馮永平， 張洪剛， 黃 慧， 岳愛軍

(1.廣西壯族自治區(qū)沿海公路管理局， 廣西 欽州 535000；2.廣西交通科學(xué)研究院 廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點(diǎn)實驗室， 廣西 南寧 530007；3.廣西公路技工學(xué)校， 廣西 南寧 530023)

濕熱地區(qū)AC-13型瀝青混合料抗車轍性能試驗研究

馮永平1， 張洪剛2， 黃 慧3， 岳愛軍2

(1.廣西壯族自治區(qū)沿海公路管理局， 廣西 欽州 535000；2.廣西交通科學(xué)研究院 廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點(diǎn)實驗室， 廣西 南寧 530007；3.廣西公路技工學(xué)校， 廣西 南寧 530023)

結(jié)合南方濕熱地區(qū)普通公路瀝青路面抗車轍技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性需求，基于普通公路瀝青路面常用原材料，研究了3組不同級配類型的瀝青混合料的車轍試驗、浸水漢堡車轍試驗及影響因素，試驗結(jié)果表明：本文優(yōu)化設(shè)計的粗型級配普通瀝青混合料車轍試驗結(jié)果大于1 500次/mm，橡膠瀝青混合料車轍試驗結(jié)果達(dá)到5 463次/mm；浸水漢堡車轍試驗與標(biāo)準(zhǔn)車轍試驗結(jié)果具有一致性，適用于濕熱地區(qū)評價瀝青混合料的抗車轍性能；實際工程中采用粗型級配施工時，應(yīng)采用高溫及時碾壓和鋼輪+膠輪組合的壓實工藝?？蔀槟戏綕駸岬貐^(qū)瀝青路面抗車轍技術(shù)研究、工程應(yīng)用提供技術(shù)參考。

濕熱環(huán)境； 普通瀝青； 橡膠瀝青； 級配組成； 抗車轍； 浸水漢堡車轍； 壓實

目前，車轍病害仍是南方濕熱地區(qū)瀝青路面最主要的早期病害類型，瀝青混合料抗車轍問題仍然未得到解決。國內(nèi)外已有研究與工程應(yīng)用中，采取了多種技術(shù)措施提高瀝青混合料的抗高溫性能，其中采用改性瀝青是一項行之有效的技術(shù)措施，但采用改性瀝青會增加工程成本，在普通公路中受建設(shè)資金限制影響，瀝青路面仍以普通瀝青為主。在廣西，夏季高溫突出且持續(xù)時間長、降水多對瀝青混合料抗車轍性能要求較高，隨著普通公路重載交通壓力的逐年增加，普通公路瀝青路面抗車轍問題越來越突出，普通公路對瀝青路面重交通下抗車轍技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性需求更大。因此研究普通公路瀝青路面抗車轍技術(shù)對保障路網(wǎng)運(yùn)輸順暢，延長路面使用壽命，減少普通公路瀝青路面建養(yǎng)、維修資金壓力具有重要意義。

因此，本文以普通公路常用石灰?guī)r、普通瀝青、橡膠瀝青為原材，研究了不同級配組成的瀝青混合料車轍試驗、浸水漢堡車轍試驗，分析了影響瀝青混合料抗車轍性能的主要因素，并提出了相對應(yīng)的工程施工技術(shù)建議。

1 原材料試驗

本文試驗廣西地區(qū)普通公路常用地方石材，集料采用石灰?guī)r，填料采用礦粉，瀝青采用70#-A級道路石油瀝青、橡膠瀝青。瀝青及石灰?guī)r集料的原材料檢測指標(biāo)如表1、表2、表3所示。

表1 70#-A級道路石油瀝青檢測指標(biāo)類別25℃針入度/(01mm)軟化點(diǎn)/℃15℃延度/cm老化試驗質(zhì)量變化/%殘留針入度比/%殘留延度/cm測試值6948>100-0461264技術(shù)要求60～80≥46≥100≤±08≥61≥6

表2 橡膠瀝青檢測指標(biāo)類別180℃旋轉(zhuǎn)粘度/(Pa·s)25℃針入度/(01mm)軟化點(diǎn)/℃25℃彈性恢復(fù)/%5℃延度/cm測試值30366908290技術(shù)要求15～5030～60>65>75>5

表3 普通公路常用石灰?guī)r常規(guī)試驗指標(biāo)結(jié)果集料規(guī)格/mm表觀相對密度吸水率針片狀含量/%壓碎值/%粘附性/級10～1527730461372145～102758045———0～52755————

2 級配組成設(shè)計

根據(jù)廣西地區(qū)瀝青路面級配設(shè)計研究成果與工程應(yīng)用經(jīng)驗，為保證瀝青路面表面層的抗高溫變形性能、抗滑性能等要求，以形成骨架嵌擠且密實的混合料結(jié)構(gòu)為設(shè)計理念。以骨架密實型級配為目標(biāo)，本文選擇粗型密級配類型作為研究對象，級配組成中控制了9.5、4.75、2.36、0.075 mm等關(guān)鍵篩孔通過率，本文設(shè)計形成的2組AC — 13類粗型密級配曲線介于規(guī)范中值與規(guī)范范圍下限之間，且級配②更接近級配范圍下限，礦料組成中的粗集料比級配①更多。同時根據(jù)橡膠瀝青技術(shù)特點(diǎn)，設(shè)計了一組橡膠瀝青混合料級配作為對比。本文試驗研究設(shè)計的3組不同的級配組成如表4所示。

表4 試驗研究所用級配組成設(shè)計結(jié)果篩孔/mmAC—13/%RAC—13/%級配①級配②規(guī)范范圍規(guī)范中值級配③規(guī)范范圍規(guī)范中值16 100 100 100100100 100100 132952915 90～1009590590～100959575266068～8576565050～706047543035038～685331020～382923632025024～503721015～2821511823718515～3826513512～24180617013010～28191058～1813031311007～20135805～1495015103855～1510653～1170007563534～86452～745

3 車轍試驗研究

根據(jù)馬歇爾試驗方法確定了3組不同級配類型瀝青混合料的最佳油石比，按照最佳油石比分別制備車轍試件并進(jìn)行60 ℃車轍試驗，結(jié)果見表5。

表5 AC-13型瀝青混合料的車轍試驗結(jié)果混合料類型最佳油石比/%試件編號變形量/mm45min60minDS/(次·mm-1)試驗值平均值SCv/%AC—13級配①(普通瀝青)47130173291230223139345202133762405121812168141065AC—13級配②(普通瀝青)471369441041535238154195165733488384617631652114169RAC—13級配③(橡膠瀝青)57116491740690721383151248763174818854605546312581230(≥1000，≥2800)(≤20) 注：括號內(nèi)值為相關(guān)技術(shù)要求。其中≥2800為改性瀝青混合料車轍試驗指標(biāo)要求。

由表5可知：

1) 在3組瀝青混合料類型中，采用橡膠瀝青的RAC — 13型混合料抗車轍性能最佳，車轍試驗結(jié)果達(dá)到5 463次/mm，說明橡膠瀝青較普通瀝青抗車轍性能得到大幅度提升。一是由于通過膠粉對基質(zhì)瀝青的改性，改善了瀝青的溫度敏感性，高粘度橡膠瀝青提高了混合料的抗變形能力；二是橡膠瀝青混合料采用類似間斷級配形成了良好的骨架嵌擠結(jié)構(gòu)，同時較高油石比形成了高粘度橡膠瀝青膠漿，填充于混合料骨架結(jié)構(gòu)之間，形成了穩(wěn)定的骨架密實結(jié)構(gòu)，從而使得橡膠瀝青混合料具有優(yōu)良的抗車轍性能。

2) 設(shè)計的2組粗型密級配普通瀝青混合料的車轍試驗結(jié)果良好，AC — 13級配①和級配②的車轍試驗結(jié)果均能達(dá)到1 500次/mm以上，超過規(guī)范中對普通瀝青混合料的車轍試驗指標(biāo)要求。

3) 雖然級配②采用了更粗的級配類型，具有更多的粗集料形成骨架以提供混合料所需的抗力，但級配②車轍試驗結(jié)果略差于級配①的車轍試驗結(jié)果。分析認(rèn)為，這與兩種級配的室內(nèi)成型壓實質(zhì)量即試件的壓實度和殘余空隙率密切相關(guān)，級配①和級配②都屬于粗型級配，但級配①形成的混合料結(jié)構(gòu)更密實，混合料在荷載作用下更趨于穩(wěn)定，則表現(xiàn)為級配①的車轍試驗結(jié)果大于級配②的。

不同級配組成的車轍試件的密度如表6所示。

表6 車轍試件實測壓實度和殘余空隙率試樣車轍試件毛體積相對密度瀝青混合料最大理論相對密度壓實度/%殘余空隙率/%AC—13級配①2471256696337AC—13級配②2422256694456RAC—13級配③2411253395248

由表6可知：

1) 在室內(nèi)碾壓成型條件下，AC — 13級配①(偏細(xì))的試件壓實度最好，級配②(偏粗)的壓實度較差，這與級配②較粗需要的壓實功有關(guān)。

2) 級配粗細(xì)與碾壓條件相關(guān)性大，因在室內(nèi)時采用的輪碾機(jī)僅為鋼輪反復(fù)碾壓成型車轍試件，故偏粗型級配②車轍試件的空隙率偏大。

根據(jù)廣西已有工程經(jīng)驗，在實際工程中多采用接近級配②的瀝青混合料級配，施工中采用“鋼輪+膠輪”的碾壓組合，同時按照“及時、緊跟、高溫、連續(xù)、慢壓”的原則進(jìn)行碾壓，接近級配②的混合料也能獲得良好的施工性能和施工質(zhì)量。另外與高速公路常用耐磨耐壓碎的玄武巖或輝綠巖等集料不同，普通公路多采用石灰?guī)r，為減少鋼輪反復(fù)碾壓對石灰?guī)r的磨損和壓碎影響，增加膠輪碾壓既能保證壓實質(zhì)量又能避免石灰?guī)r集料磨損、壓碎等問題。因此要保證偏粗型級配具有良好的壓實質(zhì)量需要高溫壓實和采用膠輪揉搓壓實。

對3組類型的瀝青混合料車轍試件進(jìn)行了剖面，觀測混合料級配的斷面組成和集料分布狀態(tài)，如圖1、圖2可看出，3組類型的瀝青混合料均形成了良好的骨架、嵌擠、緊密接觸的結(jié)構(gòu)特征，粗細(xì)集料顆粒分布均勻，未出現(xiàn)明顯的懸浮狀態(tài)；但3種級配混合料的密實性有差別，AC — 13級配①和RAC — 13級配③的密實性良好，未見明顯的空洞；級配②的試件在上表面1 cm范圍內(nèi)存在較多的連通空隙，但試件內(nèi)部(1 cm以下)密實性良好，這與室內(nèi)壓實工藝條件相關(guān)。

級配① 級配②

圖2 RAC — 13型橡膠瀝青混合料車轍試件剖面圖(級配③)

4 浸水漢堡車轍試驗研究

漢堡車轍試驗可用于重載交通路面瀝青混合料抗車轍性能評價，采用漢堡車轍專用線性揉搓壓實機(jī)將試件壓實到7%±1%的空隙率，漢堡車轍試件實測空隙率結(jié)果如表7所示。

表7 漢堡車轍試件實測空隙率級配類型試件編號吸水率/%毛體積相對密度漢堡車轍試件空隙率/%AC—13級配①103242256203243352AC—13級配②105240165204240862RAC—13級配③105235271206235072

為更好地模擬濕熱地區(qū)環(huán)境，本次試驗采用50 ℃水浴4～5 h?？紤]到我國瀝青路面養(yǎng)護(hù)規(guī)范中要求當(dāng)路面車轍深度≥15mm需要進(jìn)行維修，因此采用產(chǎn)生15 mm的車轍變形時鋼輪往返運(yùn)動次數(shù)和蠕變斜率作為浸水漢堡車轍試驗評價指標(biāo)。蠕變斜率是指試件受到初始碾壓或處于穩(wěn)定碾壓狀態(tài)時的變形曲線在線性區(qū)間內(nèi)變形斜率的倒數(shù)，是由每產(chǎn)生1 mm車轍經(jīng)過的碾壓次數(shù)反映的，該指標(biāo)與我國瀝青路面技術(shù)規(guī)范中的動穩(wěn)定度(DS)表征意義相同。浸水漢堡車轍試驗結(jié)果見表8。

表8 50℃浸水漢堡車轍試驗結(jié)果對比級配類型15mm時碾壓次數(shù)/次蠕變斜率(動穩(wěn)定度)/(次·mm-1)AC—13級配①4500350AC—13級配②4000320RAC—13級配③145001100

由表8試驗結(jié)果可知： ①達(dá)到相同車轍深度15 mm時，2組普通瀝青混合料的浸水漢堡車轍試驗指標(biāo)相當(dāng)，而橡膠瀝青混合料的碾壓次數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通瀝青混合料，橡膠瀝青混合料浸水車轍動穩(wěn)定度是另外2組普通瀝青混合料浸水車轍動穩(wěn)定度的3倍，說明在浸水狀態(tài)下(濕熱條件)橡膠瀝青混合料抗車轍性能明顯優(yōu)于普通瀝青混合料的抗車轍性能。 ②由浸水漢堡車轍試驗的蠕變斜率(動穩(wěn)定度)結(jié)果可知，殘余空隙率5%～7%的車轍試件經(jīng)過4～5 h的50 ℃泡水基本處于飽水狀態(tài)，并在此狀態(tài)下進(jìn)行50 ℃浸水車轍試驗，與標(biāo)準(zhǔn)車轍試驗(干燥狀態(tài)下)相比，瀝青混合料的蠕變斜率(動穩(wěn)定度)結(jié)果大幅衰減，說明高溫濕熱作用對瀝青混合料的破壞力更大，這與我國南方濕熱地區(qū)瀝青路面即使采用了改性瀝青和骨架密實型級配等技術(shù)措施，瀝青路面車轍病害仍然突出的重要原因之一。 ③浸水漢堡車轍試驗指標(biāo)15 mm時碾壓次數(shù)和蠕變斜率與本文表5中標(biāo)準(zhǔn)車轍試驗結(jié)果反映出的3組類型瀝青混合料的抗車轍能力差異性一致。說明采用浸水漢堡車轍試驗評價瀝青混合料的抗車轍性能是合理的，尤其是在南方濕熱地區(qū)高溫與降水同時發(fā)生，瀝青路面長期處于高溫+水環(huán)境下，采用浸水漢堡車轍試驗更能反映南方濕熱環(huán)境下的瀝青混合料抗車轍性能及其性能衰變規(guī)律，然而，目前我國尚未提出浸水漢堡車轍試驗評價指標(biāo)，值得進(jìn)一步研究。

5 結(jié)論與建議

本文結(jié)合普通公路瀝青路面抗車轍技術(shù)、經(jīng)濟(jì)需求，基于普通公路瀝青路面常用原材，研究了3組不同類型瀝青混合料的抗車轍試驗，結(jié)論與建議如下：

1) 本文設(shè)計的粗型級配瀝青混合料具有良好的抗車轍性能，普通瀝青混合料60 ℃車轍試驗結(jié)果大于1 500次/mm，橡膠瀝青混合料60 ℃車轍試驗指標(biāo)達(dá)到5 463次/mm。

2) 本文試驗表明，空隙率是影響瀝青混合料抗車轍性能的重要因素。在室內(nèi)成型條件下，級配越粗越難壓實，相同材料下，瀝青混合料抗車轍性能隨空隙率增大而降低。結(jié)合已有工程經(jīng)驗，當(dāng)采用粗型級配時，應(yīng)采用高溫及時壓實和采用膠輪揉搓壓實工藝，以保證粗型級配瀝青混合料的壓實質(zhì)量。

3) 浸水漢堡車轍試驗與標(biāo)準(zhǔn)車轍試驗反映出的3組不同類型瀝青混合料抗車轍性能差異一致，南方濕熱環(huán)境下采用浸水漢堡車轍試驗評價瀝青混合料的抗車轍性能是合理可行的，但浸水漢堡車轍試驗評價標(biāo)準(zhǔn)有待進(jìn)一步研究。

4) 無論是標(biāo)準(zhǔn)車轍試驗，還是浸水漢堡車轍試驗，橡膠瀝青混合料的試驗結(jié)果均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通瀝青混合料的試驗結(jié)果，因此在建設(shè)成本和資金投入壓力允許下，濕熱地區(qū)重載交通下普通公路應(yīng)采用橡膠瀝青或其他改性瀝青以提高瀝青路面的抗車轍性能。

[1] 鄭傳峰，馬新.車轍動穩(wěn)定度適用范圍及糾偏方法試驗研究[J].公路工程，2009(4).

[2] 黃開宇，吳超凡，等.抗車轍骨架密實性瀝青混合料配合比設(shè)計方法研究[J].公路工程，2010(1).

[3] 孟書濤，黃曉明，范要武，等.瀝青混合料動穩(wěn)定度試驗的分析[J].公路交通科技，2005(11).

[4] 孟巖，李艷春，張艷敏.級配組成對瀝青混合料高溫穩(wěn)定性能的影響分析[J].公路交通科技，2005(10).

[5] 黃啟舒，許志鴻，韓振中.基于抗車轍性能的多碎石瀝青混凝土骨架狀態(tài)分析[J].公路工程，2008(3).

1008-844X(2016)04-0010-04

U 414

A