大粒徑透水性瀝青混合料的路用性能研究

吳 俊

(忻州公路分局)

大粒徑透水性瀝青混合料的路用性能研究

吳 俊

(忻州公路分局)

摘 要:隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)公路交通量迅速增長(zhǎng)，瀝青路面普遍出現(xiàn)了車轍以及耐久性較差等路面質(zhì)量問題，大粒徑透水瀝青混合料作為柔性聯(lián)接層，可以有效預(yù)防路面的車轍以及反射裂縫等病害。首先分析大粒徑透水瀝青混合料的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而詳細(xì)論述了大粒徑透水瀝青混合料的路用性能，可以為類似應(yīng)用研究提供可靠的參考。

關(guān)鍵詞:大粒徑;瀝青混合料;路用性能

1 大粒徑透水性瀝青混合料優(yōu)勢(shì)分析

相關(guān)研究資料表明，大粒徑瀝青混凝土的使用將有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn):(1)良好的級(jí)配可以抵抗較大的塑性和剪切變形，提高瀝青路面高溫穩(wěn)定性，具有較好的抗車轍能力;(2)大粒徑集料的增多，會(huì)減少瀝青用量，從而降低工程造價(jià);(3)可一次性攤鋪較大的厚度，縮短工期;(4)瀝青層內(nèi)部?jī)?chǔ)溫能力高，熱量不易散失，利于寒冷季節(jié)施工，延長(zhǎng)施工期。

大粒徑透水瀝青混合料的粗集料必須形成穩(wěn)定的空間骨架嵌擠結(jié)構(gòu)，以承受車輛荷載的作用。在級(jí)配組成上，大粒徑透水性瀝青混合料與傳統(tǒng)的瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)理念有所不同，通常需要考慮粗集料在嵌擠狀態(tài)下的體積和空隙率等來確定粗集料與細(xì)集料的比例。在進(jìn)行瀝青混合料設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮它在路面結(jié)構(gòu)中所處層位的功能特性，一方面通過增大礦料粒徑來提高瀝青混合料的承載力;另一方面通過增大骨料之間的相互嵌擠力來提高瀝青混合料的整體強(qiáng)度，以抵抗重載作用下產(chǎn)生的剪切和豎向變形，從而提高瀝青路面的強(qiáng)度，滿足路面結(jié)構(gòu)性能對(duì)瀝青混合料的不同要求。

2 大粒徑透水瀝青混合料路用性能試驗(yàn)分析

2.1 大粒徑透水瀝青混合料高溫穩(wěn)定性分析

目前，高溫車轍問題己成為當(dāng)今世界上瀝青路面三大破損形式(疲勞、車轍、低溫開裂)中最為突出的問題。相關(guān)研究資料指出，瀝青路面的高溫穩(wěn)定性能60%依賴于礦料級(jí)配的嵌擠，40%依賴于結(jié)合料的粘結(jié)性，因此以嵌擠作用為主的LSPM具有較好的抗車轍能力，大量試驗(yàn)研究也證明大粒徑透水瀝青混合料具有較好的穩(wěn)定性、較高的壓縮強(qiáng)度和回彈模量值，特別是具有較好的抗車轍性能。大粒徑透水瀝青混合料的回彈模量比常用的瀝青混合料大兩倍左右，因而其抗車轍和耐久性能也要優(yōu)于常用的瀝青混合料。

通過進(jìn)行動(dòng)穩(wěn)定試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)大粒徑透水瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度較大，主要是因?yàn)檫@種級(jí)配的粗集料都形成了骨架嵌擠結(jié)構(gòu)，粗集料之間的摩擦力與嵌擠力對(duì)混合料的強(qiáng)度起著主要作用，它受孔隙率的影響很小，因而高溫穩(wěn)定性較好。動(dòng)穩(wěn)定度公式

式中:d1為時(shí)間t1的車轍試件變形量;d2為時(shí)間t2的變形量，mm;C1，C2為車轍試驗(yàn)機(jī)類型修正系數(shù)。

同一瀝青用量下的不同類型混合料的動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 不同級(jí)配車轍試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.2 水穩(wěn)定性

水損害是瀝青路面的主要病害之一。降雨或者地下水在路面使用過程中逐步滲入瀝青與集料的作用界面，從而導(dǎo)致瀝青粘附性降低甚至喪失粘結(jié)力，瀝青膜從石料表面剝落，瀝青混合料強(qiáng)度降低，瀝青層的應(yīng)變變得更大，將加速路面的破壞，在路表面形成坑槽、推擠變形等損壞現(xiàn)象。瀝青混合料的水穩(wěn)定性是通過浸水馬歇爾試驗(yàn)得到的殘留穩(wěn)定度來評(píng)價(jià)的。不同瀝青用量下的不同類型混合料的動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 不同類型混合料的殘留穩(wěn)定度

上述試驗(yàn)結(jié)果表明由于大粒徑的瀝青混合料減少了礦料的總表面積，因而可以在保證較厚瀝青膜的前提下，減少瀝青混合料的瀝青用量，因而可以使水穩(wěn)定性能得以保證，因此LSPM抗水害能力普遍優(yōu)于普通瀝青混合料的抗水害能力。

2.3 大粒徑透水性瀝青混合料的力學(xué)性能研究

(1)LSPM的劈裂強(qiáng)度。劈裂試驗(yàn)主要為了測(cè)試其間接抗拉能力。在我國(guó)瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中，普通瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度是以劈裂強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)來測(cè)定。劈裂抗拉強(qiáng)度的計(jì)算為其中:Rt是劈裂抗拉強(qiáng)度;Pt是試驗(yàn)荷載的最大值;h是試件高度。

通過試驗(yàn)得到LAM-30的平均劈裂抗拉強(qiáng)度為0.85 MPa，而半剛性基層的平均劈裂抗拉強(qiáng)度為0.3～0.8 MPa，平均值為0.56 MPa，前者比后者高出51.7%。因此LSAM-30作為基層將比半剛性基層有更好的防裂能力。

(2)LSPM的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。通過試驗(yàn)，20℃試驗(yàn)溫度環(huán)境下，LSPM的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值為7.98 MPa;在15℃試驗(yàn)溫度環(huán)境下，LSM無側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值為9.36 MPa;根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，水泥穩(wěn)定碎石7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度在3～6 MPa之間，因此，20℃時(shí)LSPM的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度比半剛性穩(wěn)定材料還要大，這足以說明大粒徑透水瀝青混合料具有較好的力學(xué)抗壓性能。

2.4 抗疲勞性能

LSPM由于其空隙率較大，瀝青用量較少，粗集料含量較多，因此抗疲勞性能較密級(jí)配瀝青混凝土要低，但與密級(jí)配瀝青碎石相當(dāng)。如果經(jīng)驗(yàn)算該層內(nèi)存在較大的拉應(yīng)力，就必須采取相應(yīng)的措施，改善其抗疲勞性能。通過室內(nèi)的四點(diǎn)小梁疲勞試驗(yàn)可以模擬混合料的疲勞過程，從而得到瀝青混合料的疲勞壽命。瀝青混合料疲勞性能通過疲勞方程為

通過對(duì)應(yīng)力水平和疲勞壽命進(jìn)行雙對(duì)數(shù)回歸，可得一直線，疲勞方程的兩個(gè)參數(shù)k，n即為直線的截距和斜率。n值越大，疲勞曲線越陡，疲勞壽命對(duì)應(yīng)力水平變化越敏感;而k值表示疲勞曲線線位的高低，k值越大，疲勞曲線線位越高，抗疲勞性能越好。疲勞壽命隨著瀝青用量的增加而顯著增加，從提高瀝青混合料抗疲勞性能的角度，應(yīng)在大型馬歇爾設(shè)計(jì)方法確定的瀝青用量的基礎(chǔ)上增加0．3% ～0．5%的瀝青作為最佳瀝青用量。

2.5 滲透性能

空隙率是影響瀝青混合料排水性能和疲勞性能的重要指標(biāo)，通過大量的試驗(yàn)和研究發(fā)現(xiàn)，過大空隙率并不能繼續(xù)提高大粒徑瀝青混凝土的排水性能，反而會(huì)降低其抗疲勞性能，而空隙率過小(一般小于12%)則會(huì)導(dǎo)致排水性能的大幅度下降。

3 大粒徑透水瀝青混合料生產(chǎn)施工注意事項(xiàng)

LSPM的粒徑大，減少了礦料的總表面積，因而可以在保證較厚瀝青膜的前提下，可以有效減少瀝青混合料的瀝青用量，從而降低工程造價(jià)。因此，大粒徑的瀝青混合料引入基層就成了大勢(shì)所趨。但是瀝青用量較小、易產(chǎn)生離析現(xiàn)象，所以施工工藝有別于一般的瀝青混合料。

首先瀝青和集料的加熱溫度以及瀝青混合料的出場(chǎng)溫度控制。瀝青加熱溫度根據(jù)瀝青性質(zhì)決定，必須保證礦料溫度比瀝青高10～15℃左右，瀝青混合料出場(chǎng)溫度一般取兩者中值。其次，LSPM的拌制過程與普通HMA的拌制過程基本相同，但由于LSPM的礦料粒徑較大、瀝青用量較小、不易拌和均勻，不足以使礦料獲得均勻一致的瀝青裹覆層，所以LSAM拌制時(shí)應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)拌和時(shí)間。第三，由于LSPM是一種完整的粗骨架結(jié)構(gòu)，空隙率較大，施工時(shí)既要保證粗骨料的骨架結(jié)構(gòu)又要防止由于過碾而導(dǎo)致骨架棱角的破壞。

4 結(jié)語

基于大粒徑透水性瀝青混合料的上述性能，LSPM在舊瀝青路面、舊水泥路面加鋪改造和新建工程中已得到廣泛的應(yīng)用，深入系統(tǒng)地開展大粒徑透水瀝青混合料的性能研究，對(duì)減輕瀝青路面的車轍、剪切等病害，提高路面使用性能，延長(zhǎng)瀝青路面的使用壽命，節(jié)約工程費(fèi)用，具有重要的現(xiàn)實(shí)和經(jīng)濟(jì)意義。

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［1］劉中林，田文，史建方.高等級(jí)公路瀝青混凝土路面新技術(shù)［M］.北京:人民交通出版社，2002.

［2］江蘇省交通科學(xué)研究院.大粒徑瀝青混和料研究報(bào)告［R］.2004.

［3］王富玉.大粒徑透水瀝青混合料的路用性能研究［J］.公路，2003，(2):67-68.

中圖分類號(hào):U416.217

C

1008-3383(2011)06-0098-01

收稿日期:2011-05-28