張順先

（廣東省長大公路工程有限公司，廣州　510000）

MA澆注式瀝青混凝土高溫穩(wěn)定性能影響因素研究

張順先

（廣東省長大公路工程有限公司，廣州510000）

對MA澆注式瀝青混凝土高溫穩(wěn)定性能進行研究。采用硬度值及動穩(wěn)定度作為高溫穩(wěn)定性能評價指標，從細集料級配組成設(shè)計、可溶瀝青用量、礦粉含量、老化程度等方面分析高溫穩(wěn)定性能影響因素。研究表明：細集料級配組成越細，MA澆注式瀝青混凝土高溫穩(wěn)定性能就越好；可溶瀝青用量越大，MA澆注式瀝青混凝土高溫穩(wěn)定性能就越差；礦粉用量越大，MA澆注式瀝青混凝土高溫穩(wěn)定性能就越好；老化可提高MA澆注式瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性能，與短期老化相比，長期老化影響更加顯著。

MA澆注式瀝青混凝土；硬度值；高溫穩(wěn)定性；細集料級配；可溶瀝青；礦粉；老化

澆注式瀝青混凝土起源于德國，后在歐洲和日本得到廣泛應(yīng)用。由于澆注式瀝青混凝土具有瀝青含量高、礦粉含量高和施工溫度高的“三高”特點，故其具有良好的防水性能、低溫抗裂性能和變形協(xié)調(diào)性能，在大跨徑鋼橋面鋪裝中得到廣泛應(yīng)用［1-2］。

澆注式瀝青混凝土按照施工工藝可分為“GA （Guss Asphalt）”和“MA（Mastic Asphalt）”2大類，GA澆注式瀝青混凝土主要采用聚合物改性瀝青和連續(xù)級配集料通過瀝青拌和樓1次攪拌成型；而MA澆注式瀝青混凝土則首先通過拌和樓將細集料與瀝青膠結(jié)料拌和均勻，形成瀝青砂膠，然后將瀝青砂膠放到Cooker車中并加入粗集料進行2次攪拌，進而形成澆注式瀝青混凝土。MA澆注式瀝青混凝土級配屬于間斷級配，且2次攪拌時間總長約6 h。

縱觀國內(nèi)外已有研究成果，針對GA澆注式瀝青混凝土的研究較多，而對于MA澆注式瀝青混凝土研究相對較少。筆者對目前澆注式瀝青混凝土鋪裝使用效果進行了調(diào)查，其結(jié)果表明，部分GA澆注式瀝青混凝土鋪裝在使用過程中表現(xiàn)出高溫性能不理想，在炎熱夏天易出現(xiàn)高溫車轍現(xiàn)象［3］；而以香港青馬大橋、昂船洲大橋為代表的MA澆注式瀝青混凝土鋪裝在使用過程中表現(xiàn)出良好的路用性能，迄今為止未發(fā)生任何形式的破壞。本文針對MA澆注式瀝青混凝土鋪裝的特點，對其高溫穩(wěn)定性能及影響因素進行研究。

1　MA澆注式瀝青混凝土組成設(shè)計

在瀝青膠結(jié)料方面，英國規(guī)范規(guī)定采用普通石油瀝青（針入度60～80）與天然湖瀝青摻配制成硬質(zhì)瀝青［4-6］。拌和時，先將14% ～16%的硬質(zhì)瀝青與細集料（礦粉含量40%～60%）拌制成瀝青砂膠，然后將其裝入Cooker車中與40%～50%的粗集料（質(zhì)量比）進行2次攪拌，拌和時間約為6 h，最終形成MA澆注式瀝青混凝土。MA澆注式瀝青混凝土級配組成如表1所示。

為了提高MA澆注式瀝青混凝土的抗滑性能及高溫穩(wěn)定性能，通常在表面上散布1層粒徑約為10～15 mm預拌碎石，碎石經(jīng)過小型壓路機碾壓后被嵌入到澆注式瀝青混凝土中，嵌入深度約為石料粒徑的2/3。

本文MA澆注式瀝青混凝土所用瀝青膠結(jié)料為殼牌基質(zhì)瀝青與TLA天然湖瀝青的混合物，2種瀝青的試驗結(jié)果分別如表2和表3所示。

表1　MA澆注式瀝青混凝土級配組成

表2　基質(zhì)瀝青檢測結(jié)果

表3　TLA湖瀝青試驗結(jié)果

2　MA澆注式瀝青混凝土高溫性能評價指標

由于MA澆注式瀝青混凝土拌和溫度高、礦粉及瀝青含量高，其強度來源主要取決于瀝青砂膠的性能，因此采用普通瀝青混凝土高溫性能評價方法（車轍試驗）并不能完全真實反映其高溫性能。英國規(guī)范BS5284：1993建議采用硬度值指標來評價MA澆注式瀝青混凝土中瀝青砂膠在恒定溫度下抵抗變形的能力。硬度值試驗采用圓柱體MA澆注式瀝青混凝土試件，其直徑不小于100 mm，高度不小于25 mm，試驗溫度為35℃。硬度值試驗設(shè)備如圖1所示。圖1中圓形接觸桿直徑為6.35 mm，硬度值為在固定重力作用（施加荷載重力為311 N）下圓形接觸桿穩(wěn)壓試件60 s時的位移［7］。結(jié)合國內(nèi)外研究成果，為更加準確、全面地反映MA澆注式瀝青混凝土高溫穩(wěn)定性能，本文擬采用硬度值指標和動穩(wěn)定度指標來評價澆注式瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性能。

圖1　硬度值試驗設(shè)備

3　MA澆注式瀝青混凝土高溫性能影響因素分析

3.1細集料級配影響

英國標準BS1447：1988對MA澆注式瀝青混凝土細集料級配及可溶瀝青含量有明確要求［8］。根據(jù)BS1447：1988要求，本文提出MA澆注式瀝青混凝土3種細集料級配，分別為級配A、級配B、級配C，其級配組成如表4所示，細集料級配篩分通過率如圖2所示。

表4　MA澆注式瀝青混凝土不同細集料級配組成

對拌和好的MA澆注式瀝青混凝土試件進行瀝青砂膠硬度值試驗和車轍試驗，以研究其高溫穩(wěn)定性能，試驗結(jié)果如表5和圖3所示。

由圖3可以看出，采用級配C的MA瀝青砂膠硬度值較小，為3.83 mm，而硬度值越小，表明瀝青砂膠越硬，在相同試驗溫度條件下瀝青砂膠抵抗變形能力就越強；采用級配C時，MA澆注式瀝青混凝土的動穩(wěn)定度值為306次/mm，較級配A和級配B的動穩(wěn)定度大。為了探索MA瀝青砂膠硬度值與MA澆注式瀝青混凝土動穩(wěn)定度之間的關(guān)系，本文對表5中的試驗數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計分析，結(jié)果如圖4所示。從圖4可以看出，MA瀝青砂膠硬度值與MA澆注式瀝青混凝土動穩(wěn)定度之間具有良好的線性相關(guān)性，隨著MA瀝青砂膠硬度值減少，MA澆注式瀝青混凝土的動穩(wěn)定度逐漸提高。

3.2瀝青用量影響

根據(jù)3.1節(jié)分析結(jié)果，確定級配C為最佳級配，并選取4組可溶瀝青含量進行MA澆注式瀝青混凝土高溫穩(wěn)定性能試驗，其級配組成如表6所示。

圖2　MA澆注式瀝青混凝土不同細集料級配篩分曲線

表5　不同級配MA澆注式瀝青混凝土高溫性能試驗結(jié)果

圖3　不同級配下MA澆注式瀝青混凝土硬度值與動穩(wěn)定度

圖4　砂膠硬度值與動穩(wěn)定度關(guān)系

表6　MA澆注式瀝青混凝土級配組成

不同可溶瀝青含量的MA瀝青砂膠硬度值及MA澆注式瀝青混凝土動穩(wěn)定度試驗結(jié)果如表7和圖5所示。

表7　不同可溶瀝青含量的MA澆注式瀝青混凝土高溫性能試驗結(jié)果

圖5　不同可溶瀝青含量下MA澆注式瀝青混凝土硬度值與動穩(wěn)定度

由表7和圖5可以看出，隨著可溶瀝青含量增加，MA瀝青砂膠硬度值逐漸增大，MA澆注式瀝青混凝土動穩(wěn)定度逐漸減少，表明MA澆注式瀝青混凝土抵抗高溫變形能力變?nèi)?，即高溫穩(wěn)定性能較差。因此，可溶瀝青含量對MA澆注式瀝青混凝土高溫穩(wěn)定性能具有較大影響。

3.3礦粉含量影響

MA澆注式瀝青混凝土中的礦粉與瀝青膠結(jié)料和細集料結(jié)合形成瀝青砂膠，而瀝青砂膠對混凝土高溫穩(wěn)定性能有重要影響。為考察礦粉含量對MA澆注式瀝青混凝土高溫性能的影響，分別對不同礦粉含量的MA澆注式瀝青混凝土進行硬度值試驗與車轍試驗，試驗結(jié)果如表8和圖6所示。

表8　不同礦粉含量的MA澆注式瀝青混凝土高溫性能試驗結(jié)果

由表8和圖6可以看出，隨著礦粉含量增加，MA瀝青砂漿硬度值逐漸減小，MA澆注式瀝青混凝土動穩(wěn)定度逐漸增大，表明礦粉含量增加可提高MA澆注式瀝青混凝土高溫穩(wěn)定性能。因此，為增強MA澆注式瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性能，可提高礦粉摻入比例。

圖6　不同礦粉含量下MA澆注式瀝青混凝土硬度值與動穩(wěn)定度

3.4混凝土老化程度影響

為考查MA澆注式瀝青混凝土在不同老化程度下的高溫穩(wěn)定性能，按照JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》試驗方法對MA澆注式瀝青混凝土進行短期老化與長期老化試驗［8］，并對經(jīng)過短期和長期老化后的MA澆注式瀝青混凝土分別進行車轍試驗，試驗結(jié)果如圖7所示。

圖7　不同老化程度對MA澆注式瀝青混凝土動穩(wěn)定度的影響

由圖7可知，短期老化與長期老化均對MA澆注式瀝青混凝土的動穩(wěn)定有影響，短期老化只能小幅度提高MA澆注式瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性能，而長期老化則可使MA澆注式瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性能得到大幅度提高。

4　結(jié)論

1）細集料級配組成對MA澆注式瀝青混凝土高溫穩(wěn)定性能影響較大，當細集料級配組成較細時，混凝土的高溫穩(wěn)定性能較好。

2）MA瀝青砂膠硬度值與MA澆注式瀝青混凝土動穩(wěn)定度之間具有良好的線性相關(guān)性，隨著瀝青砂膠硬度值的減少，MA澆注式瀝青混凝土動穩(wěn)定度逐漸提高。

3）可溶瀝青含量對MA澆注式瀝青混凝土高溫穩(wěn)定性能具有較大影響，隨著可溶瀝青含量增加，瀝青砂膠硬度值減小，MA澆注式瀝青混凝土動穩(wěn)定度增大，其抵抗高溫變形的能力得到增強。

4）礦粉含量對MA澆注式瀝青混凝土高溫穩(wěn)定性能有較大影響。隨著礦粉含量增加，混凝土的高溫穩(wěn)定性能逐漸增強。因此，為提高MA澆注式瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性能，可適當提高礦粉摻入比例。

5）老化可提高MA澆注式瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性能。與短期老化相比，長期老化對于MA澆注式瀝青混凝土高溫穩(wěn)定性能的提高影響更明顯。

［1］李洪濤，黃衛(wèi).澆注式瀝青混凝土在日本橋面鋪裝上的應(yīng)用［J］.華東公路，1999（3）：39-42.

［2］皮育暉，陳仕周.澆注式瀝青混凝土在橋面鋪裝中的應(yīng)用［J］.中外公路，2006，26（1）：155-158.

［3］張順先.江陰長江大橋鋼橋面鋪裝層改性瀝青澆注式砼的組成與性能研究［D］.重慶：重慶交通大學，2009.

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［5］BRITISH STANDARDS INSTITUTION.BS5284：1993，Methods of Sampling and Testing Mastic Asphalt and Pich Mastic UsedinbuiIding［S］.London：BritishStandards Institution，2000.

［5］譚詩亮.瀝青瑪蹄脂混合料高溫性能研究［D］.廣州：華南理工大學，2012.

［6］王琪.TLA改性瀝青的研究和應(yīng)用［J］.石油瀝青，2006，20（5）：7-11.

［7］ BRITISH STANDARDS INSTITUTION.BS1447：1988，Specification for Mastic Asphalt for roads，footways and pavings in building［S］.London：British Standards Institution，1988.

［8］交通運輸部公路科學研究院.JTG E20—2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程［S］.北京：人民交通出版社，2011.

Study on Influence Factors to High Temperature Stability Performance of MA Cast Asphalt Concrete

ZHANG Shunxian

This paper studies high temperature performance stability of MA cast asphalt concrete.Use hardness and dynamic stability of rut as high temperature performance stability evaluation indices，to analyze the high temperature performance stability influencing factors in aspects such as fine aggregate gradation composition design，soluble asphalt quantity，mineral powder content，aging degree，etc.Study results show that the finer fine aggregate gradation composition，the better high temperature performance stability of MA cast asphalt concrete；The more soluble asphalt quantity，the worse high temperature performance stability of MA cast asphalt concrete；the more content of mineral powder，the better high temperature performance stability of MA cast asphalt concrete；ageing may improve the high temperature performance stability of MA cast asphalt concrete，compare with short time aging，long time aging has better effect.

MA cast asphalt concrete；hardness value；high temperature performance stability；fine aggregate gradation；soluble asphalt；mineral powder；aging

1009-6477（2016）04-0010-05

U416.21

A

10.13607/j.cnki.gljt.2016.04.003

國家重大科技支撐計劃項目（2011BAG07B03）

2016-03-18

張順先（1984-），男，黑龍江省訥河市人，博士，工程師。