劉衛(wèi)斌

(新疆華天工程建設(shè)股份有限公司，新疆　烏魯木齊　830011)

LSAM-25瀝青混合料路用性能研究

劉衛(wèi)斌

(新疆華天工程建設(shè)股份有限公司，新疆烏魯木齊830011)

劉衛(wèi)斌(1969—)，工程師，研究方向：公路施工、施工質(zhì)量檢測。

摘要：LSAM-25瀝青混合料具有較好的抗高溫、抗低溫、抗滑性能，對其級配進行合理設(shè)計，有利于提升瀝青混合料的路用性能。文章結(jié)合國內(nèi)外研究情況，基于瀝青路面結(jié)構(gòu)性能要求，提出了LSAM-25瀝青混合料的配合比設(shè)計方法，并對比分析了LSAM-25、Superpave25、ATB-25三種瀝青混合料的路用性能，為今后LSAM的配合比設(shè)計和路用性能研究提供參考。

關(guān)鍵詞：SMA；瀝青混合料；路用性能；研究

0引言

LSAM-25由瀝青、穩(wěn)定劑、礦粉、細集料組成，具有良好的力學(xué)性能。由于其粗集料骨架約占總質(zhì)量的70%以上，因此嵌擠結(jié)構(gòu)良好，可以承載較大的交通負荷和環(huán)境溫度變化，具有較高的抗高溫和車轍能力[1]。LSAM-25混合料還可以抵抗水侵蝕，由于混合料的空隙率較小，其具有良好的抗滑性能。20世紀(jì)60年代末，隨著交通載荷的不斷增加，德國學(xué)者首先嘗試在瀝青混合料中增加碎石含量，并采用澆筑工藝，提高路面的耐磨性能。為了減少瀝青路面的車轍和擁包，美國學(xué)者Kahboub等人通過蠕變試驗、回彈試驗對不同類型LSAM的路用性能進行研究；美國TRB對密級配瀝青混合料進行設(shè)計，提出了NCHRPReport386方法[2-3]。由于這項工藝可以提高路用性能，且投資較低，符合我國節(jié)能降耗的能源戰(zhàn)略。因此，對LSAM進行配合比設(shè)計，并對其路用性能進行研究具有重要意義。

本文以粘彈性材料的力學(xué)特征為基礎(chǔ)，首先對瀝青路面結(jié)構(gòu)性能要求進行研究。隨后提出了瀝青混合料的設(shè)計方法，得出了LSAM-25瀝青混合料的配合比設(shè)計，并對比了LSAM-25、Superpave25、ATB-25三種瀝青混合料的路用性能。希望為今后LSAM的配合比設(shè)計和路用性能研究提供指導(dǎo)。

1瀝青路面結(jié)構(gòu)性能要求

雖然眾多類型的瀝青混合料在我國道路建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用，可大部分道路的路用性能并不理想，新建不足1年的道路往往就出現(xiàn)嚴重的車轍、擁包等嚴重病害，且隨著交通載荷的增加，這種破壞有加劇趨勢[4]。出現(xiàn)此問題的原因為：路面結(jié)構(gòu)性能設(shè)計與材料使用不匹配，上面層、中面層、下面層并未發(fā)揮出各自功能。因此瀝青混合料設(shè)計的原則是：分析其在路面結(jié)構(gòu)中的作用，據(jù)此提出設(shè)計要求。

為了提高瀝青混合料的耐久性和使用壽命，首先對瀝青路面的特性及工作環(huán)境進行分析[5]：

(1)瀝青常年裸露在大氣中，不僅受到高溫和嚴寒的交替作用，而且承擔(dān)著較重的交通載荷，容易出現(xiàn)老化和疲勞破壞；

(2)在6~8月，瀝青混合料在交通載荷的往復(fù)作用下，面層出現(xiàn)很大的剪應(yīng)力并出現(xiàn)塑性變形，變形在長期的累積下便形成車轍或者裂縫；

(3)在12月至次年2月間，瀝青路面在表面張力和交通載荷的作用下出現(xiàn)溫縮裂縫；

(4)上面層瀝青除了承受交通載荷外，還承受著車輪的摩擦。

“長壽命路面”是指將路面分為3個厚瀝青層，包括：磨耗層、中間層、HMA基層[6]。LSAM應(yīng)該作為中間層或者HMA基層，以便抵抗面層變形。從壓實性能看，LSAM的厚度應(yīng)該在8~12 cm，類型主要包括LSAM-25和LSAM-30。結(jié)合Superpave瀝青混合料分類和可壓性，本文主要對LSAM-25進行設(shè)計和研究。

2LSAM級配設(shè)計方法

早期的瀝青混合料設(shè)計較多采用連續(xù)級配，此方法可以獲得較大的粘結(jié)力但并能獲得最大的內(nèi)摩擦力，在較重的交通載荷下，路面會出現(xiàn)失穩(wěn)，導(dǎo)致變形、推移、擁包[6]。為了使瀝青混合料熱穩(wěn)定性良好，LSAM的配合比設(shè)計采用主骨料空隙填充法。采用主骨料空隙填充法需做出以下基本假設(shè)：

(1)假設(shè)細集料顆粒對粗骨料嵌擠結(jié)構(gòu)無干涉影響；

(2)假設(shè)瀝青膠漿對粗骨料嵌擠結(jié)構(gòu)無干涉影響。

主骨料空隙填充法可以充分發(fā)揮粗骨料的嵌擠能力，細集料、礦粉、瀝青來填充主骨料的孔隙。主骨料空隙填充法設(shè)計時，首先根據(jù)路用性能要求確定最大粒徑，選擇合適的粗骨料作為骨架，其余材料采用間斷級配。粗集料、細集料、礦粉、瀝青的用量用qc、qf、qp、qa表示。主骨架孔隙率VCA應(yīng)滿足：

(1)

式中：ρsc——粗集料的緊裝密度；

ρtf——細集料的表面密度；

ρtp——礦粉的表面密度；

ρa——瀝青的密度。

主骨料空隙填充法發(fā)揮了粗集料的嵌擠能力，采用粗集料孔隙率來表征其嵌擠程度：

(2)

式中：ρsc——主骨料緊裝密度；

ρtc——主骨料表面密度。

主骨料空隙填充法利用主骨架礦料的空隙率的測量值，得出空隙體積。其核心思想是：細集料、瀝青、混合料空隙體積之和等于主骨架礦料空隙體積，利用空隙體積，確定設(shè)計所需的細集料、瀝青數(shù)量。主骨料空隙填充法很難對粗集料的嵌擠程度進行描述，沒有考慮多級粗、細集料間的組成。對于混合料嵌擠結(jié)構(gòu)、密實狀態(tài)等方面的研究還很少，LSAM級配設(shè)計理論仍有一定局限性。

采用上述級配設(shè)計方法對LSAM-25進行設(shè)計，根據(jù)粗集料粒徑，本文共設(shè)計了3種粗料。粗料1為粒徑為10~25 mm碎石；粗料2為粒徑為10~20 mm碎石；粗料3為粒徑為5~10 mm碎石。細集料選擇粒徑為0~3 mm的機制砂，填料為石灰?guī)r磨細礦粉。各種材料的密度值見表1。

表1　各種材料的密度值表

根據(jù)路用性能，取松裝密度117%，粗料1、粗料2、粗料3的體積分數(shù)分別為：28.2%、60.6%、11.3%。LSAM-25各檔料的級配情況見表2。

表2　LSAM-25各檔料級配情況表

按照上述設(shè)計，每立方厘米瀝青混合料含有的粗集料質(zhì)量為：0.47 g粗料1、1.013 g粗料2、0.187 g粗料3。根據(jù)式(2)計算出粗集料孔隙率為0.378，假設(shè)孔隙全部被細料填充，則所需細料為0.714 g。由此可計算出單位體積瀝青混合料的總重量為2.383 g，各組分所占的質(zhì)量分數(shù)為：19.7%的粗料1、42.5%的粗料2、7.8%的粗料3、30%的細料?？紤]到粗料中含有少部分細料，因此采用PCS法對上述比例進行調(diào)整，調(diào)整后的質(zhì)量分數(shù)為：19.5%的粗料1、42.2%的粗料2、7.8%的粗料3、30.4%的細料。由于細料中含有細集料和填料，考慮0.075 mm通過率對其進行配比設(shè)計，細集料的質(zhì)量分數(shù)為26.7%，填料的質(zhì)量分數(shù)為3.7%。

3路用性能對比

按照Superpave方法配比Superpave25和ATB-25作為參照對象。LSAM-25、Superpave25、ATB-25三種瀝青混合料的級配曲線見圖1。

圖1　三種瀝青混合料的級配曲線圖

按照設(shè)計手冊確定瀝青最佳用量，并根據(jù)級配情況制備成型試件，每種材料制備兩個試件。LSAM-25、Superpave25、ATB-25三種瀝青混合料的配合比設(shè)計結(jié)果見表3。

表3　三種瀝青混合料的配合比設(shè)計結(jié)果表

ATB-25和Superpave25對比，礦料間隙率、有效瀝青飽和度均高些，因此ATB-25常作為柔性基層使用。對三種材料進行室內(nèi)壓實試驗，并對試驗結(jié)果進行最小二乘法擬合，三種混合料的路用性能情況見表4。

表4　三種混合料的路用性能表

從實驗結(jié)果看，密實能量指數(shù)ATB-25>Superpave25>LSAM-25，交通密實能量指數(shù)恰好與此相反。這說明混合料壓實階段LSAM-25的抗壓能力較小，有利于碾壓施工；而道路交通開放后，其抗壓能力很強，避免了傳統(tǒng)混合料在交通載荷作用下不斷被壓密的情況。Superpave25的動態(tài)模量遠低于LSAM-25，這是由于Superpave25中含有較多瀝青和細集料。LSAM-25的高溫動態(tài)模量最大，說明此混合料的抗高溫變形能力較強。LSAM-25的彎曲應(yīng)變能密度高于ATB-25和Superpave25，LSAM-25充分發(fā)揮了嵌擠密實結(jié)構(gòu)，粘結(jié)力更強，對溫度的敏感性更低。從上述分析看，LSAM-25的路用性能高于Superpave25和ATB-25。

4結(jié)語

LSAM工藝可以提高路用性能，且投資較低，符合我國節(jié)能降耗的能源戰(zhàn)略。本文首先對瀝青路面結(jié)構(gòu)性能要求進行研究，隨后提了LSAM-25瀝青混合料的配合比設(shè)計，并對比了LSAM-25、Superpave25、ATB-25三種瀝青混合料的路用性能。研究表明：LSAM-25的路用性能高于Superpave25和ATB-25，LSAM-25密實結(jié)構(gòu)更好，粘結(jié)力更強，對溫度的敏感性更低，可用于中間層或HMA基層。

參考文獻

[1]付其林，陳拴發(fā)，陳華鑫，等.開級配大粒徑瀝青混合料路用性能研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報，2010(7)：77-80，102.

[2]鄒太平.大粒徑密級配瀝青混凝土路用性能淺析[J].筑路機械與施工機械化，2013(11)：67-70.

[3]王智宇.Superpave瀝青混合料路用性能比較分析試驗[J].北方交通，2009(1)：55-56.

[4]邵強，張超，劉奇.公路瀝青混合料抗滑性能室內(nèi)評價儀器的研制[J].西部交通科技，2009(3)：70-73.

[5]曾憲文，傅建軍.砂巖粗集料用于瀝青混凝土表面層的研究[J].西部交通科技，2014(8)：14-18.

[6]周紅麗，陳杰，李志農(nóng).公路路面瀝青綜合表面處治層質(zhì)量評價方法研究[J].西部交通科技，2012(3)：1-5，37.

Research on Road Performance of LSAM-25 Asphalt Mixtures

LIU Wei-bin

(Xinjiang Huatian Engineering Construction Co.，Ltd.，Urumqi，Xinjiang，830011)

Abstract：LSAM-25 asphalt mixture has good high temperature resistance，low temperature resistance，and sliding resistance，and the rational design of its grading will help enhance the road performance of asphalt mixture.Combined with domestic and foreign research situation，and based on the structure performance requirements of asphalt pavement，it proposed the mix ratio design method of LSAM-25 asphalt mixtures，and compared and analyzed the road performance of LSAM-25，Superpave25，and ATB-25 asphalt mixtures，thereby providing the reference for future study on mix ratio design and road performance of LSAM.

Keywords：SMA；Asphalt mixture；Road performance；Research

文章編號：1673-4874(2015)12-0027-04

中圖分類號：U414

文獻標(biāo)識碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.12.006

作者簡介

收稿日期：2015-11-15