瀝青混合料水穩(wěn)定性評價方法的研究

吳振宏

(鎮(zhèn)江市交通運輸綜合行政執(zhí)法支隊，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

1 引 言

水損害是導(dǎo)致瀝青路面的早期損壞的重要因素之一。水損害的特點是多發(fā)生在雨季或黃梅季節(jié)，持續(xù)幾天的大雨就會導(dǎo)致瀝青面層出現(xiàn)小塊網(wǎng)裂、冒白漿、松散、坑槽等現(xiàn)象。而瀝青混合料本身抗水損害能力不足則是產(chǎn)生這些損害的原因之一。混合料本身抗水性能的優(yōu)劣與其采用的配制方法有直接關(guān)系，因此，瀝青混合料水穩(wěn)定性的試驗方法是需要加以探討的[1]。為此，本文對瀝青混合料水穩(wěn)定性的三種代表性的試驗方法——浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗、浸水車轍試驗的適用性和功效進行了分析。

2 現(xiàn)行試驗方法的討論

我國《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTJ E20—2011)(以下稱《試驗規(guī)程》)規(guī)定的水穩(wěn)定性試驗方法有;浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗。我們首先對這兩種方法進行室內(nèi)試驗。

2.1 浸水馬歇爾試驗—空隙率變化對馬氏殘留穩(wěn)定度的影響

《試驗規(guī)程》規(guī)定;浸水馬歇爾試驗所用試件按規(guī)程T0702標準擊實法成型，即它與標準馬歇爾試驗所用試件一樣，都是兩面擊頭75次[2]。制件以后(一般制作8個試件，試件分兩組，一組在60 ℃水浴中保養(yǎng)0.5 h后測其馬歇爾穩(wěn)定度S1；另一組在 60 ℃水浴中保養(yǎng)48 h后測其測其馬歇爾穩(wěn)定度S2;然后計算殘留穩(wěn)定度S0=S2/S1×100%。實踐表明：對于中下面層瀝青混合料，采用這種方法所得出的殘留穩(wěn)定度大部分高達90%以上，基本符合規(guī)范規(guī)定的大于75%的要求。

眾所周知，現(xiàn)場的馬氏殘留穩(wěn)定度試驗是用來檢驗瀝青混合料的水穩(wěn)定性、防止或減少瀝青路面產(chǎn)生水損害的。因此，試驗條件，特別是所用試件應(yīng)盡量與路面的實際工作條件相似。馬氏試驗進行配合比設(shè)計時，要求對某種密級配型瀝青混合料采用兩面擊實75次制作試件，試件的空隙率要求3%～6%(平均為4.5%);而施工及驗收規(guī)范則要求壓實度為馬歇爾試驗密度的96%，因此當(dāng)設(shè)計空隙率為4.5%，施工壓實度為96%時的實際空隙率是[1-96%x(1-4.5%)]=8.32%。可見，設(shè)計空隙率4.5%和實際空隙率8.32%顯然是有差別的。它們在室內(nèi)水浴中吸水的情況都有不同，因此，與現(xiàn)場的差距就更大了。

為了查明空隙率變化對馬歇爾殘留穩(wěn)定度的影響，室內(nèi)試驗通過改變馬氏擊實儀擊實次數(shù)制件來獲得不同的空隙率，擊實次數(shù)定為5種∶110、75、55、35、15次。每種擊實次數(shù)制備16個試件，分成兩組以便分別進行馬氏試驗和劈裂試驗。試驗所用瀝青為殼牌70#，集料為本地砂巖，集料級配采用Sup-16的中間值，具體級配組成見表1。

表1 集料級配組成

試驗結(jié)果表明，該級配的最佳含油量為4.45%。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)得到擊實次數(shù)與空隙率的關(guān)系如下：擊實次數(shù)在35～110次之間時，試件吸水率都小于2%，孔隙率測定采用表干重法。擊實次數(shù)為15次時，試件吸水率增加至4%以上。為了保證方法的一致性，試件空隙率測定仍然采取表干重法。

空隙率與擊實次數(shù)之間服從乘冪關(guān)系，回歸關(guān)系式為

Y=48.053X-0.328 5

(1)

式中：Y為空隙率；X為擊實次數(shù)。

回歸相關(guān)系數(shù)R2=0.995 8。

觀察浸水殘留穩(wěn)定度，擊實75次的試件最高，擊實110次試件次之。從擊實75次到35次的浸水殘留穩(wěn)定度表現(xiàn)為下降趨勢，到了擊實15次時開始上升。從試驗數(shù)據(jù)中可知，擊實35次時，試件空隙率為7.6%，而擊實15次時空隙率為11.23%，接近12%，已經(jīng)形成透水路面結(jié)構(gòu)，水無法在孔隙內(nèi)存留，所以其殘留穩(wěn)定度升高。

同時可以看到，隨著擊實次數(shù)降低，浸水殘留穩(wěn)定度變化極小，差值僅有3.47%，且均大于80%。或者可以說使用該指標檢驗水敏感性不佳，以至對于本試驗所用的砂巖這種酸性石料，其殘留穩(wěn)定度依然大于75%。

2.2 凍融劈裂試驗

《試驗規(guī)程》規(guī)定，試件按雙面各擊實50次制作，每種試件分兩組∶一組在25 ℃水浴中浸泡2 h后，測試劈裂強度R;另一組先在25 ℃水中浸泡2 h，然后在0.09 MPa浸水抽真空15 min，再在-18 ℃冰箱中置放16 h，而后放到60 ℃水浴中恒溫24 h，再放到25 ℃水中浸泡2 h后，測試其劈裂強度R2，計算其殘留強度比R0=R2/R1×100%。

這一試驗方法是參照美國AASHTO T283抗水損害試驗方法提出的，其中考慮到我國目前的試驗水平和實際情況進行了適當(dāng)簡化∶即變固定空隙率(6%～8%)為固定擊實次數(shù)50次，同時固定真空飽水的真空度和飽水時間，使實際試驗更容易實現(xiàn)。這種想法固然是好的，但兩面擊實50次所得試件空隙率仍然難以反映現(xiàn)場實際情況。為此，仿照上述浸水馬歇爾試驗所用的5種擊實次數(shù)制件并進行劈裂試驗。

隨著擊實次數(shù)的減少，試件的劈裂強度和凍融劈裂強度均呈下降趨勢。若將空隙率與凍融劈裂強度比TSR繪成關(guān)系圖(見圖1)，則可以看出二者存在一定的關(guān)系∶隨著空隙率的增大，TSR呈下降趨勢，但在空隙率為9.0%左右時，TSR則存在一個轉(zhuǎn)折，從該點TSR開始上升。

圖1 空隙率與TSR關(guān)系

對某Sup-12.5級配分別進行雙面擊實50次與40次的試件進行凍融劈裂試驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)雙面擊實50次時，TSR為82.68%滿足要求，而雙面擊實40次時TSR只有75.53%達不到Superpave要求的80%。

因此，在試驗方法中，應(yīng)根據(jù)試驗材料的不同而對試件兩面擊實次數(shù)作適當(dāng)調(diào)整，使得所得試件的空隙率達7%左右。就本次所用級配而言，兩面擊實次數(shù)40次左右為宜。

2.3 浸水車轍試驗

瀝青路面分析儀是一種多功能輪載測試儀，可用于評估干燥或潮濕條件下瀝青混合料的變形(車轍)、疲勞斷裂和潮濕敏感性。為了更好地模擬道路的實際使用狀態(tài)，采用路面分析儀(APA)進行了浸水車轍試驗，同上面試驗進行對比研究。

浸水車轍試驗的過程是：瀝青混合料在短期老化后，利用SHRP旋轉(zhuǎn)壓實儀成型試件，試件尺寸d=15 cm，h=7.5 cm空隙率7%±1%。試件首先在0.08 MPa真空水平下飽水12 min，然后經(jīng)-18 ℃冰凍16 h+1 h，在60 ℃+1 ℃的水浴浸泡24 h，最后將試件裝入模具，放入已達試

驗溫度64 ℃的 APA槽內(nèi)4 h后開始浸水車轍試驗，車轍試驗時的接觸壓力為0.7 MPa，在輪載反復(fù)作用8 000次循環(huán)。針對鎮(zhèn)江境內(nèi)公路工程常用的茅迪、宜興、船山石灰?guī)r所用Sup-25及砂巖(Sup-16)浸水車轍試驗結(jié)果見表2和圖2。

表2 茅迪、宜興、船山集料Sup-25及砂巖(Sup-16)浸水車轍試驗結(jié)果

圖2 APA浸水車轍試驗結(jié)果

由表2中數(shù)據(jù)可以看出：采用APA分析儀進行浸水車轍試驗，可以分辨出同一種堿性石料的潮濕敏感性。浸水車轍試驗結(jié)果表明，在三種石料中，宜興石灰?guī)r的車轍深度2.148 mm為最小，其次為船山(2.349 mm)，最差為茅迪石灰?guī)r(2.519 mm)。但瀝青中加抗剝落劑后則有不同的效果；茅迪石料可使浸水車轍深度減少19.5%，效果最佳，宜興次之，船山石料較差。

3 結(jié) 論

針對瀝青混合料水穩(wěn)定性評價方法所進行的試驗結(jié)果表明。

(1)浸水馬歇爾試驗方法雖然操作簡便，但對水損害的敏感性欠佳，導(dǎo)致試件空隙率變化對馬氏殘留穩(wěn)定度的影響不大。

(2)凍融劈裂試驗?zāi)芊从乘畵p害的敏感性，試件空隙率的大小對試驗結(jié)果有影響，建議今后的試驗以能取得試件空隙率7%±1%的擊實次數(shù)來制件。

(3)浸水車轍試驗(采用APA分析儀)能較為準確地反映同種巖性(堿性或酸性)不同石料之間在水敏感性方面的差異，可用來檢驗不同石料瀝青混合料抗水損害能力，但在此之前應(yīng)解決其指標問題，即浸水車轍深度合格與否的界限。