瀝青膜厚度對ATB混合料性能的影響研究

鄧明榮，黃雅婷，戚謝軍

(1.廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點實驗室，廣西　南寧　530007；2.廣西交通科學研究院，廣西　南寧　530007)

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瀝青膜厚度對ATB混合料性能的影響研究

鄧明榮1，2，黃雅婷1，2，戚謝軍1，2

(1.廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點實驗室，廣西南寧530007；2.廣西交通科學研究院，廣西南寧530007)

鄧明榮(1982—)，工程師，主要從事路橋設(shè)計與道路科研、檢測工作；

黃雅婷(1986—)，助理工程師，主要從事道路科研、檢測、設(shè)計工作；

戚謝軍(1986—)，助理工程師，主要從事道路科研、檢測、設(shè)計工作。

摘要：為研究瀝青膜厚度的變化對瀝青穩(wěn)定碎石基層ATB性能的影響，文章以ATB混合料瀝青膜厚度為變量，通過進行穩(wěn)定度試驗、動穩(wěn)定度試驗、凍融劈裂試驗以及彎曲試驗，分析瀝青膜厚度的改變對混合料性能的影響，并根據(jù)不同使用環(huán)境條件提出對應(yīng)的最優(yōu)瀝青膜厚度參考值，優(yōu)化了ATB混合料路用性能。

關(guān)鍵詞：ATB；瀝青膜厚度；混合料性能；影響因素

0引言

瀝青穩(wěn)定碎石基層ATB作為柔性基層的代表，越來越受到人們的重視。ATB相較于半剛性基層具有多個優(yōu)勢，其抗剪強度高且耐疲勞性能好，對于半剛性基層易產(chǎn)生的反射裂縫具有很好的抑制作用。同時，由于ATB混合料中瀝青含量較低，因而瀝青含量極大地影響了混合料的各項性能。有效控制ATB混合料中的瀝青含量成為保證ATB混合料具有良好路用性能的措施之一[1-2]。

我國目前所使用的基層主要為半剛性基層，對于瀝青穩(wěn)定碎石基層的研究還不夠充分[3]。挪威的InvarHorvli等人研究了集料對車轍的影響，研究結(jié)果表明集料最大粒徑對瀝青混合料永久變形有很大的影響。Arizona，Coetzee和Monismith等人設(shè)置應(yīng)力吸收膜來預(yù)防反射裂縫的發(fā)生，研究發(fā)現(xiàn)應(yīng)力吸收膜在早期能很好地防止反射裂縫的發(fā)生，但是后期的效果不是很明顯[4]。重慶交通大學唐軍采用車轍試驗與單軸靜載蠕變試驗對ATB混合料高溫性能進行評價，結(jié)果表明級配對其高溫性能具有較大影響，級配過粗或者過細對瀝青穩(wěn)定碎石混合料的抗車轍性能都有不利影響[5]。本文從混合料瀝青膜厚度入手，考慮不同瀝青膜厚度對ATB混合料性能產(chǎn)生的影響，給出不同環(huán)境下的ATB混合料最佳瀝青膜厚度參考值，為優(yōu)化其路用性能提供參考和依據(jù)。

1瀝青膜厚度對ATB混合料馬歇爾性能指標的影響

試驗選用70#基質(zhì)瀝青，采用級配如表1所示。對比分析研究不同瀝青膜厚度對ATB混合料的高溫性能、低溫性能、水穩(wěn)定性能穩(wěn)定度及流值的影響規(guī)律。

表1　級配表

按照表1中的級配成型標準選取馬歇爾試件，選用70#基質(zhì)瀝青，按不同瀝青膜厚度分別成型4個試件，在誤差允許范圍內(nèi)對數(shù)據(jù)求均值并列于表2。

表2　不同瀝青膜厚度馬歇爾性能指標試驗結(jié)果表

由表2可得：

(1)隨著瀝青膜厚度減小，混合料中瀝青所占比重減小，因而毛體積密度隨之增加。

(2)隨著瀝青膜厚度減小，混合料中自由瀝青減少，集料得不到潤滑從而使摩擦系數(shù)增大，同時空隙率變大。

(3)混合料的穩(wěn)定度隨著瀝青膜厚度的減小呈先增大后減小的趨勢。瀝青膜厚度減小的過程中，首先降低的是自由瀝青含量，在降低至適當厚度的過程中混合料穩(wěn)定度增高；自由瀝青繼續(xù)減少則導(dǎo)致瀝青潤滑受限，混合料穩(wěn)定度值降低。

2瀝青膜厚度對ATB混合料高溫穩(wěn)定性的影響

依照表1中級配標準在不同瀝青膜厚度下成型300 mm×300 mm×100 mm車轍試件，選用70#基質(zhì)瀝青，控制瀝青拌合溫度160 ℃，試驗溫度60 ℃、輪壓0.7 MPa條件下進行車轍試驗，結(jié)果見圖1。

圖1　不同瀝青膜厚度的動穩(wěn)定度曲線圖

從圖1可見，瀝青膜厚度的變化對混合料高溫穩(wěn)定性具有一定影響。混合料的動穩(wěn)定度隨瀝青膜厚度的減小而逐漸增大，瀝青膜厚度從11 μm減小到10 μm時，動穩(wěn)定度的變化幅度最大。這是由于瀝青膜厚度較大時，自由瀝青量較多，集料顆粒在瀝青的潤滑作用下易產(chǎn)生相對滑移。隨著瀝青膜厚度的減小，集料顆粒間缺少了瀝青的裹附使得內(nèi)摩擦力增大，在一定的瀝青膜厚度范圍內(nèi)集料不易發(fā)生相對移動，提高了混合料的動穩(wěn)定度。

由于《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)中沒有對ATB混合料的動穩(wěn)定度作具體要求，本文建議瀝青膜厚度宜控制在10～8 μm之間時，即動穩(wěn)定度達到2 000次/mm，有利于提高ATB混合料的高溫性能。

3瀝青膜厚度對ATB混合料水穩(wěn)定性的影響

按照表1級配在不同瀝青膜厚度下成型標準馬歇爾試件。試驗使用70#基質(zhì)瀝青，控制混合料拌合溫度160 ℃，擊實溫度145 ℃左右。在試驗溫度25 ℃、加載速度50 mm/min條件下進行試驗，結(jié)果見圖2。將混合料空隙率與瀝青膜厚度進行相關(guān)性分析，結(jié)果見圖3。

圖2　不同瀝青膜厚度的凍融劈裂強度比曲線圖

圖3　瀝青膜厚度與空隙率相關(guān)性曲線圖

從圖2可以看出，瀝青膜厚度從12 μm減小到8 μm的過程中，凍融劈裂強度比下降了18%，并呈下降趨勢，這表明混合料的水穩(wěn)定性受瀝青膜厚度變化的影響。綜合分析發(fā)現(xiàn)，在瀝青膜厚度降低的同時可填充集料間空隙的瀝青砂漿變少，混合料的空隙率變大，過大的空隙率易使水分進入混合料內(nèi)部，降低水穩(wěn)定性。

將混合料瀝青膜厚度與空隙率進行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，兩者具有很好的相關(guān)性，由于混合料空隙率對水穩(wěn)定性具有顯著影響，因而通過瀝青膜厚度的改變優(yōu)化混合料的水穩(wěn)定性是可行的。

4瀝青膜厚度對ATB混合料低溫性能的影響

根據(jù)表1中級配同時改變?yōu)r青膜厚度，按照規(guī)范要求成型小梁試件，在試驗溫度為-10 ℃、加載速率為50 mm/min的條件下進行低溫彎曲試驗，結(jié)果如圖4～5所示。

圖4　不同瀝青膜厚度抗彎拉強度曲線圖

圖5　不同瀝青膜厚度最大彎拉應(yīng)變曲線圖

由圖4可知，瀝青膜厚度的減小導(dǎo)致混合料的抗彎拉強度隨之減小，瀝青膜厚度從10 μm減小至9 μm的過程中混合料抗彎拉強度降幅最大。圖5表明隨瀝青膜厚度減小混合料最大彎拉應(yīng)變呈下降趨勢，這說明ATB混合料受瀝青膜厚度變化的影響。隨著瀝青膜厚度減小，瀝青砂漿在混合料中的比重變少，集料顆粒間內(nèi)摩擦力變大，影響了混合料的變形性能，從而降低了其低溫抗裂性能。

5結(jié)語

經(jīng)分析可知，瀝青膜厚度對ATB混合料的綜合性能有顯著的影響，具體結(jié)論如下：

(1)瀝青膜厚度在10～8 μm之間時，ATB混合料高溫穩(wěn)定性較好。

(2)瀝青膜厚度在12～9 μm之間時，ATB混合料水穩(wěn)定性較好。

(3)瀝青膜厚度在12～10 μm時，ATB混合料低溫性能與抗反射裂縫性能較好。

參考文獻

[1]李平.基于膠漿特性的瀝青混合料設(shè)計[D].西安：長安大學，2007.

[2]趙育新.瀝青穩(wěn)定碎石高溫變形試驗研究[D].重慶：重慶交通大學，2008.

[3]王玲娟.瀝青穩(wěn)定碎石基層混合料設(shè)計方法與路用性能研究[D].西安：長安大學，2004.

[4]Hyun Jong Lee，Jung Hun Lee，Hee Mun Park.Performance evaluation of high modulus asphalt mixtures for long life asphalt pavements[J].Construction and Building Materials，2007，13(21)：1079-1087.

[5]唐軍.瀝青穩(wěn)定碎石柔性基層路用性能及應(yīng)用研究[D].重慶：重慶交通大學，2008.

Research on the Effect of Asphalt Membrane Thickness on ATB Mixture Performance

DENG Ming-rong1，2，HUANG Ya-ting1，2，QI Xie-jun1，2

(1.Guangxi Key Laboratory of Road Structure and Materials，Nanning，Guangxi，530007；2.Guangxi Transportation Research Institute，Nanning，Guangxi，530007)

Abstract：In order to study the effect on ATB performance of asphalt stabilized macadam layer by the changes in asphalt membrane thickness，with the asphalt membrane thickness of ATB mixtures as variables，and by performing the stability tests，dynamic stability tests，freeze-thaw split test and bending test，this article analyzed the effect on asphalt mixture performance by the changes in asphalt membrane thickness，and proposed the corresponding optimal reference values for asphalt membrane thickness according to different usage environment conditions，which optimized the road performance of ATB mixtures.

Keywords：ATB；Asphalt membrane thickness；Mixture performance；Influential factors

收稿日期：2016-01-29

文章編號：1673-4874(2016)02-0010-03

中圖分類號：U416.217

文獻標識碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2016.02.002

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