大粒徑瀝青混合料不同設計方法分析

楊保平

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

大粒徑瀝青混合料（Large-Stone Asphalt Mixes）一般是指礦料的最大粒徑在25～63 mm之間的熱拌熱鋪瀝青混合料[1]。國內外的研究表明：與傳統瀝青路面使用的混合料相比，大粒徑瀝青混合料形成了較多的石—石接觸結構，具有更大的摩擦力和嵌擠力，具有良好的抗永久變形性能和耐久性[2]。本文分別以大馬歇爾方法和旋轉壓實法對大粒徑瀝青混合料作室內試驗，比較其路用性能。

1 混合料設計

試驗采用粗、中、細3個級配的大粒徑瀝青混合料，見表1。

表1 試驗用瀝青碎石級配 %

1.1 大馬歇爾方法設計

采用大馬歇爾試驗方法，雙面擊實各112次（相當于馬歇爾標準擊實75次），分別按3.0%、3.5%、4.0%、4.5%的油石比成型試件，試驗結果見表2。

表2 不同級配大馬歇爾試驗結果 %

從大馬歇爾試驗結果來看，當采用5.5%的設計空隙率時，3種級配對應的油石比分別為3.6%、3.7%、4.0%，不同油石比下的飽和度在45%～70%之間，隨用油量的增大而逐漸增大，礦料間隙率VMA均大于13%。

1.2 旋轉壓實體積設計法（SGC）

用旋轉壓實機（SGC）按3.0%、3.5%、4.0%、4.5%油石比成型，按重交通量標準，選取設計壓實次數采用100次，試驗結果見表3。

從旋轉壓實試驗結果來看，當采用5.5%空隙率時，3種級配所對應的油石比分別為3.3%、3.6%、4.0%。

從試驗結果來看：

a)當采用大馬歇爾試驗按5.5%空隙率確定最佳油石比，則對應3種級配的旋轉壓實試件空隙率分別為：5.5%、5.0%、4.5%，顯然在相同的空隙率下，旋轉壓實方法設計的瀝青用量普遍比大馬歇爾方法的設計瀝青用量要小一些。

表3 試驗各級配旋轉壓實試驗結果 %

b)混合料級配越細，相同油石比下旋轉壓實試件所得空隙率愈小；級配越粗，這種空隙率的差異越小。這表明當混合料的骨架性能愈好，成型方法對體積指標的影響愈小，當采用較粗的級配時，大馬歇爾成型方法可以近似代替旋轉壓實成型方法。

2 力學性能試驗

分別采用抗壓強度、抗壓回彈模量和劈裂強度對3種級配的力學性能進行試驗。抗壓強度與回彈模量試驗采用現行瀝青混合料規范的單軸壓縮試驗方法。

現行規范單軸壓縮試驗采用靜壓法成型，試件尺寸采用φ100×100 mm。考慮到LSAM粒徑較大，級配較粗，對試驗結果的變異性影響較大。因此本次試驗采用旋轉壓實成型，空隙率采用設計空隙率，同時試件尺寸采用φ150×100 mm扁平試件。

表4 無側限抗壓強度試驗結果（30℃）

表5 抗壓回彈模量試驗結果

力學試驗結果表明：

a)SGC設計的級配1、2、3中抗壓強度略小，抗壓回彈模量則略大。

b)根據抗壓強度、抗壓回彈模量試驗可以看出，級配2、3的力學性能比級配1好。

3 高溫性能試驗

分別采用車轍試驗對各級配的高溫性能進行評價，瀝青混合料車轍試驗采用尺寸為300 mm×300 mm×100 mm試件，在規定的60℃溫度進行，輪壓為0.7 MPa。車轍試驗的試驗結果分別見表6。從表6可以看到，級配1、2、3的高溫性能都比較好；而兩種設計方法設計的混合料的高溫性能相差不大。

表6 不同級配車轍試驗結果

4 水穩定性試驗

參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011），分別用旋轉壓實儀和大馬歇爾擊實成型φ150 mm×（95±5）mm試件，控制空隙率7%±1%。將成型好的試件鉆芯并切割為φ100 mm×（63.5±2.5）mm尺寸試樣，一組在60℃水溫中恒溫半小時，用馬歇爾穩定度儀測定其穩定度S1；另一組在60℃水溫中恒溫48 h，測其飽水穩定度 S2，計算殘留穩定度 S0=（S2/S1）×100%，試驗結果見表7。

從表7可以看出，按照浸水馬歇爾試驗評價數據，各級配均能滿足要求。

表7 瀝青碎石浸水馬歇爾試驗結果

5 小結

根據上述旋轉壓實試驗（SGC）、大馬歇爾試驗和路用性能試驗，可以得出如下結論：

a)旋轉壓實試驗設計的大粒徑瀝青混合料瀝青含量相對偏低，這與100次的壓實功偏大有關。

b)旋轉壓實成型試樣的回彈模量高于大馬歇爾擊實，這表明旋轉壓實成型效果好于大馬歇爾擊實。

c)旋轉壓實成型試樣的車轍試驗、水穩定性試驗結果同大馬歇爾方法接近，成型方法對于高溫性能和水穩定性能影響不大；雖然旋轉壓實法設計的大粒徑瀝青混合料瀝青含量較低，但并未對高溫性能產生大的影響，這表明最佳瀝青用量是一個范圍而不是一個點。

綜上所述，大馬歇爾設計成型效果略遜于旋轉壓實法，但對于路用性能的影響可以忽略不計。