不同離析程度對(duì)瀝青混合料性能的影響研究

吳新藝

（1 中交一公局廈門(mén)工程有限公司；2 中交綠建（廈門(mén)）科技有限公司）

瀝青混合料路面廣泛應(yīng)用于我國(guó)的道路建設(shè)，瀝青路面在通車(chē)之后，常常會(huì)出現(xiàn)不同程度的問(wèn)題，如車(chē)轍、裂縫、坑槽等早期損壞現(xiàn)象，實(shí)踐表明，瀝青路面出現(xiàn)早期損壞的原因并不是因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)，往往是局部的破壞，而離析就是造成瀝青混合料路面局部破壞的最主要原因之一。瀝青混合料發(fā)生離析后，不僅改變了原設(shè)計(jì)級(jí)配，而且使得設(shè)計(jì)的各種性能指標(biāo)不滿足要求，進(jìn)而使各種優(yōu)異路用性能缺失，造成路面局部極易損壞。本文采取室內(nèi)模擬試驗(yàn)，通過(guò)室內(nèi)凍融劈裂、車(chē)轍、低溫劈裂、四點(diǎn)彎曲疲勞等試驗(yàn)研究分析不同離析程度對(duì)AC-20、AC-13 瀝青混合料工作性及路面性能的影響，為瀝青混合料的應(yīng)用提供參考。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 離析混合料級(jí)配組成

通過(guò)調(diào)節(jié)關(guān)鍵性篩孔的通過(guò)率（9.5mm、4.75mm），AC-20、AC-13 分別得到5 種不同級(jí)配組成，編號(hào)為A、B、C、D、E，其中B組為無(wú)離析組。調(diào)整后的AC-20、AC-13瀝青混合料的級(jí)配組成見(jiàn)表1。

表1 不同級(jí)配組成瀝青混合料礦料通過(guò)率 (%)

1.2 離析混合料油石比

對(duì)AC-20、AC-13瀝青混合料A、B、C、D、E五組進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，分別確定其油石比，各組油石比見(jiàn)表2。

表2 不同級(jí)配下瀝青混合料的油石比

1.3 離析混合料結(jié)構(gòu)參數(shù)

對(duì)AC-20、AC-13瀝青混合料A、B、C、D、E五組進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，分別確定其油石比，各組結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 不同級(jí)配下瀝青混合料的結(jié)構(gòu)參數(shù)

2 離析對(duì)瀝青混合料性能的影響

2.1 離析對(duì)和易性影響研究

成型AC-20A、B、C、D、E 組試件，觀察不同離析程度下，瀝青混合料花白料現(xiàn)象、離析程度、顏色變化、攪拌和易性以及成型難易程度等，離析程度與和易性關(guān)系結(jié)果如表4所示。

表4 離析程度與和易性關(guān)系

從表4 結(jié)果可知：A 組細(xì)集料離析的混合料有少量離析的情況，顏色無(wú)光澤，但和易性良好、容易成型；C組輕微離析的同樣有少量離析的情況，但和A 組不同的是，C組顏色發(fā)亮、和易性較差、成型程度一般；D組中等離析的出現(xiàn)了大量離析的情況，且和易性較差、較難成型；E 組嚴(yán)重離析的出現(xiàn)嚴(yán)重離析情況，且和易性極差、極難成型，還存在少量花白料的情況。

分析其原因，粗集料在混合料中的占比與離析程度呈正相關(guān)，粗集料越多，細(xì)集料越少，細(xì)集料起到的潤(rùn)滑作用就越少，粗集料之間的嵌擠力就越大，從而使混合料和易性變差、難以成型試件。

2.2 離析對(duì)水穩(wěn)定性的影響研究

AC-20、AC-13瀝青混合料分別在A、B、C、D、E組級(jí)配下的凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表5 的結(jié)果可知：不管是AC-20，還是AC-13 瀝青混合料，其A組的凍融劈裂強(qiáng)度比均大于無(wú)離析B組，C、D、E 組瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比均小于無(wú)離析B組。以B組為基準(zhǔn)，AC-20A、C、E、D組的凍融劈裂強(qiáng)度比分 別 提 高 了3.26%、-20.72%、-29.45%、-39.45%，AC-13A、C、E、D 組分別提高了3.86%、-13.85%、-34.37%、-37.34%

分析A 組試驗(yàn)結(jié)果的原因，細(xì)集料離析的瀝青混合料，因?yàn)槠浼霞?xì)，比表面積較大，所需瀝青含量較大，其內(nèi)部孔隙率較小，導(dǎo)致水較難進(jìn)入混合料內(nèi)部，因此水損害較小，如AC-20A、AC-13A，其凍融劈裂強(qiáng)度比較B組分別提高了3.26%和3.86%。分析C、D、E 組試驗(yàn)結(jié)果的原因，瀝青混合料的粗集料離析程度越大，其孔隙率就越大，而瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比與孔隙率呈負(fù)相關(guān)，因此，隨著離析程度的增加，瀝青混合料的水穩(wěn)定性降低，如C、D、E 組其凍融劈裂強(qiáng)度比較B 組均降低13.85%以上。

2.3 離析對(duì)高溫穩(wěn)定性的影響

AC-20、AC-13瀝青混合料分別在A、B、C、D、E組級(jí)配下的車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表6 的結(jié)果可知：不管是AC-20，還是AC-13 瀝青混合料，A、D、E 組瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度均較無(wú)離析B 組有所減小，C 組的動(dòng)穩(wěn)定度均較無(wú)離析B 組有所增加。以B 組為基準(zhǔn)，AC-20 其余組的動(dòng)穩(wěn)定度分別提高了-1.96%、23.11%、-81.48%、-90.39%，AC-13 其余組的動(dòng) 穩(wěn) 定 度 分 別 提 高 了-25.78%、6.46%、-56.58%、-84.62%。其中，中等離析和嚴(yán)重離析混合料的動(dòng)穩(wěn)定已經(jīng)出現(xiàn)不合格的情況。

分析其原因，細(xì)集料離析的瀝青混合料，因?yàn)槠浼?xì)集料多粗骨料少，混合料的結(jié)構(gòu)缺少粗骨料互相嵌擠的骨架，因此其動(dòng)穩(wěn)定度較差，易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性車(chē)轍，見(jiàn)圖1。輕微離析瀝青混合料，因?yàn)槠浼?xì)骨料少粗骨料多，且瀝青含量較低，混合料骨結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，因此其動(dòng)穩(wěn)定度較好，比無(wú)離析B 組的動(dòng)穩(wěn)定度還好。中等、嚴(yán)重離析瀝青混合料，其內(nèi)部雖然有骨架結(jié)構(gòu)，但是由于粗集料多瀝青含量少，骨架結(jié)構(gòu)中填充不足粘結(jié)力小，使得結(jié)構(gòu)穩(wěn)定不足，因此其動(dòng)穩(wěn)定度差，甚至出現(xiàn)不合格的情況，容易產(chǎn)生失穩(wěn)性車(chē)轍，見(jiàn)圖2。

圖1 結(jié)構(gòu)性車(chē)轍

圖2 失穩(wěn)性車(chē)轍

2.4 離析對(duì)低溫抗裂性能影響研究

AC-20、AC-13瀝青混合料分別在A、B、C、D、E組級(jí)配下的低溫劈裂試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 低溫劈裂試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表7 的結(jié)果可知：不管是AC-20，還是AC-13 瀝青混合料，A、C、D、E 組瀝青混合料的低溫劈裂抗拉強(qiáng)度均小于無(wú)離析B 組。AC-20A、C、D、E 組的低溫劈裂抗拉強(qiáng)度與B 組相比，分別減小了4.19%、14.14%、48.69%、52.36%，AC-13A、C、D、E 組 與B 組 相 比，分 別 減 少 了8.90%、35.60%、52.36%、63.87%。

離析狀態(tài)對(duì)低溫劈裂抗拉強(qiáng)度影響較為顯著，且離析程度越嚴(yán)重，低溫抗裂性能就越差。

分析其原因，細(xì)集料離析的瀝青混合料，其瀝青含量較大，離析時(shí)，整個(gè)混合料結(jié)構(gòu)的瀝青有所富余。在低溫時(shí)，瀝青的收縮系數(shù)比集料高約兩個(gè)數(shù)量級(jí)，瀝青含量有所富余時(shí)易導(dǎo)致瀝青剝落。因此A組較無(wú)離析B組的低溫抗裂性能低。粗集料離析的瀝青混合料，其瀝青含量較低，瀝青混合料的應(yīng)力松弛能力與瀝青含量呈正相關(guān)，因此，C、D、E 組的瀝青混合料其低溫劈裂抗拉強(qiáng)度均小于B 組，低溫抗裂性能與離析程度越嚴(yán)重呈正相關(guān)。通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比，離析對(duì)AC-13 的影響比對(duì)AC-20的影響更顯著。

2.5 離析對(duì)抗疲勞特性的影響研究

AC-20A、AC-20B、AC-20D 三組瀝青混合料的疲勞試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 疲勞試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表8 的結(jié)果可知：在500μ? 應(yīng)變水平下，細(xì)集料離析AC-20A組、無(wú)離析瀝青混合料AC-20B組、中等離析AC-20D 組的初始勁度模量分別為3738.5MPa，4529.6MPa，5244.2MPa，表明初始勁度模量隨著級(jí)配變粗而增大。三組瀝青混合料的疲勞壽命從大到小的順序?yàn)椋杭?xì)集料離析AC-20A＞無(wú)離析AC-20B＞中等離析AC-20D。分析其原因，細(xì)集料離析的瀝青混合料，因?yàn)槠浼霞?xì)，比表面積較大，所需瀝青含量較大，內(nèi)部粘結(jié)力較大，所以在荷載作用下需要克服更多的應(yīng)力才能產(chǎn)生疲勞破壞，相反中等離析瀝青混合料，因?yàn)槠浼?xì)骨料少粗骨料多，且瀝青含量較低，內(nèi)部粘結(jié)力較小，所以疲勞壽命低。

3 總結(jié)

⑴瀝青混合料和易性與其離析程度呈負(fù)相關(guān)，離析程度越嚴(yán)重，和易性越差，成型越困難。

⑵細(xì)集料離析的瀝青混合料的水穩(wěn)定性比無(wú)離析的水穩(wěn)定性更好，粗集料離析的瀝青混合料的水穩(wěn)定性與離析程度呈負(fù)相關(guān)。

⑶輕微離析瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度比無(wú)離析瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度更好，細(xì)集料、中等、嚴(yán)重等離析狀態(tài)對(duì)動(dòng)穩(wěn)定性不利。

⑷粗、細(xì)集料離析均不利于瀝青混合料的低溫抗裂性能，其中粗集料離析的低溫抗裂性能與離析程度呈負(fù)相關(guān)。

⑸三組瀝青混合料的抗疲勞性能關(guān)系為：細(xì)集料離析＞無(wú)離析＞中等離析。