瀝青混合料高溫抗車轍性能評價(jià)研究

朱兆勇

摘要： 高溫性能是瀝青混合料最重要的路用性能之一。該文主要采用了馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)、常規(guī)車轍試驗(yàn)和APA車轍試驗(yàn)來評價(jià)瀝青混合料的高溫性能，并分析3種方法的優(yōu)劣。

關(guān)鍵詞： 瀝青混合料;動穩(wěn)定度;APA車轍試驗(yàn)

瀝青路面在重載作用下造成的車轍、推擁、波浪、擁包等病害使得瀝青路面的路用性能迅速下降，當(dāng)車轍達(dá)到一定的深度，將導(dǎo)致瀝青路面損害。對于寒冷季節(jié)，路面的抗滑性能將大大降低，影響行車安全。減少和延緩車轍的研究具重要意義。本文主要對表面層3種級配進(jìn)行系列試驗(yàn)，以評價(jià)瀝青混合料的高溫性能。

1 集料級配

3種表面層瀝青混合料級配： AC-13F、AC- 13C及Sup- 12.5。3種級配結(jié)構(gòu)如表1所示。

2 瀝青混合料高溫性能試驗(yàn)分析

2.1 馬歇爾試驗(yàn)

大量研究表明，馬歇爾試驗(yàn)在評價(jià)路面高溫穩(wěn)定性方面存在嚴(yán)重的局限性，僅有很高的馬歇爾穩(wěn)定度并不能保證瀝青路面不產(chǎn)生車轍。

對3種級配瀝青混合料在最佳油石比下進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)， 結(jié)果如表2所示。

從各級配比較來看， 馬歇爾穩(wěn)定度指標(biāo)均滿足規(guī)范要求， 且相差不是很大， 從中較難比較各級配高溫性能的優(yōu)劣。同時， 馬歇爾穩(wěn)定度與流值之間的相關(guān)性

不好， 流值小的馬歇爾穩(wěn)定度不一定大。因此， 馬歇爾穩(wěn)定度及流值作為瀝青混合料高溫性能的評價(jià)指標(biāo)意義不大， 只適合在瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)中選擇最佳瀝青用量時使用。

2.2 常規(guī)車轍試驗(yàn)

車轍試驗(yàn)是一種模擬實(shí)際車輪荷載在路面上行走而形成車轍的工程試驗(yàn)方法。3種級配車轍試驗(yàn)結(jié)果如表3 所示。

從表3可以看出， 表面層采用的改性瀝青混合料，動穩(wěn)定度明顯偏大。規(guī)范規(guī)定炎熱地區(qū)高速公路、一級公路改性瀝青混合料的動穩(wěn)定度不少于2800次/mm，以此來評價(jià)表3 均滿足要求。

目前動穩(wěn)定度試驗(yàn)測試結(jié)果存在兩種情況： 一是同一組試件的變異性較大， 相差30%-50% 是比較普遍的; 二是一些改性瀝青的混合料試驗(yàn)動穩(wěn)定度很高，實(shí)際上這樣的試驗(yàn)誤差已經(jīng)很大。因此，采用常規(guī)車轍試驗(yàn)來評價(jià)瀝青混合料的高溫性能也有一定的局限性。

2.3 APA車轍試驗(yàn)

2.3.1 瀝青路面分析儀APA

美國SHRP研究計(jì)劃中利用瀝青路面分析儀（APA） 來進(jìn)行高溫（包括浸水）車轍試驗(yàn)， 通過測定瀝青混合料試件在一定高溫或浸水條件下的永久變形來評定瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。本文采用APA干法車轍試驗(yàn)， 試件在制作過程中按照要求的空隙率水平來計(jì)算所需的混合料數(shù)量，采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)機(jī)成型圓柱形試件用于試驗(yàn)。成型后實(shí)測試件空隙率，若不滿足要求，則重新制件。試驗(yàn)時，為便于與常規(guī)車轍試驗(yàn)及剪切試驗(yàn)比較，干法車轍試驗(yàn)的溫度采用與常規(guī)車轍試驗(yàn)及剪切試驗(yàn)同樣的溫度（60℃）。進(jìn)行APA干法車轍試驗(yàn)時的荷載采用美國ASTM 推薦的荷載， 即45kg，此時輪壓折算為0.69MPa，與常規(guī)車轍試驗(yàn)輪壓0.7 MPa接近。

當(dāng)試驗(yàn)條件確定以后，要求試件成型后在室溫（25℃）下至少保持4h，然后在APA內(nèi)環(huán)境溫度60℃下恒溫2h 后再進(jìn)行試驗(yàn)。

2.3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

APA車轍試驗(yàn)運(yùn)行次數(shù)與車轍變形的關(guān)系見圖1。試驗(yàn)結(jié)果見表4。

式中： δ2 為試件的APA 車轍率（%） ; L為試件運(yùn)行8000次后的變形（mm）;H為試件的高度（mm）。

同樣，可在APA干法車轍試驗(yàn)中，采用類似如常規(guī)車轍試驗(yàn)計(jì)算的方法， 計(jì)算得到APA 車轍動穩(wěn)定度。

通過測量瀝青混合料2000-7000次的變形來計(jì)算APA車轍動穩(wěn)定度，主要是基于以下因素考慮：如圖1所示， 2000次以后的APA車轍舍棄了初始階段壓密變形，作用7000次時瀝青混合料試件沒有結(jié)構(gòu)失穩(wěn);2000-7000次的變形考慮的是瀝青混合料產(chǎn)生車轍變形的穩(wěn)定階段，與常規(guī)車轍考慮1000-3000次或45- 60min時間有類似之處;一般來說，動穩(wěn)定度愈大要求位移傳感器精度愈高。APA車轍產(chǎn)生的變形相對較大，得到APA車轍動穩(wěn)定度結(jié)果一般在800-2000次/mm之間，遠(yuǎn)小于常規(guī)車轍試驗(yàn)動穩(wěn)定度，便于傳感器的測量。因此，APA車轍動穩(wěn)定度是評價(jià)瀝青混合料抗車轍性能較好的指標(biāo)。

常規(guī)的車轍試驗(yàn)與APA車轍試驗(yàn)在試件尺寸、試件成型方式、荷載、荷載輪等條件不同，無法進(jìn)行定量比較。從表4可以看出，APA車轍變形明顯比常規(guī)車轍變形大，3種瀝青混合料在最佳油石比同一空隙率情況下，8000次車轍變形表面層AC-13C 最小，Sup-13次之，AC-13F最大;APA車轍動穩(wěn)定度表面層AC-13C最大， Sup-13次之，AC-13F最小;說明瀝青混合料高溫抗車轍性能AC-13C>Sup-13>AC- 13F。車轍率為輪載作用8000次的車轍變形與試件高度的比值。從表4可以得到， 各級配瀝青混合料車轍率均滿足小于15%的要求， APA8000次車轍變形與車轍率考慮其荷載作用時間較長，它們是更為直接的評價(jià)指標(biāo)。

瀝青路面分析儀（APA） 車轍試驗(yàn)?zāi)軌蚰M交通荷載的作用，較好地反映實(shí)際路面車轍損害，是一種較好的動態(tài)模擬試驗(yàn)測試方法。

3 結(jié)論

（1）馬歇爾動穩(wěn)定度指標(biāo)與實(shí)際路面的情況的相關(guān)性不好，基本上不能比較各瀝青混合料高溫性能的優(yōu)劣，作為瀝青混合料高溫性能的評價(jià)指標(biāo)意義不大，只能在瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)中選擇最佳瀝青用量時使用。

（2）動穩(wěn)定度指標(biāo)測量最后15min的微小變形未考慮其前3倍時間內(nèi)的形變發(fā)展情況。常規(guī)車轍試驗(yàn)時間普遍太短，時間不夠，用于評價(jià)瀝青混合料永久變形性能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，采用常規(guī)車轍試驗(yàn)來評價(jià)瀝青混合料的高溫性能具有一定的局限性。

（3）APA車轍動穩(wěn)定度是評價(jià)瀝青混合料抗車轍性能較好的指標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1]張登良. 瀝青路面[M] . 北京： 人民交通出版社， 1999.

[2]黃曉明， 朱 湘. 瀝青路面設(shè)計(jì)[ M] . 北京： 人民交通出版社， 2002.

揚(yáng)州潤揚(yáng)路面工程有限公司 江蘇 揚(yáng)州 225000