寒區(qū)高等級瀝青路面抗重載車轍骨架型混合料設計

劉丹丹

(黑龍江省交通科學研究所，黑龍江 哈爾濱　150080)

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寒區(qū)高等級瀝青路面抗重載車轍骨架型混合料設計

劉丹丹

(黑龍江省交通科學研究所，黑龍江 哈爾濱150080)

摘要：針對目前高等級公路存在的車輛重載、超載運輸現(xiàn)象，對傳統(tǒng)型瀝青混合料進行級配優(yōu)化，總結出適用于我省經(jīng)濟、氣候條件的特殊路段瀝青路面抗重載車轍的設計方法。

關鍵詞：骨架型；瀝青混合料；車轍；設計；指標

1試驗方案

試驗進行骨架型AC-20瀝青混合料瀝青混合料配合比設計，采用從粗集料、細集料分布以及粗細集料比例(即填充系數(shù))角度開展研究。通過粗、細集料設計確定最佳填充系數(shù)、最佳石油比，分析如何提高抗車轍能力。并在相同體積參數(shù)下，對骨架型AC-20和傳統(tǒng)AC-20型級配曲線進行混合料路用性能對比試驗。

2骨架型AC-20瀝青混合料配合比設計

2.1原材料

黑龍江省氣候具有冬冷夏熱的特點，夏季高溫也可達到35 ℃以上，地面溫度可達70 ℃，因此為了兼顧抗車轍能力，本研究混合料選擇瀝青標號為90#；集料選用的是中性輝綠巖(SiO2含量60.2%)；礦粉為吉林梨樹生產(chǎn)的含消石灰磨細礦粉。

表1　集料的表觀密度

表2　瀝青主要技術指標

粗集料：考慮到最大粒徑直接影響瀝青路面的離析程度，因此為了避免離析對材料性能的影響，本文確定粗骨架最大粒徑為26.5 mm，最大公稱粒徑為19 mm。嚴格來講，粗細集料的界限是相對的，一般而言，常以4.75 mm為分界點。本文選取了具有代表性的5種不同粒徑分布的骨架級配，其中2種為按一定泰波指數(shù)“n”配成的骨架，另外3種為級配嵌擠類骨架。具體級配見表3。

表3　粗骨架級配表

細集料：根據(jù)泰波曲線指數(shù)設計了3種細集料以指數(shù)編號，分別為0.65、0.5、0.35，另外以經(jīng)驗擬訂的一種細集料級配，編號為“S”。4種細集料的詳細級配見表4。

表4　細集料級配表

雖然細集料類型為S的瀝青混合料的各方面性能較好，但由于其空隙率偏小，不能滿足規(guī)范對面層瀝青混合料空隙率的要求，因此，綜合考慮，細集料類型選為n=0.35。

填充系數(shù)設計：根據(jù)前面確定的最佳粗集料骨架類型為2，最佳細集料類型為n=0.35，現(xiàn)變換不同的填充系數(shù)(表5)，研究其對高溫永久變形及回彈模量的影響。對不同填充系數(shù)的瀝青混合料進行了動力壓入試驗，以回彈模量及永久變形值對瀝青混合料的承載能力和抗車轍性能進行了評價，

表5　不同填充系數(shù)對應混合料指標值

圖1　不同填充系數(shù)類型對應混合料的指標曲線圖

由上圖可知，隨填充系數(shù)增大，對應混合料各應力下回彈模量逐漸增加，隨著填充系數(shù)類型變化，對應混合料的永久變形終值達到最小值(1.7 mm)時，對應的填充系數(shù)類型為0.9。最小與最大的永久變形值相差3.4 mm。在抗車轍的緊排骨架已形成的前提下，通過以偏細分布的細集料提高比表面積發(fā)揮瀝青膜對粘結力的貢獻，還有利于提高瀝青混合料抗車轍的能力。

3骨架型AC-20與傳統(tǒng)型AC-20瀝青混合料路用性能檢驗

所有混合料性能試驗均是在完成最佳瀝青用量試驗后，選取體積指標相近的二組(骨架型和傳統(tǒng)型)配合比進行。其中：骨架型AC-20型級配采用石油比4.3%，傳統(tǒng)型AC-20瀝青混合料級配采用石油比4.4%。車轍試驗中除規(guī)定試驗方法外，增加了60 ℃水浸24 h的條件，以利于觀察最不利情況下混合料性能的對比。

表6　浸水馬歇爾試驗

由表7可知：骨架型AC-20型的殘留穩(wěn)定度及凍融劈裂強度比與傳統(tǒng)型AC-20型相比均有提高，試驗證明骨架型AC-20型的抗凍損害能力遠強于傳統(tǒng)型AC-20型，表現(xiàn)出更大的優(yōu)越性。

表7　凍融劈裂試驗

表8　車轍試驗結果

表9　低溫小梁彎曲結果

4結論

(1)對傳統(tǒng)型AC-20混合料進行級配優(yōu)化，突出骨架結構，使其在抗車轍、抗水損壞能力方面有較大提高，平衡了高、低溫綜合性能；

(2)采用填充系數(shù)方法，在回彈模量及永久變形值二方面驗證了骨架型級配的合理性、

(3)本項目研究成果已在省內(nèi)多條高等級公路進行工程驗證，最長投入使用時間已超過三年，車轍易必特殊路段未發(fā)現(xiàn)嚴重車轍，證明了骨架型AC-20混合料的可靠性。

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中圖分類號：U416.217

文獻標識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)01-0059-02

基金項目：黑龍江省交通運輸廳科技項目：高等級公路瀝青路面抵抗重載車轍損壞研究。

作者簡介：劉丹丹(1986-)，女，助理工程師，研究方向：路基、路面相關科研及施工管理。

收稿日期：2015-12-11