試驗(yàn)研究

LSPM瀝青用量與水穩(wěn)定性的關(guān)系探討*

*基金項(xiàng)目：湖北省公路管理局科技項(xiàng)目。

□□ 張英1，劉昌清1，毛國軍1，李國芳1，馮珀楠2(1.荊州市恒通公路橋梁有限責(zé)任公司，湖北 荊州434000；2.武漢工程大學(xué)，湖北 武漢430073)

摘要：為了探討大粒徑透水性瀝青混合料(LSPM)瀝青用量與水穩(wěn)定性的關(guān)系，對不同瀝青用量的試件進(jìn)行了常規(guī)浸水馬歇爾試驗(yàn)、真空飽水馬歇爾試驗(yàn)及凍融劈裂試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，在理論上存在著一個(gè)最佳的瀝青用量使得LSPM的水穩(wěn)定性最好；其抗水損能力主要依靠瀝青膜厚度來保證，在滿足瀝青析漏質(zhì)量損失前提下，應(yīng)盡量選擇較大的瀝青膜厚度。

關(guān)鍵詞：瀝青混合料；LSPM；水穩(wěn)定性；浸水馬歇爾試驗(yàn)；真空飽水馬歇爾試驗(yàn)；凍融劈裂試驗(yàn)

文章編號：1009-9441(2015)03-0008-02

中圖分類號：U 416.217

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract：In order to study the relationship between large stone porous asphalt mixtures (LSPM) amount and water stability，the author operates the immersion Marshall test，vacuum water-saturated Marshall test and freeze-thaw splitting test with different asphalt amounts.The test results show that there is an optimum asphalt amount that makes the water stability of LSPM best.Its ability to resist water damage mainly relies on the asphalt film thickness.Under the premise that meet the quality of asphalt analysis leakage loss，people should try to choose the larger asphalt film thickness.

作者簡介：張英(1973-)，女，湖北荊州人，工程師，2007年6月畢業(yè)于工程兵指揮學(xué)院土木工程專業(yè)，現(xiàn)從事公路工程管理管理工作。通訊作者：馮珀楠。

收稿日期：2015-03-15

引言

瀝青混合料的水穩(wěn)定性是指瀝青與礦料形成粘附層后，水對瀝青的置換作用引起的瀝青剝落的程度。由于大粒徑透水性瀝青混合料(Large Stone Porous Asphalt Mixes，簡稱LSPM)是空隙率介于13%~18%的單粒徑骨架嵌擠空隙連通型瀝青混合料，且粗集料粒徑大、含量高，瀝青用量少，集料之間接觸點(diǎn)明顯較密級配瀝青混合料少，在水侵蝕作用下，瀝青膜容易從集料表面剝落，因此設(shè)計(jì)LSPM時(shí)更應(yīng)該考慮其水穩(wěn)定性[1-2]。為了探討LSPM瀝青用量與水穩(wěn)定性的關(guān)系，根據(jù)現(xiàn)行試驗(yàn)規(guī)程，對不同瀝青用量的試件進(jìn)行了常規(guī)浸水馬歇爾試驗(yàn)、真空飽水馬歇爾試驗(yàn)以及凍融劈裂試驗(yàn)，以評價(jià)LSPM的水穩(wěn)定性。

1LSPM組成設(shè)計(jì)

試驗(yàn)時(shí)，瀝青選用SBS類(I-D)聚合物改性瀝青；粗集料采用湖北荊門產(chǎn)石灰?guī)r，為軋制的堅(jiān)硬巖石，顆粒形狀良好；細(xì)集料采用湖北荊門產(chǎn)石灰?guī)r石屑；填料采用石灰?guī)r礦粉。經(jīng)檢驗(yàn)，所用瀝青、粗細(xì)集料以及礦粉的各項(xiàng)指標(biāo)均符合JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》的要求。

1.1　集料級配

借鑒貝雷法級配設(shè)計(jì)的思想，針對LSPM的特點(diǎn)，引入“預(yù)留空隙率”這一預(yù)設(shè)參數(shù)，同時(shí)參考山東省LSPM已有工程級配、我國規(guī)范以及美國印第安納州推薦的礦料級配，對LSPM進(jìn)行級配設(shè)計(jì)。

1.2　最佳瀝青用量的確定

采用綜合指標(biāo)法確定LSPM最佳瀝青用量。步驟如下：首先通過選擇的瀝青膜有效厚度和集料比表面積計(jì)算初定瀝青用量，然后按0.5%間隔變化瀝青用量成型大型馬歇爾試件測定體積指標(biāo)，并分別進(jìn)行析漏試驗(yàn)和分散試驗(yàn)。根據(jù)析漏和分散試驗(yàn)確定瀝青用量范圍，綜合瀝青膜有效厚度、體積指標(biāo)要求，在滿足各項(xiàng)指標(biāo)的前提下盡量選擇大的瀝青膜厚度[3]，本試驗(yàn)確定的LSPM最佳瀝青用量為3.4%。

2LSPM水穩(wěn)定性試驗(yàn)

目前，各國評價(jià)瀝青混合料水穩(wěn)定性能的試驗(yàn)方法不盡相同，尚沒有統(tǒng)一的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[4]。筆者對不同瀝青用量的LSPM大馬歇爾試件，按JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》[5]T0709進(jìn)行兩種浸水馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)，按T0729進(jìn)行凍融劈裂試驗(yàn)，采用的瀝青用量分別為2.9%、3.4%和3.9%。

2.1　48 h浸水馬歇爾試驗(yàn)和真空飽水馬歇爾試驗(yàn)

將試件分成3組，每組、每個(gè)瀝青用量平行試驗(yàn)4個(gè)大馬歇爾試件。第一組在60 ℃恒溫水浴中保溫45~60 min后測定其穩(wěn)定度MS1；第二組在60 ℃恒溫水浴中保溫48 h后測定其穩(wěn)定度MS；第三組先在真空度97.3 kPa以上的真空干燥器中維持15 min后，打開進(jìn)水膠管，靠負(fù)壓進(jìn)入冷水浸沒試件15 min后恢復(fù)常壓，再取出放入60 ℃恒溫水浴中保溫48 h后測定其穩(wěn)定度MS2。試件的浸水殘留穩(wěn)定度MS0和真空飽水殘留穩(wěn)定度MS'0分別由(1)式和(2)式計(jì)算：

(1)

(2)

不同瀝青用量下LSPM大馬歇爾試件的兩種浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果如表1和圖1所示。

表1　浸水馬歇爾試驗(yàn)和真空飽水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

圖1　不同瀝青用量下LSPM大馬歇爾試件殘留穩(wěn)定度

按JTG F40—2004《公路瀝青路面施工設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，在潮濕區(qū)、濕潤區(qū)的浸水馬歇爾殘留強(qiáng)度比≮80%[6]。以上試驗(yàn)表明，3種瀝青用量下LSPM的水穩(wěn)定性均符合要求。

2.2　凍融劈裂試驗(yàn)

將LSPM大馬歇爾試件隨機(jī)分成2組，每組、每個(gè)瀝青用量平行試驗(yàn)4個(gè)試件。第一組浸入25 ℃的恒溫水槽中2 h后測定其劈裂抗拉強(qiáng)度RT1；第二組浸沒水中在真空度97.3~98.7 kPa條件下保持15 min，恢復(fù)常壓后在水中繼續(xù)放置0.5 h，再裝入約有10 ml水的塑料袋，放入-18 ℃±2 ℃的恒溫冰箱中保持16 h±1 h，然后取出放入60 ℃恒溫水浴中保溫24 h，再浸入25 ℃的恒溫水槽中2 h后測定其劈裂抗拉強(qiáng)度RT2。凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比TSR按(3)式計(jì)算：

(3)

根據(jù)以上過程，分別計(jì)算出不同瀝青用量的LSPM大馬歇爾試件凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果，如表2和圖2所示。

表2　凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

圖2　LSPM大馬歇爾試件凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比

對比試驗(yàn)結(jié)果可知，凍融劈裂試驗(yàn)的抗拉強(qiáng)度比浸水馬歇爾試驗(yàn)和真空飽水馬歇爾試驗(yàn)的殘留穩(wěn)定度小，這從一定程度上說明凍融劈裂試驗(yàn)更能反映混合料的水穩(wěn)定性能。從圖2可以看出，瀝青用量為3.4%左右時(shí)，殘留穩(wěn)定度與凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比均出現(xiàn)峰值，初步表明本試驗(yàn)LSPM在設(shè)計(jì)級配下確定的最佳瀝青用量3.4%是合理的，其水穩(wěn)定性最好。

3結(jié)論

3.1理論上存在著一個(gè)最佳瀝青用量，LSPM試件的浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度、真空飽水馬歇爾殘留穩(wěn)定度及殘留強(qiáng)度比達(dá)到最大值，即混合料的水穩(wěn)定性最好。

3.2浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)對于評價(jià)LSPM瀝青混合料的水穩(wěn)定性存在局限性。凍融劈裂試驗(yàn)較浸水馬歇爾試驗(yàn)和真空飽水馬歇爾試驗(yàn)在一定程度上更能反映LSPM的水穩(wěn)定性能。

3.3LSPM抗水損能力主要依靠瀝青膜厚度來保證，在滿足瀝青析漏質(zhì)量損失的前提下，應(yīng)盡量選擇較大的瀝青膜厚度。

參考文獻(xiàn)：

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[5] JTG E20—2011，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[S].北京：人民交通出版社，2011.

[6] JTG F40—2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2004.

Relationship between LSPM Asphalt Amount and Water Stability

ZHANG Ying1，LIU Chang-qing1，MAO Guo-jun1，LI Guo-fang1，F(xiàn)ENG Po-nan2

(1.Jingzhou Hengtong Road Bridge Limited Liability Company，Jingzhou，Hubei，434000，China；2.Wuhan Institute of Technology，Wuhan，Hubei，430073，China)

Key words：asphalt mixture；LSPM；water stability；immersion Marshall test；vacuum water-saturated Marshall test；freeze-thaw splitting test

(編輯盛晉生)