級配對溫拌瀝青混合料路用性能的影響

胥中良

摘要 為了明確溫拌瀝青混合料與熱拌瀝青混合料性能差異，文章借助車轍試驗、小梁彎曲試驗、浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗，研究了溫拌技術和級配差異對AC-13、SMA-13和OGFC-13三種瀝青混合料路用性能的影響。結果表明：相對于AC-13和OGFC-13，無論熱拌還是溫拌SMA-13瀝青混合料的路用性能最佳；相對于熱拌瀝青混合料，溫拌瀝青混合料拌和溫度降低影響了壓實效果，溫拌劑的摻加也會影響混合料的界面強度和韌性，導致溫拌瀝青混合料的各項路用性能略有下降。

關鍵詞 溫拌瀝青混合料；級配；拌和溫度；路用性能；界面強度

中圖分類號 U414文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）03-0109-03

0 引言

瀝青路面具有良好的抗滑性、平整度和耐久性等特點，是我國主要的路面形式，但由于熱拌瀝青混合料的拌和施工溫度較高，不僅易產生煙氣揚塵污染環境，而且對施工人員的身體健康造成威脅[1-3]。因此，基于國家節能環保、可持續發展的理念，研究人員開發了溫拌瀝青混合料技術方案[4]。溫拌瀝青混合料的生產及施工溫度比熱拌瀝青混合料的生產及施工溫度低，是一種能夠節約能源同時降低有害氣體排放瀝青混合料，具有更廣闊的應用范圍，如隧道和寒區道路等特殊路段的施工[5-6]。為了明確溫拌瀝青混合料與熱拌瀝青混合料性能差異，該文以AC-13、SMA-13和OGFC-13三種級配類型的瀝青混合料為例，研究了溫拌瀝青混合料的高低性能，水穩定性和抗凍性，具有工程實際意義。

1 原材料與級配

1.1 原材料

（1）瀝青。SBS改性瀝青因其優異的高溫穩定性和低溫柔韌性，在道路建設中被廣泛應用。為了提高混合料的性能，該研究三種瀝青混合料均采用SBS改性瀝青，技術性質見表1。

（2）粗集料。粗集料作為瀝青混合料的關鍵組成部分，對其整體性能具有決定性影響，玄武巖碎石具有良好的壓碎值和磨耗值，直接影響瀝青混合料的強度和耐久性。該研究粗集料選玄武巖碎石，技術性質見表2。

（3）細集料。在瀝青混合料的生產中，細集料的選擇至關重要，石灰巖機制砂不僅有助于提高混合料的穩定性和耐久性，而且能夠顯著提升瀝青混合料的整體性能和使用壽命。該研究細集料采用石灰巖機制砂，技術性質見表3。

1.2 礦料級配

該文采用《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）推薦的密級配AC-13、SMA-13和OGFC-13瀝青混合料的級配中值，并根據馬歇爾試驗確定最佳油石比和體積參數。

2 試驗方法

為了全面評估不同級配和拌和技術對瀝青混合料性能的影響，該文采用車轍試驗、小梁彎曲試驗、浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗，以評價瀝青混合料路用性能，即高溫穩定性、低溫抗裂性、水穩定性和抗凍性能。

（1）車轍試驗。通過模擬夏季高溫條件下車輛輪胎對道路的壓力，檢驗瀝青混合料在長時間受力和高溫作用下的變形情況。

（2）小梁彎曲試驗。通過模擬這些條件檢驗材料在受到彎曲應力時的反應，用以評估瀝青混合料的耐久性。

（3）浸水馬歇爾試驗。通過浸水條件來模擬雨水對道路的影響，測試材料在長時間暴露于水中后的穩定性。

（4）凍融劈裂試驗。模擬在冰凍條件下水分在混合料內部凝結和膨脹的過程，檢驗材料在凍融循環中的性能表現，用以評估材料的抗凍性能。

3 試驗結果與討論

3.1 高溫穩定性

研究了三種級配的熱拌和溫拌瀝青混合料的高溫穩定性，三種級配瀝青混合料的動穩定度試驗結果如圖1所示。

由圖1可知，三種級配瀝青混合料的高溫穩定性存在較大差異，無論是熱拌還是溫拌的SMA-13瀝青混合料的高溫穩定性均最佳，相對于AC-13和OGFC-13，SMA-13瀝青混合料的高溫穩定性分別提高了18.7%～21.4%和7.1%～9.9%。原因在于瀝青混合料的高溫穩定性主要取決于混合料的粗集料骨架強度和瀝青砂漿的填充黏結力。SMA混合料具有“三多一少”的組成特點，即粗集料多、礦粉多、瀝青多、細集料少，其中粗集料形成骨架結構，而細集料、礦粉、纖維和瀝青組成的瑪蹄脂填充于骨架之中，起到支撐骨架和填充黏結的作用，這樣可以在保證混合料SMA混合料的同時兼具良好的骨架強度和黏結力，因此SMA-13具有較好的高溫穩定性。而AC-13混合料屬于懸浮密實級配，由于沒有足夠的粗集料形成嵌擠骨架抵抗車輪荷載碾壓，導致高溫穩定性較差；OGFC-13混合料雖然具有良好的骨架，但是瀝青砂漿填充不足，也會對混合料高溫性能造成影響，但影響程度相對較小，因此OGFC的高溫抗車轍性能優于AC。

相對于熱拌瀝青混合料，三種級配溫拌瀝青混合料的高溫性能均有所下降，但并未改變級配對高溫性能的影響趨勢，溫拌SMA-13瀝青混合料的高溫性能最佳。相對于熱拌瀝青混合料，溫拌AC-13、SMA-13和OGFC-13混合料動穩定度分別降低了8.4%，10.8%和8%，原因在于溫拌瀝青混合料的拌和溫度降低，盡管通過溫拌劑或其他手段增大了瀝青在低溫時的黏附性，但很難恢復到高溫時瀝青的流動度，在壓實過程中顆粒間的潤滑程度不足，內摩阻力增大，壓實效果下降，因此溫拌瀝青混合料的高溫抗車轍能力下降。

3.2 低溫抗裂性

研究了三種級配的熱拌和溫拌瀝青混合料的低溫抗裂性，三種級配瀝青混合料的彎曲應變試驗結果如圖2所示。

由圖2可知，三種級配的瀝青混合料中，SMA-13瀝青混合料的高溫穩定性均最佳，相對于AC-13和OGFC-13，SMA-13瀝青混合料的高溫穩定性分別提高了25.1%～25.8%和126.2%～127.2%。分析原因可知，SMA-13和AC-13中瀝青砂漿的含量充足，可以完全裹覆在粗集料表面，填充空隙，從而具有較大的黏聚力，提高了瀝青混合料的韌性，增大了試件在承受彎拉荷載時的抗性，其中SMA-13混合料中的骨架結構對彎拉應力的擴散提供了阻力，從而進一步增大了混合料的抗裂性。而OGFC瀝青混合料中由于細集料較少，混合料中粗集料點對點接觸，容易出現應力集中，在承受彎拉荷載時很快發生了斷裂，從而低溫性能最差。

溫拌瀝青混合料中級配對低溫性能的影響與熱拌瀝青混合料相似，溫拌SMA-13瀝青混合料的低溫性能最佳，相對于熱拌瀝青混合料，溫拌AC-13、SMA-13和OGFC-13混合料動穩定度分別降低了27.2%，33.4%和28.5%。相對于高溫性能，溫拌瀝青混合料的低溫性能下降更為顯著，原因在于溫拌劑的摻加除了對混合料壓實性能的影響外，同時對瀝青延度造成負面影響，降低了瀝青混合料的韌性，從而對低溫抗裂性能不利。因此，高寒地區要嚴格控制溫拌劑的使用，防止對瀝青路面的低溫抗裂性造成影響。

3.3 水穩定性

研究了三種級配的熱拌和溫拌瀝青混合料的水穩定性，三種級配瀝青混合料的殘留穩定度試驗結果如圖3所示。

由圖3可知，級配類型對瀝青混合料水穩定性的影響較小，其中SMA和AC兩種混合料的殘留穩定度不相上下，兩者比OGFC-13的殘留穩定度分別高2.3%～3.4%和3.2%～5.7%，SMA-13殘留穩定度略高，原因在于SMA和AC混合料是密實級配，空隙率在4%左右，水分浸入的難度較大，難以浸蝕到瀝青混合料內部而對混合料力學性能造成影響，而OGFC-13是間斷級配，空隙率大于20%，當其在恒溫水箱中浸泡時，水分沿著混合料的連通空隙不斷地沖刷浸蝕瀝青—集料界面，在長時間的浸泡下導致混合料界面強度降低，從而影響混合料的水穩定性。溫拌瀝青混合料的水穩定性更低的原因在于，溫拌混合料的水穩定性不僅受到溫度降低對混合料空隙的影響，同時溫拌劑不可避免會對瀝青的黏附性造成影響，從而影響瀝青混合料的界面強度，因此溫拌瀝青混合料的水穩定性更差。

3.4 抗凍性

研究了三種級配的熱拌和溫拌瀝青混合料的抗凍性能，三種級配瀝青混合料的劈裂強度比試驗結果如圖4所示。

由圖4可知，三種級配的瀝青混合料中，SMA-13瀝青混合料的抗凍性能均最佳，相對于AC-13和OGFC-13，SMA-13瀝青混合料的抗凍性能分別提高了2.7%～4.4%和6.9%～12.3%。分析原因可知，瀝青混合料發生凍脹破壞與瀝青混合料中浸入的水分和混合料自身抗裂性有關，混合料凍結時，瀝青混合料內部的水分凝結成冰，而相同質量下冰的體積較大，會對空隙周圍的集料和瀝青產生壓應力，重復凍結產生的應力會對內部結構造成損傷，集料在凍脹力作用下產生微裂縫，空隙率更大的OGFC混合料侵入更多水分，承受更大的應力，從而導致抗凍性能下降。

4 結論

該論文研究了溫拌技術和級配差異對AC-13、SMA-13和OGFC-13三種瀝青混合料路用性能的影響，主要結論如下：

（1）三種瀝青混合料中，無論熱拌還是溫拌SMA-13瀝青混合料的路用性能均最佳，OGFC-13除了高溫穩定性高于AC-13外，其余各項性能均最低。

（2）溫拌瀝青混合料的拌和溫度降低，在壓實過程中顆粒間的潤滑程度不足，內摩阻力增大，壓實效果下降，同時溫拌劑不可避免對瀝青的黏附性和延度產生負面影響，會影響瀝青混合料的界面強度和韌性，從而降低了混合料的路用性能。

參考文獻

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