漢堡試驗評價空隙率對車轍和水穩定性的影響

趙 志 強

(南通市交通工程建設管理處，江蘇 南通 226007)

1 概述

空隙率作為瀝青混合料的重要物理指標之一，是體積法級配設計中確定最佳油石比的核心[1,2]。國內外的道路研究者對空隙率與瀝青混合料路用性能之間的關系較為關注[3-5]。集料作為瀝青混合料的主要成分，占瀝青混合料總體積的90%以上，其形態和分布對瀝青混合料的空隙率有著重要影響。有研究指出[4]，當空隙率低于4%時，瀝青混合料的抗疲勞性能較好且早期損壞較小。而實踐證明[5]，當空隙率小于3%時，就有可能因為高溫時發生瀝青膨脹，從而導致路面形成推擠或車轍。由此可見，合適的空隙率可以保證瀝青不易老化，防止混合料出現水損害和車轍等病害，延長路面的壽命。

本文首先成型不同級配的瀝青混合料，然后確定各個級配的空隙率，最后采用漢堡車轍試驗評價不同空隙率的瀝青混合料在不同水溫條件下對其抗車轍性能和水穩定性的影響。

2 瀝青混合料性能試驗

2.1 原材料

瀝青：試驗采用的瀝青為SBS聚合物改性瀝青，按照JTG E20—2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程進行瀝青性能試驗，其具體指標見表1。

表1 SBS改性瀝青基本性質

2.2 級配設計

試驗采用級配類型為SMA-13，級配曲線見圖1。

2.3 試件成型

采用旋轉壓實法成型φ150 mm×66±2 mm試件，儀器壓力為100 kPa，旋轉碾壓次數為100次，其中瀝青混合料的瀝青含量為5.9%。

2.4 空隙率確定

參考《規程》中壓實瀝青混合料密度試驗T0705—2011所述的步驟計算體積指標。表2為采用旋轉壓實法成型試件的試驗結果。

表2 瀝青混合料體積指標 %

2.5 漢堡車轍試驗

為評價空隙率對瀝青混合料的高溫和水穩定性的影響，將成型好的不同空隙率的試件在60 ℃水溫下進行車轍試驗，研究其車轍深度的變化規律。

3 瀝青混合料的高溫及水穩定性

60 ℃環境下空隙率對高溫及水穩定性的影響:

通常情況下，漢堡車轍試驗中的最終碾壓次數和剝落拐點作為評價瀝青混合料的高溫抗車轍性能和抗水損害性能。在浸水和高溫的環境下，瀝青混合料首先發生蠕變變形，蠕變速率反映了混合料的抗車轍性能；當蠕變變形結束后，混合料的結構破壞，產生剝落變形，相應的剝落點和剝落速率用來評價瀝青混合料的水穩定性。圖2和表3為不同空隙率試件在60 ℃環境中車轍實驗結果。隨著試件空隙率的增大，瀝青混合料的最終碾壓次數逐漸減小，相應混合料的蠕變速率減小，發生剝落變形時對應的碾壓次數減小，車轍深度增加。當混合料的空隙率為2.2%時，試件在循環載荷作用下僅僅發生蠕變變形，試件發生1 mm的形變量需經過12 151次的重復碾壓。當空隙率增加至7%時，試件的蠕變速率減小，只需經過2 137次的循環載荷作用，混合料的車轍深度便增加1 mm，經過7 852次循環碾壓后，

混合料開始發生剝落變形。瀝青混合料空隙率的增加，使得水更加容易進入混合料內部，在循環載荷以及高溫的作用下，進入混合料內部的水不斷產生動水壓力或真空負壓抽吸的反復循環作用，水分逐漸深入瀝青與集料的界面上，使瀝青的粘附性降低并逐漸喪失粘結力，集料表面的瀝青膜脫落，混合料的結構發生破壞。

表3 瀝青混合料漢堡輪轍實驗結果數據

編號最終深度/mm最終次數蠕變次數/mm剝落次數/mm剝落點對應次數剝落點對應深度1號3.020 00012 151———2號11.815 3585 05137312 3404.193號11.411 5282 1376547 8525.82

4 結語

采用漢堡車轍試驗評價空隙率對瀝青混合料的高溫抗車轍性能和水穩定性能的影響。降低空隙率有助于提高瀝青混合料的高溫抗車轍性能和抗水損害性能，較低的空隙率使得混合料結構更加密實，可以阻止水浸入混合料內部，防止混合料出現水損害現象。