抗轍瀝青混合料的集料組成設(shè)計(jì)

毛景濱

(黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院，黑龍江 哈爾濱 150080)

抗轍瀝青混合料的集料組成設(shè)計(jì)

毛景濱

(黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院，黑龍江 哈爾濱 150080)

在明確抗轍瀝青混合料級(jí)配特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，以提高瀝青路面抗車(chē)轍性能為主，從粗集料級(jí)配、細(xì)集料級(jí)配、填充系數(shù)三方面分析了瀝青混合料集料組成對(duì)抗車(chē)轍性能的影響。在總結(jié)抗車(chē)轍性能良好混合料對(duì)應(yīng)級(jí)配的基礎(chǔ)上，提出了抗轍瀝青混合料的建議集料級(jí)配。

瀝青混合料；抗車(chē)轍；集料；級(jí)配

1 前 言

路面瀝青混合料的抗車(chē)轍能力主要來(lái)源于集料骨架的嵌擠效果和瀝青膠結(jié)料的粘結(jié)力，因此，有必要進(jìn)一步研究瀝青混合料的骨架結(jié)構(gòu)和瀝青膠漿結(jié)構(gòu)。路面瀝青混合料的集料構(gòu)成可分為三大部分：粗集料、細(xì)集料、粗細(xì)集料的比例。由此而言，抗轍路面瀝青混合料的集料組成設(shè)計(jì)應(yīng)在控制關(guān)鍵粒徑通過(guò)率的基礎(chǔ)上，從粗集料、細(xì)集料的分布，以及粗細(xì)集料比例(即填充系數(shù))角度深入研究。

2 試驗(yàn)原材料

試驗(yàn)集料為地產(chǎn)石灰?guī)r，結(jié)合料為盤(pán)錦AH-90瀝青。

采用的原材料均符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)的要求。石灰?guī)r集料的表觀密度見(jiàn)表1，AH-90瀝青瀝青的參數(shù)指標(biāo)詳見(jiàn)表2。

表1 石灰?guī)r集料的表觀密度

表2 盤(pán)錦AH-90瀝青的主要技術(shù)指標(biāo)

3 粗集料的級(jí)配

3.1 粗集料最大粒徑的選擇

考慮到集料的最大粒徑關(guān)系到瀝青混合料的離析程度，為避免離析的影響，將粗集料的最大粒徑控制在19 mm。

3.2 集料級(jí)配的確定

集料粒徑的劃分一般以4.75 mm為分界點(diǎn)。本次試驗(yàn)選取5種典型級(jí)配，其中3種為嵌擠型級(jí)配，另外2種為按一定泰波指數(shù)n構(gòu)成的連續(xù)級(jí)配，詳見(jiàn)表3。

表3 粗集料試驗(yàn)級(jí)配

3.3 粗集料典型級(jí)配試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)各典型級(jí)配粗集料測(cè)試密度、CBR值、動(dòng)載壓入累積永久變形和回彈模量，試驗(yàn)結(jié)果列入表4。

表4 粗集料骨架試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表4中的試驗(yàn)結(jié)果可知，泰波指數(shù)n=0.45和n=0.55的連續(xù)級(jí)配粗集料，其集料密度及CBR值低于嵌擠型級(jí)配粗集料，而嵌擠級(jí)配中力學(xué)性能最好的為級(jí)配Ⅱ，級(jí)配Ⅱ的密度雖然稍小，但CBR值較高(對(duì)應(yīng)最大密度的CBR值相差28.1%)。說(shuō)明混合料的骨架強(qiáng)度不僅與密度有關(guān)，也與粒徑級(jí)配組成有關(guān)，尤其是粗集料的級(jí)配組成。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的嵌擠型骨架能夠有效提升抵抗永久變形的能力，并擁有較高的強(qiáng)度。從回彈模量試驗(yàn)結(jié)果可知，由于級(jí)配Ⅱ具有穩(wěn)定的嵌擠結(jié)構(gòu)，其回彈模量達(dá)到了676.74 MPa，同時(shí)各側(cè)限應(yīng)力下的累積永久變形最小，故選擇粗集料的最佳級(jí)配組成為級(jí)配Ⅱ。

3.4 粗集料主骨架空隙率

試驗(yàn)成型一般有松裝、振動(dòng)臺(tái)、上置振動(dòng)壓實(shí)等不同方法。本次試驗(yàn)對(duì)級(jí)配Ⅱ進(jìn)行了對(duì)應(yīng)的空隙率測(cè)定(詳見(jiàn)表5)，試驗(yàn)結(jié)果表明松裝成型的空隙率較大(為42.4%)，上置振動(dòng)成型空隙率較小(為31.1%)。以不同骨架空隙率分別進(jìn)行混合料體積法設(shè)計(jì)，結(jié)果顯示以粗集料松裝密度設(shè)計(jì)較佳，確定采用松裝空隙率(42.4%)。

表5 粗集料主骨架空隙率

4 細(xì)集料的試驗(yàn)級(jí)配

以泰波指數(shù)n=0.65、0.50、0.35設(shè)計(jì)細(xì)集料級(jí)配，另以經(jīng)驗(yàn)擬訂級(jí)配N(xiāo)。4種細(xì)集料級(jí)配見(jiàn)表6，對(duì)應(yīng)的級(jí)配曲線如圖1。

表6 細(xì)集料級(jí)配表

圖1 細(xì)集料級(jí)配曲線

對(duì)應(yīng)級(jí)配要素：粗集料、細(xì)集料、填充系數(shù)，分別保持粗集料、填充系數(shù)兩個(gè)要素不變，分析細(xì)集料變化對(duì)混合料高溫性能及回彈模量的影響(見(jiàn)表7、表8)。

表7 細(xì)集料變化后的混合料配合比

表8 混合料級(jí)配匯總表

對(duì)不同細(xì)集料級(jí)配瀝青混合料進(jìn)行動(dòng)力壓入試驗(yàn)，測(cè)試回彈模量和累積永久變形，評(píng)估瀝青混合料的抗車(chē)轍性能和承載能力。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9。

由表9可知，保持粗集料、填充系數(shù)不變，如細(xì)集料偏細(xì)，則各應(yīng)力下的瀝青混合料回彈模量均有所增大，而累積永久變形的改變規(guī)律各不相同。

相對(duì)而言，細(xì)集料要素為N的瀝青混合料綜合性能較好，但空隙率偏小，不符合規(guī)范對(duì)路面瀝青混合料空隙率的要求，因此，選擇n=0.35的細(xì)集料級(jí)配。

表9 對(duì)應(yīng)不同級(jí)配要素的瀝青混合料試驗(yàn)結(jié)果

5 填充系數(shù)

對(duì)應(yīng)級(jí)配要素：粗集料、細(xì)集料、填充系數(shù)，分別保持粗集料、細(xì)集料兩個(gè)要素不變，分析填充系數(shù)對(duì)瀝青混合料高溫性能及回彈模量的影響(見(jiàn)表10)。不同填充系數(shù)對(duì)應(yīng)的級(jí)配見(jiàn)表11。

表10 填充系數(shù)變化后的混合料配合比

表11 混合料級(jí)配匯總表

對(duì)不同填充系數(shù)的瀝青混合料進(jìn)行了動(dòng)力壓入試驗(yàn)，以回彈模量和永久變形值對(duì)瀝青混合料的承載能力和抗車(chē)轍性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表12。

表12 對(duì)應(yīng)不同級(jí)配要素的瀝青混合料試驗(yàn)結(jié)果

級(jí)配要素細(xì)集料n油石比/%體積法空隙率/%回彈模量/MPa永久變形值/mm2.55MPa5.09MPa10.19MPa15.28MPa5.09MPa10.19MPa15.28MPaⅡ,0.350.73.87.12513904840.975.100.84.25.33054385020.953.880.94.54.23054385400.601.701.15.23.53514685401.412.45

由試驗(yàn)結(jié)果可知(表12)，保持粗集料、細(xì)集料要素不變，若填充系數(shù)增大，則各應(yīng)力下的瀝青混合料回彈模量也逐漸增大，而累積永久變形的變化規(guī)律各不相同。

綜合分析，在粗集料、細(xì)集料、填充系數(shù)三個(gè)要素中，粗集料級(jí)配對(duì)瀝青混合料抗車(chē)轍性能的影響最大，其次為填充系數(shù)，之后為細(xì)集料級(jí)配。

細(xì)集料要素為N或0.35的級(jí)配適用于粗集料Ⅱ、填充系數(shù)為0.9的骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)。可以通過(guò)偏細(xì)級(jí)配的細(xì)集料提高比表面積，發(fā)揮瀝青膜對(duì)粘結(jié)力的貢獻(xiàn)，有助于提高瀝青混合料的抗車(chē)轍性能。

6 建議級(jí)配范圍

綜合以上分析，基于提高抗車(chē)轍性能，建議的瀝青混合料性能指標(biāo)包括體積空隙率、10.19 MPa應(yīng)力下的回彈模量、永久變形值、4.75 mm粒徑通過(guò)率(見(jiàn)表13)。推薦的瀝青混合料集料級(jí)配要素為粗集料級(jí)配Ⅱ、細(xì)集料n=0.35、填充系數(shù)0.9，對(duì)應(yīng)級(jí)配見(jiàn)表14。

表13 密實(shí)混合料的指標(biāo)值

表14 車(chē)轍性能良好瀝青混合料對(duì)應(yīng)的級(jí)配

7 結(jié) 論

集料的骨架構(gòu)造直接影響瀝青混合料承受車(chē)輪荷載及抵抗永久變形的能力，因此瀝青混合料的組成設(shè)計(jì)有必要強(qiáng)化骨架嵌擠效果，并研究改進(jìn)壓實(shí)工藝，使瀝青混合料具有穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)。以上研究結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)，基于粗集料級(jí)配、細(xì)集料級(jí)配、填充系數(shù)三個(gè)級(jí)配要素，分析了瀝青混合料集料組成對(duì)車(chē)轍性能的影響。在總結(jié)車(chē)轍性能良好的瀝青混合料對(duì)應(yīng)級(jí)配的基礎(chǔ)上，提出了抗轍瀝青混合料的集料建議級(jí)配，對(duì)改善瀝青混合料路面的抗車(chē)轍性能具有良好的效果。

[1] 解曉光，馬松林. 壓實(shí)工藝對(duì)瀝青混合料力學(xué)性能的影響[J].東北公路，2001，24(2):29-31.

[2] 李長(zhǎng)清.多孔隙水泥穩(wěn)定碎石排水基層性能分析[J].低溫建筑技術(shù)，2009，(8).

[3] 朱光耀，高偉，等.高等級(jí)公路瀝青混凝土面層合理級(jí)配室內(nèi)試驗(yàn)分析[J].黑龍江交通科技，1994，(2).

A dissertation on aggregate gradation design for anti-rut asphalt mixtures

MAO Jing-bin

(Heilongjiang Highway Survey and Design Institute,Harbin,Heilongjiang 150080,China)

Upon knowledge on key characters of anti-rut asphalt mixture gradation, this article focused on the enhancement of anti-rut performance for asphalt pavement. The implications between asphalt aggregate composition and anti-rut performance are analyzed from coarse aggregate gradation, fine aggregate gradation and fill factor. Recommendations for anti-rut asphalt mixture gradation are presented based on outstanding examples.

asphalt mixture;anti-rut;aggregate;gradation

2016-08-30

毛景濱(1963-)，男，高級(jí)工程師，從事公路工程勘察設(shè)計(jì)工作。

U416.217

C

1008-3383(2017)03-0023-03