LSAM路用性能研究

桂志成

（廣西路建工程集團有限公司，廣西 南寧 530001）

0 引言

近年來，隨著對瀝青路面材料、工藝和技術等方面的深入研究，針對路面的高溫抗車轍和耐久性能問題等制定了較多的解決方案。其中，大粒徑瀝青混合料（Large Stone Asphalt Mixes，簡稱“LSAM”）因具備優良的高溫抗車轍性能，工程造價略低，施工周期短等優勢，逐漸應用于道路基層。

根據我國部分路段實驗數據和相關科研人員的研究成果顯示，LSAM瀝青混合料作為路面結構的柔性基層，在抗車轍、抗永久變形能力和抗反射裂縫方面具有顯著的特點，但基于混合料自身特性，也出現了在施工過程中容易離析，且路面空隙率不易控制等問題。劉紅瑛等利用開發的集料離析測量儀評價了5種不同級配LSAM瀝青混合料，指出貝雷法設計更適用于該類型混合料［1］［6］；鄒太平闡述了LSAM瀝青混合料采用密級配結構的相關路用性能和施工工藝［2］；李彩霞提出大粒徑瀝青混合料在舊路結構補強層的應用，優化了在不同結構層應用的合理厚度［3］；江曉霞研究了超大粒徑瀝青混合料（SLSM）的級配特性，建立了分形維數值與體積指標之間的關系，分析了粒徑、頻率等參數對相關力學性能的影響［7］。

綜上所述，針對LSAM瀝青混合料在道路基層中應用的研究涉及較少，還需要進行深入的系統研究。筆者采用改進的大型馬歇爾試驗、高溫抗車轍試驗、單軸抗壓強度試驗、劈裂試驗及水穩定性試驗，通過改變礦料級配、集料公稱最大粒徑及試驗溫度等因素對LSAM瀝青混合料進行研究，全面分析LSAM瀝青混合料的路用性能，為實體工程應用提供技術支持。

1 試驗材料及方案

1．1 原材料選擇

采用殼牌70＃基質瀝青作為LSAM瀝青混合料的膠結料，各項指標依據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20－2011）進行檢測［4］，均符合《公路瀝青路面施工技術規范》（JTGF40－2004）中的相關要求［5］，檢測結果見表1；集料為石灰巖，礦粉由石灰巖研磨而成，具體指標見表2。

表1 70＃瀝青性能檢測結果表

表2 礦粉檢測結果表

1．2 試驗方案設計

借鑒國內外相關研究結果，LSAM瀝青混合料具備優良的抗車轍性能和力學性能與混合料的級配組成、公稱最大粒徑大小等有關。本文結合以往研究經驗，具體設定以下方案對其進行綜合分析研究：

（1）試驗選擇兩種公稱最大粒徑為37．5mm和31．5mm的集料，兩種級配類型（連續密級配和連續開級配），研究公稱最大粒徑、級配組成等對路用性能的影響，其合成礦料級配范圍見表3。

表3 LSAM瀝青混合料合成級配設計表

（2）采用大型馬歇爾方法對其進行試驗分析，具體參數為 152．4mm×95．3mm，擊實112次成型，其他按照常規方法。3種級配的LSAM瀝青混合料體積參數，主要包括瀝青用量、空隙率、礦料間隙率等指標（見表4）。

表4 LSAM瀝青混合料試件基本性能指標表

（3）LSAM瀝青混合料路用性能試驗方法選擇。其中，高溫抗車轍性能評價采用動穩定度指標，水穩定性能采用凍融劈裂指標，低溫抗裂性能采用劈裂強度指標，具體參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20－2011）中的相關方法進行試驗。

2 試驗結果分析

2．1 高溫穩定性能分析

目前，現行規范中沒有涉及LSAM大粒徑瀝青混合料的車轍試驗方法。本文結合相關研究成果，對規范中的標準車轍試驗試模進行適當改進，制作了300mm×300mm×100mm（試模厚度為集料公稱最大粒徑的1．5倍）和300mm×300mm×150mm兩種厚度的試模，分析LSAM大粒徑瀝青混合料的抗車轍能力，試驗結果見圖1。

LSAM瀝青混合料動穩定度測試結果對比圖

圖1描述了3種不同級配LSAM瀝青混合料的動穩定度試驗結果，經分析可知：

（1）LSAM的級配組成結構對動穩定度指標存在顯著影響。其中，級配2＃動穩定度值最大，級配1＃次之，級配3＃最小。級配2＃的動穩定度值提高了約26．6%（與級配1＃相比）。這是由于級配2＃為連續開級配，公稱最大粒徑為37．5mm，級配1＃為連續密級配，公稱最大粒徑為37．5mm，說明公稱最大粒徑相同條件下，開級配瀝青混合料的高溫抗車轍能力優于連續密級配。開級配瀝青混合料的粗集料偏多，試件內部形成了骨架－嵌擠結構，而連續密級配瀝青混合料細集料偏多，粗集料之間沒有形成骨架結構，因此在荷載作用下的抗變形能力稍弱。如級配2＃中粒徑13．2mm篩孔的通過率為35%，級配1＃的通過率為43%，二者相差8%，31．5mm篩孔的通過率相差約12%。

（2）成型試件的厚度對高溫性能也存在一定的影響。隨試件成型厚度的增加，動穩定度指標下降，且厚度對動穩定度值的影響程度與級配類型有關。對于3種不同級配LSAM瀝青混合料（級配1＃、級配2＃、級配3＃），厚度為100mm試樣的動穩定度指標均高于厚度為150mm試樣，分別提高了約15．7%、33．5%和39．5%。這說明瀝青混合料的車轍變形隨瀝青結構層厚度的增加而增大，該結論與相關文獻研究結果相一致。

2．2 水穩定性能分析

瀝青路面發生破壞的主導因素與水的作用存在直接關系，水分子的加入降低了瀝青混合料集料－瀝青的粘附性能，促使礦料發生剝離，導致路面產生坑槽等現象。評價瀝青混合料的水穩定性能具有重要的意義，文中選擇凍融劈裂試驗對LSAM瀝青混合料水穩定性能進行評價，試驗結果見圖2。

圖2 凍融劈裂強度試驗結果對比圖

由圖2分析可知：

（1）3種不同級配類型的LSAM瀝青混合料水穩定性整體性能良好，均滿足規范《公路瀝青路面設計規范》（JTG D50－2017）的技術要求（≥75%），TSR值在80%以上，其中級配1＃和級配2＃的TSR值相接近，分別為86．5%和85．9%，而級配3＃的TSR值稍差，其值為81．9%。這說明級配1＃和級配2＃的抗水損害能力優于級配3＃，LSAM瀝青混合料同樣具備優良的水穩定性能。

（2）結合LSAM瀝青混合料基本性能指標分析，級配1＃和2＃的公稱最大粒徑均為37．5mm，級配類型分別為密級配和開級配，級配1＃的瀝青含量高于級配2＃和3＃，空隙率和礦料間隙率均低于二者，凍融循環過程中水分難以進入混合料內部結構，水分發生結晶，凍脹率較低；而級配3＃的礦料間隙率高（VMA＝13．53%），公稱最大粒徑為31．5mm，盡管采用開級配，但礦料之間沒有形成良好的嵌擠－密實結構，導致凍融循環過程中水結晶膨脹作用力破壞了試件的內部結構，水穩定性能下降，這與高溫抗車轍能力評價相對應。

2．3 低溫抗裂性能分析

LSAM瀝青混合料劈裂強度指標依據《瀝青混合料劈裂試驗》（T0716－2011）中的試驗方法進行，試驗溫度選擇15℃，壓條選擇19mm，加載速率為1mm／min，試驗結果見圖3。

圖3 劈裂強度試驗結果對比圖

由圖3可知：

（1）3種LSAM瀝青混合料的劈裂強度值關系與凍融劈裂強度TSR表示相一致，級配1＃的劈裂強度值最佳，級配2＃次之，級配3＃最低，且級配2＃和3＃的劈裂強度值接近。這說明級配類型對劈裂強度值影響更為顯著，而公稱最大粒徑對混合料劈裂強度值的影響較小，密級配瀝青混合料的低溫抗裂性能優于開級配瀝青混合料。如級配1＃的劈裂強度值分別提高了30%（與級配2＃相比）和40%（與級配3＃相比）。

（2）對于LSAM瀝青混合料（公稱最大粒徑≥26．5mm），低溫抗裂性能一直作為重點的研究對象，這主要是因為粗集料偏多的嵌擠－骨架結構，瀝青膠結料的用量顯著低于密級配瀝青混合料（最佳瀝青用量相差約0．2%～0．5%），盡管在高溫抗車轍性能方面表現優良，但對低溫抗變形能力的貢獻主要為瀝青膠結料，最佳瀝青用量的降低或偏少勢必降低其低溫抗裂性能。因此，適當提高最佳瀝青用量上限，可以保證LSAM瀝青混合料間具備充分的“結構瀝青”，進一步提高其劈裂強度值。

3 結語

（1）LSAM瀝青混合料具有良好的高溫抗車轍性能，增加集料公稱最大粒徑、采用間斷級配結構均能有效優化瀝青混合料的動穩定度指標；而成型試件厚度的增加，降低了LSAM瀝青混合料的抗車轍性能，推薦采用嵌擠－骨架結構。

（2）級配和公稱最大粒徑的變化均對LSAM瀝青混合料的水穩定性能和低溫抗裂性能產生一定的影響，采用密級配瀝青混合料的凍融劈裂強度指標和低溫劈裂強度指標優于開級配瀝青混合料，而降低公稱最大粒徑并沒有改善二者的性能。

（3）LSAM瀝青混合料的各項路用性能均能滿足規范要求，適當地提高最佳瀝青用量能夠改善低溫劈裂強度值弱化的現象，可為實體工程的應用提供充分的理論依據和指導。