級配對瀝青混合料性能影響研究

苑中生

(廣西路橋工程集團有限公司，廣西 南寧 530200)

瀝青混合料是由集料、填料和瀝青膠結料組成的復合材料，其中集料不論在質量還是體積含量上都占據相當大的比例，對混合料性能具有較大的影響。研究表明集料在級配類型和集料粒徑方面對混合料性能產生影響，其中董澤蛟[1]、郭瑞[2]、劉紅瑛[3]等研究了級配、抗車轍劑、集料尺寸、設計方法、荷載壓力和壓實厚度對混合料高溫性能的影響；張爭奇[4]、劉棟[5]等通過對不同級配類型混合料進行低溫彎曲試驗，分析了瀝青混合料低溫性能的變化規律；劉智勇[6]等分析了集料粒徑對混合料性能的影響；樊統江[7]、彭浩[8]、李偉[9]、申愛琴[10]等分析級配粗細、級配類型等對混合料綜合性能的影響。

道路工作者在集料因素對混合料性能的影響開展了較多試驗研究，取得的成果能夠對提升瀝青混合料性能起到指導作用。但是在集料最大公稱粒徑和集料級配類型方面對混合料性能影響的對比研究不足，變化規律原因解釋不夠詳細。因此，開展SMA-13、AC-13、AC-16和AC-20型瀝青混合料性能系統研究。

1 原材料與試驗方案

1.1 原材料

研究中瀝青膠結料采用SBS改性瀝青，礦料使用石灰巖，填料使用石灰巖礦粉，木質素纖維用量為混合料質量的0.40%。原材料檢測結果如表1～表4所示，均符合研究的需求。

表1 SBS(I-D)改性瀝青指標檢測結果

表2 集料主要指標檢測結果

表3 填料主要指標檢測結果

表4 木質素纖維主要指標檢測結果

1.2 配合比設計

試驗中礦料級配根據相關技術規范進行設計[11]，混合料合成級配表如表5所示。不同級配混合料最佳油石比下物理指標如表6所示。

表5 不同級配瀝青混合料

表6 瀝青混合料馬歇爾試驗結果

1.3 試驗方案

通過開展瀝青混合料路用性能試驗[12]，研究瀝青混合料性能隨礦料最大公稱粒徑、礦料級配類型的變化規律。

(1)車轍試驗

車轍試驗過程能夠模擬實際車輪行駛對路面造成的影響。根據相關規程，環境箱溫度為60 ℃，試驗使用長300 mm、寬300 mm、厚50 mm的塊狀試件。該試驗以動穩定度作為評價抗車轍能力的指標。

(2)小梁低溫彎曲試驗

低溫彎曲試驗能夠體現低溫條件下混合料的拉伸性能。根據相關規程，試驗在-10 ℃環境箱中進行，速率為50 mm/min。試驗使用長250 mm、寬30 mm、厚35mm的小梁試件，模具跨徑為200 mm。該試驗主要以極限破壞應變作為評價混合料低溫條件下抵抗開裂的指標。

(3)浸水馬歇爾試驗

浸水馬歇爾試驗一定程度上能夠體現瀝青混合料抗水損壞的能力，試驗采用標準馬歇爾試件，試驗中分別將試件浸水0.5 h、48 h，以兩種情況下的穩定度的比值作為殘留穩定度，并以此評價混合料水穩定性。

2 試驗結果與討論

2.1 不同級配瀝青混合料高溫性能

對不同級配混合料開展車轍試驗，試驗結果見圖1。

圖1 瀝青混合料高溫試驗結果

由圖1試驗結果可得，同一種級配類型瀝青混合料，隨著集料最大公稱粒徑增大，瀝青混合料高溫穩定性逐漸提升，以AC-13型混合料試驗結果為基準，AC-16型混合料動穩定度提高13%，AC-20型混合料動穩定度提高39%。這是因為隨著AC型混合料為連續級配瀝青混合料，粒徑大的集料被粒徑小的集料和瀝青膠漿分散開來，混合料中自由瀝青增多便會不利于集料之間形成骨架，使瀝青混合料抗變形能力降低。隨著集料最大公稱粒徑增大，瀝青混合料最佳瀝青用量逐漸降低，空隙率在一定范圍內適當增大，提高了粗集料之間接觸的幾率，使瀝青混合料高溫穩定性有所提升。在集料最大公稱粒徑相同的條件下，以AC-13型混合料試驗結果為基準，SMA型混合料動穩定度提高51%。SMA型混合料具有一定的嵌擠力，也具有相當的粘聚力，因此SMA型瀝青混合料具有更好的抗變形能力。

對比不同級配瀝青混合料車轍試驗結果可得51%>39%>13%，這說明集料級配類型比集料最大公稱粒徑對瀝青混合料高溫穩定性的影響更大。

2.2 不同級配瀝青混合料低溫性能

對不同級配瀝青混合料開展小梁低溫彎曲試驗，極限破壞應變結果見圖2。

圖2 瀝青混合料低溫性能試驗結果

由圖2試驗結果可得，在混合料級配類型相同的前提下，混合料極限破壞應變隨集料最大公稱粒徑增大逐漸減小，以AC-13型混合料試驗結果為基準，AC-16型混合料試驗結果降低8%，AC-20型混合料試驗結果降低20%。這是因為在級配類型條件相同的情況下，瀝青混合料的低溫抗裂性主要與瀝青膠結料的用量有關。由瀝青混合料馬歇爾試驗結果可知，瀝青最佳用量隨集料最大公稱粒徑增大有所降低。在集料最大公稱粒徑相同的條件下，以AC-13型混合料試驗結果為基準，SMA型瀝青混合料極限破壞應變提高17%。SMA型混合料填料含量高，瀝青用量高，瑪蹄脂具有更好的粘結性，因此低溫條件下抗裂性能較好。

對比不同級配混合料試驗結果可得20%>17%>8%，這說明集料級配類型與集料最大公稱粒徑對瀝青混合料低溫抗裂性的影響相當。

2.3 不同級配瀝青混合料水穩定性

對不同級配瀝青混合料開展浸水馬歇爾試驗，試驗結果見圖3。

圖3 瀝青混合料水穩定性試驗結果

由圖3試驗結果可得，同一種級配類型瀝青混合料，隨著集料最大公稱粒徑增大，混合料抗水損壞性能略有下降，但整體變化不大。這是因為混合料水穩定性主要與空隙率、集料關鍵篩孔通過率相關。根據以上研究可知，不同級配關鍵篩孔通過率差異性不大，混合料空隙率隨集料最大公稱粒徑增大相差不大，因此，瀝青混合料水穩定性變化不大。在集料最大公稱粒徑相同的條件下，SMA型混合料具有更低的空隙率，瀝青與集料的粘結性低于瑪蹄脂與集料，故SMA型混合料具有更好的水穩定性。

3 結 論

(1)集料最大公稱粒徑增大，AC型混合料抗車轍性能逐漸提升，低溫條件下的抗裂性逐漸降低，水穩定性略有下降但整體變化不大。

(2)SMA型混合料在高低溫、水穩定性能方面均優于AC型混合料，級配對混合料性能影響主要在混合料空隙率方面體現。

(3)對比瀝青混合料整體性能可得出集料級配類型比集料最大公稱粒徑對混合料性能的影響更大。