Superpave瀝青混合料路用性能研究

何 艷，陸立波

（1.武漢市政工程設計研究院有限責任公司,湖北 武漢 430000；2.武漢中央商務區投資控股集團有限公司,湖北 武漢 430000）

Superpave瀝青混合料路用性能研究

何 艷1，陸立波2

（1.武漢市政工程設計研究院有限責任公司,湖北 武漢 430000；2.武漢中央商務區投資控股集團有限公司,湖北 武漢 430000）

針對Superpave集料級配的設計方法,采用現行規范中要求的馬歇爾法進行瀝青混合料相關的路用性能研究。結果表明采用Superpave禁區下方級配的瀝青混合料具有較好的高溫性能、抗疲勞性能及抗滑性能；通過調整混合料的級配組成對其改善水穩定性的作用是有限的；通過與旋轉壓實成型法（SGC）的對比研究表明,瀝青含量的變化對馬歇爾成型試件的影響較大。

Superpave級配,瀝青混合料,馬歇爾法,SGC法

0 引言

瀝青混合料的類型在一定程度上決定了路面承載能力的大小,而現行規范對瀝青混合料的性能要求仍采用馬歇爾實驗體系進行相關的驗證。馬歇爾法并不能模擬實際路面的壓實過程,壓實功作用效果明顯不足,而旋轉壓實儀（SGC）的壓實過程具有較好的模擬性和便捷的數據采集方式,使其成為瀝青混合料較為理想的壓實工具。本文所介紹的是針對Superpave的集料級配設計方法進行相關瀝青混合料路用性能的研究。

1 實驗方案

首先對原材料進行技術分析以滿足Superpave的要求；其次,按照Superpave的集料級配規定的控制點和限制區進行配合比設計,使得集料級配滿足Superpave的要求；而后,選擇三種不同的級配進行混合料的路用性能研究；最后將馬歇爾法與SGC法成型的試件進行參數對比。

2 原材料分析

瀝青混合料原材料的質量優劣直接影響道路的使用性能及耐久性,所以對原材料的技術性質要嚴格把控。

2.1 瀝青

該項實驗研究采用殼牌90#道路石油瀝青,擬應用于陜西戶縣某過境高速公路的試驗段。按照AASHTO Superpave瀝青膠結料的相關規定對所選擇的瀝青材料進行PG分級測試,實驗結果見表1所列。

表1 瀝青PG分級實驗結果一覽表

由PG分級結果可以看出,該瀝青結合料的性能分級為PG64-28。

2.2 集料

根據該項工程相關料源調查,該項實驗研究所選用的集料來自藍田產輝長巖10～15、10～20、5～10三檔料。其水洗篩分、密度、特性實驗結果見表2所列。

通過對集料的實驗分析,所選用的集料密度、吸水率均滿足要求。

3 混合料級配設計

為了探討Superpave瀝青混合料的優越性,選擇上面層常用的Sup-16進行相關的性能研究,通過試配,選擇以下三個級配,其通過率見表3所列。

表2 集料水洗篩分、密度、特性實驗結果一覽表

表3 三種實驗級配混合料的通過率一覽表

其中,級配1位于禁區上方,級配2穿過禁區,級配3位于禁區下方,而且級配2滿足我國現行規范AC-16的要求。

4 Superpave瀝青混合料性能研究

4.1 Superpave瀝青混合料高溫性能

該項試驗研究采用馬歇爾擊實實驗及車轍實驗來評價混合料高溫性能,以進行瀝青混合料的配合比設計及瀝青路面施工質量的檢驗。其實驗結果見表4、表5所列。

表4 Sup-16馬歇爾實驗結果一覽表

表5 Sup-16瀝青混合料車轍實驗結果一覽表

由表4、表5可知,級配3的動穩定度明顯高于級配1、級配2,產生的車轍深度也最小,這是由于級配3處于禁區下方形成骨架密實結構,粗集料含量較多、細集料較少,集料顆粒之間形成較高的摩阻力,抵抗車轍的高溫穩定性較好。

4.2 瀝青混合料低溫性能

該項實驗研究采用MTS材料實驗機對瀝青混合料進行低溫彎曲破壞實驗。試件為車轍實驗成型的車轍板切割成40 mm×40 mm×240 mm的小梁,實驗溫度為-10℃,加載速率為50 mm/min,采用中央集中加載的方式,小梁跨徑為20.0 cm。

其實驗結果見表6所列。

由小梁彎曲實驗結果可知,三種級配的彎拉應變及彎曲勁度模量相差不大,均滿足現行規范的要求。

4.3 瀝青混合料水穩定性能

該項實驗研究采用凍融劈裂實驗來評價瀝青混合料的水穩定性能,大量工程應用表明凍融劈裂強度指標與水穩定性有很好的相關性。其實驗結果見表7所列。

表6 瀝青混合料小梁彎曲實驗結果一覽表

表7 瀝青混合料凍融劈裂實驗結果一覽表

由表7可知,三種級配的凍融劈裂強度比均較小,而且是不滿足現行規范要求的,在工程應用中須考慮添加抗剝落劑,這也從側面反映出礦料級配對改善瀝青混合料水穩定性能的作用是有限的。

4.4 瀝青混合料的疲勞性能

該項實驗研究采用簡支梁彎曲實驗方法,加載模式為控制應力方式,試件為車轍實驗成型的疲勞板切割而成的50 mm×50 mm×240 mm的小梁,跨徑15 cm,采用三分點加載方式。其實驗結果見表8所列。

表8 Sup-16瀝青混合料疲勞實驗結果一覽表

由表8可知,瀝青混合料的疲勞壽命排序為:級配3＞級配1＞級配2,也再次表明粗集料形成的骨料間的嵌擠作用明顯能夠承受較大的荷載沖擊,更加容易獲得穩定耐久的結構。

4.5 馬歇爾擊實法與旋轉壓實法的比較

在Superpave設計體系中,以空隙率4%來確定旋轉壓實儀的標準旋轉次數。以前文中的級配3作為研究對象,在瀝青用量相同的條件下分別進行馬歇爾擊實和旋轉壓實,其實驗結果見表9所列。瀝青混合料的SGC實驗結果見表10所列。

表9 瀝青混合料的馬歇爾實驗結果一覽表

表10 瀝青混合料的SGC實驗結果一覽表

由表9、表10可以看出,在不同的瀝青用量條件下,SGC法比馬歇爾法相關參數要穩定,瀝青含量的變化對旋轉壓實的影響較小,而對馬歇爾成型的影響較大。

5 結論

采用傳統的馬歇爾法進行瀝青混合料的性能研究得出,禁區下方的級配3具有較好的高溫性能、抗疲勞性能及抗滑性能,通過調整瀝青混合料的級配對改善混合料的水穩定性的作用是有限的。在工程實際應用中對Superpave的級配設計應采用禁區下方的粗集料類型；對級配相同、瀝青含量相同的瀝青混合料分別進行馬歇爾擊實與SGC實驗結果表明瀝青含量的變化對馬歇爾擊實試件的影響較大,所以在工程應用中要準確計量瀝青用量以降低對混合料性能的不良影響。

U416.217

A

1009-7716（2017）07-0248-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.07.076

2017-03-28

何艷（1982-）,女,湖北武穴人,碩士,高級工程師,從事道路工程設計研究工作。