張堆學

（蘭州建投房地產(chǎn)開發(fā)有限公司，甘肅 蘭州 730000）

基于瀝青混合料級配設計的方法探討

張堆學

（蘭州建投房地產(chǎn)開發(fā)有限公司，甘肅 蘭州 730000）

鑒于SMA瀝青混合料的路用性能研究還不夠深入、不系統(tǒng)的缺點，采用馬歇爾和車轍試驗相結(jié)合的方法，結(jié)合某地區(qū)的實際情況，選取SMA瀝青混合料進行試驗，分析了影響其高溫穩(wěn)定性能的關鍵因素，并對影響SMA瀝青混合料高溫抗車轍性能的因素進行了探討，旨在探討各種影響因素更為合理的取值范圍，以進一步改善間斷級配瀝青混合料高溫穩(wěn)定性能。得出SMA級配瀝青混合料的瀝青用量與其體積指標、流值、馬歇爾穩(wěn)定的關系特征,使瀝青混合料具有更好的高溫性能。

瀝青混合料；級配設計；合成表觀密度；骨架間隙率

0　引　言

瀝青混合料最佳瀝青用量的方法主要有馬歇爾試驗法、SHRP的性能設計法等。馬歇爾試驗法是由上世紀40年代在美國工程兵團供職的密西西比州道路局的馬歇爾工程師提出的一種評價瀝青混合料穩(wěn)定性的試驗方法，該方法至今仍在世界上很多國家應用，只是根據(jù)交通快速發(fā)展的要求并不斷修訂。雖然馬歇爾試驗在世界上許多國家被廣泛的采用，但也具有一定的局限性。有學者用瀝青混合料重復荷載三軸試驗、三軸蠕變試驗及單軸無側(cè)限蠕變試驗和馬歇爾試驗比較了各種瀝青混合料的力學性質(zhì)，但鑒于其操作方法簡單，至今仍被很多國家采用。SHRP的瀝青混和料評價方法不如歐洲的先進，但對SHRP瀝青結(jié)合料研究成為熱點，但是，就目前的SMA設計方法，普遍的仍然是以馬歇爾試驗設計為主。SUPERPAVE中的旋轉(zhuǎn)式搓揉壓實機((SGC)的設計方法還并未流行[1,2]。針對目前我國對于傳統(tǒng)密級配瀝青混合料路用性能的研究已比較成熟，對于SMA瀝青混合料的路用性能研究還不夠深入、不系統(tǒng)的缺點，本文采用馬歇爾和車轍試驗相結(jié)合的方法，對影響SMA瀝青混合料高溫抗車轍性能的因素進行了研究，旨在探討各種影響因素更為合理的取值范圍，進而改善間斷級配瀝青混合料高溫穩(wěn)定性能。

1　混合料對材料的要求

1.1粗集料

從SMA的形成機理可知，SMA之所以有較好的穩(wěn)定性，是基于含量甚多的粗集料的嵌擠作用，集料之間嵌擠作用的好壞在很大程度上取決于集料的顆粒形狀和棱角性，集料的石質(zhì)和堅韌性[3]。因此，用于SMA的粗集料必須滿足抗滑表層混合料的技術要求，同時，SMA的粗骨料的抗壓碎值要高，粗集料必須使用堅韌的，有棱角的優(yōu)質(zhì)材料，必須嚴格限制集料的扁平顆粒含量；本文研究的礦粉，集料各項性能指標及試驗結(jié)果分別見表1、表2。

表1　石料的物理參數(shù)

表2　粗集料視密度

1.2細集料

SMA中細集料比例不超過10%，然而細集料對SMA的性能影響比較大。SMA的細集料宜采用機制砂。由于機制砂是采用堅硬巖石反復破碎制成，因此其具有良好的棱角性及嵌擠性能，能提高混合料的高溫穩(wěn)定性。雖然天然砂有較好的耐久性，但與瀝青的粘附性往往較差，而且砂的顆粒基本上是球形顆粒，所以對高溫抗車轍能力極為不利[4]。

2　SMA瀝青混合料配合比設計

馬歇爾試驗是將瀝青混合料制成直徑為101.6mm×63.5mm的圓柱形試件，在高溫下（60℃）采用規(guī)定的馬歇爾穩(wěn)定度試驗儀，測定在規(guī)定的加載速率條件下破壞前所能承受的最大荷載即馬歇爾穩(wěn)定度和對應的變形，即流值。SMA瀝青混合料有較高的密實度，易形成骨架密實結(jié)構(gòu)，其高溫抗車轍性能明顯高于傳統(tǒng)密級配類型瀝青混合料。

2.1確定礦料級配

為了便于分析級配組成對SMA瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的影響，依據(jù)規(guī)定，結(jié)合蘭州地區(qū)的實際情況，并參考《瀝青混合料設計與施工》中礦料配合比設計的要求[5]，選擇了三種不同的礦料級配。其中5～10mm和10～20mm兩種粗集料作為骨架配合而成,礦物粉用量為10%左石,粗集料(4.75m以上)用量為75%,其中10～20mm料5～10mm料大體各占一半,在40%左右。石屑和砂的用量總和為15%左右。級配曲線見圖1。

圖1　SMA瀝青混合料礦料級配設計曲線

2.2確定設計級配

以已確定出的初試瀝青用量為依據(jù)，每組級配制作4個馬歇爾試件，測定并計算三種級配馬歇爾試件的體積指標，其結(jié)果見表3。

表3　SMA瀝青混合料的體積指標

由表3計算結(jié)果可知：三種級配中僅有第二組級配的VCAmix滿足小于VCADRC。因此可知，所選的三種級配中，第二組級配為最優(yōu)級配，應選其為設計級配，但為了對比分析瀝青混合料的級配對其高溫抗車轍性能的影響將三種級配均進行的試驗。

3　試驗結(jié)果及分析

選初試瀝青用量（5.7%）為依據(jù)，以0.3%為間隔每種級配分別選取四種瀝青用量。級配1選取：5.4%、5.7%、6.0%、6.3%四種瀝青用量；級配2選?。?.4%、5.7%、6.0%、6.3%四種瀝青用量；級配3選?。?.2%、5.5%、5.8%、6.1%四種瀝青用量。不同的瀝青用量分別制作4個馬歇爾試件，室溫下冷卻12h后，用網(wǎng)籃法測定其在空氣中質(zhì)量、水中質(zhì)量及表干質(zhì)量，將測完質(zhì)量的馬歇爾試件在室溫條件下風干3d，再將其置于60℃的恒溫水浴槽中持續(xù)加熱30min后，測定其流值和馬歇爾穩(wěn)定度。三種間斷密級配瀝青混合料馬歇爾試件的體積指標、流值、馬歇爾穩(wěn)定度與其混合料中瀝青用量的關系分別見圖2～圖4。

4　結(jié)　論

（1）對于不同級配瀝青混合料，隨混合料中瀝青含量的增加，其毛體積相對密度均呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，瀝青混合料的礦料間隙率隨著混合料中瀝青用量的增加呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，主要因為在瀝青用量增至最佳瀝青用量的過程中，隨其混合料中瀝青用量的增加，骨料間產(chǎn)生相對滑移，小顆粒和瀝青填充于大顆粒間的空隙中，直接導致礦料間的間隙不斷減小，但隨后隨著混合料中瀝青用量的增加，進而增大了集料間的空隙。

（2）隨著混合料中瀝青用量的增加，其流值呈現(xiàn)不斷增大趨勢。主要因為，當瀝青混合料中的瀝青用量超過其最佳用量后，混合料中富余的瀝青不但起不到粘結(jié)骨料的作用，反而充當骨料間的潤滑劑，加速了礦料顆粒間的滑移，瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度隨著瀝青用量的增加呈先增大后減小趨勢；混合料的密度則隨著抗車轍劑摻量的增加而減小，呈現(xiàn)出下降趨勢；空隙率、礦料間隙率、瀝青飽和度則隨著混合料中抗車轍劑摻量的增加而增大。

圖2　級配1瀝青混合料與瀝青用量間的關系

圖3　級配2瀝青混合料與瀝青用量的關系

圖4　級配3瀝青混合料與瀝青用量的關系

[1]JTJE20-2011,公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程[S].

[2]沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能研究[M].北京:人民交通出版社,2010.

[3]張爭奇,邊秀奇,杜群樂,等．瀝青混合料壓實特性影響因素研究[J].武漢理工大學學報,2012,34(6):36-41.

[4]JTJE20-2005,公路工程集料試驗規(guī)程[S].

[5]沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能研究[M].北京:人民交通出版社,2001.

U414

A

1009-7716（2016）11-0029-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.11.008

2016-05-09

張堆學（1975-），男，甘肅蘭州人，高級工程師，從事建設工程項目管理工作。