抗轍瀝青混合料路用性能試驗(yàn)研究

毛景濱

(黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院，黑龍江 哈爾濱 150080)

抗轍瀝青混合料路用性能試驗(yàn)研究

毛景濱

(黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院，黑龍江 哈爾濱 150080)

通過瀝青混合料車轍試驗(yàn)、動載壓入試驗(yàn)、低溫彎曲試驗(yàn)和浸水馬歇爾試驗(yàn)等，確認(rèn)從粗集料、細(xì)集料、填充系數(shù)三要素出發(fā)，研究推薦的抗轍瀝青混合料具有較好的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和水穩(wěn)定性。相對AC-16I型瀝青混合料，所推薦的瀝青混合料具有較高的抵抗永久變形的能力，抗車轍性能良好。

瀝青混合料；抗車轍；低溫開裂；水穩(wěn)定性

1 抗轍瀝青混合料的級配組成

通過抗轍瀝青混合料集料級配的研究，從粗集料、細(xì)集料、填充系數(shù)三要素入手推薦了抗轍瀝青混合料的級配組成。為進(jìn)行抗轍瀝青混合料的路用性能試驗(yàn)分析，選擇AC-16Ⅰ型瀝青混合料級配范圍的一個(gè)走向作為對比，對應(yīng)的集料級配如表1所示。最佳油石比按馬歇爾試驗(yàn)確定，分別為4.5%和4.8%。

表1 抗轍瀝青混合料的集料級配

2 瀝青混合料高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)

具備良好高溫穩(wěn)定性的瀝青混合料，可以使瀝青路面長時(shí)間地承受車輪荷載的反復(fù)作用，不易發(fā)生明顯的永久變形，并保持路面的平整度。瀝青混合料是典型的“粘-彈-塑性”材料，在夏季高溫條件下，反復(fù)承受輪載作用時(shí)易發(fā)生明顯的變形，其中不能恢復(fù)的部分將形成永久變形，是導(dǎo)致瀝青路面出現(xiàn)車轍、波浪及壅包等病害的主要原因。在渠化交通量較大、重載交通較多和車速較低的上坡路段瀝青路面上，車轍是目前的常見病害之一。

瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的評價(jià)試驗(yàn)方法較多，本次試驗(yàn)采用車轍試驗(yàn)和動載壓入試驗(yàn)作對比分析。

3 瀝青混合料車轍試驗(yàn)

瀝青混合料的車轍試驗(yàn)依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011)進(jìn)行。試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果

由表2可知，AC-16I型瀝青混合料的動穩(wěn)定度值較高，但車轍變形d45、d60較大。一般而言，動穩(wěn)定度值高說明抗車轍性能好，但動穩(wěn)定度雖然反映了瀝青混合料抗車轍的性質(zhì)，卻并沒有包括從壓密、剪切到流動的永久變形全過程，因此會出現(xiàn)動穩(wěn)定度值與總變形的較大差異。需要參考總變形情況，才能夠比較全面地評估瀝青混合料的抗車轍能力。即僅以動穩(wěn)定度作為評價(jià)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性指標(biāo)尚有一定的局限性。

4 瀝青混合料的動載壓入試驗(yàn)

基于瀝青混合料動穩(wěn)定度指標(biāo)可能存在的不足，試驗(yàn)采用有側(cè)限、三向受力的動載壓入試驗(yàn)。將振動壓實(shí)成型的馬歇爾試件(φ150 mm×100 mm)常溫放置16～24 h后，再放入45 ℃恒溫箱中靜置6～8 h，供動載壓入試驗(yàn)之用。設(shè)定MTS試驗(yàn)機(jī)參數(shù)，用30 kN正弦力模擬輪載，對試件循環(huán)加載100次，測定試件的瞬時(shí)變形和永久變形，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 瀝青混合料動載壓入試驗(yàn)結(jié)果

由試驗(yàn)結(jié)果(表3)可以看出，推薦級配瀝青混合料的瞬時(shí)變形和永久變形均明顯小于AC-16I，說明推薦的瀝青混合料具有較好的抵抗永久變形的能力，即具有更好的抗車轍性能。

5 瀝青混合料的低溫彎曲試驗(yàn)

低溫抗裂性反映瀝青混合料抵抗低溫收縮的能力。當(dāng)環(huán)境溫度下降，瀝青混合料的勁度增大，變形能力降低，使得一部分溫度收縮應(yīng)力來不及松弛釋放而逐漸積累，當(dāng)瀝青混合料中的累積應(yīng)力超過路面混合料本身的抗拉強(qiáng)度時(shí)將發(fā)生開裂，導(dǎo)致瀝青路面低溫收縮裂縫，因此，路面瀝青混合料應(yīng)具備低溫條件下的較低勁度和較大的抗變形能力。

評價(jià)瀝青混合料低溫性能的試驗(yàn)方法，主要有拉伸試驗(yàn)、蠕變試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)和應(yīng)力松弛試驗(yàn)等。在此采用我國現(xiàn)行規(guī)范中規(guī)定的瀝青混合料彎曲試驗(yàn)來評價(jià)瀝青混合料的低溫抗裂性。

依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011)的規(guī)定，以輪碾成形后切制的長250±2 mm、寬30±2 mm、高35±2 mm的棱柱體小梁進(jìn)行瀝青混合料的低溫彎曲試驗(yàn)。試驗(yàn)溫度-10±0.5 ℃，試件跨徑200 mm，跨中加載，加載速率50 mm/min。

分別對兩種級配的瀝青混合料進(jìn)行低溫彎曲試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表4、表5。

表4 AC-16I瀝青混合料低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果

表5 推薦級配瀝青混合料低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果

在黑龍江省這樣的高緯度、低海拔寒冷地區(qū)，路面瀝青混合料不僅需要考慮其高溫抗變形能力，而且還需要兼顧其低溫抗裂性能。《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTGF40-2004)中規(guī)定寒冷地區(qū)普通瀝青混合料的低溫彎曲試驗(yàn)破壞應(yīng)變不得小于2 300。從上述試驗(yàn)結(jié)果來看，兩種瀝青混合料在低溫彎曲試驗(yàn)中，試件破壞時(shí)的最大彎拉應(yīng)變基本相當(dāng)，推薦級配瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變略大，并且滿足規(guī)范對應(yīng)變值的要求。

6 瀝青混合料的水穩(wěn)定性

瀝青路面的水損壞一般包括兩個(gè)過程，首先是水侵入瀝青使瀝青的粘附性減弱，其次是水侵入瀝青膜與集料之間，由于集料表面對水有更強(qiáng)的親和力，使瀝青與集料的粘結(jié)面減小，導(dǎo)致瀝青膜從集料的表面剝離。

瀝青混合料水穩(wěn)定性的評價(jià)試驗(yàn)方法一般有浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)。

6.1 浸水馬歇爾試驗(yàn)

浸水馬歇爾試驗(yàn)是評價(jià)瀝青混合料水穩(wěn)定性的常用方法之一，在浸水狀態(tài)下，瀝青與集料之間的粘附性下降，會影響瀝青混合料的整體力學(xué)強(qiáng)度，可以利用浸水前后馬歇爾穩(wěn)定度的比值，即殘留穩(wěn)定度值來評價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)定性。試驗(yàn)結(jié)果見表6、表7。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，兩種瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度均符合現(xiàn)行規(guī)范不小于80%的要求。其中AC-16I型瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度較高，主要在于浸水馬歇爾試驗(yàn)反映的是瀝青混合料的間接抗拉伸能力，由于AC-16I型瀝青混合料中的瀝青膠漿較多，可以保持集料間較高的粘結(jié)力，因此浸水前后的馬歇爾穩(wěn)定度值均較高。而推薦級配的瀝青混合料，因?yàn)r青膠漿含量相對較低，集料間的粘附性相對較弱，表現(xiàn)為浸水前后的馬歇爾穩(wěn)定度值較低，但殘留穩(wěn)定度符合規(guī)范不小于80%的要求。

表6 AC-16I瀝青混合料浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

表7 推薦級配瀝青混合料浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

6.2 凍融劈裂試驗(yàn)

凍融劈裂試驗(yàn)是常用的瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)方法之一。依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011)的規(guī)定，進(jìn)行凍融劈裂試驗(yàn)時(shí)，把瀝青混合料分為兩組，一組試件測試常規(guī)狀態(tài)下的劈裂強(qiáng)度，一組試件測試凍融循環(huán)后的劈裂強(qiáng)度。采用標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，試件直徑101.6±0.2 mm、高63.5±1.3 mm，標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)雙面各擊實(shí)50次成型，以5個(gè)試件為一組，具體試驗(yàn)過程按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》執(zhí)行。凍融劈裂試驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果見表8、表9。

從試驗(yàn)結(jié)果來看，兩種瀝青混合料凍融循環(huán)后的“劈裂強(qiáng)度比”均滿足規(guī)范不小于75%的要求?！皯腋?密實(shí)型”和“骨架-密實(shí)型”瀝青混合料的“劈裂強(qiáng)度比”總體相近。

表8 AC-16I瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

表9 推薦級配瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

凍融過程使瀝青混合料試件承受兩種應(yīng)力的作用：一種是循環(huán)收縮應(yīng)力；一種是空隙水在-4～0 ℃時(shí)結(jié)冰而產(chǎn)生的局部膨脹應(yīng)力。在凍融劈裂試驗(yàn)過程中，混合料(集料)表面沒有出現(xiàn)裂縫前，瀝青混合料的水穩(wěn)定性下降速度比較緩慢，而一旦出現(xiàn)裂縫，侵入的水就會迅速將瀝青膜從集料的表面剝離，從而在較短的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)致試件松散。從試驗(yàn)結(jié)果來看，AC-16I瀝青混合料的“劈裂強(qiáng)度比”稍高，但推薦級配瀝青混合料和AC-16I瀝青混合料的“劈裂強(qiáng)度比”試驗(yàn)值比較接近。規(guī)范規(guī)定濕潤區(qū)和潮濕區(qū)的“凍融劈裂殘留強(qiáng)度比”不小于75%，兩種瀝青混合料均符合規(guī)范要求。

7 結(jié) 論

從粗集料、細(xì)集料、填充系數(shù)級配三要素入手，研究推薦的抗轍瀝青混合料具有較好的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性，其水穩(wěn)定性也完全滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。相對目前常用的AC-16I型瀝青混合料，所推薦的瀝青混合料具有較好的抵抗永久變形的能力，即具有更好的抗車轍性能。

[1] 王昌衡，陳建民.瀝青混合料車轍試驗(yàn)研究[J].中外公路，2003，23(6).

[2] 賈娟，張肖寧.瀝青混合料車轍試驗(yàn)方法的比較分析[J].公路，2004，11(11).

[3] 朱光耀，高偉，等.高等級公路瀝青混凝土面層合理級配室內(nèi)試驗(yàn)分析[J].黑龍江交通科技，1994，(2).

Road performance of anti-rut asphalt mixtures

MAO Jing-bin

(Heilongjiang Highway Survey and Design Institute,Harbin,Heilongjiang 150080,China)

A promising asphalt mixture, proposed from three key factors: coarse aggregate gradation, fine aggregate gradation and fill factor, is presented here for its superior resistance towards permanent deformation, as well as anti-rut performance, over the commonly used type AC-16I mixture. Results are based on asphalt mixture rutting test, dynamic load indentation test, low temperature bend test and Marshall immersion test. The anti-rut asphalt mixture in this topic also showed considerable stability under high temperature, cracking resistance under low temperature and water stability.

asphalt mixture;anti-rut;low temperature cracking;water stability

2016-08-30

毛景濱(1963-)，男，高級工程師，從事公路工程勘察設(shè)計(jì)工作。

U416.217

C

1008-3383(2017)02-0008-03