王文利,張 涵

(1.黑龍江省公路科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150080;2.中交第二航務(wù)局有限公司第五工程分公司,湖北 武漢 430000)

1 彩色瀝青膠結(jié)料的要求

彩色瀝青膠結(jié)料的選取也應(yīng)依據(jù)工程地處的區(qū)域特征，結(jié)合前面的研究成果，采用我省的彩色瀝青膠結(jié)料的具體要求按表1實(shí)行，此項(xiàng)要求滿(mǎn)足且優(yōu)于《彩色瀝青混凝土》GB/T 32984-2016中的規(guī)定，適合我省高緯度、嚴(yán)寒地區(qū)使用。

2 混合料級(jí)配的選擇

2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

根據(jù)國(guó)家交通部頒布的最新瀝青路面相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范：《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》JTG F40-2004、《彩色瀝青混凝土》GB/T32984-2016及《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》JTG E20-2011進(jìn)行本工程瀝青混合料組成設(shè)計(jì)。

2.2 級(jí)配曲線(xiàn)設(shè)計(jì)原則

(1)以黑龍江省調(diào)整型AC-16級(jí)配范圍為基礎(chǔ)，滿(mǎn)足我國(guó)現(xiàn)行AC-16型的級(jí)配范圍；

(2)考慮美國(guó)Superpave的范圍及限制區(qū)；

(3)滿(mǎn)足符合依托工程設(shè)計(jì)級(jí)配范圍；

(4)滿(mǎn)足馬歇爾試驗(yàn)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的要求；

(5)施工控制的波動(dòng)性；

(6)彩色瀝青路面外觀密實(shí)、不透水，兼顧高溫穩(wěn)定性、低溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性等性能；

(7)便于攤鋪(離析現(xiàn)象小)，碾壓(不產(chǎn)生過(guò)大的推擠)；

(8)經(jīng)濟(jì)合理。

為了使級(jí)配曲線(xiàn)的設(shè)計(jì)合理，課題組進(jìn)行多組調(diào)配，設(shè)計(jì)了上限、中線(xiàn)、下限的三條級(jí)配曲線(xiàn)，級(jí)配及級(jí)配曲線(xiàn)圖見(jiàn)表2，圖1。

圖1 三種組配曲線(xiàn)圖對(duì)比

3 配合比的確定

根據(jù)多次篩選對(duì)比，最終確定這三條級(jí)配曲線(xiàn)為研究曲線(xiàn)，進(jìn)行混合料馬歇爾試驗(yàn)，確定最佳的級(jí)配曲線(xiàn)與最佳瀝青用量，此配合比為基礎(chǔ)配合比，后續(xù)進(jìn)行色粉用量的研究。

我們根據(jù)以往的實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)和最近時(shí)期內(nèi)該類(lèi)型混合料的瀝青用量，采用了預(yù)估最佳瀝青用量的方法，做了瀝青用量為4.8%的三種級(jí)配曲線(xiàn)的馬歇爾試驗(yàn)，因其有代表性，可以將試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行有效對(duì)比，所以可以用作選取最優(yōu)級(jí)配曲線(xiàn)的方法。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 三種級(jí)配馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果我們可以看出，采用中線(xiàn)級(jí)配的瀝青混合料在密度、孔隙率、飽和度、穩(wěn)定度、流值等各方面指標(biāo)上均優(yōu)于其他二種級(jí)配，所以我們選取了中線(xiàn)級(jí)配作為后續(xù)試驗(yàn)的最終級(jí)配。

根據(jù)馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果，繪制穩(wěn)定度、流值、空隙率、飽和度與油石比的關(guān)系曲線(xiàn)，根據(jù)最佳瀝青用量計(jì)算，取用油石比為5.0%。換算成最佳瀝青用量為4.8%。當(dāng)采用最佳瀝青用量為4.8%和級(jí)配曲線(xiàn)中線(xiàn)時(shí)，馬歇爾穩(wěn)定度各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，故本課題采用此配合比為基礎(chǔ)配合比。

在基礎(chǔ)配合比的基礎(chǔ)上，課題組采用多種比例的色粉進(jìn)行了試拌，根據(jù)試拌后的顏色，最終確定色粉的用量比例為2.2%，礦粉為3.5%，此時(shí)的顏色滿(mǎn)足要求，最終配合比設(shè)計(jì)各種材料摻配比例見(jiàn)表3。采用此配合比進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，其馬歇爾實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4，滿(mǎn)足《彩色瀝青混凝土》GB/T32984-2016和《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》JTG F40-2004技術(shù)要求。

表4 AC-16彩色瀝青混合料配合比

4 彩色瀝青混合料技術(shù)性能的研究

4.1 彩色瀝青高溫穩(wěn)定性研究

隨著現(xiàn)代化交通量的不斷增大，車(chē)輛行駛的渠化，瀝青路面的車(chē)轍破壞越來(lái)越嚴(yán)重，它使路表過(guò)量變形，影響路面平整度，車(chē)轍是瀝青路面最主要的破壞形式之一因此，研究彩色瀝青的高溫穩(wěn)定性是有必要的。

本課題采用JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中T0703-2011瀝青混合料試件制作方法(輪碾法)，根據(jù)馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果，制作瀝青混合料輪轍試驗(yàn)試件，試件規(guī)格尺寸為300 mm×300 mm×50 mm。室溫下放置48 h后進(jìn)行車(chē)轍試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表5。

表5 二種試件車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果

圖2 動(dòng)穩(wěn)定度數(shù)據(jù)對(duì)比

結(jié)合軟化點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果與車(chē)轍試驗(yàn)研究對(duì)比：在均為改性瀝青的條件下，彩色瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度比SBS改性瀝青混合料略低，兩者動(dòng)穩(wěn)定度數(shù)值相差不大，彩色瀝青混合料比SBS改性瀝青低7.7%。

4.2 彩色瀝青低溫穩(wěn)定性研究

瀝青路面低溫開(kāi)裂是路面的主要病害之一，是各國(guó)道路界普遍關(guān)心的問(wèn)題。它的產(chǎn)生不僅破壞了路面的連續(xù)性、整體性，而且通過(guò)裂縫水會(huì)不斷進(jìn)入面層的結(jié)構(gòu)、基層甚至路基，在荷載的作用下產(chǎn)生水損害，導(dǎo)致路面承載力的下降，需要對(duì)彩色瀝青混合料的低溫抗裂性能進(jìn)行研究。

瀝青混合料的低溫抗裂性能主要取決于混合料的強(qiáng)度和變形能力，抗裂性能高的混合料一定具有較高的強(qiáng)度和較大的變形能力。因此，課題組采用低溫彎曲試驗(yàn)及應(yīng)變來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混合料的低溫抗裂性，用這兩項(xiàng)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)彩色瀝青混合料的低溫性能。

表6 兩種混合料低溫抗裂性能試驗(yàn)

圖4 極限彎拉強(qiáng)度與彎曲勁度模量對(duì)比

通過(guò)低溫抗裂性能研究，彩色瀝青的彎拉應(yīng)變與SBS改性瀝青相比，①在彎拉強(qiáng)度方面，SBS改性瀝青優(yōu)于彩色瀝青；②在破壞彎拉應(yīng)變方面，兩者基本一致；③彎曲勁度模量反映了材料的剛度，在某種意義上來(lái)說(shuō)，采用該值可以表征在低溫時(shí)，瀝青混合料能夠發(fā)生開(kāi)裂損壞的難易程度。一般情況下勁度模量大的瀝青路面在低溫條件下抗變形能力低，脆性變大，易引起混合料的開(kāi)裂破壞。從彎曲勁度模量來(lái)看，彩色瀝青優(yōu)于SBS改性瀝青。

4.3 彩色瀝青水穩(wěn)定性能研究

水損害是瀝青路面破壞的一種重要形式，是路面早期破壞的重要原因之一。它是指瀝青路面在水或凍融循環(huán)的作用下，由于汽車(chē)車(chē)輪動(dòng)態(tài)荷載的作用，進(jìn)入路面空隙中的水不斷產(chǎn)生動(dòng)水壓力或真空負(fù)壓抽吸的反復(fù)循環(huán)作用，水分逐漸滲入瀝青與集料的界面上，使瀝青粘附性降低并逐漸喪失粘附力，瀝青膜從石料表面脫落剝離，瀝青混合料掉粒、松散、繼而形成瀝青路面的坑槽、推擠變形等的損壞現(xiàn)象。

本研究采用《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011)中浸水馬歇爾試驗(yàn)及凍融劈裂試驗(yàn)兩種方法來(lái)研究彩色瀝青混合料的水穩(wěn)定性能，同時(shí)與SBS改性瀝青進(jìn)行比較，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表7、表8。

表7 兩種瀝青混合料浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

表8 兩種混合料凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

通過(guò)水穩(wěn)定性試驗(yàn)對(duì)比研究可知：(1)殘留穩(wěn)定度MS0彩色瀝青比SBS改性瀝青低1.9%；(2)凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比TSR彩色瀝青比SBS改性瀝青低1.7%，總體評(píng)價(jià)為：SBS改性瀝青水穩(wěn)定性?xún)?yōu)于彩色瀝青混合料。

通過(guò)對(duì)改性彩色瀝青與SBS改性瀝青的高溫穩(wěn)定性、低溫穩(wěn)定性能、水穩(wěn)定性能的對(duì)比研究，在瀝青用量一致的情況下，摻加一定用量的色粉代替礦粉后，其高溫穩(wěn)定性能、水穩(wěn)定性能SBS改性瀝青優(yōu)于彩色瀝青混合料；低溫穩(wěn)定性能中極限彎拉強(qiáng)度SBS改性瀝青優(yōu)于彩色瀝青混合料，從彎曲勁度模量來(lái)看，彩色瀝青優(yōu)于SBS改性瀝青。