兩種硬質瀝青混合料配比設計及路用性能對比分析

張幸杰 孫海娜

（1.河南省交通科學技術研究院有限公司，河南 鄭州 450006；2.河南省公路工程試驗檢測中心有限公司，河南 鄭州 450006）

1 原材料

本文在試驗研究過程中共使用了兩種瀝青，分別為“東海牌”30#瀝青和50#瀝青，所使用的集料均采用河南產石灰巖，規格分別為0mm～5mm石屑、5mm～10mm碎石、10mm～15mm碎石和10mm～20mm碎石，礦粉為石灰巖礦粉。瀝青的性能直接影響著瀝青混合料的各種路用性能，而能否準確測驗集料的各項指標也直接關系著后面的級配設計。

1.1 瀝青的性能檢測

瀝青的各項技術指標測試，參照《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004），這里列出我國對硬質瀝青的技術指標要求，具體結果見表1。

從試驗結果可以看出，50#瀝青的各項及時指標均能滿足我國規范要求，30#瀝青15℃延度低于規范要求值。在歐洲CEN瀝青標準中，15℃延度尚未納入規范標準中作為評價低溫性能的指標。兩種瀝青隨著瀝青的針入度下降，針入度指數逐漸升高，其對溫度越不敏感，高溫性能越好。

1.2 集料性能試驗

在進行試驗時，試驗方法按照《公路工程集料試驗規程》（JTG E42—2005）對于不同粒徑集料的要求操作，密度、篩分試驗結果見表2。礦粉采用石灰巖礦粉，其相對密度為2.728。

2 AC-20C瀝青混合料配比設計

在進行級配設計過程時，按照級配AC-20C，采用50#瀝青進行相關瀝青混合料試驗及指標的檢測，并最終確定級配組成。然后用30#瀝青和50#瀝青分別確定最佳瀝青用量，并通過進一步混合料性能驗證，確定目標配合比。依據JTG F40—2004關于瀝青混凝土的礦料級配范圍要求確定粗、中、細3種配合比的級配曲線，見表3和圖1。經綜合分析選擇中級配作為設計級配。

在確定最佳瀝青用量時，30#瀝青用3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%的5組油石比成型馬歇爾試件；50#瀝青用3.4%、3.9%、4.4%、4.9%、5.4%的5組油石比成型馬歇爾試件；50#瀝青馬歇爾試件擊實成型溫度為150℃～155℃，30#瀝青馬歇爾試件擊實成型溫度為155℃～160℃，每個試件擊實次數為雙面各75次。確定混合料最佳油石比的馬歇爾試驗結果見表4和表5。

表3 AC-20C混合料礦料級配范圍要求通過率

表4 50#瀝青確定混合料最佳油石比的馬歇爾試驗

表5 30#瀝青確定混合料最佳油石比的馬歇爾試驗

將表4、表5試驗結果以油石比為橫坐標，通過繪制瀝青用量和各物理—力學指標關系圖，確定50#瀝青混合料的最佳油石比為4.4%，30#瀝青混合料的最佳油石比為4.5%，在最佳油石比的馬歇爾試驗結果全部符合規范要求。

3 路用性能對比分析

3.1 水穩定性

對瀝青混合料采用浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂強度試驗來評價其水穩定性。試驗結果見表6。

兩種瀝青混合料的浸水馬歇爾殘留強度均高于規范要求值，但具體瀝青針入度的變化對混合料的浸水馬歇爾殘留強度有何影響，由于差異不明顯，本試驗未能得出具體結論，有待進一步研究。

圖1 三種級配曲線圖

表6 浸水馬歇爾試驗殘留穩定度

由表7分析數據可知：對于同一種級配，兩種瀝青混合料的凍融劈裂殘留輕度比值均滿足規范對河南地區的要求；50#瀝青混合料的凍融劈裂殘留強度較30#瀝青有較大提升。

表7 凍融劈裂試驗的殘留強度比

3.2 高溫穩定性

瀝青路面高溫穩定性通常是指瀝青混合料在荷載作用下抵抗永久變形的能力。車轍試驗是評價瀝青混合料在規定溫度條件下抵抗塑性流動變形能力的有效方法。本次車轍試驗見表8。

表8 車轍動穩定度試驗

由表8數據分析可知：對于同一種級配，30#瀝青混合料的抗車轍性能較50#瀝青混合料，有了大幅提高；經過對試驗過程中設計的兩種瀝青混合料高溫穩定性的研究，結果表明均能夠滿足我國《公路瀝青路面施工技術規范》對瀝青混合料車轍試驗動穩定度的技術要求。

3.3 滲水試驗

對車轍試件進行室內滲水試驗，均滿足滲水系數不大于120mL/min的要求，見表9。

通過數據分析可知：兩種瀝青混合料的滲水系數均遠滿足規范要求。滲水系數主要受瀝青混合料的級配類型和空隙的影響，試驗過程中，兩種瀝青混合料的滲水系數差異不顯著，30#瀝青的AC-20C級配的瀝青混合料滲水系數稍大。

表9 滲水試驗

3.4 低溫性能

國內外研究瀝青混合料低溫抗裂性能的試驗方法有多種，我國規范《公路瀝青路面施工技術規范》JTG F40—2004推薦使用的是瀝青混合料的低溫彎曲試驗，用最大彎曲破壞應變指標來評價硬質瀝青混合料的低溫抗裂性能，見表10。

表10 瀝青混合料低溫彎曲破壞應變試驗

由數據分析可知：兩種瀝青混合料的低溫彎曲破壞應變均滿足河南地區對基質瀝青混合料的低溫性能要求，且兩種瀝青混合料的低溫性能差異不顯著。

結論

通過本次試驗研究，對于同一種級配而言，可以得出以下結論：（1）50#瀝青的各項及時指標均能滿足我國規范要求，30#瀝青15℃延度為低于規范要求值；（2）兩種瀝青混合料的浸水馬歇爾殘留強度均高于規范要求，但差異不明顯；50#瀝青混合料的凍融劈裂殘留強度較30#瀝青有較大提升；（3）30#瀝青混合料的抗車轍性能較50#瀝青混合料有了大幅提高；（4）兩種瀝青混合料的滲水系數差異不顯著，30#瀝青的AC-20C級配的瀝青混合料滲水系數稍大；（5）兩種瀝青混合料的低溫性能差異不顯著。