重載交通柔性基層瀝青路面的抗車轍性能

趙 若

（邢臺市交通運輸局，河北 邢臺 054000）

0 引言

在我國道路路面施工中，半剛性基層路面因具有較強的承載能力，良好的整體穩定性以及耐久性等優點而被廣泛采用，但隨著在高等級公路中的深入應用，它的一些缺陷也逐漸暴露出來，主要問題就是溫差造成的反射裂縫。為解決這一問題，在路面設計中引入了瀝青穩定碎石柔性基層。其優點主要有：（1）瀝青混合料對于水分的變化不敏感，不易受水損害，不易產生收縮開裂而使面層出現反射裂縫；（2）由于面層和基層材料結構的相似性，路面結構受力、變形更為協調；（3）同瀝青面層一起構成全厚式瀝青面層，從而使得整個瀝青面層的修筑時間減少；（4）剛度相對較小，減少裂縫產生的幾率。它在保持較高強度、剛度和優良的抗疲勞特性基礎上，還能夠有效抑制和減少瀝青路面反射裂縫的產生，具有良好的路用性能。

由于車轍是柔性基層瀝青路面主要破壞模式之一，也是在這種路面結構推廣應用過程中最令人擔心的問題之一。因此，研究瀝青穩定碎石柔性基層路面在重載交通下的路用性能，驗證柔性基層瀝青路面的抗車轍性能，找出適合實際情況的瀝青穩定碎石柔性基層瀝青路面的級配設計方法，對于提高瀝青路面的服務年限和使用質量具有極為重要的意義。

1 不同級配的組成

傳統連續級配混合料強度主要是靠礦料與瀝青的黏結力形成，其性能受氣候環境影響較大，在高溫下易出現高溫車轍，若片面追求粗集料嵌擠作用，最粗集料部分含量過多，級配曲線最大篩孔附近曲線過于陡直，則混合料容易離析。參照東南大學楊群研究結論，采用密級配瀝青穩定碎石的ATB—25和ATB—30級配組成見表1。

表1 ATB—25、ATB—30礦料級配組成

上述兩種級配是在綜合考慮混合料的結構特點和馬歇爾參數的差異以及保持連續型級配特點基礎上，經試驗確定的最優配比[1-2]。下面將基于重交通荷載特點和瀝青穩定基層的性能要求，對瀝青穩定碎石基層的力學強度參數、高溫穩定性、水穩定性等影響路用抗車轍性能的因素進行試驗研究。

2 力學性能檢測

2.1 劈裂試驗

按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》進行劈裂試驗（大馬歇爾擊實成型，試件尺寸為Φ152.4mm×95.3mm），針對兩種級配采用韓國 SK的AH—70、中海AH—70和大港AH—50三種瀝青，并按其各自的最佳油石比成型試件進行劈裂試驗，不同瀝青混合料的劈裂強度見表2。

表2 劈裂強度試驗結果（單位：MPa）

從表2中的數據可知，密級配瀝青穩定碎石基層的劈裂強度在1.179～1.769MPa之間，平均為1.474MPa。而水泥穩定基層90d的劈裂抗拉強度在0.48～0.87MPa之間，平均值為0.67MPa，二灰穩定類基層180d劈裂抗拉強度在0.52～0.80MPa之間，平均為0.72MPa[3]。可見，瀝青穩定碎石基層的劈裂強度比半剛性基層劈裂抗拉強度大，是水泥穩定基層的2.2倍，是二灰穩定基層的2.1倍。

2.2 抗壓回彈模量

采用大馬歇爾擊實成型試件進行混合料單軸壓縮抗壓回彈模量試驗，不同瀝青混合料的無側限抗壓強度試驗結果見表3，抗壓回彈模量試驗結果見表4。

表3 無側限抗壓強度試驗結果（單位：MPa）

表4 抗壓回彈模量試驗結果（單位：MPa）

從表4數據可知，瀝青穩定碎石基層的無側限抗壓強度在6.17～10.21MPa之間，平均為8.19MPa。大于水泥穩定碎石（7d無側限抗壓強度在3～6MPa之間）和二灰穩定類基層（7d無側限抗壓強度在0.8～1.2MPa之間）半剛性材料強度，表明密級配瀝青穩定碎石基層混合料具有較好的抗壓性能；瀝青穩定碎石基層的抗壓回彈模量在1531～1725MPa之間，平均為1 628MPa。比水泥穩定類（均值為1 375MPa）和二灰穩定類（均值為1 351MPa）基層稍大，可見其具有較大的剛度。

2.3 水穩定性

進入瀝青穩定碎石基層中的水分會使瀝青的黏附性和瀝青穩定碎石基層混合料強度降低，從而導致瀝青穩定碎石基層及面層在車輛荷載作用下過早破壞。因此，對兩種級配、三種不同瀝青選用3.5%、4.0%的油石比進行浸水馬歇爾試驗，試驗結果見表5。

表5 浸水馬歇爾試驗結果

從表5數據可知，不同級配、不同種類瀝青的浸水馬歇爾的殘留穩定度相差不多，其浸水馬歇爾的殘留穩定度都在80%以上，大于規范規定的75%的要求。瀝青穩定碎石基層混合料水穩定性較好。

2.4 凍融劈裂試驗

以一定的油石比，采用大馬歇爾擊實法成型的圓柱體試件，擊實次數為雙面各75次進行凍融劈裂試驗，結果見表6。

表6 凍融劈裂試驗結果

由表6數據可得如下結論。

（1）級配、瀝青均對瀝青穩定碎石混合料的水穩定性有一定影響，ATB—25級配的凍融劈裂強度最大，ATB—30級配的凍融劈裂強度次之。黏性大、稠度高的瀝青能提高瀝青穩定碎石基層混合料的水穩定性。

（2）瀝青穩定碎石基層混合料試驗級配的凍融劈裂強度都接近或大于80%，表明瀝青穩定碎石基層混合料具有良好的抗水損害能力。

綜上所述可以得出，瀝青穩定碎石混合料強度較高，高溫穩定性和低溫抗裂性均能夠得到保證，水穩定性好，具有優良的路用性能。

3 高溫條件下車轍動穩定度試驗檢測

在滿足力學性能基礎上，進行瀝青穩定碎石基層混合料高溫抗車轍試驗檢測。研究表明[3]，基層所面臨的環境條件沒有面層嚴峻，位于路面下10cm左右的瀝青穩定基層，其溫度已經低于氣溫，當氣溫過高，如達到23℃時，10cm下的溫度可能高于氣溫，但不會相差太大，可以認為，較高溫度下的瀝青穩定基層的平均溫度可以近似用氣溫來表示；另外路面下11cm處的最高溫度一般低于45℃[4]，因此，本研究除了采用60℃溫度外，還采用了30℃、45℃兩個溫度進行對比研究。車轍試件采用輪碾成型機成型，車轍試驗機采用曲柄連桿驅動試驗臺的行走方式，試驗輪往返碾壓速度為42次/min，輪壓采用0.7MPa。通過對輪碾成型試件取芯，測試芯樣密度，來選定最終碾壓次數。

3.1 不同混合料級配對車轍的影響

在60℃試驗溫度條件下，采用韓國SK的AH—70瀝青進行車轍試驗，測得9種不同級配（由細到粗） 下，ATB—25（1～5#） 和 ATB—30（6～9#）（前文所提級配分別為2#和7#）瀝青穩定碎石基層混合料的動穩定度[5]（見圖1）。

圖1 不同級配瀝青混凝土柔性基層穩定度結果

由圖1可得如下結論。

（1）對于ATB—25試驗級配，動穩定度的大小順序為 2#級配＞3#級配＞4#級配＞5#級配＞1#級配。對于ATB—30試驗級配，則為7#級配＞8#級配＞6#級配＞9#級配。動穩定度的大小順序與級配粗細順序并不一致，表明級配過粗和過細，動穩定度都會下降。可見，瀝青混合料的級配與空隙率對其抗車轍能力有顯著影響。

（2）形成骨架嵌擠結構的2#、3#、4#、7#、8#級配的動穩定比未形成嵌擠結構的5#、9#級配的動穩定度大40%左右，這表明對瀝青穩定碎石混合料來說，級配粗集料形成嵌擠結構能大大提高其抗車轍能力。

3.2 不同混合料瀝青含量對車轍的影響

對ATB—25和ATB—30級配，采用韓國SK的AH—70瀝青，在不同瀝青含量條件下的車轍試驗結果見表7。

表7 不同瀝青含量瀝青混凝土柔性基層的動穩定度（單位：次/mm）

由表7可知，在相同溫度條件下，瀝青含量越高，動穩定度降低得越明顯。

3.3 不同試驗溫度對車轍的影響

對兩種級配在30℃、45℃、60℃不同溫度條件下進行車轍試驗，可知動穩定度隨著溫度升高而迅速下降，溫度對不同級配的影響是不同的，ATB—30級配的動穩定度受溫度影響比ATB—25級配更顯著。對于ATB—25級配，30℃動穩定度是45℃動穩定度的1.64倍，是60℃動穩定度的2.65倍；對于ATB—30級配，30℃動穩定度是45℃動穩定度的1.68倍，是60℃動穩定度的3.51倍。

4 結論

綜上所述，瀝青穩定碎石基層混合料車轍試驗的動穩定度與級配、瀝青用量、溫度等密切相關。現行《公路瀝青路面施工技術規范》規定普通瀝青混合料的動穩定度不應低于800次/mm，本文試驗級配的動穩定度都超過了這個標準。因此，只要選用合適的級配及瀝青用量，瀝青穩定碎石基層混合料可以具有良好的高溫穩定性，抗車轍性能十分顯著。邢臨高速公路在K0+000～K15+600段，進行了柔性基層瀝青路面鋪筑試驗，選用瀝青碎石用作上基層材料。經過幾年觀察，該路段車轍病害較其他路段無明顯差異，后期養護成本較低，證明瀝青混合料柔性基層抗車轍性能能滿足高等級公路需要。

[1] 楊群，黃曉明.瀝青穩定基層混合料變形性能試驗研究[J].東南大學學報，2001，31（5）：48-53．

[2] 楊群，黃曉明.瀝青穩定基層混合料設計方法研究[J].東南大學學報，2001，31（3）：44-47．

[3] 沙慶林.高等級公路半剛性基層瀝青路面[M].北京：人民交通出版社，1998.

[4] 韓子東．道路結構溫度場研究[D]．西安：長安大學，2001．

[5]David E Newcomb,Mark Buncher,Ira J Huddleston.Con?cepts of Perpetual Pavements[J].TRB Circular No.503:Per?petual Bituminous Pavements,2001(12)：4-11.