瀝青混合料車轍試驗(yàn)性能影響因素研究

尹明干,馬愛(ài)群,霍 寧

(1.鹽城工學(xué)院 土木工程學(xué)院，江蘇 鹽城 224051； 2.鹽城工學(xué)院 基建規(guī)劃處，江蘇 鹽城 224051)

瀝青混合料車轍試驗(yàn)性能影響因素研究

尹明干1,馬愛(ài)群1,霍 寧2

(1.鹽城工學(xué)院 土木工程學(xué)院，江蘇 鹽城 224051； 2.鹽城工學(xué)院 基建規(guī)劃處，江蘇 鹽城 224051)

試驗(yàn)選用AC-13瀝青混合料，采用輪碾法成型試件，通過(guò)對(duì)級(jí)配、瀝青用量以及碾壓次數(shù)3個(gè)基本因素分析,研究動(dòng)穩(wěn)定度的變化趨勢(shì)。試驗(yàn)結(jié)果表明：適當(dāng)增加粗集料，減少細(xì)集料含量，可有效提高試件動(dòng)穩(wěn)定度；瀝青應(yīng)合理選擇，在最佳瀝青用量附近時(shí)，動(dòng)穩(wěn)定度最大；成型時(shí)，適當(dāng)增加碾壓次數(shù)，提高試件壓實(shí)度，可以提高動(dòng)穩(wěn)定度，在試驗(yàn)中，應(yīng)合理控制車轍試件密度。

瀝青混合料;馬歇爾試驗(yàn);車轍試驗(yàn);動(dòng)穩(wěn)定度

瀝青路面的高溫流動(dòng)變形是世界各國(guó)普遍關(guān)注的路面損壞形式之一。我國(guó)大部地區(qū),夏季瀝青路面溫度可能達(dá)到60 ℃～65 ℃,同時(shí)夏季降雨較多,高溫與水的耦合作用使瀝青路面在惡劣的氣候環(huán)境作用下迅速變形破壞[1]。作為粘彈性材料,在高溫下瀝青性能由彈性體向塑性體轉(zhuǎn)化,勁度模量大幅降低,抗變形性能急劇下降,再加之水對(duì)瀝青混合料的剝離作用,瀝青路面將產(chǎn)生嚴(yán)重的永久變形,這是目前瀝青路面最主要的損壞形式。它不僅影響行車舒適性,而且還對(duì)交通安全造成威脅。據(jù)發(fā)達(dá)國(guó)家的資料,在高速公路及城市干線公路上,永久變形是路面使用性能降低,導(dǎo)致路面損壞的最主要原因[2]。本文通過(guò)車轍試驗(yàn)，分析級(jí)配、瀝青用量以及碾壓次數(shù)對(duì)動(dòng)穩(wěn)定度的影響，研究瀝青路面的影響因素，為提高新建瀝青路面的性能提供參考。

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 原材料的準(zhǔn)備

1.1.1 瀝青

試驗(yàn)采用泰州中海重交通瀝青AH-70，按照《公路瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》[3](JTGE20-2011)相關(guān)試驗(yàn)的要求進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

由表1可以看出，該瀝青符合公路瀝青的技術(shù)要求。

表1 瀝青的基本性能Table 1 Basic properties of asphalt

1.1.2 集料選用

集料選用鎮(zhèn)江市茅迪實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的高等級(jí)路面用集料(表2)。粗集料應(yīng)該潔凈、干燥、表面粗糙并應(yīng)通過(guò)檢驗(yàn)滿足瀝青混合料用粗集料質(zhì)量技術(shù)要求；細(xì)集料應(yīng)該潔凈、干燥、無(wú)風(fēng)化、無(wú)雜質(zhì)，并有適當(dāng)?shù)念w粒級(jí)配。細(xì)集料在瀝青混合料中起到增加顆粒間嵌鎖作用，減少粗集料間的孔隙，從而增加混合料的穩(wěn)定性。選擇填料時(shí)一定要考慮能否滿足親水性和細(xì)度要求，能否改善瀝青與集料的粘結(jié)力[4]，其基本性能見(jiàn)表3。

表2 集料的表觀密度Table 2 Apparent density of aggregate

表3 填料的基本性能Table 3 Basic properties of filler

2 車轍試驗(yàn)

2.1 車轍試件制作

(1)將各種礦料置于105 ℃的烘箱中烘至恒重，瀝青試樣在恒溫烘箱中加熱至拌合溫度，不得超過(guò)175 ℃。

(2)取出預(yù)熱試模，將拌合好的瀝青混合料，用小鏟稍加拌和均勻沿試模由邊至中轉(zhuǎn)圈裝入試模，中部略高于四周。待瀝青冷卻至壓實(shí)溫度，在表面鋪上一層紙。

(3)碾壓時(shí)，宜將碾壓輪預(yù)熱至100 ℃，然后放入試模，輕輕放下碾壓輪，調(diào)整荷載為9 kN。

(4)成型后，揭去表面的紙，用粉筆標(biāo)明碾壓方向。

2.2 車轍試驗(yàn)方法及原理

將試件連同試模置于車轍試驗(yàn)機(jī)的試件臺(tái)上，試驗(yàn)輪在試件的中央部位，行走方向須與試件碾壓方向一致。開(kāi)動(dòng)車轍變形自動(dòng)記錄儀，啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，將預(yù)定的單位壓力分成5～6個(gè)行走，時(shí)間約1 h最大變形達(dá)到25 mm為止。試驗(yàn)時(shí)，記錄儀自動(dòng)記錄變形曲線及試件溫度。

2.3 車轍試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法

從曲線上讀取45 min(t1)及60 min(t2)時(shí)的車轍變形d1及d2，精確至0.01 mm。如變形過(guò)大在未到60 min變形已達(dá)25 mm時(shí)，則以達(dá)到25 mm(d2)時(shí)的時(shí)間為t2，將其前15 min為t1，此時(shí)的變形量為d1。動(dòng)穩(wěn)定度公式如下：

(1)

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

3.1 不同級(jí)配的影響

選用不同級(jí)配的瀝青混合料制作3組車轍試件進(jìn)行試驗(yàn)[5]。級(jí)配要求如表4所示,車轍試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表4 3種混合料級(jí)配Table 4 Three types of gradation %

表5 車轍試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Results of rutting test

試驗(yàn)結(jié)果表明：級(jí)配對(duì)瀝青混合料的影響較大，當(dāng)粗集料增加時(shí)，集料間隙率增高，車轍變形較小，動(dòng)穩(wěn)定度變大。粗集料是影響動(dòng)穩(wěn)定度的主要因素，適當(dāng)?shù)脑黾哟旨蠝p少細(xì)集料的用量能夠顯著提高瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度。

3.2 不同瀝青用量的影響

對(duì)于AC-13瀝青混合料，分別制作瀝青含量為3.5%、4.2%、5.0%的制作試件，進(jìn)行車轍試驗(yàn)。試驗(yàn)表明該制作試件動(dòng)穩(wěn)定度分別為632次/mm、870次/mm、574次/mm。動(dòng)穩(wěn)定度與瀝青用量關(guān)系如圖1所示。

圖1 瀝青用量與動(dòng)穩(wěn)定度關(guān)系圖 Fig.1 Relationship between asphalt content and dynamic stability

由圖1可知，瀝青混合料的瀝青含量對(duì)其熱穩(wěn)定性有明顯的影響。當(dāng)瀝青用量由小增大到最佳瀝青用量時(shí)，增加瀝青含量可以增加瀝青混合料的粘結(jié)力和強(qiáng)度，從而增加動(dòng)穩(wěn)定度，但超過(guò)最佳瀝青用量進(jìn)一步增加瀝青含量時(shí)，集料表面的瀝青膜增厚，自由瀝青增多，增多的自由瀝青減少了集料之間的內(nèi)摩阻力和穩(wěn)定性，從而降低動(dòng)穩(wěn)定度。

3.3 不同碾壓次數(shù)的影響

基于AC-13瀝青混合料，選瀝青含量為4.2%，碾壓次數(shù)分別為12、18、24次的混合料，試件的動(dòng)穩(wěn)定度分別為534次/min、870次/min、1 204次/min。碾壓次數(shù)與動(dòng)穩(wěn)定度的關(guān)系見(jiàn)圖2。

圖2 碾壓次數(shù)與動(dòng)穩(wěn)定度關(guān)系圖Fig.2 Relationship between rolling times and dynamic stability

由圖2可以看出：動(dòng)穩(wěn)定度隨著碾壓次數(shù)的增加而增大，碾壓次數(shù)影響了試件成型的壓實(shí)度。但是碾壓次數(shù)應(yīng)根據(jù)馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)密度的要求來(lái)決定，通過(guò)本次試驗(yàn)確定了碾壓次數(shù)為18次往返時(shí)，既能滿足動(dòng)穩(wěn)定度的要求，又不至于讓瀝青混合料密度過(guò)大影響瀝青混合料的流動(dòng)性。

4 結(jié)論

基于AC-13型瀝青混合料，對(duì)瀝青混合料的車轍影響因素進(jìn)行分析研究發(fā)現(xiàn)：

(1)在AC-13級(jí)配范圍內(nèi)，適當(dāng)增加粗集料含量，減少細(xì)集料含量，可有效提高試件動(dòng)穩(wěn)定度，最大可提高1倍；

(2)瀝青用量的多少對(duì)試件的動(dòng)穩(wěn)定度影響很大，應(yīng)選擇最佳用量附近的瀝青含量，本試驗(yàn)AC-13瀝青最佳用量為4.2%。

(3)碾壓法成型試件的碾壓次數(shù)對(duì)試件的車轍性能有很大的影響，當(dāng)試件的壓實(shí)度達(dá)到馬歇爾試件的壓實(shí)度時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果較為理想。過(guò)度的壓實(shí)，意義并不大。

[1] 沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能[M].北京：人民交通出版社,2001.

[2] 沙慶林.高速公路瀝青路面早期破壞現(xiàn)象及預(yù)防[M].北京:人民交通出版社,2001.

[3] 交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究所.公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程(JTG E20-2011)[S].北京:人民交通出版社,2011.

[4] 交通部公路科學(xué)研究所.公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程(JTG E42-2005)[S].北京:人民交通出版社,2005.

[5] 雷延峰.瀝青混合料配合比試驗(yàn)事項(xiàng)[J].工程建設(shè)與管理,2009,25(4);174-176.

(責(zé)任編輯：張英健)

Study on Influence Factors of Rutting Test of Asphalt Mixture Performance

YIN Minggan1，MA Aiqun1，HUO Ning2

1.School of Civil Engineering, Yancheng Institute of Technology, Yancheng Jiangsu 224051, China;2.Department of Construction and Planning, Yancheng Institute of Technology, Yancheng Jiangsu 224051, China

Through wheel-grind method, specimen molded out of selected AC-13 asphalt mixture，the trends of dynamic stability was studied by three basic factors: gradation, content of asphalt and rolling times. The result shows that, properly increase coarse aggregate and decrease fine aggregate can improve the dynamic stability of specimen; when the asphalt content close to OAC,the dynamic stability is maximum. Appropriate rolling times can increase the compaction degree of specimen and the dynamic stability, and the density of rutting test specimen rational should be controlled rationally.

asphalt mixture; Marshal test; rutting test; dynamic stability

2014-03-17

江蘇省交通廳科研項(xiàng)目(2012y05-2)

尹明干(1970-)，女，江蘇鹽城人，副教授，碩士，主要研究方向?yàn)樾录夹g(shù)、新材料。

U414.1

A

1671-5322(2014)03-0072-03