麥榮章　杜榮耀

摘要：級(jí)配對(duì)瀝青混合料的抗車轍性有較大影響。文章采用和現(xiàn)場(chǎng)車轍深度相關(guān)性較高的漢堡車轍試驗(yàn)儀，研究關(guān)鍵篩孔通過(guò)率對(duì)瀝青路面或?yàn)r青混合料抗車轍性能的影響。研究結(jié)果表明：（1）最大公稱粒徑附近粗集料的增多并不能增加瀝青混合料的抗車轍能力，反而會(huì)使瀝青混合料的抗車轍性能降低;（2）級(jí)配4.75 mm、2.36 mm通過(guò)率的變化對(duì)瀝青混合料的馬歇爾擊實(shí)空隙率及抗車轍性能影響較大，當(dāng)空隙率<4.5%時(shí)，空隙率越小，漢堡車轍室內(nèi)試驗(yàn)深度越大，瀝青混合料的抗車轍性能越低，而當(dāng)空隙率>4.5%時(shí)，空隙率增大但漢堡車轍深度未見(jiàn)明顯變化;（3）瀝青混合料馬歇爾擊實(shí)空隙率和漢堡車轍深度試驗(yàn)關(guān)系相關(guān)性較好，達(dá)到0.8，對(duì)抗車轍性能要求較高的瀝青混合料，建議其設(shè)計(jì)空隙率應(yīng)≥4.5%。

關(guān)鍵詞：瀝青路面;抗車轍;漢堡車轍試驗(yàn);最大公稱粒徑;級(jí)配

0 引言

車轍是瀝青路面的主要病害之一，國(guó)內(nèi)和國(guó)外的研究結(jié)果表明，漢堡車轍室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)車轍深度相關(guān)性較高，可以較好地評(píng)價(jià)瀝青混合料及瀝青路面的抗車轍性能[1-3]。瀝青混合料級(jí)配對(duì)混合料的高溫性能、水穩(wěn)定性能有顯著的影響[4]，正因?yàn)榧?jí)配對(duì)混合料質(zhì)量的重要性，引起了眾多公路工程工作者的重視。

吳志勇等[5]研究表明，瀝青混合料的疲勞壽命隨應(yīng)變水平及公稱最大粒徑的增大而大幅減小，同時(shí)瀝青混合料的初始勁度模量隨應(yīng)變水平及公稱最大粒徑的增大而減小，結(jié)果顯示最大公稱粒徑粗集料的增多使混合料疲勞壽命大幅降低;賈錦繡等[6]研究表明隨公稱最大粒徑、粗集料含量的增大，摩擦角增大，而粘聚力減小，但未明確指出最大公稱粒徑通過(guò)率對(duì)抗車轍性能的影響;劉培榮[7]設(shè)計(jì)了不同級(jí)配空隙率的高粘彈瀝青混合料，結(jié)果表明，不同級(jí)配的高粘彈瀝青混合料存在一個(gè)與其對(duì)應(yīng)的合理空隙率范圍，使得其能獲得較強(qiáng)的抗車轍及抗水損害能力;江曉霞等[8]研究表明，隨著粒徑增大，瀝青混合料整體強(qiáng)度增大，粘聚力增大，其研究主要是針對(duì)20 ℃模量，但是與抗車轍能力的關(guān)系未見(jiàn)相關(guān)性;栗培龍[9]研究表明，對(duì)于AC-16和AC-20混合料，礦料滑移破壞荷載與混合料的粒徑?jīng)]有顯著的關(guān)系。

國(guó)內(nèi)較少研究公稱最大粒徑對(duì)瀝青混合料抗車轍性能的關(guān)系，且研究結(jié)論也不盡相同。因此本研究設(shè)計(jì)不同公稱最大粒徑附近通過(guò)率的級(jí)配，通過(guò)鋪筑試驗(yàn)段，采用無(wú)核密度儀采集密度，分析最大公稱粒徑附近通過(guò)率對(duì)瀝青路面均勻性的影響，并在試驗(yàn)段鉆芯取樣進(jìn)行漢堡車轍試驗(yàn)，[JP4]分析公稱最大粒徑附近通過(guò)率對(duì)抗車轍性能的影響。同時(shí)設(shè)計(jì)4.75 mm、2.36 mm通過(guò)率的級(jí)配，分析4.75 mm、2.36 mm通過(guò)率的變化對(duì)瀝青混合料抗車轍性能的影響。采用和現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)性較高的漢堡車轍試驗(yàn)儀，通過(guò)鋪筑試驗(yàn)段鉆芯取樣及成型試樣進(jìn)行漢堡車轍試驗(yàn)，分析關(guān)鍵篩孔通過(guò)率對(duì)瀝青路面或?yàn)r青混合料抗車轍性能的影響，成果對(duì)指導(dǎo)瀝青混合料的抗車轍設(shè)計(jì)具有一定意義。

1.1 研究方案

（1）原材料

集料及瀝青檢測(cè)結(jié)果分別見(jiàn)表1、表2。

集料的壓碎值為19.8，由杜榮耀等[10]的研究成果可知，可以用漢堡車轍評(píng)價(jià)此集料瀝青混合料的抗車轍性能。

（2）級(jí)配設(shè)計(jì)結(jié)果

本研究依托高速公路項(xiàng)目，設(shè)計(jì)了三種級(jí)配，其中降低了級(jí)配三公稱最大粒徑附近的通過(guò)率，并進(jìn)行了試驗(yàn)段的鋪筑。試驗(yàn)段鋪筑厚度為6 cm，具體的摻配比例和級(jí)配見(jiàn)表3和表4，三個(gè)級(jí)配的馬歇爾及車轍指標(biāo)見(jiàn)表5。

1.2 試驗(yàn)段施工工藝

試驗(yàn)段攤鋪速度為2.5 m/min。試驗(yàn)段的碾壓方式為膠輪緊跟鋼輪碾壓，碾壓遍數(shù)為鋼輪壓4遍，膠輪4～5遍。現(xiàn)場(chǎng)共采用3臺(tái)鋼輪壓路機(jī)和2臺(tái)膠輪壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，膠輪壓路機(jī)和鋼輪壓路機(jī)碾壓速度為3 km/h，路面攤鋪及碾壓溫度滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF40-2004）要求。

1.3 試驗(yàn)條件

本研究采用的試驗(yàn)儀器為美國(guó)生產(chǎn)的APA試驗(yàn)儀[11]，可以進(jìn)行漢堡車轍試驗(yàn)和APA車轍試驗(yàn)，采用的試驗(yàn)指標(biāo)參考國(guó)際常用的標(biāo)準(zhǔn)，具體試驗(yàn)指標(biāo)如下：

（1）試驗(yàn)環(huán)境：50 ℃恒溫水浴;

（2）加載方式：鋼輪寬度為47 mm，荷重為158 LBS，輪壓約為0.7 [HTSS]MPa[HTXH];

（3）加載速度：42次/min;

（4）試驗(yàn)終止條件：碾壓次數(shù)達(dá)到20 000次或車轍深度達(dá)到12.5 mm。

本研究采用150 mm的鉆頭鉆芯取樣，然后將試件切割成62 mm高度的試樣后進(jìn)行漢堡車轍試驗(yàn)，試驗(yàn)所需時(shí)間大約為7.5 h，試驗(yàn)規(guī)程詳見(jiàn)APA使用手冊(cè)。試驗(yàn)結(jié)束后以最終車轍深度評(píng)價(jià)作為漢堡車轍試驗(yàn)結(jié)果。

1.4 路用性能檢測(cè)

（1）路面空隙率檢測(cè)結(jié)果

[JP4]對(duì)鋪筑的三個(gè)級(jí)配試驗(yàn)段進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè)，并采用無(wú)核密度儀對(duì)路面的均勻性進(jìn)行評(píng)價(jià)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6～9。

由表6可知，級(jí)配一芯樣空隙率要大于級(jí)配二和級(jí)配三，級(jí)配三芯樣空隙率存在局部<3%的現(xiàn)象。

由表6～9可知：

采用無(wú)核密度儀對(duì)試驗(yàn)段進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，級(jí)配一和級(jí)配二路面空隙率有100%的空隙率位于3%～7%之間，路面空隙率分布較為均勻;級(jí)配三有94.2%的空隙率位于3%～7%之間，均勻性不如級(jí)配一和級(jí)配二，且存在局部路面空隙率偏大或偏小的現(xiàn)象，由此可見(jiàn)最大公稱粒徑附近通過(guò)率減小影響了路面的均勻性，使路面發(fā)生了一定程度的離析。

（2）漢堡車轍檢測(cè)結(jié)果

對(duì)試驗(yàn)段一、試驗(yàn)段二及試驗(yàn)段三分別進(jìn)行鉆芯取樣，鉆芯取樣的位置為行車道右輪跡，然后切割為規(guī)定高度進(jìn)行漢堡車轍試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表10。

由表10可知，試驗(yàn)段一的抗車轍能力最優(yōu)，其次是試驗(yàn)段二，最后是試驗(yàn)段三，級(jí)配三試驗(yàn)段的抗車轍性能最差。由此可見(jiàn)在其他篩孔通過(guò)率接近的情況下，最大公稱粒徑附近粗集料的增多并不能增加瀝青混合料的抗車轍能力，反而會(huì)使瀝青混合料的抗車轍性能降低。分析主要原因是雖然最大公稱附近粗集料增多了，但也造成了路面粗細(xì)離析的增加，路面的均勻性下降較多，路面空隙率關(guān)鍵指標(biāo)局部偏大或偏小，影響了瀝青混合料的整體性能。級(jí)配三試驗(yàn)段空隙率為3.9%，是三個(gè)試驗(yàn)段中最小的空隙率，這也說(shuō)明空隙率是影響瀝青路面抗車轍能力的關(guān)鍵因素。

對(duì)瀝青混合料性能影響最為關(guān)鍵的就是瀝青混合料級(jí)配4.75 mm、2.36 mm通過(guò)率，它影響瀝青混合料關(guān)鍵空隙率指標(biāo)。本研究采用CAVF法[12]設(shè)計(jì)5種不同的瀝青混合料4.75 mm、2.36 mm通過(guò)率，然后成型試樣進(jìn)行漢堡車轍試驗(yàn)，分析關(guān)鍵篩孔通過(guò)率的變化對(duì)抗車轍性能的影響。

（1）原材料

集料檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表11，機(jī)制砂的砂當(dāng)量為71。

（2）設(shè)計(jì)級(jí)配

本研究采用CAVF法設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)級(jí)配，然后變化關(guān)鍵篩孔4.75 mm、2.36 mm通過(guò)率，研究關(guān)鍵篩孔級(jí)配變化對(duì)瀝青混合料高溫性能的影響。本次設(shè)計(jì)采用AC-13級(jí)配，共設(shè)計(jì)5條級(jí)配，油石比為4.8%，目標(biāo)空隙率分別為5.0、4.5、4.0、3.5、3.0。具體的級(jí)配見(jiàn)表12。

根據(jù)設(shè)計(jì)級(jí)配進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，不同級(jí)配的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表13。

本次采用國(guó)內(nèi)輪碾儀對(duì)5種不同的級(jí)配成型300 mm×300 mm×62 mm的方形試件，試件壓實(shí)度控制在馬歇爾擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)密度的100%±1%，然后使用150 mm的鉆芯機(jī)鉆芯取樣，對(duì)試樣切割后進(jìn)行漢堡車轍試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表14，空隙率和漢堡車轍深度關(guān)系如圖1所示。

由表14可知，當(dāng)設(shè)計(jì)空隙率<4.5%時(shí)，設(shè)計(jì)空隙率越大，漢堡車轍試驗(yàn)室內(nèi)車轍深度越小，漢堡車轍試驗(yàn)室內(nèi)車轍深度越小，則表示瀝青混合料具有越高的抗車轍性能;當(dāng)空隙率>4.5%時(shí)，空隙率增大漢堡車轍深度未見(jiàn)明顯變化。級(jí)配4.75 mm、2.36 mm含量變化，對(duì)瀝青混合料的馬歇爾擊實(shí)空隙率和抗車轍性能有較大的影響，當(dāng)其含量增加將導(dǎo)致瀝青混合料空隙率變小，瀝青混合料的抗車轍能力下降。瀝青混合料設(shè)計(jì)空隙率和漢堡車轍深度試驗(yàn)關(guān)系相關(guān)性較好，達(dá)到0.8。

3 結(jié)語(yǔ)

綜合以上試驗(yàn)結(jié)果和分析，得到如下結(jié)論：

（1）最大公稱粒徑附近粗集料的增多并不能增加瀝青混合料的抗車轍能力，反而會(huì)使瀝青混合料的抗車轍性能降低。分析主要原因是雖然最大公稱附近粗集料增多了，也造成了路面粗細(xì)離析的增加，路面的均勻性下降較多，路面空隙率關(guān)鍵指標(biāo)局部偏大或偏小，影響了瀝青路面的整體性能。

（2）瀝青混合料設(shè)計(jì)空隙率對(duì)瀝青混合料的抗車轍性能具有重大的影響。當(dāng)設(shè)計(jì)空隙率<4.5%時(shí)，空隙率越大漢堡車轍室內(nèi)試驗(yàn)深度越小，瀝青混合料的抗車轍性能越高;當(dāng)空隙率>4.5%時(shí)，空隙率增大漢堡車轍深度未見(jiàn)明顯變化。級(jí)配4.75 mm、2.36 mm通過(guò)率的變化，對(duì)瀝青混合料的馬歇爾擊實(shí)空隙率和抗車轍性能有較大的影響。

（3）瀝青混合料馬歇爾擊實(shí)空隙率和漢堡車轍深度試驗(yàn)關(guān)系相關(guān)性較好，達(dá)到0.8。本課題調(diào)查檢測(cè)了廣西7段高速公路[13]，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)車轍深度，鉆芯280個(gè)，使用路面芯樣進(jìn)行漢堡車轍試驗(yàn)，結(jié)果表明路面無(wú)車轍或輕微車轍時(shí)，漢堡車轍室內(nèi)試驗(yàn)深度均<4 mm，因此建議對(duì)抗車轍性能要求較高的瀝青混合料，可使用CAVF法設(shè)計(jì)形成骨架結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)空隙率應(yīng)≥4.5%。

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