苑中生

(廣西路橋工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530200)

瀝青混合料是由集料、填料和瀝青膠結(jié)料組成的復(fù)合材料，其中集料不論在質(zhì)量還是體積含量上都占據(jù)相當(dāng)大的比例，對(duì)混合料性能具有較大的影響。研究表明集料在級(jí)配類型和集料粒徑方面對(duì)混合料性能產(chǎn)生影響，其中董澤蛟[1]、郭瑞[2]、劉紅瑛[3]等研究了級(jí)配、抗車轍劑、集料尺寸、設(shè)計(jì)方法、荷載壓力和壓實(shí)厚度對(duì)混合料高溫性能的影響；張爭(zhēng)奇[4]、劉棟[5]等通過(guò)對(duì)不同級(jí)配類型混合料進(jìn)行低溫彎曲試驗(yàn)，分析了瀝青混合料低溫性能的變化規(guī)律；劉智勇[6]等分析了集料粒徑對(duì)混合料性能的影響；樊統(tǒng)江[7]、彭浩[8]、李偉[9]、申愛(ài)琴[10]等分析級(jí)配粗細(xì)、級(jí)配類型等對(duì)混合料綜合性能的影響。

道路工作者在集料因素對(duì)混合料性能的影響開(kāi)展了較多試驗(yàn)研究，取得的成果能夠?qū)μ嵘秊r青混合料性能起到指導(dǎo)作用。但是在集料最大公稱粒徑和集料級(jí)配類型方面對(duì)混合料性能影響的對(duì)比研究不足，變化規(guī)律原因解釋不夠詳細(xì)。因此，開(kāi)展SMA-13、AC-13、AC-16和AC-20型瀝青混合料性能系統(tǒng)研究。

1 原材料與試驗(yàn)方案

1.1 原材料

研究中瀝青膠結(jié)料采用SBS改性瀝青，礦料使用石灰?guī)r，填料使用石灰?guī)r礦粉，木質(zhì)素纖維用量為混合料質(zhì)量的0.40%。原材料檢測(cè)結(jié)果如表1～表4所示，均符合研究的需求。

表1 SBS(I-D)改性瀝青指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

表2 集料主要指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

表3 填料主要指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

表4 木質(zhì)素纖維主要指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

1.2 配合比設(shè)計(jì)

試驗(yàn)中礦料級(jí)配根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)[11]，混合料合成級(jí)配表如表5所示。不同級(jí)配混合料最佳油石比下物理指標(biāo)如表6所示。

表5 不同級(jí)配瀝青混合料

表6 瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

1.3 試驗(yàn)方案

通過(guò)開(kāi)展瀝青混合料路用性能試驗(yàn)[12]，研究瀝青混合料性能隨礦料最大公稱粒徑、礦料級(jí)配類型的變化規(guī)律。

(1)車轍試驗(yàn)

車轍試驗(yàn)過(guò)程能夠模擬實(shí)際車輪行駛對(duì)路面造成的影響。根據(jù)相關(guān)規(guī)程，環(huán)境箱溫度為60 ℃，試驗(yàn)使用長(zhǎng)300 mm、寬300 mm、厚50 mm的塊狀試件。該試驗(yàn)以動(dòng)穩(wěn)定度作為評(píng)價(jià)抗車轍能力的指標(biāo)。

(2)小梁低溫彎曲試驗(yàn)

低溫彎曲試驗(yàn)?zāi)軌蝮w現(xiàn)低溫條件下混合料的拉伸性能。根據(jù)相關(guān)規(guī)程，試驗(yàn)在-10 ℃環(huán)境箱中進(jìn)行，速率為50 mm/min。試驗(yàn)使用長(zhǎng)250 mm、寬30 mm、厚35mm的小梁試件，模具跨徑為200 mm。該試驗(yàn)主要以極限破壞應(yīng)變作為評(píng)價(jià)混合料低溫條件下抵抗開(kāi)裂的指標(biāo)。

(3)浸水馬歇爾試驗(yàn)

浸水馬歇爾試驗(yàn)一定程度上能夠體現(xiàn)瀝青混合料抗水損壞的能力，試驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，試驗(yàn)中分別將試件浸水0.5 h、48 h，以兩種情況下的穩(wěn)定度的比值作為殘留穩(wěn)定度，并以此評(píng)價(jià)混合料水穩(wěn)定性。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 不同級(jí)配瀝青混合料高溫性能

對(duì)不同級(jí)配混合料開(kāi)展車轍試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 瀝青混合料高溫試驗(yàn)結(jié)果

由圖1試驗(yàn)結(jié)果可得，同一種級(jí)配類型瀝青混合料，隨著集料最大公稱粒徑增大，瀝青混合料高溫穩(wěn)定性逐漸提升，以AC-13型混合料試驗(yàn)結(jié)果為基準(zhǔn)，AC-16型混合料動(dòng)穩(wěn)定度提高13%，AC-20型混合料動(dòng)穩(wěn)定度提高39%。這是因?yàn)殡S著AC型混合料為連續(xù)級(jí)配瀝青混合料，粒徑大的集料被粒徑小的集料和瀝青膠漿分散開(kāi)來(lái)，混合料中自由瀝青增多便會(huì)不利于集料之間形成骨架，使瀝青混合料抗變形能力降低。隨著集料最大公稱粒徑增大，瀝青混合料最佳瀝青用量逐漸降低，空隙率在一定范圍內(nèi)適當(dāng)增大，提高了粗集料之間接觸的幾率，使瀝青混合料高溫穩(wěn)定性有所提升。在集料最大公稱粒徑相同的條件下，以AC-13型混合料試驗(yàn)結(jié)果為基準(zhǔn)，SMA型混合料動(dòng)穩(wěn)定度提高51%。SMA型混合料具有一定的嵌擠力，也具有相當(dāng)?shù)恼尘哿?，因此SMA型瀝青混合料具有更好的抗變形能力。

對(duì)比不同級(jí)配瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果可得51%>39%>13%，這說(shuō)明集料級(jí)配類型比集料最大公稱粒徑對(duì)瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的影響更大。

2.2 不同級(jí)配瀝青混合料低溫性能

對(duì)不同級(jí)配瀝青混合料開(kāi)展小梁低溫彎曲試驗(yàn)，極限破壞應(yīng)變結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 瀝青混合料低溫性能試驗(yàn)結(jié)果

由圖2試驗(yàn)結(jié)果可得，在混合料級(jí)配類型相同的前提下，混合料極限破壞應(yīng)變隨集料最大公稱粒徑增大逐漸減小，以AC-13型混合料試驗(yàn)結(jié)果為基準(zhǔn)，AC-16型混合料試驗(yàn)結(jié)果降低8%，AC-20型混合料試驗(yàn)結(jié)果降低20%。這是因?yàn)樵诩?jí)配類型條件相同的情況下，瀝青混合料的低溫抗裂性主要與瀝青膠結(jié)料的用量有關(guān)。由瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果可知，瀝青最佳用量隨集料最大公稱粒徑增大有所降低。在集料最大公稱粒徑相同的條件下，以AC-13型混合料試驗(yàn)結(jié)果為基準(zhǔn)，SMA型瀝青混合料極限破壞應(yīng)變提高17%。SMA型混合料填料含量高，瀝青用量高，瑪蹄脂具有更好的粘結(jié)性，因此低溫條件下抗裂性能較好。

對(duì)比不同級(jí)配混合料試驗(yàn)結(jié)果可得20%>17%>8%，這說(shuō)明集料級(jí)配類型與集料最大公稱粒徑對(duì)瀝青混合料低溫抗裂性的影響相當(dāng)。

2.3 不同級(jí)配瀝青混合料水穩(wěn)定性

對(duì)不同級(jí)配瀝青混合料開(kāi)展浸水馬歇爾試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果

由圖3試驗(yàn)結(jié)果可得，同一種級(jí)配類型瀝青混合料，隨著集料最大公稱粒徑增大，混合料抗水損壞性能略有下降，但整體變化不大。這是因?yàn)榛旌狭纤€(wěn)定性主要與空隙率、集料關(guān)鍵篩孔通過(guò)率相關(guān)。根據(jù)以上研究可知，不同級(jí)配關(guān)鍵篩孔通過(guò)率差異性不大，混合料空隙率隨集料最大公稱粒徑增大相差不大，因此，瀝青混合料水穩(wěn)定性變化不大。在集料最大公稱粒徑相同的條件下，SMA型混合料具有更低的空隙率，瀝青與集料的粘結(jié)性低于瑪蹄脂與集料，故SMA型混合料具有更好的水穩(wěn)定性。

3 結(jié) 論

(1)集料最大公稱粒徑增大，AC型混合料抗車轍性能逐漸提升，低溫條件下的抗裂性逐漸降低，水穩(wěn)定性略有下降但整體變化不大。

(2)SMA型混合料在高低溫、水穩(wěn)定性能方面均優(yōu)于AC型混合料，級(jí)配對(duì)混合料性能影響主要在混合料空隙率方面體現(xiàn)。

(3)對(duì)比瀝青混合料整體性能可得出集料級(jí)配類型比集料最大公稱粒徑對(duì)混合料性能的影響更大。