密實度對瀝青混合料力學性能影響分析

趙曉娟

（山西省交通規劃勘察設計院有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

近20年來，隨著國家經濟快速的發展，我國公路交通中貨運向集裝箱、大型化、多軸化方向發展，交通流量逐漸變大，車輛荷載也不斷提升[1]。這些特點對原有的路面結構混合料設計及施工方法提出了新的挑戰[2]。雖然我國瀝青路面設計方法及瀝青混合料試驗方法、指標經過多次修訂，但在許多方面仍表現出與現代交通條件之間的不適應性。瀝青混合料性能不足引起的各種路面損壞是一個棘手的技術問題，因此，如何提高瀝青混合料的路用性能一直是國內外道路工作者關注的研究方向[3-6]。

為了提高混合料的各項性能，絕大多數工程還是采用提高原材料質量的方法，尤其是使用各種改性瀝青，有些工程甚至全面層都使用改性瀝青，這樣做固然效果顯著，然而這種以經濟性優勢彌補技術性缺陷的做法并非長久之計，不但大幅增加了工程建設成本，而且造成部分原材料因為不能滿足規范標準而無法使用。

基于此，該文通過提高室內馬歇爾成型擊實次數，分析不同密度試件體積參數及力學性能變化規律，來探索提高瀝青混合料性能的方法。

1 原材料及級配

1.1 瀝青

本文瀝青均使用韓國雙龍SBS改性瀝青，技術性質見表1。

表1 瀝青技術性質

1.2 粗集料

粗集料類型為玄武巖碎石，來自河南鄭州市，粗集料各指標見表2。

表2 粗集料技術性質

1.3 細集料

細集料類型為石灰巖機制砂，來自河南某石料生產商，細集料各指標見表3。

表3 細集料技術性質

1.4 礦粉

礦粉為河南黎明重工企業提供的礦粉，其技術性質見表4。

表4 礦粉技術性質

1.5 級配

試驗擬采用SMA-13混合料類型，見表5所示。

表5 SMA-13礦料級配通過率

2 試驗方案

2.1 擊實次數對馬歇爾試件密度的影響

采用不同的馬歇爾擊實次數成型試件，并測定試件的密度，研究不同擊實次數對試件密度的影響規律。

2.2 壓實度對瀝青混合料體積參數及路用性能的影響

室內成型不同密度（壓實度選擇98%、99%、100%、101%及102%）的馬歇爾試件，對比研究不同密實度下試件的體積參數（VV、VMA、VFA），力學性能（MS、Rc、τd、Ri）的變化規律。

其中VV、VMA、VFA分別表示空隙率、礦料間隙率、瀝青飽和度；MS、Rc、τd、Ri分別表示馬歇爾穩定度、抗壓強度、劈裂強度、單軸貫入抗剪強度。

3 試驗結果及分析

3.1 不同擊實次數下馬歇爾試件的密度

不同擊實次數下成型馬歇爾試件，并測試不同壓實功試件的密度，試驗數據繪制馬歇爾試件密度-擊實次數曲線如圖1所示。

圖1 馬歇爾試件密度-擊實次數曲線

由圖1可知：隨擊實次數的增加，即壓實功的增加，混合料的密度逐漸增加。擊實次數達到一定值之后，馬歇爾試件密度-擊實次數曲線的增加速度逐漸減緩，這是因為在壓實功達到一定程度之后，試件的結構已處于穩定狀態。在馬歇爾試件密度-擊實次數曲線上尋找密度為1.02×擊實75次試件密度，對應點的擊實次數為155次，即滿足重交通壓實標準的馬歇爾擊實次數為155次。即馬歇爾擊實次數155次為重型馬歇爾擊實法，采用重型馬歇爾擊實法成型的試件為重型馬歇爾試件。

3.2 不同壓實度下混合料的體積參數及路用性能

3.2.1 體積參數

不同壓實度的室內馬歇爾試件，體積參數（礦料間隙率、空隙率及瀝青飽和度）-壓實度曲線如圖2所示。

圖2 體積參數-壓實度曲線

由圖2可知，隨壓實度的提高，馬歇爾試件的VV和VMA接近線性降低，而VFA逐漸增大。這是因為當壓實度較小時，混合料未能充分壓實，試件內部空隙體積較大；壓實度逐漸增大時，混合料結構逐漸密實。

3.2.2 力學性能

通過制備不同壓實度下的SMA-13混合料試件，并檢測試件的馬歇爾穩定度（MS）、抗壓強度（Rc）、抗剪強度（τd）、劈裂強度（Ri），研究壓實度K對力學強度的影響，試驗結果見圖3。

圖3 壓實度對力學性能的影響

由圖3可知，SMA-13混合料的壓實度對各力學指標影響顯著，各指標均隨壓實度的增大而增大。壓實度每提升1%，馬歇爾穩定度提升6.5% ～18.1%、抗壓強度提升4.5% ～12%、抗剪強度提升3.8% ～23.1%、劈裂強度提升4.6% ～16.8%。因為隨著壓實度增大，混合料中骨架顆粒擠開瑪蹄脂相互嵌擠形成更穩定的骨架，而瑪蹄脂填充于骨架中形成更為穩定的骨架密實結構。馬歇爾擊實儀的工作原理是對混合料施加沖擊作用，使礦料顆粒向下移動，逐漸達到密實狀態，隨著壓實功的增大，集料的排列布局會更加緊湊，并且還能夠保證混合料內部的骨架結構。

4 結論

a）隨壓實度的增加，室內混合料試件密度逐漸增加，空隙逐漸減小，且擊實次數達到一定值之后，馬歇爾試件密度-擊實次數曲線的增加速度逐漸減緩。

b）基于擊實次數與試件密度之間的關系，提出了重型馬歇爾法，即雙面擊實155次。隨壓實度的增加，室內混合料試件馬歇爾穩定度（MS）、抗壓強度（Rc）、抗剪強度（τd）、劈裂強度（Ri）均有明顯提升。