瀝青混合料抗車轍性能改善關(guān)鍵技術(shù)研究

干旭棟 方 捷

(寧波慈溪市公路建設(shè)工程指揮部，浙江 寧波 315000)

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瀝青混合料抗車轍性能改善關(guān)鍵技術(shù)研究

干旭棟 方 捷

(寧波慈溪市公路建設(shè)工程指揮部，浙江 寧波 315000)

結(jié)合理論分析與室內(nèi)試驗(yàn)方法，對(duì)瀝青混合料抗車轍性能改善技術(shù)進(jìn)行了探究，分析了影響瀝青混合料抗車轍性能的關(guān)鍵因素，并借鑒Superpave設(shè)計(jì)方法，以孔隙率為控制指標(biāo)進(jìn)行抗車轍瀝青混合料設(shè)計(jì)，結(jié)果表明：當(dāng)采用性能良好的瀝青與集料、骨架嵌擠型級(jí)配及抗車轍劑，并嚴(yán)格控制孔隙率時(shí)，能夠有效改善瀝青混合料的抗車轍性能。

瀝青路面，混合料，抗車轍性能，配合比設(shè)計(jì)

隨著我國高等級(jí)瀝青混凝土路面的快速發(fā)展，高速公路網(wǎng)的不斷完善，各種瀝青路面病害不斷涌現(xiàn)，嚴(yán)重影響行車的舒適性與安全性。車轍是瀝青路面常見的病害形式之一，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了大量研究。賈其軍[1]對(duì)近年來國內(nèi)學(xué)者對(duì)瀝青混凝土路面抗車轍性能的研究進(jìn)行了梳理，并指出了今后研究的方向；朱洪洲等[2]從瀝青混合料角度出發(fā)，分析了瀝青路面抗車轍性能的影響因素，并以動(dòng)穩(wěn)定度與變形量為指標(biāo)對(duì)瀝青混合料抗車轍性能進(jìn)行了研究；蔡旭[3]在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，提出了基于混合料顆粒干涉思想(細(xì)集料干涉與瀝青膠漿干涉)與體積填充思想的抗車轍型瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)方法；陸兆峰等[4]對(duì)巖瀝青改善瀝青混合料抗車轍機(jī)理進(jìn)行了分析，并通過室內(nèi)試驗(yàn)研究巖瀝青改性瀝青混合料抗車轍性能；董軼等[5]利用有限元軟件分析了中面層瀝青混凝土性能對(duì)瀝青路面抗車轍性能的影響，指出在進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)組合及材料組成設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該充分考慮中面層瀝青混合料的抗車轍性能。

本文在前人基礎(chǔ)上，對(duì)瀝青混合料抗車轍性能的影響因素進(jìn)行分析，針對(duì)影響因素依次對(duì)瀝青混合料的材料組成及設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，最終應(yīng)用于實(shí)體工程的瀝青路面中面層，為以后的工程設(shè)計(jì)與研究提供參考依據(jù)。

1 瀝青混合料抗車轍性能影響因素分析

瀝青混合料抗車轍性能影響因素主要包括瀝青膠結(jié)料性能、瀝青用量、級(jí)配、孔隙率及外加劑等。首先，良好性能的瀝青膠結(jié)料與合理的瀝青用量能夠有效改善混合料的抗剪切能力，尤其是高溫條件下瀝青路面的高溫剪切變形；其次，級(jí)配是決定混合料骨架嵌擠結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵，是混合料強(qiáng)度的重要影響因素；再者，孔隙率是瀝青路面壓密型車轍的關(guān)鍵影響因素，孔隙率越大，變形越大，車轍越嚴(yán)重；最后，抗車轍等外加劑的添加能夠有效改善瀝青混合料抗車轍性能。因此，本文在此選用I-D型SBS改性瀝青；借鑒Superpave設(shè)計(jì)方法避開級(jí)配禁區(qū)進(jìn)行骨架嵌擠型級(jí)配設(shè)計(jì)；并添加適量的高粘顆粒改善瀝青混合料的抗車轍性能；通過室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)瀝青混合料路用性能進(jìn)行研究。

2 配合比設(shè)計(jì)

2.1 原材料

本文采用I-D型SBS改性瀝青作為膠結(jié)料，改善瀝青與集料間的粘結(jié)力，尤其是高溫條件下混合料的抗剪切性能，改性瀝青技術(shù)指標(biāo)見表1；集料選用凝灰?guī)r，其中粗集料針片狀含量較低，并具有良好的棱角性。

2.2 級(jí)配設(shè)計(jì)

表1 瀝青技術(shù)指標(biāo)

為保證瀝青混合料具有良好的骨架嵌擠結(jié)構(gòu)，借鑒Superpave級(jí)配設(shè)計(jì)方法，控制關(guān)鍵篩孔的通過率，避開級(jí)配禁區(qū)，并盡可能將級(jí)配曲線穿過禁區(qū)下方，以獲得足夠大的VMA。級(jí)配設(shè)計(jì)結(jié)果見表2，級(jí)配曲線如圖1所示。

表2 礦料級(jí)配計(jì)算表

2.3 最佳油石比的確定

根據(jù)上述分析可知，當(dāng)瀝青混合料孔隙率為4%左右時(shí)，具有最好的抗車轍性能；同時(shí)為了更好的模擬實(shí)際瀝青路面的碾壓成型工藝，本文采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型方法成型混合料試件，以4%為目標(biāo)孔隙率確定最佳油石比。成型溫度為165 ℃，旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)為100次。選擇4.3%，4.7%和5.1%三個(gè)初始油石比成型試件，進(jìn)行測(cè)試試件的體積指標(biāo)，并計(jì)算最大理論密度，結(jié)果見表3。

從表3可以看出，隨著油石比的增加瀝青混合料的孔隙率不斷減小，4%孔隙率所對(duì)應(yīng)的油石比為4.8%，同時(shí)瀝青飽和度與礦料孔隙率都能夠滿足規(guī)范要求。因此，后文選擇4.8%油石比進(jìn)行瀝青混合料性能驗(yàn)證及性能研究。

表3 旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

3 性能研究

根據(jù)JTG F40—2004公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范要求，采用馬歇爾試驗(yàn)方法成型標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件進(jìn)行性能驗(yàn)證，同時(shí)采用浸水馬歇爾試驗(yàn)及凍融劈裂試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)對(duì)瀝青混合料的水穩(wěn)定性與抗車轍性能進(jìn)行研究。

3.1 體積指標(biāo)性能驗(yàn)證

采用馬歇爾擊實(shí)儀，雙面各擊實(shí)75次，采用4.8%的油石比成型標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，測(cè)試試件的毛體積相對(duì)密度、理論相對(duì)密度、孔隙率、穩(wěn)定度、流值等，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 瀝青混合料馬氏擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

從表4的測(cè)試結(jié)果看出，由于馬歇爾擊實(shí)成型方法擊實(shí)功較小，因此馬歇爾試件的孔隙率比旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試件大，但仍能夠滿足規(guī)范要求。同時(shí)，由于混合料級(jí)配具有良好的骨架嵌擠結(jié)構(gòu)，因此穩(wěn)定度較高，流值較小。

3.2 水穩(wěn)定性檢驗(yàn)

水毀病害是瀝青路面常見的病害形式之一，雨水及路面水的下滲會(huì)降低面層混合料的粘結(jié)強(qiáng)度，同時(shí)損壞基層，最終導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及承載力的降低。因此，必須保證瀝青混合料具有良好的抗水毀性能。采用馬歇爾試件，通過浸水馬歇爾試件及凍融劈裂試驗(yàn)研究混合料的水穩(wěn)定性能，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 水穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果

從表5可以看出，由于采用SBS改性瀝青作為膠結(jié)料，集料與瀝青具有良好的粘結(jié)性能，同時(shí)混合料孔隙率在規(guī)范范圍，因此瀝青混合料具有良好的水穩(wěn)定性能。

3.3 混合料抗車轍性能研究

通過上述研究可知，瀝青混合料具有良好的物理力學(xué)性能。為了改善瀝青混合料的抗車轍性能本文采用抗車轍與高粘顆粒作為外加劑。特制定以下試驗(yàn)方案：Superpave-20+SBS改性瀝青、Superpave-20+SBS改性瀝青+抗車轍劑、Superpave-20+SBS改性瀝青+高粘顆粒。通過動(dòng)穩(wěn)定度與車轍深度指標(biāo)評(píng)價(jià)各種混

合料的抗車轍性能，進(jìn)行抗車轍瀝青混合料的優(yōu)化設(shè)計(jì)。其中車轍試驗(yàn)溫度為60 ℃，胎壓為0.7 MPa，碾壓速率為42次/mm，試驗(yàn)結(jié)果見表6。由表6可知，三種試件動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)的優(yōu)劣次序依次為：添加抗車轍劑試件>添加高粘顆粒試件>未添加試件，車轍深度則正好相反。這說明添加高粘顆粒與抗車轍劑能夠有效改善瀝青混合料的抗車轍性能，其中抗車轍的添加動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)提高了近2倍，高粘顆粒試件提升了近1倍。這主要是因?yàn)榭管囖H劑與高粘顆粒都能夠提高瀝青膠結(jié)料的粘度，改善混合料的抗剪切性能，且抗車轍在混合料中形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，起到加筋作用，因此效果更好。由于混合料級(jí)配具有良好的骨架嵌擠結(jié)構(gòu)，集料棱角性良好，同時(shí)采用SBS改性瀝青，因此未添加試件的穩(wěn)定度也高達(dá)5 419次/mm。

表6 車轍試驗(yàn)結(jié)果

綜上所述，采用具有良好粘結(jié)性能的瀝青膠結(jié)料，棱角性好、針片狀含量低的集料，骨架嵌擠型級(jí)配并控制4%的孔隙率，同時(shí)以抗車轍劑為外加劑，能夠有效改善瀝青混合料的抗車轍性能。

4 結(jié)語

本文結(jié)合理論與試驗(yàn)方法對(duì)瀝青混合料抗車轍性能改善技術(shù)進(jìn)行探究，得到以下結(jié)論：1)瀝青混合料抗車轍性能影響因素主要包括瀝青膠結(jié)料性能、瀝青用量、級(jí)配、孔隙率及外加劑等，其中4%孔隙率時(shí)具有較好的抗車轍及水穩(wěn)定性；2)借鑒Superpave配合比設(shè)計(jì)方法，避開級(jí)配禁區(qū)，以4%孔隙率為控制指標(biāo)，確定最佳油石比為4.8%；室內(nèi)試驗(yàn)表明混合料具有良好的物理力學(xué)性能及水穩(wěn)定性；3)采用具有良好粘結(jié)性能的瀝青膠結(jié)料，棱角性好、針片狀含量低的集料，骨架嵌擠型級(jí)配，控制4%的孔隙率，同時(shí)以抗車轍劑為外加劑，能夠有效改善瀝青混合料的抗車轍性能。

[1] 賈其軍.近年來國內(nèi)瀝青混凝土路面抗車轍性能研究進(jìn)展[J].公路,2014(7):328-334.

[2] 朱洪洲,黃曉明.瀝青混合料高溫穩(wěn)定性影響因素分析[J].公路交通科技,2004(4):1-3，8.

[3] 蔡 旭.瀝青路面抗車轍性能評(píng)價(jià)及結(jié)構(gòu)優(yōu)化[D].廣州：華南理工大學(xué),2013.

[4] 陸兆峰,何兆益,黃 剛,等.天然巖瀝青改性瀝青路面抗車轍性能分析[J].公路交通科技,2010(5):17-21，25.

[5] 董 軼,彭妙娟.中面層對(duì)瀝青混凝土路面抗車轍性能影響研究[J].中外公路,2010(4):108-111.

[6] 郝培文，吳 徽，張登良.不同瀝青用量與級(jí)配組成對(duì)瀝青混合料抗車轍性能的影響[J].西安公路交通大學(xué)學(xué)報(bào),1998(3):199-202.

The research on improvement technology of anti-rutting performance of asphalt mixture

Gan Xudong Fang Jie

(CixiNingboHighwayConstructionEngineeringHeadquarters,Ningbo315000,China)

The improvement method of anti-rutting performance of asphalt mixture was researched through the theoretical analysis and laboratory test methods in the paper. Analysis the key factors which affect anti-rutting performance of mixture, anti-rutting asphalt mixture was designed according to Superpave design method and putting porosity as design index. The result shows that the anti-rutting performance of mixture can be effectively improved when the asphalt and aggregate with well performance, skeleton embedded extrusion gradation, anti-rutting agent were used, and the porosity was strictly controlled.

asphalt pavement, mixture, anti-rutting performance, mix design

1009-6825(2016)13-0118-02

2016-02-28

干旭棟(1981- )，男，工程師； 方 捷(1983- )，男，工程師

U214.75

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