□文/杭天明 魏 鵬 李海波

□魏 鵬、李海波/天津城建設計院有限公司。

嵌擠密實型瀝青混合料組成設計與路用性能

□文/杭天明 魏 鵬 李海波

文章以CBR最大為原則，采用逐級填充方法，研究了粗集料級配和粗細集料最佳用量比例；以密實度最大為原則，研究了細集料級配；以馬歇爾試驗為基礎(chǔ)，研究了最佳油石比。在此基礎(chǔ)上，提出了嵌擠密實型瀝青混合料組成設計方法。

瀝青混合料；嵌擠密實型；路用性能

目前，關(guān)于嵌擠密實型瀝青混合料的級配設計方法的研究很多，多以密實度為指標、以逐級填充為方法，側(cè)重于實現(xiàn)密實功能[1～6]。但是，嵌擠密實應包含骨架嵌擠力和密實2部分內(nèi)容，前者主要由粗集料骨架結(jié)構(gòu)提供，后者主要體現(xiàn)在細集料對骨架結(jié)構(gòu)的填充作用。因而，單一的采用密實度作為評價指標，難以獲得具有最強骨架嵌擠力的粗集料級配，從而無法獲得性能最優(yōu)的混合料級配?；诖?，本文根據(jù)不同規(guī)格集料在嵌擠密實型瀝青混合料中的作用，以CBR最大為原則，采用逐級填充方法，研究粗集料級配和粗細集料最佳用量比例；以密實度最大為原則，研究細集料級配；以馬歇爾試驗為基礎(chǔ)，研究最佳油石比，從而最終提出嵌擠密實型瀝青混合料的組成設計方法并對其進行路用性能分析。

1 原材料

瀝青為新加坡90號SBS改性瀝青，密度為0.982 g/cm3，經(jīng)檢驗其他各項指標均符合規(guī)范要求；碎石為石灰?guī)r，視密度平均為2.690g/cm3，壓碎值為12.6；礦粉為石灰石研磨而成，塑性指數(shù)為2.2，經(jīng)檢驗其他各項均符合規(guī)范要求。

2 多級嵌擠密實型瀝青混合料組成設計

2.1 粗集料級配的確定

1）粗集料級配的確定方法

（1）確定主骨料規(guī)格D0，取質(zhì)量M分3次放入擊實筒，每層按重型標準擊實98次，測試其CBR。

（2）以D0用量為 100，D0下一級D1，以D0用量的10%為步長，將D1逐次摻入D0中，每次摻入后，擊實98次，測試混合粗集料的CBR，建立D1填充量與CBR的關(guān)系曲線。

（3）根據(jù)（2）中關(guān)系曲線，確定最佳D1用量比例。

（4）以此類推，進行II、III級填充并最終得到各規(guī)格集料的最佳填充比例，即粗集料級配。

2）粗集料級配的確定過程

（1）I級填充試驗。取20kgD0（16～19mm碎石），D1（13.2～16mm碎石）按D0用量的10%為步長依次填充，見圖1。

由圖1可知，當D0∶D1=3∶7時，混合粗集料的CBR最大。

（2）II級填充試驗。在I級填充試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，取6kgD0和14kgD1并將D2（9.5～13.2mm碎石）按（D0+D1）用量的10%為步長進行II級填充，見圖2。

由圖 2可知，當（D0+D1）∶D2=6∶4時，混合粗集料的CBR最大。

（3）III級填充試驗。在I、II級填充試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，取 3.6kgD0、8.4kgD1和 8kgD2并將D3（4.75～9.5mm碎石）按（D0+D1+D2）用量的10%為步長進行 III級填充，見圖3。

由圖 3可知，當（D0+D1+D2）∶D3=6∶4時，混合粗集料的CBR最大。

3）粗集料級配的確定

根據(jù)III級填充試驗結(jié)果，粗集料級配見表1。

表1 粗集料級配

2.2 細集料級配的確定

細集料級配采用N法確定。參照國外規(guī)定與國內(nèi)經(jīng)驗，選用N=0.4～0.6時對應的細集料級配，按上述粗集料級配組成混合料進行試驗并以擊實密度最大為原則獲取最佳N值。見圖4。

由圖4可知，當N=0.5時，混合料擊實密度最大，空隙率最小。故本文以N=0.5確定細集料級配，見表2。

表2 細集料級配

2.3 粗細集料比例的確定

根據(jù)表1和表2中粗細集料級配，分別按粗細集料比例為 75∶25、70∶30、65∶45、60∶40和 55∶45組成混合集料，其CBR測試結(jié)果見圖5。

由圖5可知，當粗細集料比例為65∶35時，粗細混合集料的CBR最大，故本文確定混合料的粗細集料比例為65∶35。

2.4 最佳油石比的確定

最佳油石比根據(jù)馬歇爾試驗確定。其中，以5.0%的油石比為中值，以0.3%為間隔分別取4.4%、4.7%、5%、5.3%，分別在上述4個油石比下成型試件。同時，為充分論證本文提出的嵌擠密實型瀝青混合料的使用性能及其設計方法的可行性，選取嵌擠密實型瀝青混合料（下記SJ-16）、SMA型瀝青混合料（下記SMA-16）、密級配瀝青混合料（下記AC-16）進行試驗，見表3。

表3 馬歇爾試驗結(jié)果

由表 3可知，SJ-16、AC-16、SMA-16瀝青混合料的最佳油石比分別為5.0%、5.3%和5.3%。SJ-16與SMA-16的穩(wěn)定度相差不大且均明顯高于AC-16，但SJ-16的最佳油石比卻低于SMA-16和AC-16，這是由于SJ-16的粗集料形成了強大的骨架嵌擠結(jié)構(gòu)，細集料充分填充空隙，混合料只需較少的瀝青就能夠獲得穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。

3 路用性能

3.1 高溫車轍試驗

3種不同類型的瀝青混合料車轍試驗結(jié)果見表4。

表4 車轍試驗結(jié)果

由表4可知，3種不同類型瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性為SMA-16略優(yōu)于SJ-16，優(yōu)于AC-16。這是由于高溫穩(wěn)定性與粗集料含量和瀝青含量具有直接聯(lián)系，SJ-16因其強大的骨架嵌擠結(jié)構(gòu)，獲得了較高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，故具備了較好的高溫穩(wěn)定性；SMA-16粗細集料搭配合理，充足的瀝青膠漿分布與混合料空隙中，使其結(jié)構(gòu)均勻密實，從而獲得了較好的高溫穩(wěn)定性；而AC-16粗集料含量較低，難以形成穩(wěn)定的骨架嵌擠結(jié)構(gòu)，故表現(xiàn)為高溫穩(wěn)定性不足。

3.2 低溫抗裂試驗

通過-10℃條件下瀝青混合料低溫彎曲試驗，評價3種不同類型瀝青混合料的低溫特性，見表5。

表5 低溫彎曲試驗結(jié)果

由表5可知，3種不同類型瀝青混合料的低溫抗裂性能為SJ-16優(yōu)于SMA-16和AC-16。這是由于低溫抗裂性能與粗集料含量有直接聯(lián)系，SJ-16因其強大的骨架嵌擠結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出優(yōu)越的低溫抗裂性能；SMA-16則依靠瀝青膠漿的膠粘作用同樣具備著較好的低溫抗裂性能；而AC-16粗集料和瀝青含量均較低，因而難以具備較高的低溫抗裂性能。

3.3 水穩(wěn)定性試驗

采用現(xiàn)行規(guī)范要求的浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗，分析3種不同類型瀝青混合料的水穩(wěn)定性。見表6和表7。

表6 浸水殘留穩(wěn)定度

由表6可知，3種不同類型瀝青混合料的水穩(wěn)定性SJ-16優(yōu)于AC-16和SMA-16。這是由于SJ-16密實度高，空隙率小，水分難以侵入，故初始穩(wěn)定度和殘留穩(wěn)定度都較大；AC-16粗集料含量低，難以形成穩(wěn)定的骨架嵌擠結(jié)構(gòu)且密實度相對不足，空隙較多，水分容易侵入，故初始穩(wěn)定度和殘留穩(wěn)定度都較低；SMA-16因其均勻的粗細集料搭配與充足的瀝青含量，獲得了較高的初始穩(wěn)定度，但由于瀝青和礦粉含量較高，長時間浸水后，瀝青膠漿與水分發(fā)生作用，殘留穩(wěn)定度反而降低。

表7 凍融殘留穩(wěn)定度

由表7可知，3種不同類型瀝青混合料的水穩(wěn)定性SJ-16優(yōu)于SMA-16和AC-16。這是由于SJ-16的粗集料骨架嵌擠結(jié)構(gòu)為混合料提供了較大的內(nèi)摩阻力，從而減少了凍融循環(huán)作用應力對混合料造成的破壞；SMA-16粗細集料搭配均勻，密實度較高，水分難以侵入，故亦表現(xiàn)出較好的水穩(wěn)定性；AC-16瀝青膜較薄，密實程度也不及SJ-16和SMA-16，在凍融循環(huán)過程中水分逐漸侵入，抗水損害性能逐漸削弱。

4 結(jié)論

設計級配的低溫抗裂性、水穩(wěn)定性具有優(yōu)于SMA瀝青混合料和密級配瀝青混合料；在高溫穩(wěn)定性方面，設計級配明顯優(yōu)于密級配瀝青混合料，與SMA瀝青混合料相差不大。因而，與按常用方法設計的瀝青混合料相比，本文提出的嵌擠密實型瀝青混合料具有更為優(yōu)良的路用性能，這也證明了嵌擠密實型瀝青混合料組成設計方法的可行性。

[1]JTGF40—2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

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U415

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1008-3197（2011）03-43-03

2011-04-07

杭天明/男，1961年出生，高級工程師天津濱海黃港實業(yè)有限公司，從事市政與建筑材料的研究和工程技術(shù)管理工作。

□魏 鵬、李海波/天津城建設計院有限公司。