大粒徑骨架密實型瀝青穩定碎石ATSM-40性能評價

李遂生 索智 劉文娟 張瑞 張乾 羅亮 閆強 譚祎天

（1.鄭州市公路管理局，河南 鄭州 450052；2.北京建筑大學，北京 100044；3.河南乾坤路橋工程有限公司 河南 鄭州 453300）

自20世紀60年代至今，我國道路基層多選用半剛性道路結構。因其具有整體強度高、施工質量好控制等優點，廣受喜愛。但隨著近年來經濟的發展，車輛荷載和胎壓也在逐漸地增加，路面結構在使用期間要經受車輪荷載的反復作用，剛性基層材料產生微裂紋，當荷載重復作用超過一定次數以后，荷載產生的應力就會超過路面結構抗力，產生疲勞斷裂破壞，導致道路病害。

我國傳統的瀝青混合料多為密實懸浮型結構，代表種類為AC系列與ATB系列，強度依賴于瀝青與礦料之間的黏結力。這種結構的混合料路用性能不佳，很容易產生車轍等病害，減少路面的使用壽命，增加路面的養護費用。因此，重新認識和研究瀝青混合料的強度機理和力學特征，并根據瀝青路面結構優選筑路材料，已成為當前瀝青路面建設的首要問題。大粒徑骨架密實型瀝青穩定碎石（以下簡稱“ATSM”）具有抗永久變形能力高、耐久性長的特點，特別適用于超重載交通。本文通過試驗對ATSM-40的路用性能及力學性能進行了評價，同時對比了ATSM-40與ATB-40的各項性能。

一、ATSM-40瀝青混合料的配合比設計

（一）原材料性能

1.瀝青材料

本文選用70號基質瀝青作為瀝青混合料的膠結材料。瀝青的各項性能均可滿足《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F20-2004)要求。

2.集料

實驗采用的集料為河南省信陽出產的石灰巖，粗細集料的各項性能指標均滿足《公路工程集料試驗規程》JTG E42-2005要求。

（二）ATSM-40配合比設計

本文通過對比密級配骨架懸浮型的瀝青混合料AC及密級配骨架密實型的瀝青混合料SMA的各檔集料的級配中值，分析瀝青混合料從骨架懸浮型結構轉變到骨架密實型結構，其中值的上升或下降的百分比，利用規范中給出的密級配骨架懸浮型瀝青穩定碎石ATB的各檔集料的級配中值加以變化，初步得出密級配骨架密實型瀝青穩定碎石ATSM的設計級配。我們利用貝雷法的計算公式來驗證ATSM的級配，并且修正關鍵篩孔的比例。級配曲線如圖1所示，最佳瀝青用量為2.9%。

圖1 ATSM-40級配設計曲線

二、ATSM-40瀝青混合料的性能評價研究

本文對ATSM-40進行了車轍試驗、凍融劈裂試驗、浸水馬歇爾試驗及動態模量試驗。

（一） 車轍試驗

本文根據JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》采用車轍試驗和動穩定度指標來評價瀝青混合料的高溫性能。具體結果如表1所示。

表1 ATSM-40及ATB-40車轍試驗結果

試驗結果表明ATSM的動穩定次數滿足《JTG D50-2017瀝青路面設計規范》中的要求。ATSM相比于ATB系列具有更好的高溫穩定性及更小的車轍深度，證明ATSM高溫性能良好。本文認為ATSM瀝青混合料中的粗集料形成了嵌擠結構，細集料填充了空隙使得整體結構形成了骨架密實狀態，因此提高了瀝青混合料的高溫抗變形能力。

（二）浸水馬歇爾試驗

根據JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規范》，本文選用馬歇爾穩定度試驗及凍融劈裂試驗來測定ATSM系列瀝青混合料的水穩定性。其結果如表2和表3所示。

由表2可知ATSM-40瀝青混合料的馬歇爾殘留穩定度為84.24%，凍融劈裂抗拉強度比（TSR）為83.48%。通過查閱《公路瀝青路面設計規范》（JTG E50-2017）得到在北京地區所處的氣候分區內，瀝青混合料的馬歇爾殘留穩定度應大于80%，瀝青混合料的凍融劈裂抗彎拉強度比應大于75%。因此ATSM-40瀝青混合料的水穩定性滿足現行規范要求。

（三） ATSM-40的動態回彈模量測量

根據JTG D50-2017《公路瀝青路面設計規范》的要求，本文采用動態回彈模量評價道路的力學性能。

表2 ATSM-40馬歇爾穩定度試驗結果

表3 ATSM-40凍融劈裂試驗結果

表4 ATSM-40及ATB-40動態回彈模量

試驗根據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》進行動態回彈模量的測定，得到數據如表4所示。

規范中要求20℃、5Hz下的動態回彈模量作為瀝青混合料的動態回彈模量，通過結果的對比可知，ATSM-40的抗壓回彈模量明顯高于ATB-40的抗壓回彈模量。

三、結論

該文以室內研究為基礎，比較了ATSM-40瀝青混合料和ATB-40瀝青混合料的高溫、水穩定性和力學性能。得到以下結論：

嵌鎖式大粒徑瀝青混合料ATSM的高溫性能，水穩定性及力學性能全面優于傳統的大粒徑瀝青混合料材料ATB系列，且遠高于規范對于柔性基層材料的要求。

嵌鎖式大粒徑瀝青混合料ATSM集料之間形成嵌擠骨架，試驗證明其具有很高的抗壓強度及動態回彈模量，遠優于傳統柔性道路材料。