抗滑級配瀝青混合料體積參數(shù)及性能對比試驗

0 引言

近年來，隨著我國國民經(jīng)濟持續(xù)、健康地發(fā)展，交通事業(yè)特別是高速公路建設(shè)得到了飛速發(fā)展。然而，高速公路在給人們出行帶來方便的同時，由于其車速快，車流量大的特點，也提高了發(fā)生交通事故的可能。造成交通事故的原因是多方面的，一般認(rèn)為主要原因有行駛者安全意識差和路面狀況運行條件不佳兩方面。行駛者的安全意識可以通過強化教育加以提高，而改善路面運行條件最直接最有效的方法之一就是鋪筑抗滑表層。據(jù)調(diào)查顯示，高速公路上，構(gòu)造深度和摩擦系數(shù)大(即抗滑性能好)的路段的事故率要低于構(gòu)造深度和摩擦系數(shù)小的路段［1］。本文通過室內(nèi)試驗，研究了兩種不同類型的瀝青路面抗滑級配:AC-13K(又稱改進型AK-13A)，Superpave-13。所進行的室內(nèi)試驗包括馬歇爾試驗、抗水損害試驗、車轍試驗。

1 瀝青混合料的設(shè)計

1．1 AC-13K瀝青混合料的設(shè)計

1)AC-13K級配的選擇。根據(jù)篩分結(jié)果，對AC-13K配制三種級配方案，分別代表兩種級配范圍內(nèi)的粗、中、細(xì)三種狀況，其級配設(shè)計計算結(jié)果如圖1所示。

圖1 AC-13K級配曲線圖

對上述配制的級配，按下式計算混合料的初始瀝青用量Pbi:Pbi=1．18+。其中，Pbi為初始瀝青含量，按混合料質(zhì)量計，%;VMA為壓實混合料集料間歇率，對于AC-13K與AK-13A取14．5%;VV為壓實混合料空隙率，可取設(shè)計空隙率4%;Gsb為混合料毛體積相對密度。計算可得:Pbi=5．1%。采用該瀝青用量對每種級配至少制備3個合格的馬歇爾試件，混合料的拌和溫度為175℃，成型溫度為155℃～160℃，且試件制備前應(yīng)放入烘烤箱在壓實溫度保持2 h進行短期老化。同時按真空法實測最大理論相對密度Gmm，采用表干法測定試件的毛體積相對密度Gmb。通過對各種級配的混合料進行馬歇爾試驗并對其體積參數(shù)計算，結(jié)果見表1。按照最佳級配確定原則，即VMA，VFA，粉膠比，馬歇爾穩(wěn)定度與流值均符合設(shè)計要求，空隙率又接近4%設(shè)計值的一種級配，被確定為最佳級配或設(shè)計集料級配。因此可知，對于AC-13K，選取級配2為最佳級配。

2)AC-13K最佳瀝青用量的確定。根據(jù)已確定的設(shè)計集料級配，即 AC-13K 為級配 2，分別采用 4．6%，5．1%，5．6%，6．0% 的瀝青用量，按照上述制件方法制備馬歇爾試件，并實測最大理論相對密度。確定不同瀝青含量壓實混合料的體積參數(shù):VV，VMA，VFA，粉膠比 DP以及馬歇爾穩(wěn)定度與流值，見表2。繪制VV，VMA，VFA，DP，馬歇爾穩(wěn)定度與流值分別與瀝青含量的關(guān)系曲線，在VV與Pb的關(guān)系曲線上，與設(shè)計空隙率4%對應(yīng)的瀝青含量，即為最佳瀝青含量，對于AC-13K為5．2%。并在此瀝青含量從其余關(guān)系曲線上找出相應(yīng)的VMA，VFA，粉膠比，馬歇爾穩(wěn)定度與流值［2］。并將這些數(shù)值與設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進行對照，可知所有特性值均符合設(shè)計要求，則此瀝青含量即為最佳瀝青含量。

表1 AC-13K最佳級配選擇表

表2 AC-13K馬歇爾試驗匯總表

3)AC-13K馬歇爾試驗。采用上述確定的級配與瀝青用量，各制備1組馬歇爾試件，測定其體積參數(shù)、穩(wěn)定度與流值，并進行了析漏試驗，試驗采用的溫度為175℃，由試驗結(jié)果可知:所有特性值完全符合設(shè)計要求，因此所選定的級配與瀝青用量滿足預(yù)期的要求。

1．2 Superpave-13瀝青混合料設(shè)計

1)Superpave-13級配的選擇。按照AC-13K的設(shè)計程序，同樣配制符合Superpave-13級配范圍內(nèi)的粗、中、細(xì)三種級配。同樣按式(1)計算初始瀝青用量Pbi=5．2%，按設(shè)計旋轉(zhuǎn)壓實次數(shù)Ndes=100次成型試件，按上述方法測試計算試件的體積參數(shù)見表3，從表3中可以看出，只有級配2的VMA滿足技術(shù)要求，因此選擇級配2為設(shè)計級配。

表3 Superpave-13最佳級配選擇表

2)Superpave-13最佳瀝青用量的確定。分別采用4．2%，4．7%，5．2%，5．7%，6．2%的瀝青用量制備試件，確定不同瀝青含量壓實混合料的體積參數(shù)，VV，VMA，VFA，粉膠比DP見表4。繪制 VV，VMA，VFA，DP，Gmb，%Gmm@Nini分別與瀝青含量的關(guān)系曲線，在VV與Pb的關(guān)系曲線上，與設(shè)計空隙率4%對應(yīng)的瀝青含量為5．1%，即為最佳瀝青含量。并在此瀝青含量從其余關(guān)系曲線上找出相應(yīng)的VMA，VFA，粉膠比，并將這些數(shù)值與設(shè)計值進行對照，可知所有特征值均符合設(shè)計要求，則此瀝青含量即為最佳瀝青含量。

表4 Superpave-13體積參數(shù)試驗匯總表

3)Superpave-13混合料的馬歇爾特性。按設(shè)計集料級配與5．1%瀝青含量制備馬歇爾試件(雙面75擊次)，制備試件壓實溫度均按160℃±5℃控制。其馬歇爾特性見表5。從試驗結(jié)果可以看出，當(dāng)瀝青含量為5．1%時，馬歇爾試件的空隙率約為4．1%，該體積參數(shù)與旋轉(zhuǎn)壓實次數(shù)100次試件體積參數(shù)相當(dāng)。

表5 Superpave-13混合料的馬歇爾特性

2 瀝青混合料路用性能試驗

瀝青路面抗滑表層主要解決高溫抗車轍和抗水損害等性能，在混合料的性能試驗方面也就主要圍繞這兩方面進行。

1)抗水損害試驗。對于設(shè)計的AC-13K瀝青混合料采用兩種方法分別檢驗抗水損害性能，一為按JTJ 052-2000試驗規(guī)程的浸水馬歇爾試驗，而對于Superpave-13則采用了T-283的試驗方法進行檢驗。兩種方法的試驗結(jié)果如表6，表7所示。

表6 浸水馬歇爾試驗結(jié)果

表7 AASHTO-283試驗結(jié)果

2)車轍試驗。車轍試驗按照J(rèn)TJ 052-2000試驗規(guī)程進行，試驗采用的條件為試驗溫度60℃，輪壓為0．7 MPa。兩種級配的瀝青混合料的動穩(wěn)定度試驗結(jié)果如表8所示。

表8 車轍試驗結(jié)果

3 結(jié)語

選定的兩種抗滑類型瀝青混合料:AC-13K(又稱改進型AK-13A)，Superpave-13。從其主要性能技術(shù)指標(biāo)可以看出:1)馬歇爾力學(xué)性能方面，兩種混合料均滿足要求。2)動穩(wěn)定度均滿足要求，對比試驗結(jié)果可以看出在高溫抗車轍性能方面，兩種混合料的優(yōu)劣次序為:AC-13K＞Superpave-13。3)通過以上室內(nèi)試驗可以看出，AC-13K較Superpave-13在高溫抗車轍與抗水損害能力等性能上均得到了不同程度的改善與提高，AC-13K(或稱改進型AK-13)使用性能明顯優(yōu)越于Superpave-13型混合料。

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

［2］趙戰(zhàn)利．瀝青路面抗滑表層研究［D］．西安:長安大學(xué)碩士學(xué)位論文，2010．