級配離析對瀝青混合料體積參數的影響分析

朱慧峰，孫 強

(1.南通市交通工程質量監測站海門分站;2.河海大學土木與交通學院)

瀝青混合料的離析是當前瀝青路面施工中普遍存在的現象，也是瀝青路面早期損壞的一個重要原因。級配離析是瀝青混合料離析的主要形式，當級配離析發生時將使材料設計與實際施工情況嚴重脫節，離析部位的級配和油石比脫離了設計要求，導致路面空隙率、礦料間隙率等體積參數發生了不同程度的變化，進而導致路面早期損壞的發生和發展，比如粗集料集中區域水穩定性降低，細集料集中區域抗車轍能力降低等。

1 試驗方案設計

1.1 試驗材料

本試驗采用的瀝青為泰州產SBS改性石油瀝青，集料產地為南京六合，1#、2#、3#料為玄武巖，4#料為石灰巖，礦粉由鎮江產石灰石磨制而成。混合料類型采用AC-13型混合料，礦料及瀝青的各項指標均符合規范的要求，礦料及瀝青的密度結果見表1和表2。

表1 礦料相對密度試驗結果表

表2 瀝青相對密度試驗結果表

1.2 級配的確定

當混合料級配發生離析時，離析混合料級配曲線將偏離標準混合料級配曲線，兩條級配曲線之間所包圍面積的大小反映了2組級配組成的離析程度，該面積越大，表明級配離析程度越大。采用式(1)計算2組混合料的級配偏差值S，S可以間接地反映2組混合料級配曲線之間的面積，S值越大，表明級配離析程度越大。

式中:Pi，j為離析混合料篩孔 j的通過百分率;Pa，j為標準混合料篩孔j的通過百分率。

同濟大學李立寒教授研究確定，當以級配偏差值S判斷級配的離析程度時，無離析、輕度離析、中度離析和嚴重離析分別為:＜10%、10% ～20%、20% ～35%和 ＞35%。根據以上判別標準設計了7種級配:重度粗、中度粗、輕度粗、未離析、輕度細、中度細和重度細。具體級配見表3，級配曲線圖見圖1。

1.3 瀝青用量的確定

本試驗中各級配混合料的瀝青用量按照瀝青膜厚度相等的原則進行換算，瀝青膜厚度按照《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)附錄B中的方法計算，換算后各級配混合料的油石比見表4。

表3 七種級配篩分結果

表4 不同級配混合料的集料比表面積和油石比

2 試驗結果與分析

按照設計級配和油石比成型馬歇爾試件，由于偏粗級配的試件空隙率比較大，故采用體積法測定試件的毛體積相對密度，根據《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)中的規定，對于改性瀝青混合料的最大理論密度應由計算法求得，故本試驗中試件的最大理論密度采用計算法求得，各項體積參數見表5。

表5 不同級配混合料的體積參數

為更直觀地體現體積參數的變化趨勢，對數值進行歸一化處理，以未離析時的體積參數值為標準歸一化處理后的數值見表6。

圖1 七種級配的級配曲線圖

表6 不同級配混合料歸一化處理后的體積參數

分析表5和表6可知，混合料的毛體積相對密度呈現先增大后減小的趨勢，在輕度細時達到最大值，重度粗時的值最小，極差為0.181，這是因為重度粗時混合料的粗細集料比例嚴重偏離設計要求，使得混合料的結構類型由懸浮密實型變為了骨架懸浮型，從而使混合料難以壓實，毛體積相對密度偏小，隨著離析程度的逐漸減小，混合料結構趨于合理，毛體積相對密度逐漸增大，當混合料過細時，瀝青用量過多，同樣使混合料難以壓實，故毛體積相對密度又出現減小的趨勢。

空隙率隨著混合料級配的變細越來越小，原因就是細集料多、瀝青多相比于粗集料多、瀝青少的情況更易壓實。

由于空隙率的變化直接影響到其他體積參數的變化，空隙率也是影響混合料其他性能的關鍵因素，我國《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)規定AC-13型混合料的空隙率為4%～6%，由此判斷，級配離析將對路面性能產生不良影響，應予以防止。

3 結論

級配離析是瀝青路面施工過程中一個嚴重的問題。離析導致瀝青混合料油石比和空隙率畸變，這是導致混合料性能改變的內在原因。空隙率增大時，混合料的透水性增強，水穩定性變差;空隙率減小時，則高溫時不足以滿足瀝青體積的變化，導致混合料失穩，在荷載作用下產生車轍。可見，空隙率是影響混合料性能的關鍵因素，在混合料設計及施工過程中應重點控制。

[1]叢林，鄭曉光，郭忠印.施工離析對瀝青混合料性能的影響分析[J］. 同濟大學學報(自然科學版)，2007，(4):477-480.

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