抗轍瀝青混合料路用性能試驗研究

毛景濱

(黑龍江省公路勘察設計院，黑龍江 哈爾濱 150080)

抗轍瀝青混合料路用性能試驗研究

毛景濱

(黑龍江省公路勘察設計院，黑龍江 哈爾濱 150080)

通過瀝青混合料車轍試驗、動載壓入試驗、低溫彎曲試驗和浸水馬歇爾試驗等，確認從粗集料、細集料、填充系數三要素出發，研究推薦的抗轍瀝青混合料具有較好的高溫穩定性、低溫抗裂性和水穩定性。相對AC-16I型瀝青混合料，所推薦的瀝青混合料具有較高的抵抗永久變形的能力，抗車轍性能良好。

瀝青混合料；抗車轍；低溫開裂；水穩定性

1 抗轍瀝青混合料的級配組成

通過抗轍瀝青混合料集料級配的研究，從粗集料、細集料、填充系數三要素入手推薦了抗轍瀝青混合料的級配組成。為進行抗轍瀝青混合料的路用性能試驗分析，選擇AC-16Ⅰ型瀝青混合料級配范圍的一個走向作為對比，對應的集料級配如表1所示。最佳油石比按馬歇爾試驗確定，分別為4.5%和4.8%。

表1 抗轍瀝青混合料的集料級配

2 瀝青混合料高溫穩定性試驗

具備良好高溫穩定性的瀝青混合料，可以使瀝青路面長時間地承受車輪荷載的反復作用，不易發生明顯的永久變形，并保持路面的平整度。瀝青混合料是典型的“粘-彈-塑性”材料，在夏季高溫條件下，反復承受輪載作用時易發生明顯的變形，其中不能恢復的部分將形成永久變形，是導致瀝青路面出現車轍、波浪及壅包等病害的主要原因。在渠化交通量較大、重載交通較多和車速較低的上坡路段瀝青路面上，車轍是目前的常見病害之一。

瀝青混合料高溫穩定性的評價試驗方法較多，本次試驗采用車轍試驗和動載壓入試驗作對比分析。

3 瀝青混合料車轍試驗

瀝青混合料的車轍試驗依據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTG E20-2011)進行。試驗結果如表2所示。

表2 瀝青混合料車轍試驗結果

由表2可知，AC-16I型瀝青混合料的動穩定度值較高，但車轍變形d45、d60較大。一般而言，動穩定度值高說明抗車轍性能好，但動穩定度雖然反映了瀝青混合料抗車轍的性質，卻并沒有包括從壓密、剪切到流動的永久變形全過程，因此會出現動穩定度值與總變形的較大差異。需要參考總變形情況，才能夠比較全面地評估瀝青混合料的抗車轍能力。即僅以動穩定度作為評價瀝青混合料的高溫穩定性指標尚有一定的局限性。

4 瀝青混合料的動載壓入試驗

基于瀝青混合料動穩定度指標可能存在的不足，試驗采用有側限、三向受力的動載壓入試驗。將振動壓實成型的馬歇爾試件(φ150 mm×100 mm)常溫放置16～24 h后，再放入45 ℃恒溫箱中靜置6～8 h，供動載壓入試驗之用。設定MTS試驗機參數，用30 kN正弦力模擬輪載，對試件循環加載100次，測定試件的瞬時變形和永久變形，試驗結果見表3。

表3 瀝青混合料動載壓入試驗結果

由試驗結果(表3)可以看出，推薦級配瀝青混合料的瞬時變形和永久變形均明顯小于AC-16I，說明推薦的瀝青混合料具有較好的抵抗永久變形的能力，即具有更好的抗車轍性能。

5 瀝青混合料的低溫彎曲試驗

低溫抗裂性反映瀝青混合料抵抗低溫收縮的能力。當環境溫度下降，瀝青混合料的勁度增大，變形能力降低，使得一部分溫度收縮應力來不及松弛釋放而逐漸積累，當瀝青混合料中的累積應力超過路面混合料本身的抗拉強度時將發生開裂，導致瀝青路面低溫收縮裂縫，因此，路面瀝青混合料應具備低溫條件下的較低勁度和較大的抗變形能力。

評價瀝青混合料低溫性能的試驗方法，主要有拉伸試驗、蠕變試驗、彎曲試驗和應力松弛試驗等。在此采用我國現行規范中規定的瀝青混合料彎曲試驗來評價瀝青混合料的低溫抗裂性。

依據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTG E20-2011)的規定，以輪碾成形后切制的長250±2 mm、寬30±2 mm、高35±2 mm的棱柱體小梁進行瀝青混合料的低溫彎曲試驗。試驗溫度-10±0.5 ℃，試件跨徑200 mm，跨中加載，加載速率50 mm/min。

分別對兩種級配的瀝青混合料進行低溫彎曲試驗，試驗結果見表4、表5。

表4 AC-16I瀝青混合料低溫彎曲試驗結果

表5 推薦級配瀝青混合料低溫彎曲試驗結果

在黑龍江省這樣的高緯度、低海拔寒冷地區，路面瀝青混合料不僅需要考慮其高溫抗變形能力，而且還需要兼顧其低溫抗裂性能。《公路瀝青路面施工技術規范》(JTGF40-2004)中規定寒冷地區普通瀝青混合料的低溫彎曲試驗破壞應變不得小于2 300。從上述試驗結果來看，兩種瀝青混合料在低溫彎曲試驗中，試件破壞時的最大彎拉應變基本相當，推薦級配瀝青混合料的最大彎拉應變略大，并且滿足規范對應變值的要求。

6 瀝青混合料的水穩定性

瀝青路面的水損壞一般包括兩個過程，首先是水侵入瀝青使瀝青的粘附性減弱，其次是水侵入瀝青膜與集料之間，由于集料表面對水有更強的親和力，使瀝青與集料的粘結面減小，導致瀝青膜從集料的表面剝離。

瀝青混合料水穩定性的評價試驗方法一般有浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗。

6.1 浸水馬歇爾試驗

浸水馬歇爾試驗是評價瀝青混合料水穩定性的常用方法之一，在浸水狀態下，瀝青與集料之間的粘附性下降，會影響瀝青混合料的整體力學強度，可以利用浸水前后馬歇爾穩定度的比值，即殘留穩定度值來評價瀝青混合料的水穩定性。試驗結果見表6、表7。

根據試驗結果，兩種瀝青混合料的殘留穩定度均符合現行規范不小于80%的要求。其中AC-16I型瀝青混合料的殘留穩定度較高，主要在于浸水馬歇爾試驗反映的是瀝青混合料的間接抗拉伸能力，由于AC-16I型瀝青混合料中的瀝青膠漿較多，可以保持集料間較高的粘結力，因此浸水前后的馬歇爾穩定度值均較高。而推薦級配的瀝青混合料，因瀝青膠漿含量相對較低，集料間的粘附性相對較弱，表現為浸水前后的馬歇爾穩定度值較低，但殘留穩定度符合規范不小于80%的要求。

表6 AC-16I瀝青混合料浸水馬歇爾試驗結果

表7 推薦級配瀝青混合料浸水馬歇爾試驗結果

6.2 凍融劈裂試驗

凍融劈裂試驗是常用的瀝青混合料水穩定性試驗方法之一。依據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTG E20-2011)的規定，進行凍融劈裂試驗時，把瀝青混合料分為兩組，一組試件測試常規狀態下的劈裂強度，一組試件測試凍融循環后的劈裂強度。采用標準馬歇爾試件，試件直徑101.6±0.2 mm、高63.5±1.3 mm，標準擊實雙面各擊實50次成型，以5個試件為一組，具體試驗過程按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》執行。凍融劈裂試驗試驗結果見表8、表9。

從試驗結果來看，兩種瀝青混合料凍融循環后的“劈裂強度比”均滿足規范不小于75%的要求。“懸浮-密實型”和“骨架-密實型”瀝青混合料的“劈裂強度比”總體相近。

表8 AC-16I瀝青混合料凍融劈裂試驗結果

表9 推薦級配瀝青混合料凍融劈裂試驗結果

凍融過程使瀝青混合料試件承受兩種應力的作用：一種是循環收縮應力；一種是空隙水在-4～0 ℃時結冰而產生的局部膨脹應力。在凍融劈裂試驗過程中，混合料(集料)表面沒有出現裂縫前，瀝青混合料的水穩定性下降速度比較緩慢，而一旦出現裂縫，侵入的水就會迅速將瀝青膜從集料的表面剝離，從而在較短的時間內導致試件松散。從試驗結果來看，AC-16I瀝青混合料的“劈裂強度比”稍高，但推薦級配瀝青混合料和AC-16I瀝青混合料的“劈裂強度比”試驗值比較接近。規范規定濕潤區和潮濕區的“凍融劈裂殘留強度比”不小于75%，兩種瀝青混合料均符合規范要求。

7 結 論

從粗集料、細集料、填充系數級配三要素入手，研究推薦的抗轍瀝青混合料具有較好的高溫穩定性和低溫抗裂性，其水穩定性也完全滿足現行規范要求。相對目前常用的AC-16I型瀝青混合料，所推薦的瀝青混合料具有較好的抵抗永久變形的能力，即具有更好的抗車轍性能。

[1] 王昌衡，陳建民.瀝青混合料車轍試驗研究[J].中外公路，2003，23(6).

[2] 賈娟，張肖寧.瀝青混合料車轍試驗方法的比較分析[J].公路，2004，11(11).

[3] 朱光耀，高偉，等.高等級公路瀝青混凝土面層合理級配室內試驗分析[J].黑龍江交通科技，1994，(2).

Road performance of anti-rut asphalt mixtures

MAO Jing-bin

(Heilongjiang Highway Survey and Design Institute,Harbin,Heilongjiang 150080,China)

A promising asphalt mixture, proposed from three key factors: coarse aggregate gradation, fine aggregate gradation and fill factor, is presented here for its superior resistance towards permanent deformation, as well as anti-rut performance, over the commonly used type AC-16I mixture. Results are based on asphalt mixture rutting test, dynamic load indentation test, low temperature bend test and Marshall immersion test. The anti-rut asphalt mixture in this topic also showed considerable stability under high temperature, cracking resistance under low temperature and water stability.

asphalt mixture;anti-rut;low temperature cracking;water stability

2016-08-30

毛景濱(1963-)，男，高級工程師，從事公路工程勘察設計工作。

U416.217

C

1008-3383(2017)02-0008-03