瀝青混合料上面層施工工況的性能研究

王懷斌

鐵正檢測科技有限公司 山東 濟南 250000

1 研究背景

當高速公路建設處于半干、寒冷氣候分區(qū)，針對施工工況變化調(diào)整對混合料性能的影響展開研究，為指導施工提供數(shù)據(jù)支持，切實實現(xiàn)“用數(shù)據(jù)指導施工”。

2 施工工況的技術特征提取和模擬

本項目瀝青面層結構分為上、下兩層，均為改性瀝青混凝土，本次研究只針對上面層AC-16施工工況及技術特征提取情況進行技術分析研究。

1) 上面層

(1) 骨架密實結構→模擬：高水平、精細化施工；

(2) 高粉、細料不少、干涉料多→模擬：工程收尾階段，材料拼湊；

(3) 中間料不少、干涉料不多、接近中值→模擬：S型連續(xù)級配(工程常用) ；

(4) 粗料多、細料多、中間料少(所謂的“粗”) →模擬：有骨架、缺少嵌擠；

(5) 空隙較大(6~8%或8%以上) →模擬：較差的生產(chǎn)工況。

室內(nèi)模擬：通過混合料設計，礦料級配、油石比、組成結構、粉膠比參數(shù)進行調(diào)整。試驗材料采用SBS I-C型改性瀝青，礦粉采用石灰?guī)r磨細礦粉，上面層的粗集料采用含鐵閃長巖、細集料采用石灰?guī)r，試驗設備主要采用工地試驗室現(xiàn)有配備，部分借助專業(yè)檢測室[1]。

3 混合料設計

3.1 上面層混合料設計

1) 礦料級配

表1 合成級配材料用量

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表2 混合料級配曲線

2) 油石比

統(tǒng)一采用4.8%。

3) 組成結構

圖1 混合料組成結構

4) 設計參數(shù)

表3 設計參數(shù)匯總表

數(shù)據(jù)分析：這里僅討論關鍵指標空隙率

(1) 級配4＜級配1=級配2≈級配3＜級配5；

(2) 級配1、級配3的2.36mm以下通過率基本相同，4.75mm及以上部分通過率不同，這與二者空隙率存在一定的關系；

(3) 級配2的細料、礦粉用量多于級配1、級配3，有助于提高密實性；干涉料2.36-4.75mm同樣多于級配1、級配3，數(shù)量過多，反而起到降低密實性，兩者抵消，最終使級配2的空隙率與級配、級配3相當；

(4) 級配4，與級配1相比，粗料減少、細料增加，空隙率降低；盡管骨料不少，但缺少嵌擠；

(5) 級配5，缺少足夠的細料填充，已經(jīng)接近半開級配(空隙率為6～12%)[2]。

4 混合料性能研究

4.1 5種工況下的上面層混合料性能

1) 低溫性能

表4 低溫彎曲試驗檢測結果

從本次試驗結果看，油石比較高的情況下，級配方面的變化對低溫性能有較大影響。

(1) 缺少足夠細料填充的級配5低溫性能最差；

圖2 低溫小梁破壞形式

(2) 最大一檔粗骨料用量多但缺少嵌擠的級配4不如骨架嵌擠結構的級配1；

(3) 級配2＞級配3＞級配4，這可能與最大一檔粗集料的減少有關。

2) 高溫性能

表5 車轍試驗檢測結果

圖3 5組車轍試件

從本次試驗結果看，骨架嵌擠密實型級配(級配1、3) 的動穩(wěn)定度指標最好，其次是S型級配(級配2) ，骨架堆積密實結構(級配4) 動穩(wěn)定度指標較差，骨架空隙結構(級配5) 的動穩(wěn)定度指標最差[3]。

3) 水穩(wěn)定性

受工地試驗條件制約，僅進行了浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度指標檢測。

表6 浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度檢測結果

從本次試驗結果看，級配2的殘留穩(wěn)定度數(shù)據(jù)偏低，這應該與粉料含量偏大有關，粉料的表面積比礦料大，粉料用量過大會降低瀝青膠漿的黏性，導致瀝青與0.075mm以下顆粒形成的瑪蹄脂容易從石子表面剝離，從而影響水穩(wěn)定性。

4) 構造深度

表7 構造深度數(shù)據(jù)匯總

從本次試驗結果看，對于構造深度指標，級配5＞級配1＞級配3＞級配4＞級配2。

5) 小結

綜合各項性能，寒冷地區(qū)的上面層首先推薦選用骨架嵌擠密實型級配，其次是S型級配，應避免出現(xiàn)級配5的情況[4]。

5 結語

針對幾種路面施工工況，通過有限的試驗研究得出以下結論：

(1) 粒徑最大一級粗骨料含量增多，不意味著混合料路用性能的提升，骨架嵌擠密實型混合料的綜合性能好于粗骨料堆砌式的形式。因此，“最大粒徑多、抗車轍性能好”的觀念是錯的；

(2) 油石比不高的情況下，粉膠比的增大，會逐步降低混合料的粘黏結力，表現(xiàn)為低溫性能和水穩(wěn)定性的下降。因此，對于AC型混合料，“礦粉用量可以加到7～8%”的觀點是錯誤的；

(3) 考慮了嵌擠的S型級配也值得推薦，因其具有較好的工程可應用性，尤其對施工機械的適應性更強，值得做進一步的研究。

因為時間和條件所限，僅對有限幾種工況進行了模擬，在后續(xù)研究中，應增設其他工況，以及結合動彈性模量、浸水漢堡、疲勞性能等評價方法進行更嚴苛的耐久性驗證，從而獲得更全面的評價指導依據(jù)。