盧文鋒 楊愛民

Superpave瀝青混合料設(shè)計(jì)體系的核心是設(shè)計(jì)集料特性以及體積特性。如果能滿足這兩種特性，則最終設(shè)計(jì)出的瀝青混合料應(yīng)具備以下特點(diǎn):具有足夠的骨架以抵抗永久變形;具有足夠的瀝青結(jié)合料以抵抗疲勞及老化變形;具有足夠的空隙率以防止塑性變形及永久變形。

1 問題的提出

Superpave瀝青混合料設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到如何設(shè)計(jì)出足夠的VMA，這種問題混合料的典型表現(xiàn)是:VMA較低以及對級配變化不敏感。例如:最大公稱粒徑19 mm的瀝青混合料要求的最小VMA是13%。如果研究者總是在禁區(qū)下進(jìn)行混合料設(shè)計(jì)，就會發(fā)現(xiàn)所有試驗(yàn)的混合料估計(jì)的VMA都在12%以下。進(jìn)一步研究還會發(fā)現(xiàn)若在禁區(qū)下允許的范圍內(nèi)變化級配，則VMA始終徘徊在12%左右，怎么也達(dá)不到13%。雖然摻加一定量的砂子將會推開集料，增加VMA。但是若試驗(yàn)的混合料在限制區(qū)內(nèi)時，VMA不滿足又會怎么樣，怎樣去做。

首先，設(shè)計(jì)者應(yīng)該意識到集料顆粒的壓實(shí)特性及VMA與以下幾個因素有關(guān):集料級配、集料表面構(gòu)造、集料形狀。

Superpave混合料設(shè)計(jì)中有兩個矛盾:1)集料間的空隙必須被最低數(shù)量的瀝青結(jié)合料所填充;2)集料必須有較強(qiáng)的骨架結(jié)構(gòu)以抵抗車輛荷載。Superpave規(guī)范要求在盡量不削弱集料骨架的前提下獲得足夠的VMA。因此筆者認(rèn)為可以從以下幾個方面考慮提高Superpave瀝青混合料的VMA。

1.1 級配影響

1)降低通過0.075 mm篩的含量。減少混合料中細(xì)料含量將增加VMA。這一變化雖然不完全是由級配變化引起的，然而，不可否認(rèn)降低0.075 mm含量對VMA具有較大的影響。將細(xì)料含量降低到規(guī)范要求的最小值，將會使VMA值達(dá)到最大。如果細(xì)料含量來源于礦質(zhì)填料，那么調(diào)整級配僅僅是減少所用細(xì)料含量的問題。如果細(xì)料大多數(shù)來源于某一粒徑，那么應(yīng)該盡量減少那一粒徑集料的用量。如果人工集料在混合之前僅僅進(jìn)行過篩分，那么有必要對它們進(jìn)行水洗或者重新進(jìn)行水洗篩分。但是在采用這些方法之前，應(yīng)該先試試別的容易提高VMA的方法。如果在混合料中摻加石屑，那么一定要添加除塵石屑。石屑將降低生產(chǎn)出的混合料的VMA。如果用的是易碎集料，那么設(shè)計(jì)中就應(yīng)考慮將會產(chǎn)生更多的細(xì)料，因?yàn)檫@些易碎集料在施工過程中容易產(chǎn)生更多的粉料。在混合料中應(yīng)用除塵石屑將使設(shè)計(jì)更精確，從而降低從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)過程中VMA的折減率。2)采用間斷級配。盡量使混合料形成間斷級配。如果能減少兩個篩孔之間的集料數(shù)量，則混合料將具有較高的VMA。這一原因同密實(shí)度有關(guān)。較小的顆粒填充較大顆粒間的空隙。采用間斷級配后粗集料的數(shù)量增加，緊挨著的下兩個粒徑之間的集料數(shù)量減少，所以混合料不可能被壓實(shí)緊密，故VMA提高。3)重新篩分料堆。如果料堆中集料尺寸范圍比較廣，則有必要對集料料堆進(jìn)行重新篩分，并按不同的比例重新混合。例如:某一工程中用移動式拌和機(jī)進(jìn)行拌和，則用于該工程的集料礫石坑就會被壓碎，集料可能被壓碎成不同粒徑。如果在混合料設(shè)計(jì)時骨架結(jié)構(gòu)已經(jīng)存在，則一個可行的辦法就是必須重新在9.5 mm篩孔上進(jìn)行篩分，砂子含量可能會增加?；旌狭显O(shè)計(jì)中不可能用集料坑里出現(xiàn)的所有砂子。如果混合料設(shè)計(jì)用的是人工集料，很顯然在設(shè)計(jì)中不同粒徑用不同的比例是很有必要的。如果VMA不可能通過某一類料堆來獲得，則可以選擇對它們進(jìn)行重新篩分，而這種方法比較容易實(shí)現(xiàn)。

1.2 表面結(jié)構(gòu)影響

在標(biāo)準(zhǔn)壓實(shí)功條件下(假定在設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)下)，混合料將難以被壓實(shí)，所以這種混合料將會具有較高的VMA。典型的壓碎面比非壓碎面具有更多的紋理構(gòu)造，礫石集料情況下，具有壓碎面的顆粒越多，越能獲得更多的表面構(gòu)造。通常情況下，顆粒壓碎程度越大，表面紋理也越多，但也并非一直如此。因?yàn)橐恍┘系钠屏衙娣浅９饣灾劣趬核闀r不可能增加表面構(gòu)造。

1.2.1 增加人工砂的含量

如果在混合料設(shè)計(jì)中，使用人工砂和天然砂，那么增加人工砂的含量能夠增加表面構(gòu)造。當(dāng)使用棱角性好的人工砂替換20%天然砂時，將會使VMA提高2%。什么才是棱角性好的人工砂，好的嚙合力，也就是抓起一把砂子，感受一下顆粒之間互相嚙合的感覺，如果感覺砂子顆粒之間摩擦的比較厲害，那么這種砂子的鋸齒結(jié)構(gòu)就比較好。

應(yīng)當(dāng)意識到，用添加細(xì)料的方法來增加表面紋理結(jié)構(gòu)也可能引起其他負(fù)面的影響。如果天然砂比較干凈，而人工砂中小于0.075 mm的粉料含量比較大，由于增加了粉塵就難以增加表面構(gòu)造。

1.2.2 增加壓碎點(diǎn)

粗集料的表面構(gòu)造能夠通過增加壓碎點(diǎn)來提高，尤其是兩面壓碎的顆粒。

1.3 顆粒形狀的影響

對于任意給定的級配，集料顆粒壓實(shí)的密實(shí)程度受顆粒形狀的影響。立方體顆粒比扁平顆粒難壓實(shí)。在旋轉(zhuǎn)壓實(shí)情況下(模擬荷載條件)，扁平顆粒成平鋪，一個疊在另一個的上面。因此在它們之間是沒有空隙的，故VMA較低。

在荷載作用下，顆粒被平鋪，并發(fā)生顆粒滾動。同樣，在旋轉(zhuǎn)壓實(shí)條件下也會發(fā)生這種平鋪。然而在馬歇爾壓實(shí)條件下集料顆粒并不會自由滾動。事實(shí)上在馬歇爾試模里，扁平細(xì)長顆粒起到“橋接”作用，因此馬歇爾試件具有較高的VMA。因此當(dāng)比較馬歇爾試件及Superpave試件體積特性時，應(yīng)當(dāng)意識到這些顆粒形狀的影響。

如果混合料設(shè)計(jì)出的VMA較低，則應(yīng)檢查扁平細(xì)長顆粒含量。Superpave規(guī)范將扁平細(xì)長顆粒含量限制在5∶1，扁平細(xì)長顆粒含量最好不超過3∶1或2∶1。

如果扁平細(xì)長顆粒含量較高，假如高于40%，則應(yīng)盡可能添加具有較低扁平細(xì)長顆粒含量的粗集料。有可能通過用另一種立方體集料來替換粗集料骨架中的一種集料來實(shí)現(xiàn)。添加立方體形狀的中間尺寸的粗集料將打破較大顆粒的平鋪的特性，即就是打破一個疊加在另一個的上面，這樣將增加VMA。

2 結(jié)語

獲得足夠的VMA是Superpave瀝青混合料設(shè)計(jì)中比較重要的部分。VMA僅僅是其中的一個參數(shù)，集料骨架結(jié)構(gòu)是另一個參數(shù)。對于Superpave瀝青混合料設(shè)計(jì)者來說最大的困難就是如何獲得合適的VMA而又不削弱集料骨架結(jié)構(gòu)，在工程實(shí)踐中可以借鑒上述介紹的提高瀝青混合料VMA的方法。

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