薄表層瀝青混合料路用性能研究

劉向杰， 李文凱

(1.河南交通職業技術學院， 河南 鄭州 450000； 2.河南交院工程技術有限公司)

瀝青混凝土路面上面層作為路面結構層的頂層，長期裸露在外面，會受到雨水、空氣和光照的作用，同時也是傳遞和承受車輛荷載的結構層，因此，瀝青混凝土常見的裂縫、車轍、麻面、水損害等病害會首先出現在路面上面層。薄表層瀝青混凝土路面的攤鋪厚度往往會比正常施工時的上面層薄1～2 cm，上面層厚度的減小，會導致后期施工時碾壓不密實，結構層內部空隙較大，在雨水和車輛荷載的共同作用下，路面水損害病害嚴重；由于上面層結構層厚度減小，薄表層瀝青混凝土溫度敏感性變大，在晝夜溫差較大時會在上面層內部產生較大拉應力，加劇路面裂縫的形成；此外，薄表層瀝青混凝土路面更容易發生剪切變形，所以對薄表層瀝青混凝土路面的施工更需嚴格技術要求。該文通過不同級配類型、不同外加劑摻量的研究來評價AC-10C、AC-13C、UTL-10、UTL-13共4種瀝青混合料的路用性能。

1 瀝青混合料級配設計

1.1 集料性能

粗集料選擇玄武巖碎石，粒徑大小為10～15、5～10、3～5 mm；細集料為0～3 mm石灰巖碎石；填料為石灰巖磨細礦粉，原材料各項指標滿足相關規范的要求。采用的高分散裂解橡膠瀝青由90#基質瀝青和橡膠粉為原料，膠粉內摻量20%，同時添加0.4%的裂解劑制作而成，其主要技術指標見表1。

表1 高分子裂解橡膠瀝青主要技術指標試驗結果

1.2 外加劑性能

選用廢渣類外加劑，外加劑的摻入能夠改善瀝青混合料的力學性能和耐久性。外加劑為黑色、柱狀顆粒，由高分子化合物通過改性合成，能夠室溫儲存，其主要技術指標見表2。

1.3 瀝青混合料配合比設計

依照JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術規范》相關技術要求，AC-10C、AC-13C、UTL-10、UTL-13共4種混合料推薦級配范圍和設計級配見表3。

表2 外加劑主要技術指標

表3 AC-10C、AC-13C、UTL-10、UTL-13瀝青混合料設計級配

對AC-10C、AC-13C、UTL-10和UTL-13瀝青混合料進行設計，4種瀝青混合料最佳油石比和馬歇爾檢測結果見表4。

表4 最佳油石比和馬歇爾試驗結果

2 瀝青混合料路用性能研究

2.1 高溫穩定性試驗

該文瀝青混合料配合比設計均選用裂解橡膠瀝青，依據JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》要求成型車轍板試件，并進行車轍試驗，試驗結果見表5。

由表5可以得出：4種瀝青混合料動穩定度都符合規范技術指標要求，高溫穩定性較好。UTL型瀝青混合料比連續級配 AC型瀝青混合料動穩定度大，這是因為UTL型瀝青混合料中集料的嵌擠更好，瀝青混合料具有更好的抗剪切性能。當粗集料的公稱最大粒徑變小、混合料中瀝青含量增大時，混合料中集料的骨架強度降低，引起混合料的動穩定度下降。

表5 不同類型瀝青混合料車轍試驗結果

2.2 低溫性能試驗

對4種薄表層瀝青混合料進行低溫彎曲試驗，評價瀝青混合料的低溫抗開裂性能，試驗結果見表6。

由表6可以得出：4種類型混合料最大破壞應變都不低于2 500 με，說明都具有較好的低溫穩定性。連續級配AC 型瀝青混合料較UTL型瀝青混合料表現出更好的低溫抗開裂性能，這是因為AC 型瀝青混合料細集料較多，瀝青膠漿的增多對小梁試件在低溫環境下的彎曲破壞有較好的阻裂作用。當粗集料的公稱最大粒徑變小、混合料中瀝青含量增大時，低溫環境下混合料的黏韌性增強，瀝青混合料的最大破壞彎拉應變變大。

2.3 水穩定性能試驗

通過對4種瀝青混合料進行凍融劈裂試驗、浸水馬歇爾試驗，評價瀝青混合料水穩定性能，試驗結果見表7。

由表7可以得出：隨著公稱最大粒徑的增大，瀝青混合料的水穩定性降低，這是因為在設計級配較好的情況下，公稱最大粒徑越小，瀝青混合料更易密實，內部空隙就越小，水穩定性也相對增強。

表7 不同類型瀝青混合料水穩定性試驗結果

3 外加劑摻量對路用性能的影響

選用廢渣類外加劑對4種瀝青混合料的路用性能展開研究，外加劑摻量分別選用0%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%。

3.1 高溫性能試驗

通過改變外加劑用量，對UTL-13型瀝青混合料開展高溫穩定性試驗，試驗結果見圖1。

圖1 動穩定度隨外加劑摻量變化規律

由圖1可以得出：外加劑的摻入對混合料動穩定度有顯著影響，當外加劑用量為 0.3%時，動穩定度增加了2 916次/mm；隨著外加劑摻量的增加，瀝青混合料初期動穩定度增加較快，當用量大于0.4%時，動穩定度的增長幅度降低。

3.2 低溫性能試驗

在不同外加劑摻量下，對UTL-13型瀝青混合料進行小梁低溫彎曲試驗，試驗結果見圖2。

圖2 破壞應變隨外加劑摻量變化規律

由圖2可以得出：隨著外加劑用量的增大，瀝青混合料最大破壞應變先升高后降低，當用量為 0.3%時，瀝青混合料抗低溫開裂性能最好。表明當外加劑用量不斷增加時，在外加劑膠凝作用下，瀝青混合料低溫抗開裂性能先升高后降低；當外加劑用量過大時，瀝青混合料將發生應力集中現象，導致抗低溫開裂性能下降，因此，外加劑摻量不易大于0.4%。

3.3 水穩定性能試驗

對不同外加劑用量下UTL-13型瀝青混合料進行凍融劈裂和浸水馬歇爾試驗，試驗結果見圖3、4。

由圖3、4可以得出：未添加外加劑的薄表層UTL-13型瀝青混合料的水穩定性較好，這是因為高分散裂解橡膠瀝青具有很好的黏結性能，能夠很好地增強瀝青混合料水穩定性能。外加劑的摻入對瀝青混合料的水穩定性有一定的改善作用，當用量為 0.4% 時，瀝青混合料的水穩定性能最佳。

圖3 凍融劈裂強度比隨外加劑摻量變化規律

圖4 浸水殘留穩定度隨外加劑摻量變化規律

4 結論

通過級配類型、外加劑摻量對AC-10C、AC-13C、UTL-10、UTL-13共4種細粒式薄表層瀝青混合料路用性能的研究，得出以下結論：

(1) 4種瀝青混合料動穩定度都符合規范技術指標要求，高溫穩定性較好，UTL型瀝青混合料較連續級配 AC型瀝青混合料動穩定度大，具有更好的高溫穩定性。

(2) 4種類型混合料最大破壞應變都不低于2 500 με，表明都具有較好的低溫穩定性，UTL型瀝青混合料具有較好的高溫穩定性能，但是其低溫性能卻低于 AC 型瀝青混合料。

(3) 隨著公稱最大粒徑的增大，瀝青混合料的水穩定性降低，這是因為在設計級配較好的情況下，公稱最大粒徑越小，瀝青混合料更易密實，內部空隙就越小，水穩定性也相對增強。

(4) 未摻外加劑的薄表層UTL-13型瀝青混合料的水穩定性較好，外加劑的摻入對瀝青混合料的水穩定性有一定的改善作用，當摻量為 0.4% 時，瀝青混合料的水穩定性能最佳。