基于垂直振動成型的瀝青穩定碎石力學性能研究

【中圖分類號】：U414 【文獻標志碼】：A 【文章編號】：1008-3197（2025）04-71-04

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2025.04.016

Mechanical Properties of Asphalt-treated Macadam Based on Vertical Vibration Compaction

CAO Gaoshang

（ Co.，Ltd.， 3OO392，China）

【Abstract】：Tofurtherreveal the influenceof verticalvibrationcompactiononthepropertiesofasphalt-treated base ATB30，specimens were prepared using both vertical vibration compaction method and Marshallheavy compaction method.Density tests were corduced to analyze and examine the relationship between the two compaction methods and their influence on asphalt content，mechanical properties and road performance.The results show that vertical vibration compaction can achieve compaction effects comparable to those specified in current standards withinashort duration.Futhermore，with increased compaction duration，the high-temperature stability and moisture stabilityof ATB-3O are enhanced，and the optimal asphalt-aggregate ratio is reduced.

【Key words】：vertical vibrationcompaction;asphalt-tread base;bulk specific gravity;mechanical properties;pavement performance

一直以來，馬歇爾體積設計法作為我國瀝青混合料及瀝青穩定碎石配合比設計的標準方法，為我國瀝青路面的建設提供施工及驗收依據-2]。馬歇爾試件成型的標準是20世紀70年代提出的，其壓實功的對應關系在當時沒有問題，但當前瀝青路面的交通量已遠不是當年可比3；瀝青路面在通車若干年后，其路面的密實程度大約是室內馬歇爾標準擊實功試件的1.02倍4～5；因此繼續以馬歇爾室內標準擊實功（小馬歇爾試件雙面擊實75次，或大馬歇爾試件雙面擊實112次）為依據，已經不能較好地指導混合料設計與施工。針對上述問題，國內外研究人員開展了系列的研究，其中引人振動，增加室內試件壓實效果是一條重要的途徑。

雖然國內外在垂直振動瀝青混合料領域的研究成果較為豐富，但具體到大粒徑的瀝青穩定碎石ATB-30，其振動成型工藝與現行馬歇爾重型擊實次數的對應關系及其對ATB-30毛體積相對密度、最佳油石比（OAC）、力學性能及路用性能的影響規律尚缺乏足夠的試驗例證。鑒于此，本文采用垂直振動（VVC）成型和馬歇爾重型擊實成型分別制備ATB-30試件，并進行密度測試，分析VVC成型與馬歇爾重型擊實成型的對應關系，確定最佳油石比（OAC），分析成型方式對瀝青用量的影響。

1 試驗設計

集料為石灰巖，礦粉為石灰巖磨制而成，技術性能均滿足相關規范的要求。采用 70^# 基質瀝青，見表1。

表1 70^# 基質瀝青技術性能

垂直振動成型儀器的基本參數：激振力 7.65kN 工作頻率 37Hz 。ATB-30瀝青穩定碎石級配見圖1。

圖1ATB-30級配曲線

VVC成型時間分別為20、30、75、100s，所成型試件分別以VVC-20、VVC-30、VVC-75、VVC-100表示。

為了與現行規范重型擊實進行對比，采用馬歇爾重型擊實儀制備ATB-30試件，雙面擊實次數分別為112、145、170次，所得試件的分別以M-112、M-145、M-170表示。以相同油石比制備試件，進行密度檢測，分析VVC成型與馬歇爾重型擊實成型的對應關系；確定最佳油石比，分析成型方式對瀝青用量的影響；以最佳油石比進行相應試件的制備，檢測試件穩定度（MS）、劈裂強度 （Ri） 、抗剪強度 （τ） ，分析VVC成型對瀝青混合料力學性能的影響規律；檢測試件的動穩定度（DS）、殘留穩定度（MS'）及劈裂強度比（TSR），分析VVC成型對試件路用性能的影響規律。

2VVC與馬歇爾擊實次數對應關系

VVC成型的壓力、振動頻率等參數的取值是參考現場振動壓路機的壓實功而確定的，相較于重型馬歇爾擊實成型更符合實際情況，但現行規范對ATB-30仍然采用的是重型馬歇爾雙面擊實112次成型，為了讓VVC與馬歇爾重型擊實建立聯系，采取了不同VVC成型時間與不同馬歇爾重型擊實次數相比較的方式，為了避免油石比不同而帶來的誤差，所有試件的油石比均統一為 3.4% 。見圖2。

VVC成型時間為 20s 時，試件的毛體積相對密度與馬歇爾雙面重型擊實112次相當；VVC成型時間為30s時，試件的毛體積相對密度與馬歇爾雙面重型擊實145次相當；VVC成型時間為100s時，試件的毛體積相對密度與馬歇爾雙面重型擊實175次相當。相關研究表明，隨著現代交通量的增大，瀝青路面通車后的最大壓實程度與馬歇爾重型擊實次數175次相當；因此可以得出：VVC成型時間20s時，可以達到現行規范對瀝青混合料室內試件成型的壓實功要求，VVC成型100s時可以達到現代道路壽命最大壓實程度的要求。

不同的壓實程度對瀝青混合料的最佳油石比具有一定的影響。對不同擊實次數的馬歇爾重型成型試件及不同振動成型時間的VVC試件進行了最佳油石比的確定試驗。見圖3。

圖3不同成型方式瀝青混合料試件的最佳油石比

隨著壓實程度的增大，ATB-30的最佳油石比減小，不考慮性能變化的前提下，從一定程度上節省了瀝青用量。馬歇爾重型擊實次數145、170次，比擊實次數112次時分別節約瀝青用量 6% 、 11% （精確至1% ；VVC成型20、30、75、100s時，比馬歇爾重型擊實次數112次時分別節約瀝青用量 -1%，3%，9% 、11% 。可見VVC成型 30.20s 時的最佳瀝青用量與馬歇爾重型擊實次數112時的最佳瀝青用量相當；而VVC成型100s時的最佳瀝青用量與馬歇爾重型擊實次數175時的最佳瀝青用量相當，這一規律與毛體積密度的變化規律一致。

3VVC成型對ATB-30的影響

3.1力學性能

ATB-30的力學性能與其密實程度關系密切，但同時也受多種因素干擾。為了揭示VVC成型方式對ATB-30力學性能的影響規律，測試不同成型方式ATB-30試件的穩定度、劈裂強度、抗剪強度。見圖4。

圖4不同成型方式ATB-30力學性能

穩定度是反應ATB-30力學性能的核心指標。隨著成型時間的增長或馬歇爾重型擊實次數的增加，ATB-30的穩定度也隨之增大，VVC-20與M-112的穩定度相當，VVC-75與M-175的穩定度相當。

劈裂強度和抗剪強度也是ATB-30的重要力學性能，對于其抗車轍性能等路用性能具有較大的影響。隨著VVC成型時間的增長或馬歇爾重型擊實次數的增加，ATB-30的劈裂強度和抗剪強度均增大，VVC-20、VVC-30與M-112的劈裂強度和抗剪強度相差不大；VVC-75與M-175的穩定度相當;VVC-100比其他試件的劈裂強度和抗剪強度都大，但并未呈現明顯優勢，特別是與VVC-75、M-175的劈裂強度和抗剪強度相差很小。

3.2路用性能

ATB-30主要路用性能包括高溫穩定性和水穩定性，高溫穩定性一般采用動穩定度來評價，水穩定性則一般采用殘留穩定度和劈裂強度比進行評價。對不同成型方式的ATB-30進行了動穩定度、殘留穩定度和劈裂強度比的測試。見圖5。

圖5不同成型方式的ATB-30路用性能

我國現行規范采用動穩定度表征瀝青混合料及瀝青穩定碎石的高溫穩定性，其數值的大小與車轍深度與輪載行走次數有關，一般而言，密實度越大的瀝青混合料或瀝青穩定碎石，動穩定度越大。隨著VVC成型時間的增長或馬歇爾重型擊實次數的增加，ATB-30的動穩定度也增大。馬歇爾重型擊實次數為145和170次時，比擊實次數112次時動穩定度分別提升 15% 和 34% （精確至 1% ；VVC成型20、30、75、100s時動穩定度比馬歇爾重型擊實次數112次分別提升了 -6%，1%，18%，35% 。可見VVC-30與M-112高溫穩定性能相當，而VVC-100與M-175高溫穩定性相似。同時還可以說明VVC成型時間的增長對提升瀝青混合料的高溫穩定性是十分有利的，實際施工過程中可適當增加振動碾壓次數以提高路面抗車轍的能力。

殘留穩定度和劈裂強度比是評價瀝青混合料和瀝青穩定碎石水穩定性能的主要評價指標。隨著VVC成型時間的增長或馬歇爾重型擊實次數的增加，ATB-30的殘留穩定度和劈裂強度比均呈明顯增大趨勢，說明壓實功的增加，一定程度上可以提升ATB-30的水穩定性，VVC-100和M-175較M-112殘留穩定度和劈裂強度比分別提升了 9%4%.7%.5% 。水穩定性的提高對減少瀝青路面水損害具有一定的益處。

綜上，VVC成型時間為 30s 時，ATB-30的路用性能與馬歇爾重型擊實112次相當。鑒于通車后，路面最終壓實程度與馬歇爾重型擊實175次較為接近，因此VVC成型時間為100s時與ATB-30的壓實功較為接近，建議選擇VVC-100作為室內成型的標準試件，并以此進行壓實度的驗收，以提高路面的壓實程度及各項路用性能。

4結論

1）VVC-20與M-112的毛體積相對密度相當，VVC-30與M-145的毛體積相對密度相當，而VVC-100與M-175的毛體積相對密度相當。

2）隨著壓實程度的增加，ATB-30的最佳油石比相應減小，不考慮性能變化的前提下，一定程度上節省了瀝青用量。VVC成型30、20s時的最佳瀝青用量處于馬歇爾重型擊實次數為112時的最佳瀝青用量附近；而VVC成型100s時的最佳瀝青用量與馬歇爾重型擊實次數為175時的最佳瀝青用量相當。

3）VVC-20與M-112的穩定度相當，VVC-75與 M-175的穩定度相當；VVC-20、VVC-30與M-112的 劈裂強度和抗剪強度相當，VVC-75與M-175的劈裂 強度和抗剪強度相當。

4）VVC成型時間增長可以大幅度提升ATB-30的高溫穩定性，并對水穩定性也有一定的提高作用。

5）基于瀝青路面通車后的最終壓實狀態，建議采用VVC-100作為ATB-30的室內成型標準試件。

參考文獻：

[1]鐘昆志，劉禮輝，張秋菊，等.基于振動成型的瀝青穩定碎石基層路用性能研究[J].公路，2024，69（3）：21-29

[2]索智，譚祎天，張亞，等.骨架密實型瀝青穩定碎石混合料動態模量研究[J].建筑材料學報，2022，25（2）：206-213.

[3]李偉，龍文海，韋培富，等.低標號瀝青及低標號瀝青穩定碎石性能評價[J].公路交通科技，2022，39（S2）：34-40.

[4]PANQinxue，HU Jia，ZHENGJianlong，et al.Poisson'sratiotestingmethod and multi-factorinfluencequantification modelofasphaltpavementmaterials[J].Constructionamp;BuildingMate-rials，2024，425：136025.

[5]丁滔，金珊珊，索智，等.嵌鎖式瀝青穩定碎石配合比設計及性能研究[J].材料導報，2022，36（S1）：215-219.

[6]蔣應軍，孔令飛，陳浙江.ATB-30瀝青混合料VVCM與馬歇爾設計對比[J].公路交通科技，2015，32（6）：6-11.

[7]MADANBEKOVN，SHAMSHIBEKOVUU，ABDYLLAEVAD，etal.Applicationofcrushed stone-masticasphaltconcreteinthekyrgyzstan and its features [J]. Vestnik of the Kyrgyz-RussianSlavic University，2022：249295471.