幾種典型瀝青混合料性能的比較

摘 要:幾十年來，為了提高瀝青路面的使用性能，延長使用壽命，克服車轍、水損壞等常見的瀝青路面損壞現(xiàn)象，人們對瀝青混合料組成采取了各種措施，控制孔隙率、采取S形級配，使用改性瀝青，添加纖維是近年來最常見的方法。而改性瀝青、纖維的廣泛使用，使得從混合料結(jié)構(gòu)組成來判斷路面使用性能是很有必要的。

關(guān)鍵詞:瀝青混合料;組成結(jié)構(gòu);S形級配空隙率

中圖分類號:TB

文獻標(biāo)識碼:A

文章編號:1672-3198(2010)09-0341-02

1 幾種典型瀝青混合料

依據(jù)瀝青混合料組成結(jié)構(gòu)理論，瀝青混合料組成結(jié)構(gòu)類型可主要分為懸浮密實結(jié)構(gòu)、骨架密實結(jié)構(gòu)、骨架空隙結(jié)構(gòu)三種類型。這三種結(jié)構(gòu)類型在現(xiàn)今被人們所熟知的有:AC、SMA、SAC、Superpave混合料、OGFC、ATB、AK、ATPB等等。幾種混合料的級配見表1。

(1)AC是傳統(tǒng)連續(xù)密級配瀝青混凝土，在《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》(JTJ 014-97)中屬于懸浮密實結(jié)構(gòu)。在《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)中這種瀝青混合料舍棄了原來II型級配混合料，通過對關(guān)鍵篩孔通過率的控制分為粗型和細型。粗型實際上是AK系列A型的調(diào)整型，加強壓實度的控制，減小空隙率，級配向骨架密實型靠近。

(2)SMA在我國被稱為瀝青瑪蹄脂碎石混合料，屬于骨架密實結(jié)構(gòu)。它由大比例碎石構(gòu)成堅固的骨架結(jié)構(gòu)，并由豐富的瀝青瑪蹄脂填充骨架空隙進行穩(wěn)定。

(3)SAC為我國自主開發(fā)的瀝青混合料結(jié)構(gòu)類型，因SAC-16礦料中大于4.75mm的顆粒含量為59%(范圍中值)，比《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》(JTJ 014-97)的AC-16I礦料中大于4.75mm的顆粒含量42.5%多16.5%，故命名為多碎石瀝青混凝土。4.75mm以上碎石含量小于60%的SAC，屬于懸浮密實結(jié)構(gòu);4.75mm以上碎石含量在70%左右，屬于骨架密實結(jié)構(gòu)。

(4)Superpave是一種瀝青混合料設(shè)計法，是美國為尋找一個新的設(shè)計體系來克服馬歇爾和維姆設(shè)計體系造成路面存在的車轍和裂縫這一普遍問題而提出的公路研究計劃(SHRP)的一個重要成果。以Superpave設(shè)計法設(shè)計的瀝青混合料在這里簡稱為SUP，屬于懸浮密實結(jié)構(gòu)與骨架密實結(jié)構(gòu)的過渡類型。

(5)OGFC是一種特殊用途的瀝青混合料，屬于骨架空隙結(jié)構(gòu)?？障堵蔬_15%-25%，《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)要求空隙率大于18%，是為了提高遇雨行車的安全與舒適性及降低行車噪聲而開發(fā)的一種開級配混合料。

(6)AK被稱為抗滑表層，是早期我國為了滿足路面表層抗滑性能及構(gòu)造深度而設(shè)計的一種路面類型，是一種半開級配混合料。

(7)ATB屬于骨架密實結(jié)構(gòu)，稱為瀝青穩(wěn)定碎石。在結(jié)構(gòu)層次中一般被應(yīng)用為上基層或下面層。

(8)ATPB屬于骨架空隙結(jié)構(gòu)，被稱為大空隙排水式瀝青碎石。空隙率大于18%可以用來作為排水基層或者是半剛性基層的隔離層。

2 使用性能比較

上述幾種典型瀝青混合料，在今天都大量使用改性瀝青、纖維來提高其使用性能，因此材料差異不再是它們之間的區(qū)別。那么在集料特性完全一致，膠結(jié)料也采用Superpave性能等級膠結(jié)料規(guī)范中同-PG等級的瀝青，添加同一類型纖維，排除施工因素時，它們的使用性能又是如何呢?

2.1 防水、排水性能

防止水損壞從結(jié)構(gòu)設(shè)計上來說主要有兩種方法，一種是提高密實度，一種是考慮瀝青面層自身排水。原來我國早期使用的AK系列面層，由于一味提高粗集料含量，追求提高表面抗滑性能，空隙率處于6%-12%之間，在這個空隙率范圍，水容易進入并滯留在混合料內(nèi)部，不容易排走且易在荷載作用下產(chǎn)生很大動水壓力，造成瀝青混合料的水損壞，所以AK類路面最容易發(fā)生早期水損壞，現(xiàn)在基本上沒有人采用它了。

2.2 抵抗車轍

AC現(xiàn)在有一種粗型級配，它要求通過關(guān)鍵篩孔的粗集料在某個水平以上。增加粗集料確實可以對抵抗車轍增加一定嵌擠作用，但是如果沒有形成真正的骨架結(jié)構(gòu)，這種作用是有限的。各級集料有可能被次級集料所隔開，不能直接靠攏而形成骨架，這個時候，其混合料強度仍然受瀝青膠泥的黏結(jié)力所左右。而瀝青的強度和勁度模量隨著溫度的升高而降低，當(dāng)混合料的穩(wěn)定度極限低于荷載應(yīng)力時，瀝青混合料將發(fā)生側(cè)向流動變形。

SMA具有一種骨架結(jié)構(gòu)，從材料力學(xué)看，這種骨架結(jié)構(gòu)無疑擁有最大的穩(wěn)定性。在這種結(jié)構(gòu)狀態(tài)下，混合料的粗集料相互之間的接觸面很多，粗集料骨架承擔(dān)了大部分壓應(yīng)力及剪應(yīng)力載荷的作用。由于粗集料之間良好的嵌擠作用，瀝青混合料產(chǎn)生了非常好的抵抗變形的能力。即使是在溫度變高，瀝青黏度下降的情況下，對混合料的抗剪強度影響也是有限的。同時SMA增加填料含量到10%以上，使它能吸附更多的瀝青，更多的瀝青膠泥意味著SMA混合料具有比其他混合料更好的抵抗變形或者回復(fù)變形的能力。骨架結(jié)構(gòu)與空隙間較多的瀝青膠泥決定了SMA的抗車轍能力是最好的。

SAC這種混合料結(jié)構(gòu)介于AC與SMA之間，它的主體思想就是提高粗集料含量來增加嵌擠作用直至形成真正的骨架。沙慶林院士以VCA MIX與VCA DRC的關(guān)系為標(biāo)準(zhǔn)來判斷它的結(jié)構(gòu)是屬于懸浮密實結(jié)構(gòu)、一般骨架結(jié)構(gòu)及骨架密實結(jié)構(gòu)。一般骨架結(jié)構(gòu)為懸浮密實結(jié)構(gòu)與骨架密實結(jié)構(gòu)的過渡類型。所以它的抗車轍能力也介于AC與SMA之間，但不超過SMA。Superpave級配曲線設(shè)置了限制區(qū)和控制點，它構(gòu)成了Superpave級配的設(shè)計理念。因為級配設(shè)計本身就是一種體積設(shè)計，所以可以從級配的體積和密度來理解其物理本質(zhì)。顯然，穿過限制區(qū)的級配具有最大的密度，因而具有最小的集料空隙率;換句話說，混合料中的細集料(細砂)含量高，如果要形成集料嵌擠以保證抗車轍變形能力的話，瀝青用量則必然最低。因此，限制區(qū)的頂點實際上也是劃分集料性質(zhì)的分水嶺，從該頂點下方通過的級配以粗集料為主，也稱之為粗型級配。如果粗集料太多的話，集料空隙率太大，不容易獲得密實的混合料而易出現(xiàn)水損害，所以Superpave設(shè)置了下控制點。從限制區(qū)頂點上方通過的級配以細集料為主，也稱之為細型級配，但如果細集料太多的話，集料間難以嵌擠而不利于抗車轍變形，所以Superpave設(shè)置了上控制點。為了提高混合料的抗車轍能力，它建議在限制區(qū)的下方通過。但是Superpave正式發(fā)布后，在美國的西部環(huán)道上試驗時，只幾個月就產(chǎn)生了嚴(yán)重的車轍，同時發(fā)現(xiàn)從限制區(qū)通過和限制區(qū)上方通過的級配性能都比從下方通過的級配要好，Superpave級配和限制區(qū)遭遇了是否必要存在的尷尬局面。分析從限制區(qū)下方通過的級配失敗的原因:第一，對集料的棱角性有極高的要求;第二，礦料表面積太少，瀝青用量少，以致不能提供足夠的抗剪強度。

3 如何選擇瀝青混合料

在《瀝青路面設(shè)計規(guī)范》中，根據(jù)對面層構(gòu)造深度的要求，往往使用中粒式AC瀝青混凝土來做高級公路路面表層，現(xiàn)在AC系列分為粗型和細型，選用粗型則表面構(gòu)造深度有所提高，部分路面表層開始使用細粒式AC瀝青混凝土。而在某些行車超載超限較多的地區(qū)，應(yīng)選用SMA做路面表層。中面層一般選用中粒式AC瀝青混凝土，如果認(rèn)為中面層受到的剪力比較大的情況下，可使用SMA做中面層。下面層一般使用粗粒式AC瀝青混凝土，也可采用ATB來提高面層抗剪能力。

SAC、SUP由于成功的例子較少，沒有在我國推廣開來。而AK系列易產(chǎn)生早期水損壞，現(xiàn)在基本上被淘汰了。OGFC使用壽命較短，因此不可以使用在設(shè)計年限較長的高級公路上，不過可以使用在有特殊降噪要求的地方道路上;按《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》(JTG D50-2006)的說法，可用于年平均降雨量大于800mm地區(qū)的磨耗層和排水路面的表面層。ATPB在國外曾被用做柔性路面的基層，而在我國的半剛性路面中，由于它的耐久性太低，基本上沒有高等級公路采用這種混合料做排水基層。

參考文獻

[1]彭余華.瀝青混合料離析特征判別與控制方法的研究[D].長安大學(xué)，2006.