兩種抗滑級配混合料設(shè)計(jì)及性能對比試驗(yàn)研究

楊侶珍，張 平

(1.湖南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長沙 410004;2.長沙理工大學(xué)，湖南長沙 410076)

近年來，在高速公路建設(shè)的飛速發(fā)展給人們出行帶來方便的同時(shí)，也提高了發(fā)生交通事故的概率。造成交通事故的原因很多，主要原因有行駛者安全意識差和路面狀況運(yùn)行條件不佳等方面。前者可以通過強(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，高速公路上，構(gòu)造深度和摩擦系數(shù)大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)，研究兩種不同類型的瀝青路面抗滑級配:AC—13K、Superpave—13。

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)

1.1.1 AC—13K 級配的選擇

根據(jù)篩分結(jié)果，對AC—13K配制三種級配方案，分別代表兩種級配范圍內(nèi)的粗、中、細(xì)三種狀況，其級配設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果如表1、表2、表3所示。

表1 三種不同級配的材料用量%

表2 AC—13K合成級配

表3 三種AC—13K合成級配的表觀相對密度和毛體積相對密度

對上述配制的級配，按下式計(jì)算混合料的初始瀝青用量Pbi:

式中:Pbi為初始瀝青含量，按混合料質(zhì)量記，%;VMA為壓實(shí)混合料集料間隙率，對于AC—13K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密度。

按照三種合成級配，可計(jì)算得:Pbi=5.1%。按照標(biāo)準(zhǔn)的方法制件，通過對各種級配的混合料進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)并對其體積參數(shù)計(jì)算，結(jié)果如表4。按照最佳級配確定原則，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)值的一種級配，被確定為最佳級配或設(shè)計(jì)集料級配［2］。故對于 AC—13K，選取級配2為最佳級配。

表4 AC—13K最佳級配選擇表

1.1.2 AC—13K 最佳瀝青用量的確定

根據(jù)最佳設(shè)計(jì)集料級配，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)測最大理論相對密度。確定不同瀝青含量壓實(shí)混合料的體積參數(shù):VV、VMA、VFA等如表5。

表5 AC—13K馬歇爾試驗(yàn)匯總表

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%對應(yīng)的瀝青含量，即為最佳瀝青含量，對于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。并將這些數(shù)值與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對照，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。

1.1.3 AC—13K 馬歇爾試驗(yàn)

采用上述確定的級配與瀝青用量，制備各1組馬歇爾試件，測定其體積參數(shù)、穩(wěn)定度與流值，并進(jìn)行了析漏試驗(yàn)，如表6，可知:所有特性值完全符合設(shè)計(jì)要求，因此所選定的級配與瀝青用量滿足預(yù)期的要求［3］。

表6 AC—13K驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果匯總表

1.2 Superpave—13 瀝青混合料設(shè)計(jì)

1.2.1 Superpave—13 級配的選擇

按照AC—13K的設(shè)計(jì)程序，同樣配制符合Superpave—13級配范圍內(nèi)的粗、中、細(xì)三種級配，其級配結(jié)果如表7、表8、表9所示。

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，按上述方法測試計(jì)算試件的體積參數(shù)如表10，從表中可以看出，只有Blend2的VMA滿足技術(shù)要求，因此選擇Blend2為設(shè)計(jì)級配。

表7 三種不同級配的材料用量

表8 Superpave—13合成級配

表9 三種Superpave—13合成級配的表觀相對密度和毛體積相對密度

1.2.2 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如表11。

繪制VV、VMA、VFA、DP等參數(shù)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%對應(yīng)的瀝青含量為5.1%，即為最佳瀝青含量［3］。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)標(biāo)進(jìn)行對照，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10 Superpave—13最佳級配選擇表

表11 Superpave—13體積參數(shù)試驗(yàn)匯總表

1.2.3 Superpave—13 混合料的馬歇爾特性

按設(shè)計(jì)集料級配與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。其馬歇爾特性如表12。

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12 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。

2.1 抗水損害試驗(yàn)

對于設(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)，而對于Superpave—13則采用了T—283的試驗(yàn)方法進(jìn)行檢驗(yàn)［4］。通過實(shí)驗(yàn)分析，AC—13K具有較強(qiáng)的抗水損害能力，同時(shí)將殘留穩(wěn)定度與凍融劈裂強(qiáng)度比(TSR)兩者的試驗(yàn)結(jié)果對比來看，兩者具有較好的一致性，殘留穩(wěn)定度高時(shí)，凍融劈裂強(qiáng)度比(TSR)也高，因此對于工地試驗(yàn)室，當(dāng)進(jìn)行T—283試驗(yàn)有困難時(shí)，應(yīng)進(jìn)行浸水馬歇爾試驗(yàn)，初估瀝青混合料的抗水損害能力［5］。

2.2 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。兩種級配的瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果如表13所示。由此可知，在高溫抗車轍方面，AC—13K與Superpave—13均能滿足技術(shù)要求。

表13 車轍試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)束語

選定兩種抗滑類型瀝青混合料:AC—13K、Superpave—13，主要性能技術(shù)指標(biāo)如表14所示。

表14 兩種混合料性能主要指標(biāo)對比表

由上表可以看出:馬歇爾力學(xué)性能方面，兩種混合料均滿足要求。動(dòng)穩(wěn)定度均滿足要求，對比試驗(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。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］黃曉明，吳少鵬.瀝青與瀝青混合料［M］.南京:東南大學(xué)出版社，2002.

［3］趙戰(zhàn)利.瀝青路面抗滑表層研究［D］.西安:長安大學(xué)，2007.

［4］紀(jì)耀輝.瀝青路面抗滑級配類型工程應(yīng)用研究［D］.長沙:長沙理工大學(xué)，2008.

［5］莫百金，李躍軍.新型抗滑磨耗層混合料級配設(shè)計(jì)及路用性能研究［J］.公路，2008(10).