低標號瀝青混合料的路用性能

李 霖，王書杰，陳 果

（交通運輸部科學研究院，北京 100029）

0 引言

瀝青混凝土路面以瀝青作為膠結料，因此瀝青是影響瀝青路面質量的主要因素之一。瀝青面層應具有較好的低溫抗開裂和高溫抗車轍能力，從對瀝青的要求來看，這兩個性能是互相矛盾的。為了提高瀝青路面抗裂性能，應選擇針入度較大的瀝青；為了提高瀝青路面高溫抗車轍能力，應選擇針入度較小的低標號瀝青。本文對低標號瀝青、70#普通道路石油瀝青和SBS改性瀝青進行了瀝青混合料性能試驗，并對試驗結果進行了對比分析，確定了低標號瀝青使用的區域和層位，為低標號瀝青的推廣和運用提供了科學依據。

1 原材料選擇與混合料級配設計

1.1 瀝青

本研究使用的瀝青為新疆克拉瑪依AH—30瀝青和AH—70瀝青以及SBS改性瀝青，研究組在室內對這三種瀝青進行了技術指標試驗，具體試驗結果如表1所示。

表1 瀝青試驗結果

表1 （續）

試驗結果顯示，AH—30瀝青老化前和老化后的延度均不能滿足《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）的要求，其他技術指標都滿足《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）的要求。從試驗結果還可以看出，AH—30的結果與SBS改性瀝青的結果比較接近。

1.2 集料

本研究采用的集料為涇陽縣產石灰巖，采用上海路橋集團開發的大型沖擊式破碎機配套五檔振動篩進行生產。集料的各項技術指標按照《公路工程集料試驗規程》（JTG E42—2005）和《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）的試驗方法進行。其中，集料與瀝青的黏附性采用水煮法，粗集料密度采用網籃法測定，細集料密度采用容量瓶法測定，礦粉密度采用李氏比重瓶法測定。試驗結果如表2所示。

表2 集料試驗結果

表2 （續）

1.3 混合料配合比設計

本研究對低標號瀝青進行了AC型瀝青混合料研究，分別是AC—13C、AC—20C、AC—25C，并按照《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）推薦的級配范圍，與70#道路石油瀝青和SBS改性瀝青進行對比，三種瀝青混合料均用馬歇爾方法進行配合比設計，三種混合料級配曲線見圖1、圖2、圖3。

圖1 AC—13混合料級配合成圖

圖2 AC—20混合料級配合成圖

圖3 AC—25混合料級配合成圖

2 瀝青混合料性能試驗對比分析

2.1 混合料高溫性能

本研究分別采用30#瀝青、70#瀝青、SBS瀝青，成型尺寸為300mm×300mm×50mm的車轍板，試驗溫度為60℃，輪壓為0.7MPa。取輪作用45min和60min時的形變計算動穩定度DS；用60min的形變與試件厚度的比值計算產生的相對永久變形率，用這兩個指標評價硬質瀝青的高溫性能，試驗結果如表3～表5和圖4～圖9所示。

表3 AC—13瀝青混合料車轍試驗結果匯總表

表4 AC—20瀝青混合料車轍試驗結果匯總表

表5 AC—25瀝青混合料車轍試驗結果匯總表

圖4 三種瀝青AC—13瀝青混合料動穩定度對比圖

圖5 三種瀝青AC—13瀝青混合料動穩定度總變形量對比圖

圖6 三種瀝青AC—20瀝青混合料動穩定度對比圖

圖7 三種瀝青AC—20瀝青混合料動穩定度總變形量對比圖

圖8 三種瀝青AC—25瀝青混合料動穩定度對比圖

圖9 三種瀝青AC—25瀝青混合料動穩定度總變形量對比圖

從上述車轍試驗數據可以看出，采用三種瀝青的設計級配AC—13、AC—20、AC—25均能滿足《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）對瀝青混合料動穩定度的技術要求。其中，規范對于夏炎熱區普通瀝青混合料的要求是800次/mm，改性瀝青混合料的要求是2400次/mm。

動穩定度表示的是試驗最后的15min內，產生1mm變形，試輪行走的次數，動穩定度越大，瀝青混合料的高溫穩定性越好。相對變形率代表瀝青混合料在荷載作用下車轍發展的全過程，它能更好地反映瀝青混合料在高溫下的抗永久變形能力。試驗結果表明，相對變形率反映出30#瀝青和SBS改性瀝青高溫穩定性能規律和動穩定度指標基本一致，即相對變形率越小，動穩定度越大，混合料高溫穩定性能越好。

2.2 混合料水穩定性能

本研究借鑒國內外經驗，結合我國技術水平和習慣，采用規范推薦的馬歇爾殘留穩定度試驗和凍融劈裂試驗，對三種瀝青的水穩定性進行檢驗。根據設計油石比及級配進行浸水馬歇爾試驗檢驗設計瀝青混合料的水穩定性能。試驗結果分別見表6～8和圖10～圖12。

表6 AC—13浸水馬歇爾穩定度和凍融劈裂試驗結果

表7 AC—20浸水馬歇爾穩定度和凍融劈裂試驗結果

表8 AC—25浸水馬歇爾穩定度和凍融劈裂試驗結果

圖10 AC—13浸水馬歇爾穩定度和凍融劈裂強度對比圖

圖11 AC—20浸水馬歇爾穩定度和凍融劈裂強度對比圖

圖12 AC—25浸水馬歇爾穩定度和凍融劈裂對比圖

由以上試驗數據可以看出，低標號瀝青混合料的殘留穩定度和凍融劈裂結果均滿足《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）中對瀝青混合料殘留穩定度和凍融劈裂的要求。低標號瀝青混合料的殘留穩定度結果高于70#和SBS改性瀝青，表明其水穩定性能優于70#和SBS改性瀝青。但低標號瀝青的凍融劈裂指標低于70#和SBS改性瀝青，表明低標號瀝青的抗凍性能較差。

2.3 混合料低溫抗裂性能

國內外研究瀝青混合料低溫抗裂性能的試驗方法有很多種，我國規范推薦使用的是瀝青混合料低溫彎曲試驗，用最大彎曲破壞應變指標評價低標號瀝青混合料的低溫抗裂性能。該試驗是通過三點加載來確定瀝青混合料低溫勁度模量、抗彎拉強度和破壞時的梁底最大彎拉應變。試驗所用試件為250mm×30mm×35mm的棱柱體小梁；試驗加速荷載是50mm/min；采用溫度為?10℃。由最大荷載和跨中撓度計算得到試件破壞時的抗彎拉強度、破壞時的梁底彎拉應變和彎曲勁度模量見表9、表10和圖13、圖14。

表9 AC—13小梁彎曲試驗結果

表10 AC—20小梁彎曲試驗結果

圖13 AC—13小梁彎曲試驗結果對比圖

圖14 AC—20小梁彎曲試驗結果對比圖

由以上試驗結果可以看出，三種瀝青的小梁彎曲指標均滿足《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）中對瀝青混合料低溫性能的要求，以小梁最大破壞應變表征，破壞應變越大，表明瀝青混合料的低溫抗裂性能越好，雖然低標號瀝青的低溫性能不如70#和SBS瀝青，但低標號瀝青的低溫彎曲試驗技術指標也達到了冬嚴寒區的要求。因此，將其應用到非冬嚴寒區的瀝青路面結構層中，在低溫性能方面也是滿足要求的。

3 結論

（1）在低標號瀝青混合料級配設計方面，我國現行的《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）規定級配范圍的中值線級配，30#瀝青混合料比較符合該規范。

（2）馬歇爾設計方法適用于低標號瀝青混合料。使用馬歇爾設計法時，所用設計參數與標準馬歇爾試驗參數一致，低標號瀝青混合料設計標準與一般瀝青混合料相同，只是在預計有可能產生較大車轍變形的路段，空隙率范圍宜適當提高到4%～6%。

（3）車轍試驗表明，三種不同類型的低標號瀝青混合料的高溫動穩定度與SBS改性瀝青混合料的高溫穩定度較為接近，都在3000～5000次/mm左右，均高于普通瀝青混合料的高溫穩定性能，其高溫性能滿足現行規范規定的改性瀝青混合料在1～4分區的動穩定度要求（≥2400）。

（4）三種不同類型低標號瀝青混合料水穩定性能滿足規范技術要求，且稍強于普通基質瀝青混合料。

（5）三種不同類型低標號瀝青混合料凍融劈裂性能滿足規范技術要求，但稍弱于普通基質瀝青混合料。

（6）三種不同類型低標號瀝青混合料低溫性能均滿足規范技術要求，但均低于普通瀝青混合料和改性瀝青混合料的低溫性能，說明低標號瀝青硬度大，低溫抗裂性較差，如果直接用在承受大氣因素和行車荷載的上面層，可能會在上面層產生溫度裂縫，并向下延伸。減少表面層的溫度裂縫就等于減少整個瀝青面層的裂縫，因此，低標號瀝青不宜用在上面層。

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