性。有以下几种表达式：

123(46.1,50,5)(),(25,100,5)

(25,50,5)(),(0,200,60)(46.1,50,5)(0,200,60)

()(25,100,5)P C g s PTI P C g s P C g s PTI P C g s P C g s P C g s PTI P C g s ==

-=

计算得出的PTI 值越小表明沥青的感温性越小，即温度稳定性好。

3）针入度-粘度指数法（PVN ）

针入度指数（PI ）通常仅能表征低于软化点温度的沥青感温性，沥青在道路和使用中或在施工时，还需要了解高于软化点时沥青的感温性。针入度-粘度指数法（PVN ）是应用沥青25℃时的针入度值和135℃（或60℃）是的粘度值与温度的关系来计算沥青感温性的方法。已知25℃时针入度值P （0.1mm ）和135℃时运动粘度值ν（cm 2/s ）时，

110.25800.7967lg lg ()( 1.5)1.05000.2234lg P PVN P ν??--=- ?-??

； 已25℃时针入度值P （0.1mm ）和60℃时绝对粘度值η()Pa s ?时

2 5.489 1.590lg lg ()( 1.5)1.05000.2234lg P PVN P η??--=- ?-??

针入度-粘度指数愈大，表示沥青的感温性愈低。

我国许多国产沥青的沥青质含量较低，是导致热稳定性不良的主要原因，在沥青生产时采用氧化等工艺，可增加沥青质含量，有助于改善沥青的温度稳定性。 4-5-2 试述沥青粘滞性、绝对粘度、运动粘度的含义

粘滞性是指沥青材料在外力作用下抵抗剪切变形的能力。以剪应力τ与剪变率

'γ之比定义为粘度（Pa s ?）

：/'ητγ=。 通常，溶胶型沥青的剪应力与剪变率之比为常数，粘度与剪变率的大小无关，沥青表现为纯粘性流动性质。溶凝胶和凝胶型沥青，其剪应力和剪变率之比不为常熟，粘度随剪变率的大小而变，这样在不同的剪变率下沥青表现为不同的粘度，它们之间的关系可表示为/(')c a ητγ=，式中，a η为表观粘度，即在某一剪变率时的粘度；c 为复合流动系数，与沥青的塑性和耐久性有关。这种粘度为沥青的绝对粘度，又称为动力粘度。运动状态的粘度用运动粘度表示，运动粘度为动力粘度除以密度所得之商，亦称为动比密粘度：/v ηρ=。

沥青粘度的测试方法

1、绝对粘度测试方法。毛细管法是测定沥青运动粘度的一种方法，该法是沥青试样在严密温控条件下，于规定温度（135℃），通过选定型号的毛细管粘度计，流经规定的体积，所需要的时间（s ）。真空减压毛细管法是测定沥青动力粘度的一

种方法，该法是沥青试样在严密控制的真空装置内，保持一定的温度（60℃），通过规定型号毛细管粘度计，流经规定的体积，所需要的时间（s）。

2、条件粘度测定方法。1）标准粘度计法：我国现行试验法规定，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。液体状态的沥青材料，在标准粘度计中，于规定的温度条件下，通过规定的流孔直径，流出50ml

体积，所需的时间

C（s）。在相同温度和相同流孔条件下，流出时间越长，表示

,T d

沥青粘度越大。2）针入度法。针入度试验室国际上普遍采用测定粘稠（固体、半固体）沥青稠度的一种方法，通常稠度高的沥青，其粘度也高。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的深度P（以0.1mm为单位）。针入度值越大，表示沥青越软，稠度越小，粘度

C g s

(25,100,5)

也越低。

沥青粘度与路用性能的关系

沥青粘度对其路用性能有很大的影响。沥青粘度大，粘结力强，所拌制的沥青混合料强度高，稳定性和耐久性好。粘度是沥青的力学指标，粘度的大小反映沥青抵抗流动的能力，粘度越大，沥青路面抗车辙的能力就越强。试验表明，沥青的粘度与沥青混合料动稳定度有密切关系，粘度越大，动稳定值就越高。

4-5-3 沥青的粘附性及其与沥青路用性能的关系。

沥青的粘附性是指沥青与石料之间相互作用所产生的物理吸附和化学吸附的能力。粘结力是指沥青本身内部的粘结能力。粘结性好的沥青一般其粘附能力也强。沥青对石料粘附性的优劣，对沥青路面的强度、水稳性以及耐久性都有很大影响，是沥青的重要性质之一。

在干燥状态下，沥青与石料的粘附较好。但在潮湿状态下，由于水比沥青更容易浸润石料，石料表面的沥青就可能被水取代，沥青从石料表面剥离下来。当集料失去沥青的粘结作用，路面就出现松散，这就是雨季沥青路面经常出现松散的原因。

粘附机理

液体要粘附载固体表面，完全浸润石形成高粘结强度的必要条件。液体对固体的浸润又三种情况：1）液体具有浸润固体表面并扩展到整个表面的倾向；2）液体浸润固体表面并有一定的扩展；3）液体有离开固体自我收缩的倾向，液体不能浸润固体表面。

在沥青混合料中，沥青是以薄膜形式涂敷于集料的表面，为使集料之间牢固结合，沥青应能很好地粘附在集料表面，并具有足够的粘附强度。这主要取决于沥青的表面张力和粘度。由于水的表面张力比沥青的表面张力小，水分通过微小的间隙浸润至集料的表面而取代了粘附在集料表面的沥青，而使沥青从集料表面开始剥离，同时由于交通荷载的作用使沥青路面变形增大，空隙率增大，造成沥青开裂、浸水，剥离不断扩大，最终导致路面全面破坏。

沥青与石料之间的粘附强度与他们之间的吸附作用又密切关系，沥青中含有一定数量的阴离子型表面活性化合物，即沥青酸和酸酐，这种表面活性化合物和碳酸盐岩等碱性岩石接触时，产生一种不溶于水的化合物，能在它们的界面上产生很强的化学吸附作用，因而粘附力大，粘附得很牢靠。当沥青与其它类型的集料（如酸性集料）接触时则不能形成化学吸附，分子间的作用只是范德华力的物

理吸附，而水对石料的吸附力很强，所以很易为水所剥落。

影响沥青与石料粘附的因素

1、沥青品种。沥青中所含的表面活性物质（沥青酸，酸酐），其含量的多少

μKOH的奖影响沥青的粘附性。这些活性物质的含量以酸值表示，酸值大于0.7g

沥青为活性沥青，这种沥青对碱性岩石的干燥表面具有良好的粘附性，但与酸性

μKOH的非活性沥青，与大多数石料的表面都不石料却粘附不好；酸值小于0.7g

能形成牢固的粘附，容易被水剥落。

2、石料种类。石料按所含SiO2的多少，分为酸性、碱性和中性。含量大于65%为酸性，小于52%为碱性，之间为中性。根据酸碱理论，沥青与碱性石料之间有良好的粘附性，而与酸性石料则粘附性不好，易在水的作用下剥落。碱值越大，沥青混合料抗水害能力越强，一般碱值应大于0.8，否则应采取抗剥落措施。

3、石料的表面状态。光滑的石料表面，沥青易于浸润，但当遇水后却容易剥落，粘结不牢。石料表面粗糙，形成凹凸不平的表面，不仅增加了表面积，使石料增加了与沥青接触的机会，而且沥青能嵌入凹穴中，固化后形成牢固的机械嵌锁力，使沥青与石料牢固粘结。石料表面的清洁程度对沥青的粘附页有很大影响，如石料表面裹附粘土，将阻隔沥青与石料的接触，影响沥青的浸润。

4、沥青温度。当沥青温度升高时，沥青的粘度降低，流动度增大，便于沥青在石料表面自由地展开，促进浸润，提高沥青与石料的粘附性。

沥青粘附性的评定

1、水煮法；

2、浸水试验；

3、马歇尔残留稳定度试验；

4、冻融劈裂试验；

5、浸水轮辙试验。

沥青粘附性的改善

1、在沥青中添加抗剥落剂。抗剥落剂都是表面活性物质。

2、在拌制沥青混合料时添加消石灰粉或水泥。用消石灰或水泥取代部分矿粉，可以有效地提高其水稳定性，剂量不超过矿粉总量的40%。

3、选择碱性集料。

4、保证石料表面的清洁度。

4-5-4 沥青的耐久性

沥青的老化：路用沥青材料在储运、加热、与集料拌和、施工和长期使用过程中，受到储运、施工、自然因素和交通荷载等各种因素的作用，而使沥青发生一系列的物理和化学的变化，如蒸发、脱氢、缩合、氧化等等。沥青逐渐变脆，改变原有的粘度和低温性能，这种变化称为沥青的老化。沥青路面要求有较长的使用年限，因此要求沥青材料具有较好的抗老化能力，即耐久性。

沥青老化的影响因素

1、氧化。沥青在接触空气时，会逐渐氧化，沥青中的极性含氧基团逐渐联结成高分子的胶团，促使沥青粘度提高，形成极性羟基、羰基和羧基团形成更复杂的分子使沥青硬化病降低柔韧性。影响氧化的主要因素是温度、时间和沥青膜的厚度。氧化时沥青老化的主要原因。

2、蒸发。主要是一些易挥发成分的蒸发，特别是在高温和暴露的条件下。粘稠沥青挥发成分较少，因此影响较少。

3、光的作用。紫外线的作用会使沥青的氧化作用加速。

4、自然硬化。沥青在环境温度条件发生的自然硬化，也成为物理硬化，这是由于沥青分子的重新定位或由于蜡质缓慢结晶。这一过程是可逆的，沥青从新加热可恢复原来的粘度。

5、渗透硬化。是指沥青中的油分渗流至矿料的孔隙中去的现象。

6、水的影响。水在与光、氧和热共同作用的时候，能起催化剂的作用。 此外，工业环境中的臭氧以及交通因素等对沥青硬化也有一定影响。

沥青老化的评价方法：1）沥青蒸发损失试验；2）沥青薄膜加热试验；3)旋转薄膜烘箱试验；4）蒸馏。

4-8 沥青的劲度模量表征沥青的什么性质？根据哪些参数可以从范德波尔诺模图中求得劲度模量？

沥青是一种典型的粘弹性材料，当沥青在低温或瞬间荷载作用下，沥青表现为明显的弹性性质；而当沥青在高温或长时间荷载作用下，沥青又表现为较强的粘性性质。在常温下，沥青既非完全的虎克弹性体，也不是完全的粘性体，而是表现为复杂的粘弹性性质。粘弹性材料在受力状态下有其特殊的应变特性—蠕变和松弛。

沥青在应力保持不变的情况下，应变随时间的延长而增大，称为蠕变。蠕变是不可恢复的变形，其变形大小与荷载作用的时间长短有关。其变形主要是由于材料的粘性流动所引起的塑性变形；另一种变形虽然可以恢复，但恢复迟缓，称为材料的弹性后效现象。二者合称为蠕变现象。

在路面力学中，常用蠕变模量估算沥青路面的车辙量，蠕变模量为某一时间的模量()/()E t t σε=。沥青混合料的蠕变模量与沥青的蠕变模量之间有密切关系，可根据沥青的蠕变模量预估沥青混合料的蠕变模量。

沥青路面在冬季温度降低时，由于收缩变形而产生温度应力，但沥青混合料因有应力松弛能力，使温度应力逐渐衰减直至消失，结果沥青路面不至于因温度应力而开裂。这是沥青路面一般不设伸缩缝的原因。

沥青的粘弹性性质不仅与温度有关，而且也与荷载作用时间有关。当沥青在低温或瞬间荷载作用下，沥青表现为明显的弹性性质；而当沥青在高温或长时间荷载作用下，沥青又表现为较强的粘性性质。在一般情况下，沥青的弹性和粘性时不能明确区分的。为了表征沥青在某一温度和某一荷载作用时间的应力与应变关系，范德波尔引入了劲度模量的概念。仍采用弹性模量的表达方式，但引入温

度T 和时间t 的因素：,,T t T t

S σε??= ???。劲度模量反映了沥青应变与温度、时间的关系，并不是一个常数，而是随温度和时间而改变，因而是随试验方法、环境条件以及边界条件的变化而变化的。沥青劲度模量与其胶体结构、感温性有密切联系。

沥青劲度模量的计算

1、有沥青粘度计算劲度模量

2、由诺模图求算劲度模量。需要参数：针入度指数PI ，温度差T dif ，荷载作用时间

1）由沥青针入度、软化点计算针入度指数PI 。

2）确定荷载作用时间。

3）确定计算温度。可按室内试验温度确定，或按路面实际温度确定。例如计算冬季沥青路面的劲度，以预估低温开裂的可能性，以当地冬季路面最低温度为计算温度，求得与软化点的温度差T dif 。

4）由针入度指数PI ，温度差T dif ，荷载作用时间，在诺模图中求得沥青的劲度模量。

用范德波尔诺模图计算沥青劲度，对于含蜡量大于2%的沥青及改性沥青不适用。

3、由经验公式计算。70.3605&1.15710()PI b R B S t e T T ---=?-

沥青劲度模量的现代测试方法：1、动态剪切流变试验；2、弯曲量流变试验；

3、直接拉伸试验。

4-8-1 沥青混合料的劲度模量与弹性模量有何区别？试举几个应用劲度模量的实例。

沥青混合料是典型的粘弹性材料，它在外力作用下的变形不仅与荷载的大小、荷载的作用时间有关，而且受温度的影响极大。对沥青混合料施加一荷载，在施加荷载的瞬时，立即会出现瞬时弹性变形，此刻的应力应变之比为沥青混合料的弹性模量；随后应变不断增加，逐渐出现粘弹性应变，继而表现为粘性流动，也是混合料蠕变的主要阶段。由此可见，沥青混合料的变形随荷载作用时间的长短而不同，因而在研究其变形性质时必须说明变形所处的时间，另一方面，沥青混合料的变形随温度的变化而变化，高温时其弹性效应降低，粘性性质增强；相反，低温时混合料刚度增加，弹性效应明显，粘性性质减弱。范德波尔引入劲度模量来描述沥青混合料的力学性质：(,)(,)S t T t T σ

ε=。

虽然弹性模量和劲度模量的表达式类似，但二者在本质上有所区别。弹性模量反映得失在加载瞬间的应力应变关系，是一个常量。与弹性模量不同，劲度模量反映了沥青应变与温度、时间的关系，并不是一个常数，而是随温度和时间而改变，因而是随试验方法、环境条件以及边界条件的变化而变化的。

劲度模量的影响因素

1、温度影响。温度对沥青混合料的劲度模量有显著影响。由于不同品种的沥青对温度的敏感性不同，沥青混合料的劲度模量随温度而变化的程度与沥青对温度的敏感性有密切关系。

2、荷载作用时间。由于沥青材料的粘弹性特性，在同样的温度下，如果荷载作用的时间不同，沥青混合料还表现出不同的劲度特性。荷载作用时间长，沥青混合料因粘性流动而产生的变形就大，结果表现为较低的劲度模量；荷载作用时间短，沥青混合料粘性流动变形很小，而呈现较高的弹性性质，其劲度模量就大。

3、荷载大小与方向。当时叫较小的荷载，其产生的应变小于时，沥青混合料的劲度模量与应力的大小无关，沥青混合料处于弹性状态，模量为常数，此时劲度模量也与荷载作用方向无关。但当施加较大的荷载时，沥青混合料的塑性变形明显，劲度模量较低，不同受力方向的劲度模量在数值上也有较大的差别，例如沥青混合料的抗压回弹模量一般都大于弯拉模量和劈裂模量。

4、荷载状态。对沥青混合料施加静载荷动载所测得的劲度模量是不同的。当

荷载持续时间很短时，静载应变大于动载应变，但当荷载持续时间长时，则动载应变大于静载应变。

5、沥青混合料的组成。影响沥青混合料的劲度特征，在材料组成结构方面，主要是所用沥青的品种、沥青用量和混合料的结构类型。沥青的粘度和感温性影响混合料的劲度。在常温和高温下，聚合物改性沥青混合料的劲度模量比普通沥青混合料大，而在低温下，聚合物改性沥青混合料的劲度反而比普通沥青混合料小。在一定的温度和荷载作用时间下，沥青混合料的劲度模量随密度的增大而增大，即沥青混合料的空隙率减小，其劲度模量的增大。沥青混合料的劲度模量与混合料中沥青用量也有关系，沥青用量存在一个最佳值，当含量偏低时，混合料出现脆性，随着沥青用量的增加，混合料粘韧性改善，强度提高，但沥青用量过大，混合料的可塑性增大，劲度模量降低。

劲度模量的确定方法

1、由沥青劲度推算混合料的劲度

在相同的温度和荷载作用时间下，沥青混合料劲度与沥青劲度之间存在一定的半经验关系，可由沥青劲度推求对应的沥青混合料劲度模量。

2、由诺模图求算混合料的劲度。

根据沥青的劲度和混合料中矿质集料的体积及沥青的体积，可从壳牌公司绘制的诺模图中求算沥青混合料的劲度模量。这张诺模图只适用于劲度模量较高的混合料。

3、直接测试沥青混合料的劲度模量。

沥青混合料的劲度模量可以采用不同的方法进行测试，可施加静载或动载，主要取决于研究对象所处在的状态及测试条件。由不同的方法测试的劲度模量是不同的，工程中常用的有：蠕变模量、抗压回弹模量、拉伸模量、弯拉模量、松弛模量、有效模量、复数模量等。

沥青路面在夏季高温下厂已出现较大的塑性变形而导致路面形成车辙、推挤等病害，在沥青路面设计中是采用沥青混合料的蠕变劲度模量来估算车辙深度。分为静态蠕变和动态蠕变。

4、时温换算

沥青混合料是典型的粘弹性材料，其力学行为是温度与时间的函数。沥青混合料在路面中温度在-30℃～60℃范围内工作，荷载作用时间从10-3s至很长，要了解和测试很大温度和时间范围内沥青混合料的劲度模量往往是有困难的。在粘弹性理论中的时间-温度换算法则对沥青混合料是适用的。例如，高温下沥青混合料的劲度模量就相当于在较低温度下而校场加载时间下的劲度模量；低温下的沥青混合料的劲度模量就相当于在温度相对较高而短时间加载的劲度模量。根据时间-温度换算法则，可将改变温度所测得的劲度换算成不同加载时间的劲度模量，反之亦然。

劲度模量的应用实例

1、沥青路面在夏季高温下厂已出现较大的塑性变形而导致路面形成车辙、推挤等病害，在沥青路面设计中是采用沥青混合料的蠕变劲度模量来估算车辙深度。4-8-2 分别推导Maxwell，Kelvin，Burgers本构方程、加载曲线及相

互区别。

1、流变模型的基本元件

弹性元件：/E σε=，粘性元件：',t σσηεεη

== 2、Maxwell 模型。Maxwell 模型由一个弹性元件和一个粘性元件串联而成。串联模型的各元件应力相等，其总应变为各个元件应变之和。对弹性元件，其应变速率为1''/E εσ=，对粘性元件，其应变速率为2'/εση=，则总应变速率为12''''E σσεεεη

=+=+，该式即为Maxwell 的本构方程。 蠕变试验：此时应力为常数，0σσ=，上式积分得0

0t E σσεη

=+。由此可见，蠕变过程中总变形等于瞬时弹性变形和粘性流动变形之和。且随着时间的延长，粘性流动变形匀速增加。当卸载时，弹性变形立即恢复，而粘性流动变形将成为不可恢复的永久变形。

3、Kelvin 模型。Kelvin 模型是由一个弹性元件和一个粘性元件并联而成。元件并联表示各个元件的应变式相同的，总应力等于各个元件所受应力之和。其本构方程为12'E σσσεηε=+=+。

蠕变试验：当00,t σσ==，且0,0t ε==，则其蠕变方程为

(1)(1)E k t

t e e E E ητσσε--=-=-。Kelvin 模型在施加荷载的瞬间，由于粘性元件的制

约，弹性元件不能立即产生变形，故没有瞬间应变。随着时间的延长，粘性元件逐渐产生粘性流动，弹性元件也随之相应变形。当变形继续增大达到极限应变

0/E σ时，

反过来弹性元件限制粘性元件的变形继续增加。因此，总应变有极限值。由于粘性元件的牵制，使整个模型的变形延迟，故此模型又称为延迟模型。卸载后，应变ε随时间的延长而逐渐减小，当时间延长至无限长时，应变全部恢复，故Kelvin 模型所产生的变形是能够全部恢复的，属于弹性变形。

4、Burgers 模型。Burgers 模型时将Maxwell 模型和Kelvin 模型串联起来的四元件模型，能够较全面地表征材料的粘弹性性质。

蠕变试验：施加应力0σ，则总应变为Maxwell 模型和Kelvin 模型的应变之和：

22011211()[(1)]E

t t t e E E ηεση-=++- 4-9 试比较重交通沥青和中、轻交通沥青技术标准的差别并阐明其理由。

1、重交通道路沥青的分级间隔为20（0.1mm ），最大针入度为140（0.1mm ），

而中、轻交通道路沥青分级间隔为40（0.1mm）以上，最大针入度为300（0.1mm），这说明重交通道路应采用较粘稠的沥青；

2、重交通道路沥青的延度为15℃，而中、轻交通道路沥青延度为25℃，而且它们在数值上也有较大的差别，这说明重交通道路沥青对其低温性能的要求比中、轻交通道路沥青高；

3、重交通道路沥青对含蜡量有严格限制，而中、轻交通道路沥青对此无要求；

4、重交通道路沥青用薄膜烘箱试验来评定其耐老化性能，而中、轻交通道路沥青则是加热损失试验，两者的老化条件是有很大差别的；

5、重交通道路沥青必要时还应测试其粘度，而中、轻交通道路沥青对此无要求。

4-9-2 我国重交沥青是按什么分级的？有何优缺点？国外有哪些分级标准？

我国重交沥青是按针入度分级的，分级间隔为20（0.1mm），分别为AH-130，针入度为120-140；AH-110，针入度为100-120；AH-90，针入度为80-100；AH-70，针入度为60-80；AH-50，针入度为40-60等五个标号。并规定含蜡量不大于3%。

针入度是在规定的温度（25℃）、附加荷重（100g）和荷重作用时间（5s）的条件下，标准针贯入沥青的深度，以0.1mm表示。针入度用以划分沥青的标号，针入度越小，表示沥青的稠度越大；反之，则越小。按针入度分级有许多局限性，在25℃温度下，针入度相同的两种沥青，其粘度往往会有很大差别，而粘度是表征沥青粘结性能的重要指标，它反映沥青的在中温和高温下的力学性能，比针入度指标更进一步。

国外的沥青技术分级标准：1）美国各州公路与运输工作者协会（AASHTO）对粘稠沥青按针入度分级，针入度范围为40-300；2）日本道路协会对路用沥青也按针入度进行分级，针入度范围为40-120。3）美国AASHTO以及美国试验与材料协会（ASTM）都有各自按照沥青粘度的分级标准，建立了以60℃粘度分级的沥青技术标准。4）日本为防止车辙，制定了以60℃粘度分级的半氧化沥青的技术标准。5）美国在1987-1993年完成了公路战略研究计划（SHRP），提出了将沥青的指标与路用性能紧密结合的Superpave分级技术指标与标准。

4-11 试述乳化沥青的形成和分裂机理及其在节约能源、环境保护和经济效益等方面的优越性。

乳化沥青的形成机理

沥青乳液中沥青能够以“微滴”形式稳定地分散在乳化剂-稳定剂的水溶液中。其原理如下：

1、乳化剂降低界面自由能的作用。

沥青乳液时沥青为分散相、水位分散介质的分散体系。水在80℃时表面张力为62.6mN/m，沥青在80℃时为24mN/m，水与沥青存在较大的界面张力，当热溶的沥青经机械作用以微滴状态分散于水中时，沥青有较大的表面积，所形成的体系在热力学上是不稳定的。沥青液滴相互碰撞聚结，以缩小界面、减小自由能，保持体系的稳定和平衡，使之符合能量最低原则，沥青乳液中沥青将聚结。水中掺入乳化剂后，水的表面张力可大大降低，接近沥青的表面张力，使水与沥青界

面张力大大减小，使体系保持稳定。

2、界面膜的保护作用。

在水中加入具有乳化作用的表面活性剂以后，乳化剂在两相界面上形成吸附层，乳化剂的极性基团朝向水，非极性基团朝向沥青，使沥青和水的界面张力下降，当沥青液滴周围吸附的表面活性剂分子达到饱和时，在沥青液滴与水的界面上形成界面膜，此膜具有一定的强度，对沥青液滴具有保护作用，当沥青液滴相互碰撞时，不易聚结，能保护乳液的稳定。

3、界面电荷的稳定作用。

沥青乳液中的沥青液滴周围形成了一层带电荷的保护膜，为双电层结构。电荷来源于电离、吸附和沥青微滴与水之间的摩擦作用。这层带电荷的保护膜能起稳定作用，沥青液滴互相碰撞时，因相同点和的相互排斥作用，阻止了乳状液滴的聚析，形成了稳定的体系。

乳化沥青的分裂机理

为使沥青发挥其粘结功能，必须使沥青乳液中的沥青与水分离，使沥青微滴相互聚结，在集料表面形成连续的整体薄膜，这就是乳化沥青的分裂。沥青乳液得以分裂的原因：

1、沥青乳液与集料接触后，由于乳液中沥青微粒所带电荷与集料表面所带电荷的吸附作用，阴离子沥青乳液与表面上带正电荷的碱性集料有较好的吸附，阳离子沥青乳液与表面上带负电荷的酸性石料有较好的吸附。在潮湿状态下，集料表面普遍带电荷，因此阳离子沥青乳液易与潮湿集料结合。

2、阳离子乳液具有高振动性能，可以穿过集料表面的水膜，与集料表面紧密结合。另外，阳离子沥青乳液有一定的游离酸，PH值小，游离酸和碱性集料起作用，生成氯化钙和带负电荷的碳酸离子，与裹覆在沥青粒子周围的阳离子中和，因此沥青微粒能够与集料表面紧密相连，形成牢固俄沥青膜，乳液中的水分很快分离出来。

3、乳液中的水分由于蒸发或被石料吸收而产生分解，破乳。

4、施工中拌和、碾压等机械作用而使沥青乳液分解。

乳化沥青的优越性

1、可冷态施工，节省大量能源，并减少环境污染，有利于工人健康；

2、乳化沥青具有良好的工作性，可均匀分布在集料表面，有较好的粘附性，可节省沥青用量；

3、可延长施工季节，乳化沥青特别是阳离子乳化沥青施工，几乎可以不受阴湿或低温季节影响，能及时进行路面的维修和养护。

5-1 什么是沥青混合料？沥青混凝土混合料与沥青碎石混合料有什么区别？

沥青混合料：由矿料和沥青结合料拌和而成的混合料的总称。

沥青混凝土混合料（AC）：由适当比例的粗集料、细集料及填料组成的符合规定级配的矿料，与沥青结合料拌和而制成的符合技术标准的沥青混合料。

沥青碎石混合料：由适当比例的粗集料、细集料及少量填料与沥青结合料拌和而成，压实后剩余空隙率在10%以上的半开式沥青混合料，也称为沥青碎石混合料。

5-2 沥青混合料的分类

按矿料级配划分沥青混合料

1、密级配沥青混凝土混合料。各种粒径的颗粒级配连续、相互嵌挤密实的矿料，与沥青结合料拌和而成，压实后剩余空隙率小于10%的沥青混合料。剩余空隙率为3%-6%的为I型密实式沥青混凝土混合料，剩余空隙率为4%-10%的为II 型密实式沥青混凝土混合料。

2、半开级配沥青混合料。由适当比例的粗集料、细集料及少量填料与沥青结合料拌和而成，压实后剩余空隙率在10%以上的半开式沥青混合料，也称为沥青碎石混合料（AM）。

3、开级配沥青混合料。矿料级配主要由粗集料组成，细集料较少，矿料相互拨开，压实后空隙率大于15%的开式沥青混合料。

4、间断级配沥青混合料。矿料级配组成中缺少1个或几个档次而形成的级配间断的沥青混合料。

沥青混合料的组成结构类型

1、悬浮密实结构

当采用连续型密级配矿质混合料与沥青组成沥青混合料时，矿质材料由大到小形成连续型密实混合料，但因较大颗粒都被小一档颗粒挤开，因此，大颗粒以悬浮状态处于较小颗粒之中。这种结构虽然密实度很大，但各级集料均被次级集料隔开，不能直接接触形成骨架，而悬浮于次级集料和沥青胶浆之间。

2、骨架空隙结构

当采用连续开级配矿质混合料与沥青组成沥青混合料时，较大粒径石料彼此紧密相接，而较小粒径石料的数量较少，不足以充分填充空隙，形成骨架空隙结构，沥青碎石混合料多属于这类结构。

3、骨架密实结构

当采用间断型密级配矿质混合料与沥青组成沥青混合料时，综合了以上两种结构方式，既有一定量的粗骨料形成骨架，又根据粗集料空隙的数量加入适量细集料，使之填满骨架空隙，形成较高密实度的结构，形成密实-骨架结构。

5-4 试述沥青混合料强度形成的原理，并从内部材料组成参数和外界影响因素加以分析。

沥青混合料的强度形成

沥青混合料的力学强度是由矿质集料颗粒之间的嵌挤力（内摩阻力）和沥青与集料的粘结力以及沥青的内聚力所构成。连续级配的沥青混合料是悬浮结构，其强度主要依靠沥青与集料的粘结力和沥青的内聚力，虽然结构强度高，但受温度影响大，因而温度稳定性差。骨架密实结构的沥青混合料则以粗集料的嵌挤力为主，加上细集料、矿粉和沥青组成的混合料填充空隙，形成很强的粘结力，故不仅结构强度高，而且温度稳定性好。骨架空隙结构混合料以嵌挤力为主，沥青的内聚力为辅而形成结构强度。

沥青混合料强度的影响因素

1、沥青结合料的粘度

沥青混合料的粘结力与沥青本身的粘度有密切关系。松散的集料依靠沥青的粘结作用凝聚在一起而形成整体结构强度。沥青的粘度越高，混合料抵抗变形的能力越强，强度也越高。因此，修建高等级沥青路面都采用粘稠沥青，且所用沥青的标号也有提高的趋势，即采用针入度较小的沥青。多孔性沥青混合料主要依靠沥青的粘结性而形成强度，故常用高标号沥青或改性沥青作为粘结料。