礦料級配類型對瀝青混合料路用性能影響的試驗研究

范大宇 申蘭麗

（山東黃河工程集團有限公司 山東 濟南 250013）

瀝青路面具有優(yōu)異的使用性能和良好的行車舒適性，并且建設(shè)周期短，養(yǎng)護和維修方便，在我國高等級公路中普遍采用【1】。近幾年來隨著國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，交通量迅速增長，超載，重載，渠化交通等問題嚴(yán)重降低了路面的使用性能和使用壽命。對于瀝青混合料路用性能影響因素很多，其中礦料級配對瀝青混合料的路用性能有著重要影響，尤其是對于瀝青瑪蹄脂混合料，其形成的骨架嵌擠結(jié)構(gòu)對路面的使用性能起著舉足輕重的作用。本文以SMA-13瀝青混合料為基礎(chǔ)，采用5組不同的級配，對瀝青混合料的抗滑性能，高溫穩(wěn)定性能，低溫抗裂性能，抗疲勞性能進行了詳細(xì)的研究，分析了級配類型對瀝青混合料路用性能的影響規(guī)律，以期為瀝青混合料級配優(yōu)化設(shè)計提供參考。

1 試驗材料

1.1 瀝青

瀝青結(jié)合料要求具有良好的延度，較高的粘度，與集料有良好的粘附性，考慮到現(xiàn)有公路路面的實際應(yīng)用情況，設(shè)計選用SBS改性瀝青，其技術(shù)指標(biāo)見表1。

1.2 礦料

用于SMA的粗集料為玄武巖，質(zhì)地堅硬，表面粗糙，形狀接近立方體，試驗結(jié)果見表2。礦粉為石灰?guī)r磨細(xì)的粉末，細(xì)集料采用機制砂，各項指標(biāo)均滿足要求。

1.3 纖維

研究中纖維采用松散木質(zhì)素，其單位質(zhì)量的纖維根數(shù)多，分散性好，具備較強的瀝青吸附能力，其技術(shù)指標(biāo)如表3所示。

2 礦料級配

研究以SMA-13瀝青混合料級配范圍為基礎(chǔ)，選取規(guī)范【2】中規(guī)定的級配下限作為粗級配A1，選取級配上限作為細(xì)級配A5選取級配中值作為中級配A3，選取級配下限與中值級配的平均值作為偏粗級配A2選取的級配上限與中值級配平均值作為偏細(xì)級配A4，各組集配篩孔通過率見表4，各組級配曲線見圖1

表1 改性瀝青技術(shù)指標(biāo)

表2 粗集料技術(shù)指標(biāo)

表3 纖維技術(shù)指標(biāo)

表4 瀝青瑪蹄脂碎石SMA-13礦料級配范圍

圖1 不同礦料類型的級配曲線

圖2 摩擦系數(shù)隨級配類型的變化圖

圖3 構(gòu)造深度隨級配類型的變化圖

3 試驗結(jié)果及分析

3.1 混合料的抗滑性能試驗

路面的抗滑性能是指車輛受到制動時沿表面滑移所產(chǎn)生的力，是保證公路行車安全和確定允許行車速度的一項重要指標(biāo)。表征瀝青混凝土抗滑性能的指標(biāo)主要有摩擦系數(shù)和構(gòu)造深度。通過對5種不同級配類型對應(yīng)混合料的抗滑性能試驗，確定不同級配類型對混合料抗滑性能的影響規(guī)律，試驗結(jié)果如圖2、圖3所示

從圖2和圖3可以看出：從粗級配A1到細(xì)級配A5，混合料的摩擦系數(shù)和構(gòu)造深度依次減少，即混合料的級配類型在粗級配時對應(yīng)的抗滑性能最好，在細(xì)級配時對應(yīng)的抗滑性能最差。其主要原因是粗級配時，混合料中粗集料含量較多，相應(yīng)的空隙率較大，表面粗糙程度明顯，其對應(yīng)的構(gòu)造深度和摩擦系數(shù)大，抗滑性能好；細(xì)級配中粗集料含量較少，細(xì)集料含量較多，混合料相應(yīng)的空隙率較小，因此摩擦系數(shù)和構(gòu)造深度較少，抗滑性能差。

3.2 混合料的高溫穩(wěn)定性試驗

瀝青路面的高溫穩(wěn)定性是指夏季高溫時，路面在交通荷載作用下，抵抗車轍、擁包和推移變形的能力。動穩(wěn)定度是評價瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的一個重要指標(biāo)，它是通過成型車轍板，在60℃溫度條件下，以輪壓為0.7MPa實心橡膠輪胎在上行走，測量車轍板在變形穩(wěn)定期內(nèi)，每增加1mm變形所要行走的次數(shù)。通過進行5種不同級配類型對應(yīng)混合料的車轍試驗，確定不同礦料級配對混合料高溫穩(wěn)定性的影響規(guī)律，試驗結(jié)果如圖4所示。

從圖4可以看出：從粗級配A1到細(xì)級配A5，混合料的動穩(wěn)定度呈先增加后減少的變化趨勢，混合料的級配類型在中級配時對應(yīng)的動穩(wěn)定度最大，即高溫穩(wěn)定性最好。分析認(rèn)為粗級配中粗集料含量較多，細(xì)集料含量較少，導(dǎo)致集料的比表面積小，集料與膠泥產(chǎn)生的粘聚力減少，所以高溫穩(wěn)定性較差；細(xì)級配中細(xì)集料含量較多，粗集料含量較少，難以形成骨架，同時過小的空隙率難以滿足瀝青體積變化，使混合料失穩(wěn)，進而導(dǎo)致其高溫穩(wěn)定性下降；中級配中，粗集料足以形成骨架，而細(xì)集料又較好的填充骨架空隙，瀝青混合料單位面積膠泥接觸面大，其粘聚力相對較大，所以瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性好。

骨架在瀝青混合料的強度構(gòu)成中起重要作用，但是提高瀝青路面的高溫穩(wěn)定性，不能片面增加混合料中粗集料的用量，而忽略了混合料的密實程度與瑪蹄脂的勁度模量對穩(wěn)定性的影響。

圖4 動穩(wěn)定度隨級配類型的變化圖

圖5 彎拉應(yīng)變隨級配類型的變化圖

圖6 疲勞壽命隨級配類型的變化圖

3.3 混合料的低溫抗裂性試驗

評價瀝青混合料低溫抗裂性能試驗方法有很多，美國SHRP提出的約束試件溫度應(yīng)力試驗以及J-積分試驗，我國“八五”攻關(guān)專題提出的低溫彎曲蠕變試驗，瀝青混合料低溫壓縮能實驗以及低溫彎曲試驗等【3】。其中低溫彎曲試驗確定的破壞應(yīng)變是我國現(xiàn)行規(guī)范中針對改性瀝青混合料低溫抗裂性能提出的低溫抗裂技術(shù)要求。研究采用低溫彎拉應(yīng)變評價混合料低溫抗裂性能，試驗結(jié)果如圖5所示。

從圖5可以看出：從級配A1到級配A5，混合料的彎拉應(yīng)變呈先增加后減少的變化趨勢，混合料的級配類型在中級配時對應(yīng)的彎拉應(yīng)變最大，即低溫抗裂性最好。分析認(rèn)為粗級配時混合料中細(xì)集料含量較少，空隙率較大，較小的變形就可導(dǎo)致瀝青混合料開裂，因此低溫抗裂性差；相反細(xì)級配時細(xì)集料多，空隙率很小，其低溫勁度大，變形能力差，抵抗開裂能力小，因此彎拉應(yīng)變較??；混合料取中級配時，空隙率適中，瀝青瑪蹄脂勁度適中，抵抗低溫變形能力強，因此低溫抗裂性最好。

3.4 混合料的抗疲勞性能試驗

為研究級配類型對混合料抗疲勞性能影響，研究采用間接疲勞試驗，利用電液同服疲勞試驗機，應(yīng)力加載控制，試驗溫度為0℃，荷載采用正弦波重復(fù)荷載，周期為0.秒，整個過程通過軟件控制，試驗結(jié)果如圖6所示。

從圖6可以看出：礦料級配類型由粗變細(xì)，混合料的疲勞壽命顯著增大。其主要原因是瀝青混合料的疲勞壽命與空隙率關(guān)系密切，隨著空隙率增大，疲勞壽命顯著降低瀝青混合料內(nèi)部存在很多微裂縫，而且空隙率越大，微裂縫數(shù)量越多，在荷載的反復(fù)作用下，微裂縫容易擴展破壞，因此混合料的疲勞壽命降低。對于細(xì)級配瀝青混合料，細(xì)集料增多，混合料的空隙率較小，整體抵抗彎拉應(yīng)力反復(fù)作用的能力較強，因此具有更好的抗疲勞性能。

4 結(jié)論

（1）礦料級配對混合料的路用性能有直接影響，在規(guī)范規(guī)定的級配范圍內(nèi)，礦料級配類型由粗變細(xì)，瀝青混合料的抗滑性能逐漸降低，抗疲勞性能逐漸提高?；旌狭系母邷胤€(wěn)定性以及低溫抗裂性呈先增加而后減少的變化趨勢。

（2）粗、中、細(xì)級配對應(yīng)瀝青混合料路用性能各有優(yōu)點，各指標(biāo)隨級配變化的規(guī)律不一樣，總體上，級配越靠近中值，其所表現(xiàn)的路用綜合性能越好。陜西水利

[1]孫立軍等.瀝青路面結(jié)構(gòu)行為理論[M].上海:同濟大學(xué)出版社,200.

[2]中華人民共和國交通部.JTG F40-2004公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[3]申愛琴等.瀝青混合料低溫抗裂性能評價及影響因素[J].長安大學(xué)報（自然科學(xué)版）