抗滑級(jí)配瀝青混合料體積參數(shù)及性能對(duì)比試驗(yàn)

0 引言

近年來，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)、健康地發(fā)展，交通事業(yè)特別是高速公路建設(shè)得到了飛速發(fā)展。然而，高速公路在給人們出行帶來方便的同時(shí)，由于其車速快，車流量大的特點(diǎn)，也提高了發(fā)生交通事故的可能。造成交通事故的原因是多方面的，一般認(rèn)為主要原因有行駛者安全意識(shí)差和路面狀況運(yùn)行條件不佳兩方面。行駛者的安全意識(shí)可以通過強(qiáng)化教育加以提高，而改善路面運(yùn)行條件最直接最有效的方法之一就是鋪筑抗滑表層。據(jù)調(diào)查顯示，高速公路上，構(gòu)造深度和摩擦系數(shù)大(即抗滑性能好)的路段的事故率要低于構(gòu)造深度和摩擦系數(shù)小的路段［1］。本文通過室內(nèi)試驗(yàn)，研究了兩種不同類型的瀝青路面抗滑級(jí)配:AC-13K(又稱改進(jìn)型AK-13A)，Superpave-13。所進(jìn)行的室內(nèi)試驗(yàn)包括馬歇爾試驗(yàn)、抗水損害試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)。

1 瀝青混合料的設(shè)計(jì)

1．1 AC-13K瀝青混合料的設(shè)計(jì)

1)AC-13K級(jí)配的選擇。根據(jù)篩分結(jié)果，對(duì)AC-13K配制三種級(jí)配方案，分別代表兩種級(jí)配范圍內(nèi)的粗、中、細(xì)三種狀況，其級(jí)配設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果如圖1所示。

圖1 AC-13K級(jí)配曲線圖

對(duì)上述配制的級(jí)配，按下式計(jì)算混合料的初始瀝青用量Pbi:Pbi=1．18+。其中，Pbi為初始瀝青含量，按混合料質(zhì)量計(jì)，%;VMA為壓實(shí)混合料集料間歇率，對(duì)于AC-13K與AK-13A取14．5%;VV為壓實(shí)混合料空隙率，可取設(shè)計(jì)空隙率4%;Gsb為混合料毛體積相對(duì)密度。計(jì)算可得:Pbi=5．1%。采用該瀝青用量對(duì)每種級(jí)配至少制備3個(gè)合格的馬歇爾試件，混合料的拌和溫度為175℃，成型溫度為155℃～160℃，且試件制備前應(yīng)放入烘烤箱在壓實(shí)溫度保持2 h進(jìn)行短期老化。同時(shí)按真空法實(shí)測(cè)最大理論相對(duì)密度Gmm，采用表干法測(cè)定試件的毛體積相對(duì)密度Gmb。通過對(duì)各種級(jí)配的混合料進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)并對(duì)其體積參數(shù)計(jì)算，結(jié)果見表1。按照最佳級(jí)配確定原則，即VMA，VFA，粉膠比，馬歇爾穩(wěn)定度與流值均符合設(shè)計(jì)要求，空隙率又接近4%設(shè)計(jì)值的一種級(jí)配，被確定為最佳級(jí)配或設(shè)計(jì)集料級(jí)配。因此可知，對(duì)于AC-13K，選取級(jí)配2為最佳級(jí)配。

2)AC-13K最佳瀝青用量的確定。根據(jù)已確定的設(shè)計(jì)集料級(jí)配，即 AC-13K 為級(jí)配 2，分別采用 4．6%，5．1%，5．6%，6．0% 的瀝青用量，按照上述制件方法制備馬歇爾試件，并實(shí)測(cè)最大理論相對(duì)密度。確定不同瀝青含量壓實(shí)混合料的體積參數(shù):VV，VMA，VFA，粉膠比 DP以及馬歇爾穩(wěn)定度與流值，見表2。繪制VV，VMA，VFA，DP，馬歇爾穩(wěn)定度與流值分別與瀝青含量的關(guān)系曲線，在VV與Pb的關(guān)系曲線上，與設(shè)計(jì)空隙率4%對(duì)應(yīng)的瀝青含量，即為最佳瀝青含量，對(duì)于AC-13K為5．2%。并在此瀝青含量從其余關(guān)系曲線上找出相應(yīng)的VMA，VFA，粉膠比，馬歇爾穩(wěn)定度與流值［2］。并將這些數(shù)值與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)照，可知所有特性值均符合設(shè)計(jì)要求，則此瀝青含量即為最佳瀝青含量。

表1 AC-13K最佳級(jí)配選擇表

表2 AC-13K馬歇爾試驗(yàn)匯總表

3)AC-13K馬歇爾試驗(yàn)。采用上述確定的級(jí)配與瀝青用量，各制備1組馬歇爾試件，測(cè)定其體積參數(shù)、穩(wěn)定度與流值，并進(jìn)行了析漏試驗(yàn)，試驗(yàn)采用的溫度為175℃，由試驗(yàn)結(jié)果可知:所有特性值完全符合設(shè)計(jì)要求，因此所選定的級(jí)配與瀝青用量滿足預(yù)期的要求。

1．2 Superpave-13瀝青混合料設(shè)計(jì)

1)Superpave-13級(jí)配的選擇。按照AC-13K的設(shè)計(jì)程序，同樣配制符合Superpave-13級(jí)配范圍內(nèi)的粗、中、細(xì)三種級(jí)配。同樣按式(1)計(jì)算初始瀝青用量Pbi=5．2%，按設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)Ndes=100次成型試件，按上述方法測(cè)試計(jì)算試件的體積參數(shù)見表3，從表3中可以看出，只有級(jí)配2的VMA滿足技術(shù)要求，因此選擇級(jí)配2為設(shè)計(jì)級(jí)配。

表3 Superpave-13最佳級(jí)配選擇表

2)Superpave-13最佳瀝青用量的確定。分別采用4．2%，4．7%，5．2%，5．7%，6．2%的瀝青用量制備試件，確定不同瀝青含量壓實(shí)混合料的體積參數(shù)，VV，VMA，VFA，粉膠比DP見表4。繪制 VV，VMA，VFA，DP，Gmb，%Gmm@Nini分別與瀝青含量的關(guān)系曲線，在VV與Pb的關(guān)系曲線上，與設(shè)計(jì)空隙率4%對(duì)應(yīng)的瀝青含量為5．1%，即為最佳瀝青含量。并在此瀝青含量從其余關(guān)系曲線上找出相應(yīng)的VMA，VFA，粉膠比，并將這些數(shù)值與設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)照，可知所有特征值均符合設(shè)計(jì)要求，則此瀝青含量即為最佳瀝青含量。

表4 Superpave-13體積參數(shù)試驗(yàn)匯總表

3)Superpave-13混合料的馬歇爾特性。按設(shè)計(jì)集料級(jí)配與5．1%瀝青含量制備馬歇爾試件(雙面75擊次)，制備試件壓實(shí)溫度均按160℃±5℃控制。其馬歇爾特性見表5。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)瀝青含量為5．1%時(shí)，馬歇爾試件的空隙率約為4．1%，該體積參數(shù)與旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)100次試件體積參數(shù)相當(dāng)。

表5 Superpave-13混合料的馬歇爾特性

2 瀝青混合料路用性能試驗(yàn)

瀝青路面抗滑表層主要解決高溫抗車轍和抗水損害等性能，在混合料的性能試驗(yàn)方面也就主要圍繞這兩方面進(jìn)行。

1)抗水損害試驗(yàn)。對(duì)于設(shè)計(jì)的AC-13K瀝青混合料采用兩種方法分別檢驗(yàn)抗水損害性能，一為按JTJ 052-2000試驗(yàn)規(guī)程的浸水馬歇爾試驗(yàn)，而對(duì)于Superpave-13則采用了T-283的試驗(yàn)方法進(jìn)行檢驗(yàn)。兩種方法的試驗(yàn)結(jié)果如表6，表7所示。

表6 浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

表7 AASHTO-283試驗(yàn)結(jié)果

2)車轍試驗(yàn)。車轍試驗(yàn)按照J(rèn)TJ 052-2000試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行，試驗(yàn)采用的條件為試驗(yàn)溫度60℃，輪壓為0．7 MPa。兩種級(jí)配的瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

表8 車轍試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)語

選定的兩種抗滑類型瀝青混合料:AC-13K(又稱改進(jìn)型AK-13A)，Superpave-13。從其主要性能技術(shù)指標(biāo)可以看出:1)馬歇爾力學(xué)性能方面，兩種混合料均滿足要求。2)動(dòng)穩(wěn)定度均滿足要求，對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果可以看出在高溫抗車轍性能方面，兩種混合料的優(yōu)劣次序?yàn)?AC-13K＞Superpave-13。3)通過以上室內(nèi)試驗(yàn)可以看出，AC-13K較Superpave-13在高溫抗車轍與抗水損害能力等性能上均得到了不同程度的改善與提高，AC-13K(或稱改進(jìn)型AK-13)使用性能明顯優(yōu)越于Superpave-13型混合料。

［1］JTG F40-2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范［S］．

［2］趙戰(zhàn)利．瀝青路面抗滑表層研究［D］．西安:長安大學(xué)碩士學(xué)位論文，2010．