瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的測試方法

(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400074)

一、引言

瀝青混合料是礦物骨料和瀝青粘合劑的混合物。按組成材料的成分和結(jié)構(gòu)構(gòu)造，將材料級配分為連續(xù)、不連續(xù)兩種級配類型。根據(jù)礦物集料的級配的組成和壓實后的剩余孔隙率大小，可分為密、半公開和開級配。根據(jù)礦粒粒徑的大小，可分為以下幾類：特粗、粗粒、中粒、砂粒式等瀝青混合料。根據(jù)施工溫度又可以分為熱拌熱鋪和常溫瀝青混合料。由于瀝青混合料是一種粘彈性材料，溫度及荷載作用的時間對其材料的物理力學(xué)性質(zhì)都有著重大的影響。

因此，對于瀝青混合料設(shè)計而言，高溫性能的試驗研究和評價指標(biāo)的選擇就顯得尤其重要。

二、瀝青混合料高溫穩(wěn)定性試驗方法

(一)單軸靜載蠕變試驗

試件的變形通過試驗可直接求得，變形包括了彈性、粘性、粘彈性的綜合作用，符合實際工程的具體情況，滿足應(yīng)用的需求。

(二)車轍試驗

1.瀝青路面車轍影響因素。路面車轍受到各種條件因素的影響，主要有材料、環(huán)境、荷載、路面結(jié)構(gòu)和施工等方面。

2)材料參數(shù)

(1)瀝青性質(zhì)。許多試驗都表明，不同的瀝青對車轍有著不同的影響，車轍受到瀝青種類的的影響。佐治亞州的加載車輪試驗結(jié)果體現(xiàn)了：與標(biāo)準(zhǔn)混合料相比，各種類型的改性瀝青混合料在車轍深度方面上均有所降低。

(2)集料類型、表面特性和級配。由于瀝青混合料的間質(zhì)結(jié)構(gòu)受到骨料的表面結(jié)構(gòu)和形狀會影響，從而在不同的方面上影響著瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性的性能。國外的相關(guān)試驗研究表明，混合料的級配是運用superpave體積設(shè)計法設(shè)計的，此混合料通過了限制區(qū)，混合料的抗車轍性能最好，試驗溫度為40℃時，勁度模量和純剪切試驗的實驗值最高。從而說明了，混合料的抗車轍性能并不一定能通過級配限制區(qū)來控制。

(3)瀝青用量。混合料的抗車轍性能受到瀝青用量多少的影響，并且影響很大。如果瀝青含量太少，瀝青混合料就難以壓至密實，從而使得瀝青不能完全涂覆礦石顆粒的表面界面，影響了瀝青混合料的之間的粘結(jié)力，導(dǎo)致其抗車轍性變差.。

2)環(huán)境因素

(1)溫度。瀝青混合料長時間暴露在高溫的環(huán)境條件下，高溫會使得瀝青路面的強度降低，進而容易產(chǎn)生車轍。瀝青的粘度可以體現(xiàn)這一性質(zhì)，瀝青的粘度受到溫度的影響，隨著溫度的升高，使得瀝青的粘度變小，其抗蠕變能力受到影響而下降。當(dāng)受到荷載時，易產(chǎn)生永久剪切變形，導(dǎo)致瀝青材料的側(cè)向流動產(chǎn)生車轍。

(2)水。如果路面有積水，或者路面存在裂隙使得水分侵入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部，由于行車荷載，會使得路面結(jié)構(gòu)發(fā)生水損，導(dǎo)致瀝青材料之間的粘接力受到破壞，使得整體協(xié)調(diào)變形能力變差，從而會發(fā)生較大的車轍[2]。

3)荷載參數(shù)

(1)渠化交通。由于經(jīng)濟社會的發(fā)展，道路的車輛越來越多，交通量也越來越大，渠化交通已成為交通組織的主要手段，但是這一手段也導(dǎo)致瀝青路面車轍的破壞更加嚴(yán)重。

(2)重載。日本的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，車輛的超載，交通量的超量加速了道路的損壞，而且輪胎類型也對車轍有著較大的影響。

2.試驗方法。由英國道路研究所(TRRL)創(chuàng)造的車轍試驗。該方法通熟易懂，結(jié)果簡單明了，并且與實際瀝青混合料路面車轍具有良好的相關(guān)性。試驗的標(biāo)準(zhǔn)試樣在60℃，經(jīng)碾壓成型，尺寸大小為：300 mm×300 mm×50 mm,與一個圓形實心橡膠輪胎壓力為0.7 MPa行走[3][4]。

(三)SPT試驗

為了建立一種簡易的方法用來確定及評價瀝青混合料使用的性能，SPT才得以發(fā)展，這個可以補充和改進現(xiàn)有的體積設(shè)計方法。瀝青混合料永久變形、疲勞和開裂的簡單性能經(jīng)由美國馬里蘭州大學(xué)Superpath模型確定和研究小組，進行了驗證和測試，并啟動了NCHRP 9-19計劃。為了能夠進行NCHRP 9-19所推薦的3個候選試驗設(shè)備，進行了NCHRP 9-29計劃。NCHRP 9-19項目通過大量的測試進行了比較研究了現(xiàn)有的測試方法和測試評估指標(biāo),。和MnRoad,Westrack和阿爾夫測試道路損壞的測量數(shù)據(jù)進行比較,得到了低溫開裂、變形、以及疲勞相互聯(lián)系較為密切的3個試驗，并與試驗指標(biāo)進行組合動態(tài)模量試驗組合。即為：動態(tài)模量、重復(fù)荷載、靜態(tài)蠕變試驗研發(fā)了SPT試驗。

(四)GTM試驗

回轉(zhuǎn)試驗機是20世紀(jì)60年代美國工程師為解決重型轟炸機機場跑道設(shè)計問題而開發(fā)的試驗系統(tǒng)，1978年被列入美國ASTM規(guī)范。20世紀(jì)90年代，GTM的設(shè)計方法和理論被應(yīng)用于現(xiàn)代高速公路瀝青路面在車輛荷載急劇增加的情況下車轍、油水等病害的預(yù)防和設(shè)計。GTM試驗是根據(jù)科學(xué)推理和應(yīng)力應(yīng)變原理設(shè)計的，克服了馬歇爾經(jīng)驗法的不足，在一定的壓力下對試件進行揉捏和旋轉(zhuǎn)。GTM試驗核心設(shè)計指標(biāo)有兩個:

二、結(jié)語

針對集料礦物顆粒的問題，瀝青混合料的級配優(yōu)化調(diào)整可以增強提高在高溫條件的環(huán)境下瀝青混合料路面的抗車轍的能力,但是相對于交通量大、荷載重且是在高溫氣候條件下的的路面工程,改良的范圍有限。我們應(yīng)該對生產(chǎn)配合比設(shè)計引起足夠的重視，嚴(yán)格的把握控制各種相關(guān)材料的設(shè)計值，并且還要把各種誤差限制在一定的范圍內(nèi)，不能因為誤差而影響了材料的使用性能。除此之外，我們還應(yīng)該嚴(yán)格控制瀝青混凝土的施工質(zhì)量,在必要的時候采用必要的技術(shù)措施阻止瀝青混凝土的集料、溫度離析,從而保證混合料的壓實溫度和壓實度,確保施工質(zhì)量。