趙 若

（邢臺(tái)市交通運(yùn)輸局，河北 邢臺(tái) 054000）

0 引言

國(guó)外對(duì)柔性基層瀝青路面進(jìn)行了長(zhǎng)期的應(yīng)用和研究，取得了一系列成果，但瀝青穩(wěn)定基層在我國(guó)研究剛剛開(kāi)始，其設(shè)計(jì)理論和技術(shù)依據(jù)還很不完善。對(duì)瀝青穩(wěn)定碎石不同的設(shè)計(jì)方法國(guó)內(nèi)均有研究，然而有關(guān)如何針對(duì)我國(guó)重載超載嚴(yán)重的重交通荷載特點(diǎn)，選擇最合理的方法進(jìn)行柔性基層材料設(shè)計(jì)的研究較少，但這對(duì)于引進(jìn)并推廣應(yīng)用這種路面結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。為此，采用常用的三種設(shè)計(jì)方法對(duì)柔性基層路面組成進(jìn)行差異分析，以確定合理、可行的路面設(shè)計(jì)方法。

1 集料性質(zhì)

考慮此路面設(shè)計(jì)是針對(duì)重交通荷載的，粗集料一般采用玄武巖和石灰?guī)r兩種，其中上面層采用硬度及耐磨性較好的邯鄲武安產(chǎn)玄武巖，中面層和底面層采用華北地區(qū)常見(jiàn)的優(yōu)質(zhì)石灰?guī)r。細(xì)集料采用邯鄲涉縣產(chǎn)的石灰石，采用經(jīng)專用設(shè)備加工制成的基質(zhì)砂。填料選用邯鄲涉縣石灰石研制的礦粉，其密度為2.757g/cm3。主要集料技術(shù)指標(biāo)詳見(jiàn)表1。

表1 粗細(xì)集料的質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)

2 集料級(jí)配

根據(jù)一般路面結(jié)構(gòu)的厚度，初步選定上面層采用AC—13C型瀝青混合料，中面層采用AC—20C型瀝青混合料，下面層采用AC—25C型瀝青混合料，這三種瀝青混合料的級(jí)配見(jiàn)表2。

表2 瀝青混合料礦料級(jí)配表

3 瀝青結(jié)合料性質(zhì)

在瀝青混合料中起膠結(jié)作用的瀝青類材料（含添加劑、改性劑等）稱為瀝青結(jié)合料，其流變性與溫度有著十分密切的關(guān)系。低溫時(shí)，瀝青材料的黏度增大，流動(dòng)性低，表現(xiàn)出較強(qiáng)的彈性性質(zhì)；在極低的溫度下卻又表現(xiàn)出明顯的脆性，這就是導(dǎo)致瀝青路面在冬季容易出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象的主要原因。在高溫時(shí)，瀝青材料彈性降低，表現(xiàn)出明顯的塑性流動(dòng)。這是導(dǎo)致瀝青路面高溫車轍損害的主要原因。在常溫時(shí)，瀝青是一種典型的黏彈性綜合體，且具有依賴于溫度和加載時(shí)間的黏彈性性質(zhì)，瀝青混合料在荷載作用下的變形也具有隨溫度、荷載作用時(shí)間而變的特性[1]。

為了選用適宜的瀝青結(jié)合料，對(duì)SK70、AH70、AH50、殼牌70SBS、KL50SBS等瀝青與改性瀝青進(jìn)行了技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)，并檢測(cè)了Superpave高性能瀝青路面的高溫性能指標(biāo)[2]，以便于分析瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。為了保證瀝青路面面層具有良好的抗車轍性能，決定采用高溫性能最好的殼牌SBS—70＃改性瀝青用于上面層和中面層，中港AH—70?；|(zhì)瀝青用于底面層。參照重交通道路石油瀝青技術(shù)指標(biāo)，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ 052—2000）相關(guān)試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 殼牌SBS—70＃改性瀝青及AH—70?；|(zhì)瀝青技術(shù)指標(biāo)

4 路面混合料組成設(shè)計(jì)

4.1 馬歇爾法（Marshall）

根據(jù)馬歇爾法（Marshall）分別對(duì)上面層AC—13C、中面層AC—20C、底面層AC—25C瀝青混合料進(jìn)行試件成型，并檢驗(yàn)瀝青用量與密度、飽和度、穩(wěn)定度之間的關(guān)系，依據(jù)試驗(yàn)規(guī)范確定試驗(yàn)結(jié)果：上面層油石比范圍為3.6%～4.2%，最佳油石比為3.90%，所對(duì)應(yīng)的毛體積密度為2.468g/cm3；中面層油石比范圍為3.6%～4.1%，最佳油石比為3.85%，所對(duì)應(yīng)的毛體積密度為2.474g/cm3；底面層油石比范圍為3.6%～4.0%，最佳油石比為3.70%，所對(duì)應(yīng)的毛體積密度為2.480g/cm3。

4.2 旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn)機(jī)法（GTM）

旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn)機(jī)法于20世紀(jì)80年代初期首先應(yīng)用于美國(guó)軍用機(jī)場(chǎng)，后經(jīng)科研人員研究開(kāi)發(fā)，形成GTM設(shè)計(jì)方法，于20世紀(jì)90年代被應(yīng)用于重交通瀝青路面配合比的設(shè)計(jì)，現(xiàn)已被公認(rèn)為是解決柔性路面材料配合比設(shè)計(jì)與質(zhì)量控制問(wèn)題的有效手段。與傳統(tǒng)的馬歇爾試驗(yàn)相比，GTM法最大限度地模擬了汽車對(duì)路面的實(shí)際作用情況。GTM法通過(guò)推理進(jìn)行材料的力學(xué)分析和設(shè)計(jì)，最佳瀝青用量的確定主要依靠3個(gè)指標(biāo)：應(yīng)變比、抗剪強(qiáng)度安全系數(shù)GSF、最大密度。GTM法可以根據(jù)汽車對(duì)路面的實(shí)際作用壓強(qiáng)來(lái)設(shè)計(jì)瀝青混凝土，該試驗(yàn)機(jī)采用類似于施工中壓路機(jī)作用的搓揉方法壓實(shí)瀝青混合料，從而模擬了現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)機(jī)和隨后汽車對(duì)路面的作用，通過(guò)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)，使試模中瀝青混合料密度達(dá)到汽車輪胎實(shí)際作用于路面時(shí)所產(chǎn)生的密實(shí)度；GTM法以推理的方法來(lái)設(shè)計(jì)瀝青混凝土，克服了馬歇爾等經(jīng)驗(yàn)方法的不足，設(shè)計(jì)瀝青混合料時(shí)充分考慮了輪胎與路面接觸的實(shí)際情形，可設(shè)計(jì)出滿足實(shí)際荷載作用且抗變形能力強(qiáng)的瀝青混合料，使設(shè)計(jì)的瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度大于其所受的剪應(yīng)力，同時(shí)，使其所產(chǎn)生的應(yīng)變控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。因此，GTM法可較真實(shí)地模擬實(shí)際路面材料的受力狀況以及預(yù)測(cè)材料到服務(wù)期限末的應(yīng)力應(yīng)變力學(xué)性質(zhì)，從而可避免路面材料的早期破壞。

根據(jù)規(guī)范ASTMD 33887—96，進(jìn)行不同油石比情況下的GTM試驗(yàn)[3]，最終確定上面層的最佳油石比為3.6%，對(duì)應(yīng)密度為2.530g/cm3；中面層最佳油石比為3.6%，對(duì)應(yīng)密度為2.480g/cm3；底面層最佳油石比為3.3%，對(duì)應(yīng)密度為2.500g/cm3。

4.3 SGC旋轉(zhuǎn)壓實(shí)體積法

馬歇爾試驗(yàn)存在的與路面設(shè)計(jì)不掛鉤、對(duì)于不同交通荷載對(duì)混合料技術(shù)指標(biāo)要求的不同沒(méi)有精確的判斷、試件成型方法不能模擬行車的壓實(shí)過(guò)程等缺陷日益凸現(xiàn)。而Superpave旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)機(jī)SGC成型試件，能將室內(nèi)混合料逼真地壓實(shí)到實(shí)際路面荷載條件下所達(dá)到的密實(shí)狀態(tài)，同時(shí)壓實(shí)試件能適應(yīng)大尺寸集料，基本滿足了試件仿真壓實(shí)的目的。采用SGC旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀揉搓成型試件，加載壓力為600kPa，旋轉(zhuǎn)速度為30轉(zhuǎn)/min，壓實(shí)角為1.25°。成型試件時(shí)，預(yù)估初始瀝青用量根據(jù)大馬歇爾試驗(yàn)確定，油石比間隔為0.5%，為了與大馬歇爾試驗(yàn)對(duì)比，拌和后不進(jìn)行短期老化，直接裝入試模中。

上述三種設(shè)計(jì)方法的差異可通過(guò)不同的試驗(yàn)進(jìn)行分析研究。以上面層為例，混合料的SGC旋轉(zhuǎn)壓實(shí)空隙率、穩(wěn)定度、飽和度、密度與瀝青含量之間關(guān)系曲線的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 油石比與SGC技術(shù)指標(biāo)關(guān)系曲線圖

由圖1中的關(guān)系曲線可以確定：瀝青混合料最佳油石比范圍為3.41%～4.27%，最佳油石比為3.84%，所對(duì)應(yīng)的毛體積密度為2.527g/cm3。同理，可確定中面層及底面層對(duì)應(yīng)的指標(biāo)。為了便于分析，現(xiàn)將各試驗(yàn)方法確定的最佳油石比匯總于表4。

表4 各試驗(yàn)方法確定的最佳油石比匯總表

5 結(jié)論

由表4可以看出，無(wú)論礦料最大公稱如何，在級(jí)配完全相同的情況下，Marshall法確定的最佳油石比最大，SGC旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法次之，GTM旋轉(zhuǎn)壓實(shí)體積法確定的最佳油石比最小。采用GTM旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法設(shè)計(jì)的瀝青混合料擁有最大的對(duì)應(yīng)密度，SGC旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法次之，而Marshall法設(shè)計(jì)的混合料對(duì)應(yīng)密度最小。

從試驗(yàn)結(jié)果還可看出，采用GTM旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法設(shè)計(jì)的瀝青混合料具有最大的對(duì)應(yīng)密度和最小的瀝青用量，這就要求在施工過(guò)程中施加較大的壓實(shí)功能，可以達(dá)到加強(qiáng)混合料礦料顆粒間的嵌擠鎖結(jié)作用，提高混合料的抗剪強(qiáng)度及瀝青路面的抗車轍性的目的。采用SGC旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法設(shè)計(jì)的瀝青混合料在抗車轍性能方面介于上述其他兩種方法設(shè)計(jì)的瀝青混合料之間。綜合上述分析，采用GTM旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法設(shè)計(jì)重交通條件下的柔性基層瀝青路面混合料較為適合。

[1] 徐世法.表征瀝青及瀝青混合料高低溫蠕變性能的流變學(xué)模型[J].力學(xué)與實(shí)踐，1992（1）：37-40.

[2] 魏密.SBS改性瀝青混合料的設(shè)計(jì)方法及其高溫流變性研究[D].重慶：重慶交通學(xué)院，2004.

[3] 聶承凱.GTM在重載交通瀝青路面設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].山西交通科技，2004（2）：9-12.