不同設計方法瀝青混合料性能比較分析

程 慶(江蘇省無錫交通高等職業技術學校)

不同設計方法瀝青混合料性能比較分析

程 慶
(江蘇省無錫交通高等職業技術學校)

本研究分別采用Marshall、Superpave、GTM三種混合料設計方法成型試件進行混合料性能驗證，考察三種方法得到的瀝青混合料高溫性能、水損害、低溫性能、滲水的差異。

Marshall；Superpave；GTM

1.三種設計方法簡介

1.1 Marshall設計方法

馬歇爾方法最初發明是借用土工試驗中通過擊實方法尋找最大密度、確定最佳含水量的思想來確定瀝青混合料的合理瀝青用量的，基本上屬于一種體積設計方法。該方法對混合料的密度、空隙率、礦料間隙率等指標有明確的要求。它的優點是注意到瀝青混合料的密實度和孔隙特性，通過分析以獲得瀝青混合料合適的孔隙率和飽和度，并求得最佳瀝青用量。國內外的研究成果均表明，這些指標與實際路用性能指標有較大差距。

1.2 Superpave設計方法

Superpave是Superior Performing Asphalt Pavements的縮寫詞。Superpave體系提出了一套全新的建立在使用性能基礎上的與交通量和氣候有關的材料選擇與混合料設計方法。通過控制車轍、低溫開裂和疲勞開裂來改善性能。Superpave全套技術是由一個龐大的體系構成，包含以下5個方面：1.瀝青膠結料與集料規范；2.混合料體積設計；3.混合料施工；4.混合料性能預測；5.相關的軟件、試驗方法及設備等。至今，瀝青膠結料規范和混合料設計體系工作較為完善，混合料分析方法、性能預測和計算機軟件系統仍在改進之中。

1.3 GTM設計方法

GTM把混合料成型壓實試驗機，力學剪切試驗機和車輛模擬機合并成為一臺試驗機，該試驗機采用類似于施工中壓路機壓路的搓揉方法壓實瀝青混合料，恰當地模擬了現場壓路機的作用，并且最大限度地模擬了汽車在公路上行駛時輪胎與路面的相互作用，通過旋轉壓實，使試模中瀝青混合料密度達到汽車輪胎實際作用于路面時所產生的密實度。一旦試件成型完畢，根本不用進行另外的強度試驗即可得到混合料的設計密度和瀝青用量，GTM可較真實地模擬實踐路面材料的受力狀況以及預測材料到服務期限末的應力應變力學性質，從而避免了路面材料的早期破壞。

2.不同設計方法瀝青混合料性能比較分析

對于Marshall成型試件參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規》（JTG E20-2011）進行凍融劈裂、車轍、低溫彎曲、滲水試驗。對于Superpave成型的旋轉壓實試件參照《高性能瀝青路面（Superpave）基礎參考手冊》（ISBN 7-114-05568-4，2005年第1版），《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2011）進行T283、車轍、低溫彎曲、滲水試驗。對于GTM成型的旋轉試件切割成直徑101.5mm，高度63.5mm馬氏標準件，做凍融劈裂、車轍、低溫彎曲、滲水試驗。

2.1 水穩定性檢驗比較

調查發現，使用一年以上的高速公路，不管是采用半剛性路面、剛性組合式路面還是剛性路面，都產生一定的水破壞。水破壞來得快，性質較嚴重，是路基路面的“大敵”。為檢驗瀝青混合料的抗水損害能力，按照設計要求分別進行了AASHTO T283試驗或凍融劈裂試驗，試驗結果見表4.1。

表2.1 AASHTO T283和凍融劈裂試驗結果

2.2 高溫穩定性檢驗比較

隨著中國高速公路不斷發展，交通量不斷增長，車轍是渠化交通的高等級公路瀝青路面特有的主要早期破壞形式之一。車轍造成了行車道路面變形，影響了平整度、排水能力，極大降低了路面的服務水平甚至威脅到行車安全。瀝青路面車轍形成的內因是瀝青混合料的高溫穩定性、抗塑性變形能力差，在車輛荷載作用下產生橫向剪切變形流動。依據配合比設計要求，在60±1℃，0.7±0.05MPa條件下進行車轍試驗以檢驗瀝青混合料的高溫穩定性，試驗結果見表4.2。

表2.2 車轍試驗結果匯總表

表2.3 小梁彎曲試驗結果

2.3 低溫抗裂性檢驗比較

瀝青混合料隨著溫度的降低，變形能力下降。當降溫速度較慢時，所產生的溫度應力會隨著時間的增加逐漸松弛減小，不會對瀝青路面產生較大的危害。但當氣溫驟降時，所產生的溫度應力來不及松弛，當溫度應力超過瀝青混合料的容許應力值時，瀝青混合料就會被拉裂，在薄弱部位產生裂縫。因此，要求瀝青混合料具有一定的低溫抗裂性能，即要求瀝青混合料具有較高的低溫強度或較大的低溫變形性能。依據配合比設計要求，進行了低溫抗裂性能的驗證，試驗結果見表4.3。

表2.4 滲水試驗結果

2.4 滲水檢驗比較

當瀝青路面防滲能力較差時，不僅影響路面本身的穩定性，而且還會影響到基層的穩定性。因此，瀝青路面必須具有較好的抗滲能力。依據配合比設計要求，進行了滲水性能驗證，試驗結果分別見表4.4。

3 結論

分析上述試驗結果，比較凍融劈裂強度比（TSR）可知，Superpave 法成型的瀝青混合料抗水損害能力最強，GTM法次之，Marshall法最差。比較動穩定度大小可知，GTM法成型的瀝青混合料高溫穩定性能最好，Superpave法次之，Marshall法最差；比較抗彎拉強度和勁度模量可知，Superpave法比Marshall法低溫抗裂性能好；同其他兩種設計方法相比，GTM設計的瀝青混合料在低溫時具有較高的抗彎拉強度和抗彎拉模量，但混合料的低溫彎曲應變有所降低。比較路面滲水系數可知，GTM法成型的瀝青混合料防滲性能最好，Superpave法次之，Marshall法最差。

[1]《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規》（JTG E20-2011）；

[2]《高性能瀝青路面（Superpave）基礎參考手冊》（ISBN 7-114-05568-4，2005年第1版）；

[3]《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2011）；

[4]周杰.王曦林.鄭存艷.暴興才.瀝青混合料Superpave與馬歇爾設計方法的比較.[J].武漢理工大學學報.第29卷第9期.2007年9月；

[5]王偉，孟慶營，陳仲良，張紅兵.基于GTM設計方法的AC-13C型瀝青混合料應用研究.2011年5期。

TU7

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1007-6344（2016）04-0067-01