大粒徑瀝青穩(wěn)定碎石基層路用性能研究

陳大華??

摘 要：為研究大粒徑瀝青穩(wěn)定碎石的路用性能，依據(jù)實(shí)體工程的原材料，在測(cè)試其技術(shù)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了大粒徑瀝青穩(wěn)定碎石混合料的配合比設(shè)計(jì)，并測(cè)定了其高低溫性能指標(biāo)、水穩(wěn)定性指標(biāo)和疲勞性能指標(biāo)。結(jié)果表明：所設(shè)計(jì)的大粒徑瀝青穩(wěn)定碎石混合料的動(dòng)穩(wěn)定度、劈裂抗拉強(qiáng)度、浸水馬歇爾流值和穩(wěn)定度、凍融劈裂抗拉強(qiáng)度及疲勞壽命指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，研究成果為大粒徑瀝青穩(wěn)定碎石用于基層提供了技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：道路工程；大粒徑瀝青穩(wěn)定碎石；基層；路用性能

中圖分類號(hào)：U416.21 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Study on Road Performance of Large Stone Asphalt Treated Base

CHEN Da- hua

（Taian Highway Bureau， Taian 271000， Shandong， China ）

Abstract： In order to study the road performance of large size asphalt stabilized macadam， its mix design was conducted based on testing the technical indices of raw materials of a construction project. The high and low temperature performance， water stability and fatigue performance were measured. The results show that the dynamic stability， splitting tensile strength， immersion Marshall stability and flow value， freeze- thaw splitting tensile strength and fatigue life indicators of large size asphalt stabilized macadam all meet the standard requirements. And the research results provide a technical reference for the large size asphalt stabilized macadam used in base course.

Key words： road engineering； large size asphalt stabilized macadam； base； pavement performance

0 引 言

半剛性基層具有強(qiáng)度高、承載能力大、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，加上其結(jié)構(gòu)、材料設(shè)計(jì)及施工技術(shù)成熟，已被廣泛應(yīng)用于中國高等級(jí)公路瀝青路面。然而，有越來越多的應(yīng)用實(shí)例暴露出半剛性基層的劣勢(shì)，即該基層會(huì)引起反射裂縫，嚴(yán)重影響道路使用壽命和服務(wù)水平。鑒于此，研究者們提出了以大粒徑瀝青穩(wěn)定碎石作為柔性基層的設(shè)計(jì)理念，該類型基層可有效解決半剛性基層瀝青路面的反射裂縫問題，并延長高等級(jí)公路瀝青路面的服務(wù)年限，提高行車舒適性，降低使用壽命內(nèi)的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用[1- 4]。

本文結(jié)合實(shí)體工程的原材料性質(zhì)，通過室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)行大粒徑瀝青穩(wěn)定碎石配合比設(shè)計(jì)，并分析其混合料的高低溫性能、水穩(wěn)定性和疲勞性能，以便為相關(guān)實(shí)體工程提供借鑒。

1 原材料及配合比

1.1 瀝青

本文根據(jù)國內(nèi)高速公路對(duì)原材料的要求，并結(jié)合實(shí)體工程的材料來源，采用韓國SK AH- 70道路石油瀝青配制大粒徑瀝青穩(wěn)定碎石混合料，其技術(shù)要求見表1。在每一批瀝青進(jìn)場(chǎng)后，需進(jìn)行取樣測(cè)試，確保瀝青各項(xiàng)指標(biāo)的真實(shí)性，要求測(cè)試結(jié)果必須符合《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。

1.2 粗集料

粗集料采用石灰?guī)r集料，要求具有良好的棱角性、密度、堅(jiān)固性、與瀝青的粘附性等物理化學(xué)指標(biāo)，符合規(guī)范要求[5]。粗集料各項(xiàng)指標(biāo)的規(guī)范值和試驗(yàn)值見表2。

1.3 細(xì)集料

細(xì)集料可采用機(jī)制砂或天然砂，相關(guān)技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）的要求。本文采用的細(xì)集料技術(shù)指標(biāo)見表3。

1.4 大粒徑瀝青穩(wěn)定碎石配合比

大粒徑瀝青穩(wěn)定碎石混合料配合比設(shè)計(jì)步驟為：初選配合比、瀝青用量，成型馬歇爾試件；測(cè)試其馬歇爾穩(wěn)定度、流值及體積指標(biāo)，初步確定最佳瀝青用量；進(jìn)行高低溫性能和水穩(wěn)定性室內(nèi)測(cè)試[6]，檢測(cè)各指標(biāo)是否滿足規(guī)范要求，并最終確定其配合比（表4）。

2 性能測(cè)試及結(jié)果分析

2.1 高溫穩(wěn)定性

采用車轍試驗(yàn)對(duì)大粒徑瀝青穩(wěn)定碎石混合料的高溫性能進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)試，試件的標(biāo)準(zhǔn)尺寸為300 mm×300 mm×50 mm，但由于大粒徑瀝青穩(wěn)定碎石混合料的最大公稱粒徑（31.5 mm）較大，在車轍試驗(yàn)時(shí)應(yīng)將試件的厚度適當(dāng)增大[7]，本試驗(yàn)試件的厚度為100 mm。試驗(yàn)溫度為60 ℃，施加的輪壓為0.7 MPa，碾壓速度為42 次·min-1，以動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)表征大粒徑瀝青穩(wěn)定碎石混合料的抗車轍能力，試驗(yàn)所測(cè)的動(dòng)穩(wěn)定度為2 435次·mm-1。

現(xiàn)行瀝青路面施工規(guī)范中規(guī)定面層瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度不低于800 次·mm-1，用于基層的大粒徑瀝青穩(wěn)定碎石混合料的動(dòng)穩(wěn)定度遠(yuǎn)大于要求值，說明該柔性基層具有較好的高溫穩(wěn)定性。

2.2 低溫抗裂性

本文采用劈裂抗拉強(qiáng)度表征瀝青穩(wěn)定碎石混合料的低溫性能。通過測(cè)試不同溫度下混合料的劈拉強(qiáng)度，分析瀝青穩(wěn)定碎石混合料的抗拉性能隨溫度變化的規(guī)律。

根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）的要求進(jìn)行試驗(yàn)[8]，成型的圓柱形試件尺寸為152.4 mm×95.3 mm，試驗(yàn)溫度分別為-15 ℃、-5 ℃、0 ℃、5 ℃和15 ℃，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

由表5可以看出：隨著溫度的升高，瀝青穩(wěn)定碎石混合料的劈裂抗拉強(qiáng)度逐漸減小，溫度在0 ℃以下時(shí)，劈裂抗拉強(qiáng)度受溫度影響較小，0 ℃的劈裂抗拉強(qiáng)度僅比-15 ℃減小0.29 MPa，降低了8.5%；高溫時(shí)劈裂抗拉強(qiáng)度的變化較大，15 ℃的劈裂抗拉強(qiáng)度比0 ℃減小了1.31 MPa，降低41. 7%，下降幅度較大。這說明溫度對(duì)大粒徑穩(wěn)定碎石抗裂性能的影響較大。

2.3 水穩(wěn)定性

本文采用浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)評(píng)價(jià)大料徑瀝青穩(wěn)定碎石混合料的水穩(wěn)定性。浸水馬歇爾試驗(yàn)按照《公路工程瀝青和瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）的要求進(jìn)行，試件直徑為 152.4 mm，高度為 95.3 mm。成型2組試件，其中一組試件在60 ℃水浴中放置45 min，測(cè)定其穩(wěn)定度和流值，另一組試件在 60 ℃水浴中恒溫放置48 h，測(cè)定其穩(wěn)定度和流值，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

進(jìn)行凍融試驗(yàn)時(shí)，將成型的8個(gè)試件分成2組，將其中一組試件進(jìn)行真空飽水，在-18 ℃條件下放置16 h，取出后放入60 ℃水中浸泡24 h，然后將兩組試件浸入25 ℃水中2 h，測(cè)定其劈裂強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果見表7。

由表6、7可以看出，浸水后瀝青混合料的穩(wěn)定度有所降低，下降幅度為26.9%，經(jīng)凍融循環(huán)后的混合料劈裂抗拉強(qiáng)度下降幅度較大，為41.7%。本文瀝青穩(wěn)定碎石混合料的水穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求。

2.4 疲勞性能

瀝青穩(wěn)定碎石基層的疲勞性能試驗(yàn)按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）進(jìn)行，對(duì)混合料采用輪碾壓實(shí)并切割成小梁成型試件[9- 10]，小梁尺寸為50.0 mm×63.5 mm×381.0 mm。在15 ℃下，利用UTM萬能試驗(yàn)機(jī)，以常應(yīng)力三分點(diǎn)半正弦波的形式加載，加載頻率為10 Hz，應(yīng)力比分別為0.3、0.4、0.5、0.6，彎曲疲勞試驗(yàn)結(jié)果見表8。

由表8可以看出，隨著荷載應(yīng)力比的增大，瀝青穩(wěn)定碎石的疲勞壽命呈減小的趨勢(shì)，且本文所研究的瀝青穩(wěn)定碎石的疲勞性能滿足要求，可用于高等級(jí)公路的基層。

3 結(jié) 語

通過車轍試驗(yàn)、劈裂試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)和彎曲疲勞試驗(yàn)分別測(cè)試了大粒徑瀝青穩(wěn)定碎石混合料的動(dòng)穩(wěn)定度、劈裂抗拉強(qiáng)度、穩(wěn)定度、流值、疲勞壽命等指標(biāo)，所測(cè)結(jié)果均滿足作為基層的要求，可為類似條件下大粒徑瀝青穩(wěn)定碎石用于基層工程提供技術(shù)參考。

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[責(zé)任編輯：王玉玲]