[大粒径沥青混合料高温稳定的级配试验选择] 沥青混合料有哪些特点

时间：2019-04-09 03:29:08　来源：雅意学习网本文已影响人

　　摘要：用于基层结构的大粒径沥青混合料，其高温稳定性影响路面的总体车辙程度，级配是影响其高温稳定性能的重要方面。针对大粒径沥青混合料确定了工程常用的六种级配方案，采用SMA的骨架判别方法和骨架接触度对六种级配进行了骨架检验和分析，对优选的四种级配进行了沥青混合料车辙试验。骨架检验与车辙试验表明，两种方法的结果具有一致性，而且基于多碎石方法确定的SB级配混合料的骨架结构和动稳定度效果好，可供实际工程应用。
　　关键词：大粒径沥青混合料；级配；骨架检验；车辙试验；动稳定度
　　中图分类号:U414 文献标识码:A
　　
　　
　　
　　半刚性基层沥青路面具有强度高、平整性好、抗疲劳性能强等优点，已成为我国高等级公路路面结构的主要型式[1]。但由于基层材料自身的缺陷，容易出现温缩及干缩开裂，使得沥青路面在建成后极易在外部环境作用下出现路表裂缝，从而容易导致路面在使用一段时间后出现唧浆、松散等破坏现象，降低路面的使用性能，并大大缩短沥青路面的使用寿命。为更好的发挥半刚性基层沥青路面特点并抑制反射裂缝的出现，可通过路面结构组合措施，在半刚性基层结构基础上采用柔性沥青上基层来改善半刚性基层对沥青面层反射裂缝的影响，这在目前国内外研究和应用较多。
　　柔性沥青上基层主要采用大粒径沥青混合料（Large gain size asphalt mixture，简称为LSAM），它具有很好的柔性与变形能力，可作为沥青面层与半刚性基层间的应力消散层，极大的提高路面抗反射裂缝的能力。同时大粒径沥青混合料也具有较好的结构承载能力，与沥青混凝土面层的粘结效果好，二者的模量也较接近，这更有利于路面结构的应力分散，符合沥青路面的结构特点。但在国内的一些工程实践应用中，由于基层采用大粒径沥青混合料，路面面层采用了较厚的沥青层，尤其是在夏季多雨高温的环境下，往往会在该类基层道路运营一段时间后，会产生车辙，因此，有必要考核其高温稳定性能，并通过优选混合料级配来加以改善。本文通过室内试验，从级配变化对大粒径沥青混合料高温性能的影响角度比选合理的抗车辙级配，为大粒径沥青混合料的设计和施工提供指导。
　　
　　
　　1 原材料试验测试
　　1.1 集料
　　集料的岩石类型对混合料的物理－力学性质有着关键的影响。试验按照工程实际，粗集料和细集料均采用石灰岩，经筛分后进行各档料按比例人工掺配，矿粉也由石灰岩磨制而成。2.36mm以上集料采用网篮法（T0304-2000）测试其表观密度、表干密度、毛体积密度和吸水率。2.36mm以下集料和矿粉采用容量瓶法（T0328-2000）测试其表观密度，测试结果见表1。按照《公路工程集料试验规程(JTG E42-2005)》对粗集料进行相应的技术性能指标试验，测试结果见表2，符合材料质量要求。
　　表1各档集料密度及吸水率试验结果
　　
　　
　　表2 粗集料技术性能指标试验结果
　　
　　
　　1.2 沥青
　　沥青是沥青混合料形成整体的重要粘结料，也是影响沥青混合料路用性能最重要的因素之一。本次试验采用泰普克重交AH-70沥青，其性能指标测试结果见表3，符合质量要求。
　　表3 沥青性能指标试验结果
　　
　　
　　2 级配比选方案及最佳沥青用量确定
　　试验研究拟定了六种级配比选方案（如表4所示）。SA、SB、SC、SD级配是按照沙庆林提出的多碎石沥青混合料设计方法得到的，最大粒径为31.5mm，26.5mm筛孔通过率为97.5%[2]。对于粗细料筛孔分界点4.75mm的通过率，近几年有一些工程采用30%甚至低到25%，但由于粗料过多，施工中造成的混合料离析是很难解决的问题，故本文选择33%和35%加以比较，而0.075mm筛孔通过率分别定为4%、5%。级配L是刘志远采用正交试验设计方法研究各级配区段（16-31.5mm、4.75-16mm、2.36-4.75mm、2.36-0.075mm）对大粒径沥青混合料高温稳定性、水稳定性和骨架接触度影响后推荐的一种性能最优级配[3]。级配H是2005年沪宁高速公路扩建工程路面结构研究课题中推荐使用的级配[4,5]。各级配试验确定的最佳沥青用量也列于表4。
　　表4 拟定的六种级配比选方案
　　
　　
　　3 级配骨架检验和分析
　　对大粒径沥青混合料，是否形成骨架对混合料的路用性能尤其是高温性能有很重要的影响，因此检查混合料属于何种结构状态（悬浮、一般、紧密）或是否形成骨架结构是对混合料级配是否合理的判断关键所在，也是研究骨架情况对其路用性能影响的基础。
　　SMA混合料判断骨架的标准为[6]：在压实状态下沥青混合料中粗集料的骨架间隙率VCAMIX必须小于或等于没有其他集料、结合料存在时的粗集料在捣实状态下的间隙率VCADRC。如达不到，则粗集料的嵌挤作用就不能形成，这是判断集料是否形成骨架结构的基本条件。可以借助SMA骨架结构判断方法衡量大粒径沥青混合料是否形成完全骨架结构，但仅仅这样还不够，还需要其它一些定量指标来综合评定骨架状态，比如衡量骨架的紧密程度，国外有用VCARatio=VCAmix/VCADRC来进行评价的[7]。
　　国内刘中林在研究大粒径沥青混合料组成结构时，提出骨架接触度SSC(stone-on-stone contact)指标，并提出了大粒径沥青混合料的三种组成结构:紧排骨架密实结构、松排骨架密实结构和悬浮密实结构[8]。骨架接触度SSC是用压实成型的混合料中粗集料毛体积密度与纯粗集料干捣密度之比来表征，计算公式为:
　　SSC = 100ρcm/ρ（式1）
　　式中，SSC----LSAM的骨架接触程度百分数
　　ρ-----粗集料干捣密度
　　ρcm----LSAM中粗集料密度，
　　 ρcm = PCAρmbρw/（1+AC）（式2）
　　式中，ρmb---LSAM的毛体积密度
　　ρw----水的相对密度
　　AC-----混合料油石比
　　PCA-----粗集料占矿料的百分数。
　　对六种拟定级配采用SMA骨架判别方法和刘中林提出的SSC骨架检验方法进行骨架检验和比较，其计算结果如表5所示。
　　
　　表5 对拟定六种级配大粒径沥青混合料的骨架检验和比较计算结果
　　
　　
　　根据计算，可以看出六种级配VCADRC均小于VCAMIX，均未形成完全骨架结构，采用VCARatio=VCAMIX/VCADRC来评价六种级配接近骨架结构的程度高低，可以得出按接近骨架结构的程度排序的六种级配先后次序为：SB、SA、SC、SD、L、H。
　　从骨架接触度计算结果可以看到六种级配均大于0.9，而根据刘中林提出的骨架判别标准:SSC大于0.9的级配骨架可以认为是紧排骨架结构，据此判断六种级配均属于该种结构。
　　综合分析，SB、SA级配形成的骨架结构最强，因此不再对SC、SD级配进行高温稳定性试验，仅对SA、SB、L、H四种级配进行高温稳定性的室内试验比选。
　　4 四种级配混合料的车辙试验及分析
　　试验采用300mm×300mm×50mm的车辙板。轮压采用0.7MPa，试验温度为60℃，试件在进行车辙试验前置于60℃恒温箱中5h以上，试验轮行走距离为230mm+10mm，往返碾压速度为42次/min，其行走方向与试件碾压或行车方向一致。车辙试验结果如表6所示。

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