毛景濱

(黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院，黑龍江 哈爾濱 150080)

抗轍瀝青混合料的集料組成設(shè)計(jì)

毛景濱

(黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院，黑龍江 哈爾濱 150080)

在明確抗轍瀝青混合料級(jí)配特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，以提高瀝青路面抗車轍性能為主，從粗集料級(jí)配、細(xì)集料級(jí)配、填充系數(shù)三方面分析了瀝青混合料集料組成對(duì)抗車轍性能的影響。在總結(jié)抗車轍性能良好混合料對(duì)應(yīng)級(jí)配的基礎(chǔ)上，提出了抗轍瀝青混合料的建議集料級(jí)配。

瀝青混合料；抗車轍；集料；級(jí)配

1 前 言

路面瀝青混合料的抗車轍能力主要來源于集料骨架的嵌擠效果和瀝青膠結(jié)料的粘結(jié)力，因此，有必要進(jìn)一步研究瀝青混合料的骨架結(jié)構(gòu)和瀝青膠漿結(jié)構(gòu)。路面瀝青混合料的集料構(gòu)成可分為三大部分：粗集料、細(xì)集料、粗細(xì)集料的比例。由此而言，抗轍路面瀝青混合料的集料組成設(shè)計(jì)應(yīng)在控制關(guān)鍵粒徑通過率的基礎(chǔ)上，從粗集料、細(xì)集料的分布，以及粗細(xì)集料比例(即填充系數(shù))角度深入研究。

2 試驗(yàn)原材料

試驗(yàn)集料為地產(chǎn)石灰?guī)r，結(jié)合料為盤錦AH-90瀝青。

采用的原材料均符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)的要求。石灰?guī)r集料的表觀密度見表1，AH-90瀝青瀝青的參數(shù)指標(biāo)詳見表2。

表1 石灰?guī)r集料的表觀密度

表2 盤錦AH-90瀝青的主要技術(shù)指標(biāo)

3 粗集料的級(jí)配

3.1 粗集料最大粒徑的選擇

考慮到集料的最大粒徑關(guān)系到瀝青混合料的離析程度，為避免離析的影響，將粗集料的最大粒徑控制在19 mm。

3.2 集料級(jí)配的確定

集料粒徑的劃分一般以4.75 mm為分界點(diǎn)。本次試驗(yàn)選取5種典型級(jí)配，其中3種為嵌擠型級(jí)配，另外2種為按一定泰波指數(shù)n構(gòu)成的連續(xù)級(jí)配，詳見表3。

表3 粗集料試驗(yàn)級(jí)配

3.3 粗集料典型級(jí)配試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)各典型級(jí)配粗集料測(cè)試密度、CBR值、動(dòng)載壓入累積永久變形和回彈模量，試驗(yàn)結(jié)果列入表4。

表4 粗集料骨架試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表4中的試驗(yàn)結(jié)果可知，泰波指數(shù)n=0.45和n=0.55的連續(xù)級(jí)配粗集料，其集料密度及CBR值低于嵌擠型級(jí)配粗集料，而嵌擠級(jí)配中力學(xué)性能最好的為級(jí)配Ⅱ，級(jí)配Ⅱ的密度雖然稍小，但CBR值較高(對(duì)應(yīng)最大密度的CBR值相差28.1%)。說明混合料的骨架強(qiáng)度不僅與密度有關(guān)，也與粒徑級(jí)配組成有關(guān)，尤其是粗集料的級(jí)配組成。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的嵌擠型骨架能夠有效提升抵抗永久變形的能力，并擁有較高的強(qiáng)度。從回彈模量試驗(yàn)結(jié)果可知，由于級(jí)配Ⅱ具有穩(wěn)定的嵌擠結(jié)構(gòu)，其回彈模量達(dá)到了676.74 MPa，同時(shí)各側(cè)限應(yīng)力下的累積永久變形最小，故選擇粗集料的最佳級(jí)配組成為級(jí)配Ⅱ。

3.4 粗集料主骨架空隙率

試驗(yàn)成型一般有松裝、振動(dòng)臺(tái)、上置振動(dòng)壓實(shí)等不同方法。本次試驗(yàn)對(duì)級(jí)配Ⅱ進(jìn)行了對(duì)應(yīng)的空隙率測(cè)定(詳見表5)，試驗(yàn)結(jié)果表明松裝成型的空隙率較大(為42.4%)，上置振動(dòng)成型空隙率較小(為31.1%)。以不同骨架空隙率分別進(jìn)行混合料體積法設(shè)計(jì)，結(jié)果顯示以粗集料松裝密度設(shè)計(jì)較佳，確定采用松裝空隙率(42.4%)。

表5 粗集料主骨架空隙率

4 細(xì)集料的試驗(yàn)級(jí)配

以泰波指數(shù)n=0.65、0.50、0.35設(shè)計(jì)細(xì)集料級(jí)配，另以經(jīng)驗(yàn)擬訂級(jí)配N。4種細(xì)集料級(jí)配見表6，對(duì)應(yīng)的級(jí)配曲線如圖1。

表6 細(xì)集料級(jí)配表

圖1 細(xì)集料級(jí)配曲線

對(duì)應(yīng)級(jí)配要素：粗集料、細(xì)集料、填充系數(shù)，分別保持粗集料、填充系數(shù)兩個(gè)要素不變，分析細(xì)集料變化對(duì)混合料高溫性能及回彈模量的影響(見表7、表8)。

表7 細(xì)集料變化后的混合料配合比

表8 混合料級(jí)配匯總表

對(duì)不同細(xì)集料級(jí)配瀝青混合料進(jìn)行動(dòng)力壓入試驗(yàn)，測(cè)試回彈模量和累積永久變形，評(píng)估瀝青混合料的抗車轍性能和承載能力。試驗(yàn)結(jié)果見表9。

由表9可知，保持粗集料、填充系數(shù)不變，如細(xì)集料偏細(xì)，則各應(yīng)力下的瀝青混合料回彈模量均有所增大，而累積永久變形的改變規(guī)律各不相同。

相對(duì)而言，細(xì)集料要素為N的瀝青混合料綜合性能較好，但空隙率偏小，不符合規(guī)范對(duì)路面瀝青混合料空隙率的要求，因此，選擇n=0.35的細(xì)集料級(jí)配。

表9 對(duì)應(yīng)不同級(jí)配要素的瀝青混合料試驗(yàn)結(jié)果

5 填充系數(shù)

對(duì)應(yīng)級(jí)配要素：粗集料、細(xì)集料、填充系數(shù)，分別保持粗集料、細(xì)集料兩個(gè)要素不變，分析填充系數(shù)對(duì)瀝青混合料高溫性能及回彈模量的影響(見表10)。不同填充系數(shù)對(duì)應(yīng)的級(jí)配見表11。

表10 填充系數(shù)變化后的混合料配合比

表11 混合料級(jí)配匯總表

對(duì)不同填充系數(shù)的瀝青混合料進(jìn)行了動(dòng)力壓入試驗(yàn)，以回彈模量和永久變形值對(duì)瀝青混合料的承載能力和抗車轍性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，試驗(yàn)結(jié)果見表12。

表12 對(duì)應(yīng)不同級(jí)配要素的瀝青混合料試驗(yàn)結(jié)果

級(jí)配要素細(xì)集料n油石比/%體積法空隙率/%回彈模量/MPa永久變形值/mm2.55MPa5.09MPa10.19MPa15.28MPa5.09MPa10.19MPa15.28MPaⅡ,0.350.73.87.12513904840.975.100.84.25.33054385020.953.880.94.54.23054385400.601.701.15.23.53514685401.412.45

由試驗(yàn)結(jié)果可知(表12)，保持粗集料、細(xì)集料要素不變，若填充系數(shù)增大，則各應(yīng)力下的瀝青混合料回彈模量也逐漸增大，而累積永久變形的變化規(guī)律各不相同。

綜合分析，在粗集料、細(xì)集料、填充系數(shù)三個(gè)要素中，粗集料級(jí)配對(duì)瀝青混合料抗車轍性能的影響最大，其次為填充系數(shù)，之后為細(xì)集料級(jí)配。

細(xì)集料要素為N或0.35的級(jí)配適用于粗集料Ⅱ、填充系數(shù)為0.9的骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)。可以通過偏細(xì)級(jí)配的細(xì)集料提高比表面積，發(fā)揮瀝青膜對(duì)粘結(jié)力的貢獻(xiàn)，有助于提高瀝青混合料的抗車轍性能。

6 建議級(jí)配范圍

綜合以上分析，基于提高抗車轍性能，建議的瀝青混合料性能指標(biāo)包括體積空隙率、10.19 MPa應(yīng)力下的回彈模量、永久變形值、4.75 mm粒徑通過率(見表13)。推薦的瀝青混合料集料級(jí)配要素為粗集料級(jí)配Ⅱ、細(xì)集料n=0.35、填充系數(shù)0.9，對(duì)應(yīng)級(jí)配見表14。

表13 密實(shí)混合料的指標(biāo)值

表14 車轍性能良好瀝青混合料對(duì)應(yīng)的級(jí)配

7 結(jié) 論

集料的骨架構(gòu)造直接影響瀝青混合料承受車輪荷載及抵抗永久變形的能力，因此瀝青混合料的組成設(shè)計(jì)有必要強(qiáng)化骨架嵌擠效果，并研究改進(jìn)壓實(shí)工藝，使瀝青混合料具有穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)。以上研究結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)，基于粗集料級(jí)配、細(xì)集料級(jí)配、填充系數(shù)三個(gè)級(jí)配要素，分析了瀝青混合料集料組成對(duì)車轍性能的影響。在總結(jié)車轍性能良好的瀝青混合料對(duì)應(yīng)級(jí)配的基礎(chǔ)上，提出了抗轍瀝青混合料的集料建議級(jí)配，對(duì)改善瀝青混合料路面的抗車轍性能具有良好的效果。

[1] 解曉光，馬松林. 壓實(shí)工藝對(duì)瀝青混合料力學(xué)性能的影響[J].東北公路，2001，24(2):29-31.

[2] 李長(zhǎng)清.多孔隙水泥穩(wěn)定碎石排水基層性能分析[J].低溫建筑技術(shù)，2009，(8).

[3] 朱光耀，高偉，等.高等級(jí)公路瀝青混凝土面層合理級(jí)配室內(nèi)試驗(yàn)分析[J].黑龍江交通科技，1994，(2).

A dissertation on aggregate gradation design for anti-rut asphalt mixtures

MAO Jing-bin

(Heilongjiang Highway Survey and Design Institute,Harbin,Heilongjiang 150080,China)

Upon knowledge on key characters of anti-rut asphalt mixture gradation, this article focused on the enhancement of anti-rut performance for asphalt pavement. The implications between asphalt aggregate composition and anti-rut performance are analyzed from coarse aggregate gradation, fine aggregate gradation and fill factor. Recommendations for anti-rut asphalt mixture gradation are presented based on outstanding examples.

asphalt mixture;anti-rut;aggregate;gradation

2016-08-30

毛景濱(1963-)，男，高級(jí)工程師，從事公路工程勘察設(shè)計(jì)工作。

U416.217

C

1008-3383(2017)03-0023-03