談如何提高城市瀝青路面的動(dòng)穩(wěn)定度

李 峰

(太原市政建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 太原 030024)

隨著近年城市建設(shè)的大力發(fā)展，太原市的交通網(wǎng)路也得到了大幅的擴(kuò)張。環(huán)路、快速路成了城市發(fā)展的標(biāo)配，而這些路面上的車流很大，車流很密集，時(shí)間也很集中，行車的方向也是同一個(gè)方向，車輪碾壓路面也基本是一個(gè)地方。因此很容易造成路面上的車轍現(xiàn)象，還有太原市的夏季溫度有35 ℃～40 ℃，路表溫度更高，環(huán)路上又缺乏樹蔭的降溫保護(hù)，這些都是路面抗車轍的不利因素。針對(duì)太原市的特殊情況，本文著重從瀝青原材選擇、集料的選擇、合成級(jí)配范圍的選擇、密集配瀝青混合料高溫性能的試驗(yàn)結(jié)果等幾個(gè)方面闡述，通過實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集、比較、分析，找到改善密集配瀝青混合料馬氏穩(wěn)定度和60 ℃動(dòng)穩(wěn)定度等高溫指標(biāo)的最佳方案，滿足太原市快速路、環(huán)路等高等級(jí)、重載交通的路面要求。

1 瀝青原材、集料的選擇與級(jí)配范圍的確定

1.1 瀝青原材的選擇

從瀝青混合料的實(shí)際組成來看，對(duì)其穩(wěn)定度和60 ℃動(dòng)穩(wěn)定度，影響最大的原因是瀝青原材的高溫性能即瀝青的軟化點(diǎn)高低，因?yàn)闇囟壬吆鬄r青對(duì)集料的粘結(jié)作用大幅降低，瀝青混合料也變軟，受到車輪的碾壓作用更容易形成車轍。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，一般普通道路石油瀝青(90號(hào))的軟化點(diǎn)在45 ℃～47 ℃之間，聚合物改性瀝青的軟化點(diǎn)在60 ℃～70 ℃之間，而高彈性改性瀝青的軟化點(diǎn)達(dá)到85 ℃以上，由于瀝青混合料馬氏穩(wěn)定度和動(dòng)穩(wěn)定度車轍試驗(yàn)時(shí)，需要將混合料恒溫處理的溫度是60 ℃，因此高彈改性瀝青在提高混合料高溫性能方面具有很大優(yōu)勢。此外高彈性改性瀝青的彈性恢復(fù)作用，也能加強(qiáng)路面混合料的彈性恢復(fù)功能，可以降低路面的車轍變形。

1.2 集料選擇

瀝青混合料用集料一般選擇堿性石料、最好用碎石，要求堅(jiān)固性要好，石料壓碎值要小，破碎面要多，石子成正立方形，集料間的摩擦系數(shù)要大，最好選擇輝綠巖，因?yàn)檩x綠巖比石灰?guī)r要硬，耐磨，集料的摩擦系數(shù)大，實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)，輝綠巖的壓碎值一般為10%～14%，而石灰?guī)r的壓碎值一般為21%～23%，另外輝綠巖的潔凈度也要遠(yuǎn)好于石灰?guī)r，石灰?guī)r的含泥量大，會(huì)大大降低瀝青對(duì)集料的粘附力，從而降低瀝青對(duì)集料的粘結(jié)作用，降低瀝青混合料的穩(wěn)定度指標(biāo)。此處選擇這兩種不同集料拌和瀝青混合料，來進(jìn)行試驗(yàn)比較。

一種類型集料選擇太原近郊的石灰?guī)r集料，產(chǎn)地為鎮(zhèn)城，規(guī)格為10 mm～15 mm,5 mm～10 mm,3 mm～5 mm,0 mm～5 mm，礦粉產(chǎn)地為柏板。另一種類型集料選擇太原附近交城的輝綠巖防滑料，產(chǎn)地為交城，規(guī)格為10 mm～15 mm,5 mm～10 mm,3 mm～5 mm,0 mm～5 mm，礦粉產(chǎn)地為柏板。各種粒徑的篩分結(jié)果做到基本一致，避免可比性的降低。

集料篩分試驗(yàn)如表1，表2所示。

表1 石灰?guī)r集料、柏板礦粉篩分結(jié)果 %

表2 輝綠巖集料、柏板礦粉篩分結(jié)果 %

1.3 合成級(jí)配選擇

各種集料的合成級(jí)配范圍選擇DB14/T 160—2015山西省地方標(biāo)準(zhǔn)公路改性瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范中AC-13的級(jí)配范圍要求，由于此級(jí)配范圍上下限比較窄，控制比較嚴(yán)格，可以避免施工中實(shí)際合成曲線波動(dòng)大，從而影響混合料的各項(xiàng)性能。級(jí)配范圍見表3。

表3 DB14/T 160—2015中AC-13的級(jí)配范圍要求 %

經(jīng)過計(jì)算機(jī)合成后AC-13的級(jí)配曲線見圖1。

從圖1中可以看出合成級(jí)配曲線基本和級(jí)配范圍的中值重合，但粗集料(13.2 mm～9.5 mm篩孔)篩分結(jié)果靠近上限，細(xì)集料(0.3 mm～0.015 mm篩孔)篩分結(jié)果靠近下限，曲線呈一個(gè)S曲線。這種狀態(tài)下，各種集料間的摩擦系數(shù)最大，這時(shí)候?yàn)r青混合料的性能也能達(dá)到最佳。

最終各種集料的比例為:10 mm～15 mm∶5 mm～10 mm∶3 mm～5 mm∶0 mm～5 mm∶礦粉=26∶21∶28∶20∶5(%)。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集、比較、分析

通過AC-13密級(jí)配瀝青混合料為例子，以普通石油瀝青(90號(hào))+石灰?guī)r集料瀝青混合料、普通石油瀝青(90號(hào))+輝綠巖集料瀝青混合料和高彈改性瀝青+輝綠巖集料瀝青混合料，三種不同瀝青混合料的高溫性能試驗(yàn)進(jìn)行實(shí)際數(shù)據(jù)的對(duì)比和分析。

2.1 普通石油瀝青(90號(hào))石灰?guī)r集料瀝青混合料

首先按常規(guī)馬歇爾試驗(yàn)方法進(jìn)行普通石油瀝青+石灰?guī)r集料瀝青混合料的目標(biāo)配合比試驗(yàn)，包括瀝青原材料、集料原材料的檢驗(yàn)、混合料篩分合成級(jí)配的選擇、瀝青混合料高溫性能試驗(yàn)。各種拌和階段的加熱溫度高低、拌和時(shí)間長短、拌和溫度大小等，依據(jù)JTG F40—2004，DB14/T 160—2015和JTG E20—2011的相關(guān)規(guī)程規(guī)范要求，進(jìn)行試驗(yàn)，具體步驟如下。

瀝青混合料(90號(hào)普通石油瀝青石灰?guī)r集料)試驗(yàn)步驟：

1)將石灰?guī)r礦料溫度加熱到160 ℃～170 ℃。2)將90號(hào)普通瀝青溫度加熱到145 ℃～155 ℃。3)打開瀝青混合料拌和機(jī)進(jìn)行預(yù)熱。4)將礦料倒入小型拌和試驗(yàn)機(jī)內(nèi)拌和30 s，使各種集料混合均勻。5)將符合溫度要求的瀝青倒入拌和均勻的集料中拌和60 s，拌和機(jī)溫度145 ℃～155 ℃。6)將礦粉倒入拌和均勻的瀝青混合料中再拌和60 s，拌和機(jī)溫度145 ℃～155 ℃。7)拌和完畢，最后使出料溫度不低于140 ℃～150 ℃，做瀝青混合料的馬氏試驗(yàn)、動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)等。

2.2 普通石油瀝青(90號(hào))輝綠巖集料瀝青混合料

普通石油瀝青(90號(hào))輝綠巖集料瀝青混合料的試驗(yàn)過程參照上述普通石油瀝青(90號(hào))石灰?guī)r集料瀝青混合料的試驗(yàn)過程執(zhí)行。

2.3 高彈改性瀝青(SBS)輝綠巖集料瀝青混合料

按常規(guī)馬歇爾試驗(yàn)方法進(jìn)行高彈改性瀝青(SBS)輝綠巖集料瀝青混合料的目標(biāo)配合比試驗(yàn)，包括瀝青原材料、集料原材料的檢驗(yàn)、混合料篩分合成級(jí)配的選擇、瀝青混合料高溫性能試驗(yàn)。各種拌和階段的加熱溫度高低、拌和時(shí)間長短、拌和溫度大小等，依據(jù)JTG F40—2004，DB14/T 160—2015和JTG E20—2011的相關(guān)規(guī)程規(guī)范要求，進(jìn)行試驗(yàn)，具體步驟如下。

瀝青混合料(高彈改性瀝青輝綠巖集料)試驗(yàn)步驟：

1)將輝綠巖礦料溫度加熱到180 ℃～190 ℃。2)將高彈改性瀝青溫度加熱到170 ℃～175 ℃。3)打開瀝青混合料拌和機(jī)進(jìn)行預(yù)熱。4)將礦料倒入小型拌和試驗(yàn)機(jī)內(nèi)拌和30 s，使各種集料混合均勻。5)將符合溫度要求的瀝青倒入拌和均勻的集料中拌和90 s，拌和機(jī)溫度170 ℃～180 ℃。6)將礦粉倒入拌和均勻的瀝青混合料中再拌和90 s，拌和機(jī)溫度170 ℃～180 ℃。7)拌和完畢，最后使出料溫度不低于170 ℃～175 ℃，做瀝青混合料的馬氏試驗(yàn)、動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)等。

2.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集、分析、比較

三種方案的馬氏穩(wěn)定度、車轍動(dòng)穩(wěn)定度等數(shù)據(jù)如表3，表4所示。從瀝青混合料原材選擇來看，使用高彈改性的瀝青混合料和90號(hào)普通瀝青混合料相比較，改性瀝青混合料的馬氏穩(wěn)定度、車轍動(dòng)穩(wěn)定度有巨大提高，流值也在范圍內(nèi)，尤其是車轍動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)有了幾倍的增加。從瀝青混合料的集料種類選擇來看，使用防滑輝綠料的瀝青混合料比使用普通石灰?guī)r石料瀝青混合料的馬氏穩(wěn)定度和動(dòng)穩(wěn)定度，有一定提高，但提高幅度不是特別大，比較有限。從表中可以看出高彈改性瀝青和防滑料同時(shí)應(yīng)用時(shí)，能使混合料的高溫性能指標(biāo)達(dá)到最好。

表3 不同瀝青混合料的馬歇爾試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表4 不同瀝青混合料的車轍試驗(yàn)數(shù)據(jù)

另外，由表4可以看出，車轍試驗(yàn)完成后的車轍絕對(duì)深度依次減小，動(dòng)穩(wěn)定度依次增加的很快。從這兩點(diǎn)都可以說明，使用高彈改性瀝青、輝綠巖的防滑料能大幅增減瀝青混合料的高溫性能，從而滿足快速路、環(huán)路等高等級(jí)、重載交通的路面要求。解決路面的行車安全，提高司機(jī)的行車舒適度要求。綜上所述，選擇高彈性改性瀝青和防滑石料，可以大幅改善瀝青混合料的高溫性能指標(biāo)。

3 生產(chǎn)中的注意事項(xiàng)

實(shí)際混合料拌和時(shí)，首先一定要控制好合成級(jí)配，進(jìn)行熱料的合成級(jí)配篩分，使合成級(jí)配呈S曲線，達(dá)到最佳的要求。其次要控制各種加熱溫度、拌和溫度一定在范圍內(nèi)，不能過高，這樣會(huì)造成瀝青老化，混合料炒糊，這樣的瀝青混合料要廢棄，禁止使用。也不能偏低，這樣瀝青混合料拌和不均勻，各項(xiàng)性能指標(biāo)，尤其抗車轍性能否滿足規(guī)范要求。還有拌和時(shí)間要充分，不充分瀝青混合料性能同樣不能滿足要求。