抗車轍瀝青混合料細(xì)觀體積指標(biāo)影響規(guī)律試驗(yàn)研究

李麗民　程小康　向席梆　李文斌　李　凱　徐　亞

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抗車轍瀝青混合料細(xì)觀體積指標(biāo)影響規(guī)律試驗(yàn)研究

李麗民程小康向席梆李文斌李凱徐亞

（1.湖南科技學(xué)院 土木與環(huán)境工程學(xué)院，湖南 永州 425199）

優(yōu)選兩種瀝青，七種抗車轍級(jí)配，通過(guò)大量室內(nèi)試驗(yàn)，研究了抗車轍瀝青混合料細(xì)觀體積指標(biāo)影響規(guī)律。結(jié)果表明：空隙率和飽和度隨瀝青用量的增加變化明顯，對(duì)混合料最佳瀝青用量起主要控制作用，級(jí)配、瀝青和成型方法對(duì)空隙比的影響最大，抗車轍瀝青混合料設(shè)計(jì)和施工時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)控制好空隙率這一關(guān)鍵體積指標(biāo)。

車轍；瀝青混合料；細(xì)觀體積指標(biāo)；級(jí)配；空隙率

1　引　言

隨著交通量的增長(zhǎng)、軸載增加、超載嚴(yán)重、車輛渠化交通等因素的綜合影響，車轍已經(jīng)成為我國(guó)瀝青路面損壞最嚴(yán)重的破壞形式。車轍影響路面的平整，降低行車的舒適性；車輛在超車或更換車道時(shí)，駕駛換向困難，影響高速行車的安全性，容易發(fā)生交通事故。車轍嚴(yán)重影響路面的使用質(zhì)量和服務(wù)水平，車轍問(wèn)題已成為道路界最引人關(guān)注的問(wèn)題。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)抗車轍瀝青混合料的研究多集中在級(jí)配設(shè)計(jì)、抗車轍性能等[1-3]方面，未見(jiàn)對(duì)影響混合料的抗車轍性能的空隙率、飽和度和礦料間隙率等細(xì)觀體積指標(biāo)的相關(guān)系統(tǒng)研究。瀝青混合料空隙率、礦料間隙率和飽和度等細(xì)觀體積指標(biāo)直接影響其抗車轍等路用性能，是基于路用性能路面設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。因此，對(duì)抗車轍瀝青混合料細(xì)觀體積指標(biāo)影響規(guī)律進(jìn)行試驗(yàn)研究，以解決好路面車轍破壞等問(wèn)題，是十分必要的。

2　抗車轍瀝青混合料材料選擇

瀝青的性質(zhì)對(duì)混合料的抗車轍性能有較大的影響[4]，綜合考慮車轍、疲勞、低溫等路用性能要求，并突出抗車轍性能要求，最后選用大港AH-50、中海AH-70兩種重交通道路石油瀝青，其檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1，均滿足規(guī)定技術(shù)要求。集料選用石灰石巖，其具體性能要求和檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2、表3。礦粉采用石灰?guī)r磨細(xì)得到，其具體性能要求和檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。抗車轍級(jí)配的選擇考慮了NCAT[5，6]提出的瀝青混合料中4.75mm的通過(guò)率必須小于30%，才可能發(fā)揮粗集料的嵌擠作用和同濟(jì)大學(xué)林繡賢教授[7]提出的包容了Superpave法和貝雷法的精華的集料合理組成等研究成果，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)，最終選定級(jí)配見(jiàn)圖1，其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表1.瀝青性能指標(biāo)實(shí)測(cè)結(jié)果

瀝青大港AH-50中海AH-70 （25℃，100g，5s）針入度（0.1mm）5668 （10℃，5cm/min）延度（cm）18.223.5 （環(huán)球法）軟化點(diǎn)（℃）59.350.0 （蒸餾法）含蠟量（%）2.72．3 針入度指數(shù)PI0.81-0.90 原樣瀝青膠結(jié)料64℃ G*（KPa）2.131.38 （°）77.988.6 G*/sin2.181.38 短期老化后殘留物（RTFOT，163℃，85min）64℃ G*（KPa）7.43.02 （°）69.686.4 G*/sin7.893.04 長(zhǎng)期老化后殘留物（PAV，100℃，20h）25℃G*（KPa）56374385 （°）38.552.8 G*sin34833495 TFOT后（163℃，5h）質(zhì)量損失（%）-0.18-0.18 25℃殘留針入度比（%）62.562.5 10℃殘留延度（cm）8.08.0

表2.粗集料性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

試驗(yàn)項(xiàng)目壓碎值（%）洛杉磯磨耗損失（%）吸水率（%）粘附性堅(jiān)固性（%）針片狀顆粒含量（%）?0.075mm含量（%）軟石含量（%） 技術(shù)要求≤26≤28≤2.0≥4≤12≤15≤1≤3 實(shí)測(cè)結(jié)果16.421.50.3254.39.40.72.1

表3.細(xì)集料性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

試驗(yàn)項(xiàng)目視密度（t/m3）堅(jiān)固性（＞0.3mm部分）（%）砂當(dāng)量（%）含泥量（%） 技術(shù)要求≥2.50≥12≥60≤3 實(shí)測(cè)結(jié)果2.71812.567.52.2

表4.礦粉性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

試驗(yàn)項(xiàng)目視密度（t/m3）含水量（%）親水系數(shù)粒度范圍 ＜0.6mm（%）＜0.15mm（%）＜0.075mm（%） 技術(shù)要求≥2.50≤1＜110090～10070～100 實(shí)測(cè)結(jié)果2.7150.40.85967371.1

圖1.選用級(jí)配曲線

表5.選用級(jí)配粗集料骨架間隙率VCAmix、VCADRC

級(jí)配油石比（%）密度（g/cm3）瀝青混合料中粗集料比例PCA（%）VCADRC（%）VCAmix（%）SSC 粗集料合成毛體積密度（g/cm3）粗集料干搗密度（g/cm3）瀝青混合料毛體積相對(duì)密度（g/cm3） 1#2.82.6971.5402.4528042.9027.27123.9 2#3.02.7021.5432.4927042.9135.44109.7 3#3.12.7011.5552.4837042.4335.65108.4 4#3.12.6971.5852.47470.541.2335.33106.7 6#2.82.6851.5902.4598040.7826.73120.3 7#2.92.6881.5702.4937041.5935.08108 8#2.92.6951.5852.4707141.4934.93107.5

3　抗車轍瀝青混合料細(xì)觀體積指標(biāo)影響因素分析

3.1不同級(jí)配及瀝青用量對(duì)混合料細(xì)觀體積指標(biāo)影響

采用中海AH-70瀝青，進(jìn)行大馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)，測(cè)定瀝青混合料的細(xì)觀體積指標(biāo)，不同級(jí)配及瀝青用量的空隙率、礦料間隙率和飽和度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3~7。

圖2.不同級(jí)配油石比與空隙率關(guān)系

圖3.不同級(jí)配油石比與飽和度關(guān)系

圖4.不同級(jí)配油石比與礦料間隙率關(guān)系

圖5.最佳油石比時(shí)級(jí)配與空隙率關(guān)系圖6.最佳油石比時(shí)級(jí)配與飽和度關(guān)系

圖7.最佳油石比時(shí)級(jí)配與礦料間隙率關(guān)系

結(jié)果表明：不同級(jí)配對(duì)瀝青混合料的空隙率、飽和度和礦料間隙率等細(xì)觀體積指標(biāo)均有一定的影響，但1#和6#級(jí)配試驗(yàn)結(jié)果差異較大。分析其原因，主要是礦料顆粒瀝青的潤(rùn)滑作用容易移動(dòng)，但瀝青用量不能太大，超過(guò)最值后，由于出現(xiàn)自由瀝青使得集料懸浮于瀝青中而不易移動(dòng)；而1#和6#級(jí)配粗集料最多，需要的最佳瀝青少，最后造成這兩種級(jí)配的瀝青混合料的空隙率最大；隨著瀝青用量的增加，飽和度和空隙均明顯增加，這兩個(gè)指標(biāo)控制了混合料的中瀝青最佳用量的多少；飽和度、空隙率、礦料間隙率的受級(jí)配影響程度不同，級(jí)配對(duì)礦料間隙率影響最小，對(duì)空隙率的影響最大。

3.2不同瀝青對(duì)混合料細(xì)觀體積指標(biāo)影響

優(yōu)選出2#、7#抗車轍級(jí)配，采用中海AH—70瀝青和大港AH—50兩種瀝青，進(jìn)行大馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)，測(cè)定瀝青混合料的細(xì)觀體積指標(biāo)，不同瀝青的空隙率、礦料間隙率和飽和度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖8~13。

圖8.不同瀝青油石比與空隙率關(guān)系

圖9.不同瀝青油石比與飽和度關(guān)系

圖10.不同瀝青油石比與礦料間隙率關(guān)系

圖11.最佳油石比時(shí)瀝青與礦料間隙率關(guān)系圖12.最佳油石比時(shí)瀝青與飽和度關(guān)系

圖13.最佳油石比時(shí)瀝青與礦料間隙率關(guān)系

結(jié)果表明：瀝青對(duì)混合料的空隙率，飽和度和礦料間隙率等細(xì)觀體積指標(biāo)均有一定的影響，但其影響大小對(duì)不同級(jí)配是不同的，在最佳油石比時(shí)的空隙率、飽和度和礦料間隙率等細(xì)觀體積指受瀝青種類的影響并不明顯，僅對(duì)空隙率有一定影響。

3.3不同成型方法對(duì)混合料細(xì)觀體積指標(biāo)影響

采用大港AH-50瀝青，對(duì)2#和7#級(jí)配進(jìn)行大馬歇爾擊實(shí)、Superpave旋轉(zhuǎn)壓實(shí)和GTM壓實(shí)成型試件，測(cè)定瀝青混合料的細(xì)觀體積指標(biāo)，不同成型方法的空隙率、礦料間隙率和飽和度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖14~17。

圖14.不同成型方法油石比與空隙率關(guān)系

圖15.不同成型方法油石比與飽和度關(guān)系

圖16.不同成型方法油石比與礦料間隙率關(guān)系

圖17.2＃級(jí)配不同成型方法最佳油石比時(shí)的空隙率

結(jié)果表明：（1）對(duì)抗車轍瀝青混合料，在瀝青用量小時(shí)，大馬歇爾擊實(shí)、Superpave旋轉(zhuǎn)壓實(shí)兩種成型方法的礦料間隙率、飽和度及空隙率差別較大，三種壓實(shí)方法的體積指標(biāo)的差異隨瀝青用量的增加而逐漸減小。分析其原因可能是對(duì)于瀝青混合料，在小的瀝青用量情況下，進(jìn)行大馬歇爾擊實(shí)時(shí)，集料被擊碎的可能性更大，從而造成瀝青混合料的飽和度增加，空隙率減小。（2）大馬歇爾擊實(shí)成型和Superpave旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型法最佳油石比混合料的空隙率相差很小，GTM壓實(shí)成型法最佳油石比混合料的空隙率跟大馬歇爾擊實(shí)成型和Superpave旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型法最佳油石比混合料的空隙率有較大差異，其空隙率比大馬歇爾法小1.49，比Superpave旋轉(zhuǎn)壓實(shí)體積法小1.48。

4　結(jié)　語(yǔ)

（1）對(duì)抗車轍瀝青混合料，級(jí)配、瀝青用量、瀝青和成型方法等影響空隙率、礦料間隙率和飽和度等細(xì)觀體積指標(biāo)；最佳油石比時(shí)，級(jí)配、瀝青和成型方法對(duì)空隙比的影響最大，對(duì)礦料間隙率的影響較小。因此，進(jìn)行抗車轍瀝青混合料設(shè)計(jì)和施工時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)控制好空隙率這一關(guān)鍵體積指標(biāo)。

（2）對(duì)抗車轍瀝青混合料，不同級(jí)配、瀝青和成型方法下，空隙率和飽和度隨瀝青用量的增加而減小，礦料間隙率隨瀝青用量的增加先減小后增大；但最佳油石比時(shí)，級(jí)配對(duì)空隙率、礦料間隙率和飽和度等細(xì)觀體積指標(biāo)的影響比瀝青種類影響大，不同成型方法對(duì)空隙率這一關(guān)鍵體積指標(biāo)可能有較大影響。因此，為保證混合料的抗車轍性能，應(yīng)控制好混合料級(jí)配和瀝青用量，重視壓實(shí)方法對(duì)空隙率的影響。

[1]劉中林,郝培文.大粒徑瀝青混合料組成結(jié)構(gòu)的研究[J].土木工程學(xué)報(bào),2004,(7):59-63.

[2]李麗民,劉劍,曾革.瀝青穩(wěn)定柔性基層的抗車轍性能[J].材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào),2008,(4):540-543.

[3]李麗民,何兆益,銀力.重載作用下大碎石柔性基層的抗車轍性能[J].土木建筑與環(huán)境工程,2009,(1):83-87.

[4]Technical Brief.Superpave Binder Specification and Test Methods[R].Canada,1995.

[5]E.R.Brown,J.E.Haddock,R.B.Mallick,T.A.Lynn.Development of A Mixtures Design Procedure for Stone Matrix Asphalt(SMA) [R].NCAT,1997.

[6]E.R.Brown,J.E.Haddock.A Method Ensure Stone-on-Stone Contact in Stone Matrix Asphalt Paving Mixtures[R],NCAT,1997.

[7]林繡賢.瀝青混凝土合理集料組成的計(jì)算公式.華東公路.2003,(1):82-84.

（責(zé)任編校：宮彥軍）

2016－01－08

湖南省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)2015JJ2073)；2015年湖南科技學(xué)院大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃資助項(xiàng)目“基于環(huán)境因素與細(xì)觀結(jié)構(gòu)的瀝青路面抗車轍性能研究”。

李麗民（1974－），男，博士，副教授，研究方向?yàn)榈缆放c巖土工程。

U414

A

1673-2219（2016）05-0067-06