瀝青混合料壓實(shí)性能影響因素試驗(yàn)分析★

黃小冬 張秀成

(莆田學(xué)院土木工程學(xué)院，福建 莆田 351100)

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·建筑材料及應(yīng)用·

瀝青混合料壓實(shí)性能影響因素試驗(yàn)分析★

黃小冬 張秀成

(莆田學(xué)院土木工程學(xué)院，福建 莆田 351100)

通過瀝青混合料壓實(shí)實(shí)驗(yàn)，得到了相應(yīng)的毛體積密度和空隙率，分析了壓實(shí)功、油石比、級配等因素對瀝青混合料壓實(shí)性的影響規(guī)律，以便于確定有效的施工工藝和質(zhì)控措施，取得良好的施工效果。

瀝青混合料，壓實(shí)，空隙率，油石比

1 概述

我國高速公路建設(shè)從20世紀(jì)90年代開始進(jìn)入快速發(fā)展的時(shí)期，當(dāng)時(shí)路面材料大多是半剛性瀝青路面，然而在半剛性瀝青路面的使用過程中，人們遇到了此類路面出現(xiàn)了路面裂縫較多和路面結(jié)構(gòu)排水條件不良等諸多問題[1]。為緩解這些問題，急需要研究和發(fā)展如瀝青穩(wěn)定碎石作為基層的柔性瀝青路面。如何使柔性瀝青路面具有良好的路用性能，路面壓實(shí)是瀝青路面施工的最后一道工序，良好的路面質(zhì)量最終要通過壓實(shí)工序來完成。因此，對瀝青穩(wěn)定碎石基層的壓實(shí)性進(jìn)行研究，分析影響壓實(shí)性的各種因素，防止瀝青路面的病害具有重要意義。本試驗(yàn)是對影響瀝青混合料壓實(shí)效果的壓實(shí)功、油石比和級配等因素在不同條件下進(jìn)行試驗(yàn)，從中找出某些規(guī)律，以便施工時(shí)能利用這些規(guī)律對施工工藝和施工質(zhì)量進(jìn)行控制，得到良好的施工效果。

2 主要實(shí)驗(yàn)方法及內(nèi)容

2.1 原材料

1)瀝青。本試驗(yàn)瀝青采用重交通道路石油瀝青(AH-70)，根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》對瀝青各項(xiàng)常規(guī)指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)，各項(xiàng)常規(guī)指標(biāo)滿足要求。2)集料。本試驗(yàn)粗集料、細(xì)集料均采用石灰?guī)r，為同樣巖性的石屑。根據(jù)JTG E42—2005公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程對粗細(xì)集料各項(xiàng)常規(guī)指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)，各項(xiàng)常規(guī)指標(biāo)滿足要求。根據(jù)JTG E42—2005公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程，對于粗、細(xì)集料采用干篩法進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果如表1所示。

表1 集料篩分結(jié)果表

2.2 確定粗、細(xì)集料的級配

本試驗(yàn)采用密集配瀝青碎石基層，并根據(jù)其級配范圍的中值來確定粗、細(xì)集料的含量，其變化比例為80∶20，75∶25，70∶30；65∶35，60∶40，從而可以得到五種級配，如表2所示。

表2 粗、細(xì)集料變化比例的五種級配表

2.3 試驗(yàn)方法及內(nèi)容

1)試件制作。本試驗(yàn)試件制作方法根據(jù)JTJ 052—2000公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程的規(guī)定，采用壓實(shí)法制作的馬歇爾試件，試件雙面壓實(shí)112次。2)參數(shù)計(jì)算。本試驗(yàn)的試件最大理論密度采用計(jì)算最大理論密度，毛體積密度用表干法進(jìn)行試驗(yàn)，并計(jì)算試件的空隙率。3)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。a.不同壓實(shí)功對壓實(shí)性的影響的試驗(yàn)，在最佳油石比條件下制作馬歇爾試件，根據(jù)不同的壓實(shí)功(如，壓實(shí)次數(shù)分別為50次、75次、90次、100次、112次、122次)[2]，得出試件的毛體積密度和計(jì)算空隙率，進(jìn)行比較分析。b.不同級配對壓實(shí)性的影響的試驗(yàn)，采用1號～5號級配在相同油石比的條件下制作馬歇爾試件，得出試件在不同級配影響下的毛體積密度和空隙率，進(jìn)行比較分析。c.不同油石比對壓實(shí)性的影響的試驗(yàn)，采用1號～5號級配在不同油石比的條件下制作馬歇爾試件，得出試件在不同油石比影響下的毛體積密度和空隙率，進(jìn)行比較分析。

2.4 不同壓實(shí)功對壓實(shí)性影響的試驗(yàn)

本試驗(yàn)采用馬歇爾壓實(shí)法制作試件，根據(jù)不同的壓實(shí)功(如，壓實(shí)次數(shù)分別為50次、75次、90次、100次、112次、122次)，對不同壓實(shí)功條件下制作試件進(jìn)行試驗(yàn)，得出試件的毛體積密度，計(jì)算其空隙率。

以3號級配為例，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 不同壓實(shí)功的毛體積密度和空隙率表

從表3中可以看出，隨著壓實(shí)次數(shù)的增加毛體積密度隨之增大、空隙率反而減小，當(dāng)壓實(shí)次數(shù)達(dá)到112次時(shí)毛體積密度達(dá)到最大值，之后隨著壓實(shí)次數(shù)的再增加毛體積密度隨之減小、空隙率反而增大。因此，混合料在壓實(shí)次數(shù)不斷增加的條件下，集料顆粒的間隙不斷縮小，混合料的密實(shí)度就越來越大；當(dāng)壓實(shí)次數(shù)在112次時(shí)，混合料已經(jīng)處于最佳的密實(shí)狀態(tài)，如果壓實(shí)次數(shù)超過112次，就會(huì)破壞混合料的最佳密實(shí)狀態(tài)，導(dǎo)致部分集料顆粒被壓碎，混合料的級配發(fā)生了改變，集料顆粒之間的間隙又重新增加，毛體積密度也會(huì)減小。所以，只有在一定條件下，混合料的密實(shí)度隨著壓實(shí)功增大而增大，但是超過了這個(gè)條件壓實(shí)效果反而變差。

2.5 不同級配對壓實(shí)性影響的試驗(yàn)

瀝青混合料在施工過程中經(jīng)常會(huì)發(fā)生離析，特別是熱拌瀝青混合料的離析，主要原因就是施工過程中其級配發(fā)生了離析，如果級配發(fā)生了離析就會(huì)引起混合料的級配發(fā)生變化，這種情況下粗骨料較為集中的地方混合料的空隙率就會(huì)變大、瀝青含量相應(yīng)就變低[3]；反之，細(xì)骨料較為集中的地方瀝青混合料的空隙率較小、瀝青含量較高。

如果混合料發(fā)生了級配離析，從而影響了混合料的壓實(shí)效果。本試驗(yàn)采用1號～5號級配來模擬級配離析情況進(jìn)行試驗(yàn)，對每種級配選取2.8%，3.3%，3.8%三種油石比時(shí)制成馬歇爾試件，測定不同級配下試件的毛體積密度和空隙率，見表4。

表4 不同級配的毛體積密度和空隙率表

從表4中可以看出，毛體積密度隨著混合料中的粗集料含量的增加而減小，隨混合料中的細(xì)集料含量的增加而增大；而空隙率則反之。這證明了粗集料、細(xì)集料分別在級配中起骨架作用、填充作用[4]。

2.6 不同油石比對壓實(shí)性影響的試驗(yàn)

本試驗(yàn)按照以上1號～5號級配，每種級配選用2%～4%的油石比范圍來制成馬歇爾試件，同樣用表干法試驗(yàn)得出試件的毛體積密度，并計(jì)算出試件的空隙率。通過試驗(yàn)得到表5的數(shù)據(jù)。

表5 不同油石比的毛體積密度和空隙率表

由表5可以看出，1號～5號級配的毛體積密度隨著油石比增大，先增后減，這種現(xiàn)象與傳統(tǒng)的密級配瀝青混合料的特點(diǎn)相同。其原因?yàn)闉r青在混合料中既具有粘結(jié)劑的作用又具有潤滑劑的作用，潤滑劑的作用隨著瀝青量的增加而增大，在壓實(shí)作用下，集料顆粒由于瀝青的潤滑作用發(fā)生移動(dòng)，導(dǎo)致壓實(shí)密度不斷增大，當(dāng)瀝青用量達(dá)到最佳瀝青用量附近時(shí)，混合料壓實(shí)密度也達(dá)到最大。但是如果繼續(xù)增加瀝青用量，瀝青用量超過了最佳瀝青用量，在集料顆粒間出現(xiàn)了“自由瀝青”，使得礦料顆粒間的間隙不斷增大，結(jié)果出現(xiàn)混合料的壓實(shí)密度不斷降低，混合料的空隙率也隨之降低。

3 結(jié)語

本試驗(yàn)以大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為依托，對影響瀝青混合料壓實(shí)性的幾個(gè)主要因素進(jìn)行試驗(yàn)分析，從而總結(jié)出：在不同壓實(shí)功制作的試件，隨著壓實(shí)次數(shù)的增加毛體積密度隨之增大、空隙率反而減小，當(dāng)壓實(shí)次數(shù)達(dá)到112次時(shí)毛體積密度達(dá)到最大值，之后隨著壓實(shí)次數(shù)的再增加毛體積密度隨之減小、空隙率反而增大。所以 ，混合料的最佳壓實(shí)次數(shù)是112次，也就是說當(dāng)壓實(shí)次數(shù)在112次時(shí)，混合料處于最佳的密實(shí)狀態(tài)，如果壓實(shí)次數(shù)超過112次，就會(huì)破壞混合料的最佳密實(shí)狀態(tài)，導(dǎo)致部分集料顆粒被壓碎，混合料的級配發(fā)生了改變，集料顆粒之間的間隙又重新增加，毛體積密度也會(huì)減小。毛體積密度隨著混合料中的粗集料含量的增加而減小，隨混合料中的細(xì)集料含量的增加而增大；而空隙率則反之。瀝青在混合料中既具有粘結(jié)劑的作用又具有潤滑劑的作用，潤滑劑的作用隨著瀝青量的增加而增大，在壓實(shí)作用下，集料顆粒由于瀝青的潤滑作用發(fā)生移動(dòng)，導(dǎo)致壓實(shí)密度不斷增大，當(dāng)瀝青用量達(dá)到最佳瀝青用量附近時(shí)，混合料壓實(shí)密度也達(dá)到最大。

[1] 李福普,陳 景.新型瀝青路面結(jié)構(gòu)在我國的應(yīng)用研究[J].公路交通科技，2006,23(3)：10-14.

[2] 陸長兵,黃曉明.大型馬歇爾試驗(yàn)壓實(shí)次數(shù)[J].長安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2004，24(1)：21-24.

[3] 王子勤,黃 紅.熱拌瀝青混合料離析現(xiàn)象分析[J].青海交通科技,2005(5)：35-37.

[4] JTG F40—2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

The test analysis on the influence factors of asphalt mixture compaction performance★

Huang Xiaodong Zhang Xiucheng

(CivilEngineeringInstitute,PutianCollege,Putian351100,China)

Through the asphalt mixture compaction experiment, this paper obtained corresponding hair volume density and void ratio, analyzed the influence law of compaction power, oil-stone ratio, grading and other factors to asphalt mixture compaction performance, in order to determine effective construction technology and control measures, achieved good construction effect.

asphalt mixture, compaction, void ratio, oil stone ratio

1009-6825(2016)13-0112-02

2016-03-10★：2015年國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃立項(xiàng)項(xiàng)目(項(xiàng)目編號：201511498008)；福建省教育廳項(xiàng)目(項(xiàng)目編號：JK2014043)

黃小冬(1994- )，男，在讀本科生

TU535

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