不同離析程度對瀝青混合料性能的影響研究

吳新藝

（1 中交一公局廈門工程有限公司；2 中交綠建（廈門）科技有限公司）

瀝青混合料路面廣泛應用于我國的道路建設，瀝青路面在通車之后，常常會出現不同程度的問題，如車轍、裂縫、坑槽等早期損壞現象，實踐表明，瀝青路面出現早期損壞的原因并不是因為其結構，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。瀝青混合料發生離析后，不僅改變了原設計級配，而且使得設計的各種性能指標不滿足要求，進而使各種優異路用性能缺失，造成路面局部極易損壞。本文采取室內模擬試驗，通過室內凍融劈裂、車轍、低溫劈裂、四點彎曲疲勞等試驗研究分析不同離析程度對AC-20、AC-13 瀝青混合料工作性及路面性能的影響，為瀝青混合料的應用提供參考。

1 試驗設計

1.1 離析混合料級配組成

通過調節關鍵性篩孔的通過率（9.5mm、4.75mm），AC-20、AC-13 分別得到5 種不同級配組成，編號為A、B、C、D、E，其中B組為無離析組。調整后的AC-20、AC-13瀝青混合料的級配組成見表1。

表1 不同級配組成瀝青混合料礦料通過率 (%)

1.2 離析混合料油石比

對AC-20、AC-13瀝青混合料A、B、C、D、E五組進行馬歇爾試驗，分別確定其油石比，各組油石比見表2。

表2 不同級配下瀝青混合料的油石比

1.3 離析混合料結構參數

對AC-20、AC-13瀝青混合料A、B、C、D、E五組進行馬歇爾試驗，分別確定其油石比，各組結構參數見表3。

表3 不同級配下瀝青混合料的結構參數

2 離析對瀝青混合料性能的影響

2.1 離析對和易性影響研究

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系結果如表4所示。

表4 離析程度與和易性關系

從表4 結果可知：A 組細集料離析的混合料有少量離析的情況，顏色無光澤，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組顏色發亮、和易性較差、成型程度一般；D組中等離析的出現了大量離析的情況，且和易性較差、較難成型；E 組嚴重離析的出現嚴重離析情況，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，粗集料越多，細集料越少，細集料起到的潤滑作用就越少，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 離析對水穩定性的影響研究

AC-20、AC-13瀝青混合料分別在A、B、C、D、E組級配下的凍融劈裂試驗結果見表5。

表5 凍融劈裂試驗結果

根據表5 的結果可知：不管是AC-20，還是AC-13 瀝青混合料，其A組的凍融劈裂強度比均大于無離析B組，C、D、E 組瀝青混合料的凍融劈裂強度比均小于無離析B組。以B組為基準，AC-20A、C、E、D組的凍融劈裂強度比分 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 組試驗結果的原因，細集料離析的瀝青混合料，因為其集料細，比表面積較大，所需瀝青含量較大，其內部孔隙率較小，導致水較難進入混合料內部，因此水損害較小，如AC-20A、AC-13A，其凍融劈裂強度比較B組分別提高了3.26%和3.86%。分析C、D、E 組試驗結果的原因，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度比與孔隙率呈負相關，因此，隨著離析程度的增加，瀝青混合料的水穩定性降低，如C、D、E 組其凍融劈裂強度比較B 組均降低13.85%以上。

2.3 離析對高溫穩定性的影響

AC-20、AC-13瀝青混合料分別在A、B、C、D、E組級配下的車轍試驗結果見表6。

表6 車轍試驗結果

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

分析其原因，細集料離析的瀝青混合料，因為其細集料多粗骨料少，混合料的結構缺少粗骨料互相嵌擠的骨架，因此其動穩定度較差，易產生結構性車轍，見圖1。輕微離析瀝青混合料，因為其細骨料少粗骨料多，且瀝青含量較低，混合料骨結構較穩定，因此其動穩定度較好，比無離析B 組的動穩定度還好。中等、嚴重離析瀝青混合料，其內部雖然有骨架結構，但是由于粗集料多瀝青含量少，骨架結構中填充不足粘結力小，使得結構穩定不足，因此其動穩定度差，甚至出現不合格的情況，容易產生失穩性車轍，見圖2。

圖1 結構性車轍

圖2 失穩性車轍

2.4 離析對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組級配下的低溫劈裂試驗結果見表7。

表7 低溫劈裂試驗結果

根據表7 的結果可知：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度均小于無離析B 組。AC-20A、C、D、E 組的低溫劈裂抗拉強度與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%。

離析狀態對低溫劈裂抗拉強度影響較為顯著，且離析程度越嚴重，低溫抗裂性能就越差。

分析其原因，細集料離析的瀝青混合料，其瀝青含量較大，離析時，整個混合料結構的瀝青有所富余。在低溫時，瀝青的收縮系數比集料高約兩個數量級，瀝青含量有所富余時易導致瀝青剝落。因此A組較無離析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，瀝青混合料的應力松弛能力與瀝青含量呈正相關，因此，C、D、E 組的瀝青混合料其低溫劈裂抗拉強度均小于B 組，低溫抗裂性能與離析程度越嚴重呈正相關。通過數據對比，離析對AC-13 的影響比對AC-20的影響更顯著。

2.5 離析對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結果見表8。

表8 疲勞試驗結果

根據表8 的結果可知：在500μ? 應變水平下，細集料離析AC-20A組、無離析瀝青混合料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為：細集料離析AC-20A＞無離析AC-20B＞中等離析AC-20D。分析其原因，細集料離析的瀝青混合料，因為其集料細，比表面積較大，所需瀝青含量較大，內部粘結力較大，所以在荷載作用下需要克服更多的應力才能產生疲勞破壞，相反中等離析瀝青混合料，因為其細骨料少粗骨料多，且瀝青含量較低，內部粘結力較小，所以疲勞壽命低。

3 總結

⑴瀝青混合料和易性與其離析程度呈負相關，離析程度越嚴重，和易性越差，成型越困難。

⑵細集料離析的瀝青混合料的水穩定性比無離析的水穩定性更好，粗集料離析的瀝青混合料的水穩定性與離析程度呈負相關。

⑶輕微離析瀝青混合料的動穩定度比無離析瀝青混合料的動穩定度更好，細集料、中等、嚴重等離析狀態對動穩定性不利。

⑷粗、細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相關。

⑸三組瀝青混合料的抗疲勞性能關系為：細集料離析＞無離析＞中等離析。