抗轍瀝青混合料的集料組成設計

毛景濱

(黑龍江省公路勘察設計院，黑龍江 哈爾濱 150080)

抗轍瀝青混合料的集料組成設計

毛景濱

(黑龍江省公路勘察設計院，黑龍江 哈爾濱 150080)

在明確抗轍瀝青混合料級配特點的基礎上，以提高瀝青路面抗車轍性能為主，從粗集料級配、細集料級配、填充系數三方面分析了瀝青混合料集料組成對抗車轍性能的影響。在總結抗車轍性能良好混合料對應級配的基礎上，提出了抗轍瀝青混合料的建議集料級配。

瀝青混合料；抗車轍；集料；級配

1 前 言

路面瀝青混合料的抗車轍能力主要來源于集料骨架的嵌擠效果和瀝青膠結料的粘結力，因此，有必要進一步研究瀝青混合料的骨架結構和瀝青膠漿結構。路面瀝青混合料的集料構成可分為三大部分：粗集料、細集料、粗細集料的比例。由此而言，抗轍路面瀝青混合料的集料組成設計應在控制關鍵粒徑通過率的基礎上，從粗集料、細集料的分布，以及粗細集料比例(即填充系數)角度深入研究。

2 試驗原材料

試驗集料為地產石灰巖，結合料為盤錦AH-90瀝青。

采用的原材料均符合《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)的要求。石灰巖集料的表觀密度見表1，AH-90瀝青瀝青的參數指標詳見表2。

表1 石灰巖集料的表觀密度

表2 盤錦AH-90瀝青的主要技術指標

3 粗集料的級配

3.1 粗集料最大粒徑的選擇

考慮到集料的最大粒徑關系到瀝青混合料的離析程度，為避免離析的影響，將粗集料的最大粒徑控制在19 mm。

3.2 集料級配的確定

集料粒徑的劃分一般以4.75 mm為分界點。本次試驗選取5種典型級配，其中3種為嵌擠型級配，另外2種為按一定泰波指數n構成的連續級配，詳見表3。

表3 粗集料試驗級配

3.3 粗集料典型級配試驗結果

對各典型級配粗集料測試密度、CBR值、動載壓入累積永久變形和回彈模量，試驗結果列入表4。

表4 粗集料骨架試驗數據

由表4中的試驗結果可知，泰波指數n=0.45和n=0.55的連續級配粗集料，其集料密度及CBR值低于嵌擠型級配粗集料，而嵌擠級配中力學性能最好的為級配Ⅱ，級配Ⅱ的密度雖然稍小，但CBR值較高(對應最大密度的CBR值相差28.1%)。說明混合料的骨架強度不僅與密度有關，也與粒徑級配組成有關，尤其是粗集料的級配組成。結構穩定的嵌擠型骨架能夠有效提升抵抗永久變形的能力，并擁有較高的強度。從回彈模量試驗結果可知，由于級配Ⅱ具有穩定的嵌擠結構，其回彈模量達到了676.74 MPa，同時各側限應力下的累積永久變形最小，故選擇粗集料的最佳級配組成為級配Ⅱ。

3.4 粗集料主骨架空隙率

試驗成型一般有松裝、振動臺、上置振動壓實等不同方法。本次試驗對級配Ⅱ進行了對應的空隙率測定(詳見表5)，試驗結果表明松裝成型的空隙率較大(為42.4%)，上置振動成型空隙率較小(為31.1%)。以不同骨架空隙率分別進行混合料體積法設計，結果顯示以粗集料松裝密度設計較佳，確定采用松裝空隙率(42.4%)。

表5 粗集料主骨架空隙率

4 細集料的試驗級配

以泰波指數n=0.65、0.50、0.35設計細集料級配，另以經驗擬訂級配N。4種細集料級配見表6，對應的級配曲線如圖1。

表6 細集料級配表

圖1 細集料級配曲線

對應級配要素：粗集料、細集料、填充系數，分別保持粗集料、填充系數兩個要素不變，分析細集料變化對混合料高溫性能及回彈模量的影響(見表7、表8)。

表7 細集料變化后的混合料配合比

表8 混合料級配匯總表

對不同細集料級配瀝青混合料進行動力壓入試驗，測試回彈模量和累積永久變形，評估瀝青混合料的抗車轍性能和承載能力。試驗結果見表9。

由表9可知，保持粗集料、填充系數不變，如細集料偏細，則各應力下的瀝青混合料回彈模量均有所增大，而累積永久變形的改變規律各不相同。

相對而言，細集料要素為N的瀝青混合料綜合性能較好，但空隙率偏小，不符合規范對路面瀝青混合料空隙率的要求，因此，選擇n=0.35的細集料級配。

表9 對應不同級配要素的瀝青混合料試驗結果

5 填充系數

對應級配要素：粗集料、細集料、填充系數，分別保持粗集料、細集料兩個要素不變，分析填充系數對瀝青混合料高溫性能及回彈模量的影響(見表10)。不同填充系數對應的級配見表11。

表10 填充系數變化后的混合料配合比

表11 混合料級配匯總表

對不同填充系數的瀝青混合料進行了動力壓入試驗，以回彈模量和永久變形值對瀝青混合料的承載能力和抗車轍性能進行評價，試驗結果見表12。

表12 對應不同級配要素的瀝青混合料試驗結果

級配要素細集料n油石比/%體積法空隙率/%回彈模量/MPa永久變形值/mm2.55MPa5.09MPa10.19MPa15.28MPa5.09MPa10.19MPa15.28MPaⅡ,0.350.73.87.12513904840.975.100.84.25.33054385020.953.880.94.54.23054385400.601.701.15.23.53514685401.412.45

由試驗結果可知(表12)，保持粗集料、細集料要素不變，若填充系數增大，則各應力下的瀝青混合料回彈模量也逐漸增大，而累積永久變形的變化規律各不相同。

綜合分析，在粗集料、細集料、填充系數三個要素中，粗集料級配對瀝青混合料抗車轍性能的影響最大，其次為填充系數，之后為細集料級配。

細集料要素為N或0.35的級配適用于粗集料Ⅱ、填充系數為0.9的骨架密實型結構?？梢酝ㄟ^偏細級配的細集料提高比表面積，發揮瀝青膜對粘結力的貢獻，有助于提高瀝青混合料的抗車轍性能。

6 建議級配范圍

綜合以上分析，基于提高抗車轍性能，建議的瀝青混合料性能指標包括體積空隙率、10.19 MPa應力下的回彈模量、永久變形值、4.75 mm粒徑通過率(見表13)。推薦的瀝青混合料集料級配要素為粗集料級配Ⅱ、細集料n=0.35、填充系數0.9，對應級配見表14。

表13 密實混合料的指標值

表14 車轍性能良好瀝青混合料對應的級配

7 結 論

集料的骨架構造直接影響瀝青混合料承受車輪荷載及抵抗永久變形的能力，因此瀝青混合料的組成設計有必要強化骨架嵌擠效果，并研究改進壓實工藝，使瀝青混合料具有穩定的骨架結構。以上研究結合室內試驗，基于粗集料級配、細集料級配、填充系數三個級配要素，分析了瀝青混合料集料組成對車轍性能的影響。在總結車轍性能良好的瀝青混合料對應級配的基礎上，提出了抗轍瀝青混合料的集料建議級配，對改善瀝青混合料路面的抗車轍性能具有良好的效果。

[1] 解曉光，馬松林. 壓實工藝對瀝青混合料力學性能的影響[J].東北公路，2001，24(2):29-31.

[2] 李長清.多孔隙水泥穩定碎石排水基層性能分析[J].低溫建筑技術，2009，(8).

[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).

A dissertation on aggregate gradation design for anti-rut asphalt mixtures

MAO Jing-bin

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

Upon knowledge on key characters of anti-rut asphalt mixture gradation, this article focused on the enhancement of anti-rut performance for asphalt pavement. The implications between asphalt aggregate composition and anti-rut performance are analyzed from coarse aggregate gradation, fine aggregate gradation and fill factor. Recommendations for anti-rut asphalt mixture gradation are presented based on outstanding examples.

asphalt mixture;anti-rut;aggregate;gradation

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)03-0023-03