王 璐

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 材料選取

1)瀝青。SMA瀝青混合料要求瀝青具有較高的粘度,與集料有良好的粘附性。本試驗(yàn)采用蘭煉石油瀝青AH-90。2)石料。石料采用山西省太原市清徐采石場機(jī)械軋制的砂巖,礦粉采用石灰石粉。

1.2 級配選取

本文以SMA-16為研究對象,為說明級配對SMA高溫穩(wěn)定性的影響,本文選取三種礦料級配(如表1所示)。

表1 SMA-16級配組成

1.3 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)儀采用北京航天航宇測控技術(shù)研究所生產(chǎn)的HYCX-1型車轍試驗(yàn)儀。將拌和均勻的瀝青混合料置于輪壓成型機(jī)上成型為300 mm×300 mm×50 mm試件,其密度為馬歇爾試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)密度的(100±1)%,在室溫下冷卻12 h以上,然后置于已達(dá)到試驗(yàn)溫度(60±1)℃的車轍儀中保溫5 h～24 h后進(jìn)行車轍試驗(yàn),且一組試件不得少于3個[2,3]。

2 影響SMA高溫穩(wěn)定性的因素分析

2.1 級配的影響

為了檢驗(yàn)級配對SMA瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的影響,選取三種級配A,B,C分別進(jìn)行車轍試驗(yàn)。

試驗(yàn)結(jié)果表明,在瀝青和礦料品種相同、油石比相近、碾壓次數(shù)相同情況下,B級配瀝青混合料的動穩(wěn)定度最大,其次是A級配,C級配瀝青混合料的動穩(wěn)定度最小。這是因?yàn)榕cA級配相比B級配礦料中粗骨料(粒徑不小于4.75 mm)的含量增加,而在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi),隨著粗骨料增加SMA骨架嵌擠作用也得到充分發(fā)揮,進(jìn)而使其內(nèi)摩擦角和抗變形能力得到提高,從而提高SMA的高溫穩(wěn)定性;與B級配相比雖然C級配礦料中粗骨料的含量有所增加,但其動穩(wěn)定度反而下降,這是因?yàn)樵谀雺捍螖?shù)不變的情況下,當(dāng)?shù)V料中粗骨料含量超過一定范圍時,由于粗骨料顆粒間過度地相互擠壓,致使其破碎,從而使SMA動穩(wěn)定度降低。因此SMA動穩(wěn)定度大小與礦料的級配密切相關(guān)。

2.2 瀝青用量影響

為檢驗(yàn)SMA中瀝青含量對其高溫穩(wěn)定性的影響,本文在通過馬歇爾試驗(yàn)所得出的最佳油石比5.7%的基礎(chǔ)上上下波動0.3%,即選用5.4%,5.7%,6.0%三種油石比進(jìn)行車轍試驗(yàn)。

試驗(yàn)結(jié)果表明,SMA中瀝青含量對其高溫穩(wěn)定性有顯著的影響。當(dāng)混合料中瀝青用量小于最佳用量時,由于其用量過小不足以形成結(jié)構(gòu)瀝青薄膜,致使礦料顆粒間的粘附作用減小,在外荷載作用下瀝青混合料將發(fā)生過大變形,其高溫穩(wěn)定性下降。但當(dāng)混合料中瀝青用量超過最佳用量時,進(jìn)一步增加瀝青,集料表面的瀝青膜增厚,自由瀝青增多,此時自由瀝青猶如集料顆粒之間的潤滑劑,不但起不到增加集料間粘結(jié)力的作用,反而減小了集料之間的內(nèi)摩擦阻力和穩(wěn)定性,增大了集料的流動性,從而降低了SMA的高溫穩(wěn)定性。

2.3 碾壓次數(shù)影響

本文采用動穩(wěn)定度和相對變形兩種指標(biāo)評價(jià)碾壓次數(shù)對SMA高溫穩(wěn)定性的影響[4-7]。本文為了便于對比,在車轍試驗(yàn)時間60 min(42次/min),測定瀝青混合料車轍試驗(yàn)總變形(車轍深度),據(jù)此計(jì)算車轍試驗(yàn)的相對變形。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 碾壓次數(shù)對SMA高溫穩(wěn)定性的影響

從表2可以看出：1)在最佳瀝青用量下,不同的碾壓次數(shù)對SMA動穩(wěn)定度DS的影響情況不同,碾壓18次與碾壓12次相比較其動穩(wěn)定度DS明顯提高,提高幅度為 110%,碾壓24次與12次相比較其提高幅度為134%。因?yàn)樵跒r青用量和礦料品種相同的情況下,隨著碾壓次數(shù)提高,瀝青混合料的壓實(shí)度增大,空隙率小,抗變形能力增強(qiáng),動穩(wěn)定度提高。2)從相對變形量來看,不同碾壓次數(shù)下的相對變形量大小順序?yàn)锳＜B＜C;從變形速率來看A＜B＜C?？梢钥闯?隨著碾壓次數(shù)的增大,SMA的相對變形量和變形速率的變化趨勢相同,但與動穩(wěn)定度DS的變化趨勢相反。

2.4 溫度影響

文獻(xiàn)[8]～[11]指出溫度對瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性有顯著的影響,本文采用60℃,65℃,70℃三種溫度分別進(jìn)行車轍試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1試驗(yàn)結(jié)果表明,在瀝青和礦料品種、級配、油石比及碾壓次數(shù)相同條件下,車轍試驗(yàn)溫度對SMA動穩(wěn)定度的影響非常顯著,當(dāng)車轍試驗(yàn)溫度從5℃升高至15℃時,SMA的動穩(wěn)定度呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢,試驗(yàn)溫度每升高5℃,其動穩(wěn)定度降低 24%～68%。

2.5 粗集料骨架間隙率影響

SMA瀝青混合料是“石—石接觸”的骨架嵌擠結(jié)構(gòu),由瀝青、細(xì)集料及礦粉拌和而成的瀝青瑪脂填充于“骨架”間隙中,并將“骨架”膠結(jié)成整體,從而使其具有較高的強(qiáng)度、柔韌性和耐久性。為了充分發(fā)揮SMA“石—石骨架”的嵌擠作用,在壓實(shí)狀態(tài)下,瀝青混合料中的粗集料骨架間隙率必須滿足：

其中,VCAmix為壓實(shí)狀態(tài)下瀝青混合料中粗集料間隙率;VCADRC為搗實(shí)狀態(tài)下粗集料骨架間隙率。要使SMA具有好的高溫穩(wěn)定性,其粗骨料間需有一定的間隙率,以使粗骨料之間形成骨架嵌擠作用,從而提高SMA的高溫穩(wěn)定性。

3 結(jié)語

1)在瀝青和礦料品種相同、油石比相近、碾壓次數(shù)相同情況下,級配對SMA的高溫穩(wěn)定性的影響很大。在級配設(shè)計(jì)時,應(yīng)適當(dāng)?shù)卦龃蠹现写止橇?粒徑不大于4.75 mm)及礦粉的含量,減少細(xì)集料的用量,以充分發(fā)揮SMA粗集料之間嵌擠作用,進(jìn)而提高其高溫穩(wěn)定性。2)在其他條件相同的情況下,SMA的高溫穩(wěn)定性的評價(jià)指標(biāo)——動穩(wěn)定度,隨著瀝青混合料中瀝青含量的變化而變化,制作車轍試件時應(yīng)嚴(yán)格按照馬歇爾試驗(yàn)所確定的最佳瀝青含量控制瀝青的用量。3)溫度對SMA高溫穩(wěn)定性的影響是非常顯著的。試驗(yàn)過程中應(yīng)按照規(guī)范要求嚴(yán)格控制試驗(yàn)的溫度。4)SMA的粗骨料骨架間隙率VCAmix對集料的嵌擠作用至關(guān)重要,對SMA高溫穩(wěn)定性有很大的影響,并應(yīng)嚴(yán)格控制VCAmix,使其滿足VCAmix≤VCADRC要求。5)嚴(yán)格控制SMA瀝青混合料的碾壓次數(shù),以使其具有合適的壓實(shí)密度。

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