澆注式瀝青混凝土高溫穩(wěn)定性評價指標的評述

邵 莉，王 彬

（中國市政工程華北設(shè)計研究總院，天津市 300074）

1 概述

澆注式瀝青混凝土是在高溫狀態(tài)下（約220℃～260℃）進行拌合，混合料攤鋪時流動性大，依靠自身的流動性攤鋪成型，無須碾壓，瀝青、礦粉含量較大，空隙率小于1%的一種特殊的瀝青混合物[1]。這種材料基本上無空隙，不透水，耐侵蝕性好，耐凍融循環(huán)能力強，是最為耐久的一種瀝青混合物；耐磨性優(yōu)良；變形能力強，低溫時不易產(chǎn)生裂紋；施工時無需碾壓，可以在低溫環(huán)境下進行施工。因此這一材料在高速公路路面、大跨徑橋梁橋面鋪裝、隧道內(nèi)鋪裝，水工壩體心墻等防水結(jié)構(gòu)，人行道等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。它的應(yīng)用與研究在我國尚屬探索與發(fā)展階段，僅在香港青馬大橋等幾座大跨徑橋梁、某些城市的隧道內(nèi)鋪裝上得到了應(yīng)用。

澆注式瀝青混凝土作為一種懸浮密實型結(jié)構(gòu)，其強度主要取決于瀝青與填料交互作用而產(chǎn)生的粘聚力，因此必須重視其高溫穩(wěn)定性。在混合料設(shè)計當中，高溫穩(wěn)定性同樣是首要考慮的因素之一，而各國在指標上的基本差異也主要是在該性能指標上。德國采用40℃貫入試驗方法，英日采用輪轍試驗方法，俄羅斯采用高溫抗壓強度方法。我國地處世界最大的歐亞大陸板塊的東部，是季風氣候最典型、最強烈的大陸，由于地形構(gòu)造與氣象規(guī)律的特殊性，我國廣大地區(qū)與世界同緯度地區(qū)相比，夏季炎熱，冬季寒冷，年溫差大[2]。因此在引進這一新材料的時候，必須對其高溫性能重新評價，對試驗方法、評價指標進行分析研究。

2 貫入試驗

澆注式瀝青混凝土技術(shù)在德國較為成熟，貫入試驗也成為了世界各國評價澆注式瀝青混凝土高溫穩(wěn)定性的基本方法，所采用的指標為貫入度與貫入度增量。

貫入試驗方法[3]（按照德國的規(guī)范規(guī)定內(nèi)容）如下：在瀝青混凝土試件（尺寸是100 mm×100 mm×50 mm或者是直徑100 mm、高度50 mm）表面上安置一個直徑是2.52 cm（面積是5 cm2）的金屬壓頭。壓頭上的荷載為514.8 N，荷載持續(xù)30 min后測定貫入深度，60 min后測定貫入度增量。試驗時試件的溫度是40℃。根據(jù)德國的規(guī)范，貫入深度的范圍是1～6 mm，貫入度增量要求不大于0.4 mm。在一些國家貫入試驗的試驗條件略有不同，如匈牙利的試驗溫度是20℃，而荷載的持續(xù)時間為5 h。國內(nèi)重慶交通科研設(shè)計院在引進澆注式瀝青混凝土之后，開展了一些前期探索性研究。參照德國與日本規(guī)范的規(guī)定，提出試驗溫度可以在40℃～60℃，貫入度標準為1～4 mm，見圖1、圖2。

圖1 貫入儀結(jié)構(gòu)圖

圖2 貫入試驗變形曲線

可以看出，貫入深度均在4 mm以內(nèi)，貫入度增量隨油石比的增加逐漸增大；混合料變形均隨時間的增加而增大，增長趨勢隨時間增加和油石比的減少而逐漸變緩；有側(cè)限比無側(cè)限條件下的變形和增長趨勢要大得多。從有側(cè)限和無側(cè)限的試驗結(jié)果來看，應(yīng)當采用有側(cè)限貫入試驗，它反映了材料的受力模式。貫入試驗通過變形值評價瀝青混凝土的高溫抗變形能力，試驗方法簡單，適宜推廣應(yīng)用，因此在我國應(yīng)用澆注式瀝青混凝土初始階段，可以參照德國規(guī)范的規(guī)定，采用這一試驗方法及指標評價瀝青混凝土，并作為混合料配合比設(shè)計的基本控制指標，而試驗溫度可以根據(jù)溫度區(qū)域分別規(guī)定一定的范圍。

3 輪轍試驗

國外澆注式瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性采用英國車轍試驗進行檢測，以車轍深度和車轍率作為評價指標。國內(nèi)澆注式瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性采用車轍試驗方法進行檢測，以60℃動穩(wěn)定度不小于800次/mm作為評價指標。重慶交通科研設(shè)計院以45 min和60 min的位移及60℃的動穩(wěn)定度作為評價指標，在進行大量試驗后發(fā)現(xiàn)，動穩(wěn)定度離散性大，數(shù)值在300～4 000次/mm之間變動。以江陰長江公路大橋橋面澆注式瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性試驗結(jié)果[4]為例，見表1。

表1 澆注式瀝青混凝土高溫穩(wěn)定性試驗結(jié)果比較

可以看出，試驗結(jié)果達到了英國的評價標準，卻沒有達到中國高速公路的基本標準。當然，這與兩國所處的地理位置和具有的氣候特征關(guān)系密切，同時也是由車轍試驗這種試驗方法所決定的。車轍試驗是一種工程試驗方法，試驗結(jié)果是工程指標而不是力學參數(shù)，因此目前還不能用于理論計算[5]。另外，車轍試驗結(jié)果也受許多因素，如材料性質(zhì)、瀝青用量、混合料級配、試驗溫度以及路面組成結(jié)構(gòu)等影響。所以，組合結(jié)構(gòu)的車轍試驗比混合料車轍試驗更能反映實際路面車轍情況。

4 高溫下抗壓強度

前蘇聯(lián)道路聯(lián)盟在澆注式瀝青混凝土應(yīng)用研究結(jié)論中，采用兩個指標預(yù)估評價其抗變形穩(wěn)定性：貫入度（按照德國方法），50℃瀝青混凝土抗壓強度。表2和圖3所列為該研究單位的試驗數(shù)據(jù)[7]。

表2 材料技術(shù)指標

圖3 貫入度、密度、馬歇爾穩(wěn)定度和超聲波速與瀝青用量的關(guān)系

最終提出澆注式瀝青混凝土的物理－力學特性基本指標應(yīng)該滿足以下要求：碎石式瀝青混凝土的礦料間隙率不大于20%，砂粒式的不大于22%；體積殘留空隙率不大于2%；體積含水率不大于1%；貫入深度對于碎石式瀝青混凝土在1～4 mm之間，對于砂粒式在3～6 mm之間；50℃極限抗壓強度不低于0.8 MPa。

一些國家規(guī)定采用抗壓強度試驗方法，特別是高溫（50℃）抗壓強度，澆注式瀝青混凝土允許值比碾壓瀝青混凝土低一些。但抗壓強度試驗中所記錄的破壞荷載極限值經(jīng)常表現(xiàn)得不夠精確。

有些學者在進行這方面研究的時候，對比了馬歇爾穩(wěn)定度、貫入度、高溫抗壓強度以及一種無破損檢測的試驗方法之間的相互關(guān)系。其結(jié)論表明，由低的馬歇爾穩(wěn)定度指標（對應(yīng)的是高的貫入度）和低的密度值所確定的瀝青用量是富余的（與碾壓瀝青混凝土而言）。瀝青混凝土當中超聲波振動傳播速度的改變很好地符合上述指標與瀝青用量之間的關(guān)系。

5 結(jié)論與展望

由于澆注式瀝青混凝土在德國等國家的應(yīng)用較為成熟，貫入試驗這一方法已經(jīng)得到普遍的認可。因此可以將貫入度與貫入度增量作為澆注式瀝青混凝土高溫穩(wěn)定性評價的基本指標，同時輔以組合結(jié)構(gòu)的車轍試驗，具體的標準有待深入的研究確定。

澆注式瀝青混凝土的力學性能更主要的取決于膠漿性能，同時這一材料由于膠漿的粉膠比大、瀝青粘度大，因此低溫可能變脆進而產(chǎn)生裂縫，這一問題前蘇聯(lián)的同行已經(jīng)予以重視，并進行了大量的研究，但我國尚屬空白，可以從流變學的角度對膠漿進行研究，考慮高、低溫性能的綜合評價。在高溫方面，筆者已經(jīng)進行了初步的探討，發(fā)現(xiàn)車轍因子G*/sinδ與粉膠比呈良好的線性關(guān)系，同時高粉膠比延緩了改性瀝青彈性的喪失，提高了其高溫穩(wěn)定性。澆注式瀝青膠漿的高、低溫性能還有待于進一步研究。

[1]李洪濤,黃衛(wèi).澆注式瀝青混凝土在日本橋面鋪裝上的應(yīng)用[J].華東公路,1999(3):39-42.

[2]香港天文臺氣象資料[EB/OL]http://gb.weather.gov.hk/wxinfo/climat/world/chi/world_climat_c.htm.

[3]DIN-Taschenbuch 76 Verkehrswegebauarbeiten VOB/StLB/STLK[Z].

[4]江陰長江公路大橋橋面澆注式瀝青混凝土鋪裝研究技術(shù)報告[R].江蘇省長江公路大橋建設(shè)指揮部,東南大學交通學院.2000,35.

[5]沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能[M].北京:人民交通出版社,2001.

[6]張力,陳仕周.鋼橋面鋪裝技術(shù)的研究與發(fā)展[J].公路,2001(1):3-6.

[7]Л.Б.Гезенцвей,Н.В.Горелышев,А.МБ огуславский,И.В.КоролевПодред,ЛВГезенцвеяДорожныйасфальто бетон[J].Транспорт.,1985,252-267.

[8]呂偉民.瀝青混合料設(shè)計原理與方法[M].上海:同濟大學出版社,2001,299-305.