不同設(shè)計(jì)方法瀝青混合料性能比較分析

程 慶(江蘇省無錫交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校)

不同設(shè)計(jì)方法瀝青混合料性能比較分析

程 慶
(江蘇省無錫交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校)

本研究分別采用Marshall、Superpave、GTM三種混合料設(shè)計(jì)方法成型試件進(jìn)行混合料性能驗(yàn)證，考察三種方法得到的瀝青混合料高溫性能、水損害、低溫性能、滲水的差異。

Marshall；Superpave；GTM

1.三種設(shè)計(jì)方法簡介

1.1 Marshall設(shè)計(jì)方法

馬歇爾方法最初發(fā)明是借用土工試驗(yàn)中通過擊實(shí)方法尋找最大密度、確定最佳含水量的思想來確定瀝青混合料的合理瀝青用量的，基本上屬于一種體積設(shè)計(jì)方法。該方法對混合料的密度、空隙率、礦料間隙率等指標(biāo)有明確的要求。它的優(yōu)點(diǎn)是注意到瀝青混合料的密實(shí)度和孔隙特性，通過分析以獲得瀝青混合料合適的孔隙率和飽和度，并求得最佳瀝青用量。國內(nèi)外的研究成果均表明，這些指標(biāo)與實(shí)際路用性能指標(biāo)有較大差距。

1.2 Superpave設(shè)計(jì)方法

Superpave是Superior Performing Asphalt Pavements的縮寫詞。Superpave體系提出了一套全新的建立在使用性能基礎(chǔ)上的與交通量和氣候有關(guān)的材料選擇與混合料設(shè)計(jì)方法。通過控制車轍、低溫開裂和疲勞開裂來改善性能。Superpave全套技術(shù)是由一個(gè)龐大的體系構(gòu)成，包含以下5個(gè)方面：1.瀝青膠結(jié)料與集料規(guī)范；2.混合料體積設(shè)計(jì)；3.混合料施工；4.混合料性能預(yù)測；5.相關(guān)的軟件、試驗(yàn)方法及設(shè)備等。至今，瀝青膠結(jié)料規(guī)范和混合料設(shè)計(jì)體系工作較為完善，混合料分析方法、性能預(yù)測和計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)仍在改進(jìn)之中。

1.3 GTM設(shè)計(jì)方法

GTM把混合料成型壓實(shí)試驗(yàn)機(jī)，力學(xué)剪切試驗(yàn)機(jī)和車輛模擬機(jī)合并成為一臺試驗(yàn)機(jī)，該試驗(yàn)機(jī)采用類似于施工中壓路機(jī)壓路的搓揉方法壓實(shí)瀝青混合料，恰當(dāng)?shù)啬M了現(xiàn)場壓路機(jī)的作用，并且最大限度地模擬了汽車在公路上行駛時(shí)輪胎與路面的相互作用，通過旋轉(zhuǎn)壓實(shí)，使試模中瀝青混合料密度達(dá)到汽車輪胎實(shí)際作用于路面時(shí)所產(chǎn)生的密實(shí)度。一旦試件成型完畢，根本不用進(jìn)行另外的強(qiáng)度試驗(yàn)即可得到混合料的設(shè)計(jì)密度和瀝青用量，GTM可較真實(shí)地模擬實(shí)踐路面材料的受力狀況以及預(yù)測材料到服務(wù)期限末的應(yīng)力應(yīng)變力學(xué)性質(zhì)，從而避免了路面材料的早期破壞。

2.不同設(shè)計(jì)方法瀝青混合料性能比較分析

對于Marshall成型試件參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)》（JTG E20-2011）進(jìn)行凍融劈裂、車轍、低溫彎曲、滲水試驗(yàn)。對于Superpave成型的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試件參照《高性能瀝青路面（Superpave）基礎(chǔ)參考手冊》（ISBN 7-114-05568-4，2005年第1版），《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011）進(jìn)行T283、車轍、低溫彎曲、滲水試驗(yàn)。對于GTM成型的旋轉(zhuǎn)試件切割成直徑101.5mm，高度63.5mm馬氏標(biāo)準(zhǔn)件，做凍融劈裂、車轍、低溫彎曲、滲水試驗(yàn)。

2.1 水穩(wěn)定性檢驗(yàn)比較

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，使用一年以上的高速公路，不管是采用半剛性路面、剛性組合式路面還是剛性路面，都產(chǎn)生一定的水破壞。水破壞來得快，性質(zhì)較嚴(yán)重，是路基路面的“大敵”。為檢驗(yàn)瀝青混合料的抗水損害能力，按照設(shè)計(jì)要求分別進(jìn)行了AASHTO T283試驗(yàn)或凍融劈裂試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表4.1。

表2.1 AASHTO T283和凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

2.2 高溫穩(wěn)定性檢驗(yàn)比較

隨著中國高速公路不斷發(fā)展，交通量不斷增長，車轍是渠化交通的高等級公路瀝青路面特有的主要早期破壞形式之一。車轍造成了行車道路面變形，影響了平整度、排水能力，極大降低了路面的服務(wù)水平甚至威脅到行車安全。瀝青路面車轍形成的內(nèi)因是瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、抗塑性變形能力差，在車輛荷載作用下產(chǎn)生橫向剪切變形流動(dòng)。依據(jù)配合比設(shè)計(jì)要求，在60±1℃，0.7±0.05MPa條件下進(jìn)行車轍試驗(yàn)以檢驗(yàn)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，試驗(yàn)結(jié)果見表4.2。

表2.2 車轍試驗(yàn)結(jié)果匯總表

表2.3 小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果

2.3 低溫抗裂性檢驗(yàn)比較

瀝青混合料隨著溫度的降低，變形能力下降。當(dāng)降溫速度較慢時(shí)，所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力會(huì)隨著時(shí)間的增加逐漸松弛減小，不會(huì)對瀝青路面產(chǎn)生較大的危害。但當(dāng)氣溫驟降時(shí)，所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力來不及松弛，當(dāng)溫度應(yīng)力超過瀝青混合料的容許應(yīng)力值時(shí)，瀝青混合料就會(huì)被拉裂，在薄弱部位產(chǎn)生裂縫。因此，要求瀝青混合料具有一定的低溫抗裂性能，即要求瀝青混合料具有較高的低溫強(qiáng)度或較大的低溫變形性能。依據(jù)配合比設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行了低溫抗裂性能的驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果見表4.3。

表2.4 滲水試驗(yàn)結(jié)果

2.4 滲水檢驗(yàn)比較

當(dāng)瀝青路面防滲能力較差時(shí)，不僅影響路面本身的穩(wěn)定性，而且還會(huì)影響到基層的穩(wěn)定性。因此，瀝青路面必須具有較好的抗?jié)B能力。依據(jù)配合比設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行了滲水性能驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果分別見表4.4。

3 結(jié)論

分析上述試驗(yàn)結(jié)果，比較凍融劈裂強(qiáng)度比（TSR）可知，Superpave 法成型的瀝青混合料抗水損害能力最強(qiáng)，GTM法次之，Marshall法最差。比較動(dòng)穩(wěn)定度大小可知，GTM法成型的瀝青混合料高溫穩(wěn)定性能最好，Superpave法次之，Marshall法最差；比較抗彎拉強(qiáng)度和勁度模量可知，Superpave法比Marshall法低溫抗裂性能好；同其他兩種設(shè)計(jì)方法相比，GTM設(shè)計(jì)的瀝青混合料在低溫時(shí)具有較高的抗彎拉強(qiáng)度和抗彎拉模量，但混合料的低溫彎曲應(yīng)變有所降低。比較路面滲水系數(shù)可知，GTM法成型的瀝青混合料防滲性能最好，Superpave法次之，Marshall法最差。

[1]《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)》（JTG E20-2011）；

[2]《高性能瀝青路面（Superpave）基礎(chǔ)參考手冊》（ISBN 7-114-05568-4，2005年第1版）；

[3]《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011）；

[4]周杰.王曦林.鄭存艷.暴興才.瀝青混合料Superpave與馬歇爾設(shè)計(jì)方法的比較.[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào).第29卷第9期.2007年9月；

[5]王偉，孟慶營，陳仲良，張紅兵.基于GTM設(shè)計(jì)方法的AC-13C型瀝青混合料應(yīng)用研究.2011年5期。

TU7

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1007-6344（2016）04-0067-01