寒區(qū)高等級瀝青路面抗重載車轍骨架型混合料設(shè)計

劉丹丹

(黑龍江省交通科學(xué)研究所，黑龍江 哈爾濱　150080)

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寒區(qū)高等級瀝青路面抗重載車轍骨架型混合料設(shè)計

劉丹丹

(黑龍江省交通科學(xué)研究所，黑龍江 哈爾濱150080)

摘要：針對目前高等級公路存在的車輛重載、超載運(yùn)輸現(xiàn)象，對傳統(tǒng)型瀝青混合料進(jìn)行級配優(yōu)化，總結(jié)出適用于我省經(jīng)濟(jì)、氣候條件的特殊路段瀝青路面抗重載車轍的設(shè)計方法。

關(guān)鍵詞：骨架型；瀝青混合料；車轍；設(shè)計；指標(biāo)

1試驗(yàn)方案

試驗(yàn)進(jìn)行骨架型AC-20瀝青混合料瀝青混合料配合比設(shè)計，采用從粗集料、細(xì)集料分布以及粗細(xì)集料比例(即填充系數(shù))角度開展研究。通過粗、細(xì)集料設(shè)計確定最佳填充系數(shù)、最佳石油比，分析如何提高抗車轍能力。并在相同體積參數(shù)下，對骨架型AC-20和傳統(tǒng)AC-20型級配曲線進(jìn)行混合料路用性能對比試驗(yàn)。

2骨架型AC-20瀝青混合料配合比設(shè)計

2.1原材料

黑龍江省氣候具有冬冷夏熱的特點(diǎn)，夏季高溫也可達(dá)到35 ℃以上，地面溫度可達(dá)70 ℃，因此為了兼顧抗車轍能力，本研究混合料選擇瀝青標(biāo)號為90#；集料選用的是中性輝綠巖(SiO2含量60.2%)；礦粉為吉林梨樹生產(chǎn)的含消石灰磨細(xì)礦粉。

表1　集料的表觀密度

表2　瀝青主要技術(shù)指標(biāo)

粗集料：考慮到最大粒徑直接影響瀝青路面的離析程度，因此為了避免離析對材料性能的影響，本文確定粗骨架最大粒徑為26.5 mm，最大公稱粒徑為19 mm。嚴(yán)格來講，粗細(xì)集料的界限是相對的，一般而言，常以4.75 mm為分界點(diǎn)。本文選取了具有代表性的5種不同粒徑分布的骨架級配，其中2種為按一定泰波指數(shù)“n”配成的骨架，另外3種為級配嵌擠類骨架。具體級配見表3。

表3　粗骨架級配表

細(xì)集料：根據(jù)泰波曲線指數(shù)設(shè)計了3種細(xì)集料以指數(shù)編號，分別為0.65、0.5、0.35，另外以經(jīng)驗(yàn)擬訂的一種細(xì)集料級配，編號為“S”。4種細(xì)集料的詳細(xì)級配見表4。

表4　細(xì)集料級配表

雖然細(xì)集料類型為S的瀝青混合料的各方面性能較好，但由于其空隙率偏小，不能滿足規(guī)范對面層瀝青混合料空隙率的要求，因此，綜合考慮，細(xì)集料類型選為n=0.35。

填充系數(shù)設(shè)計：根據(jù)前面確定的最佳粗集料骨架類型為2，最佳細(xì)集料類型為n=0.35，現(xiàn)變換不同的填充系數(shù)(表5)，研究其對高溫永久變形及回彈模量的影響。對不同填充系數(shù)的瀝青混合料進(jìn)行了動力壓入試驗(yàn)，以回彈模量及永久變形值對瀝青混合料的承載能力和抗車轍性能進(jìn)行了評價，

表5　不同填充系數(shù)對應(yīng)混合料指標(biāo)值

圖1　不同填充系數(shù)類型對應(yīng)混合料的指標(biāo)曲線圖

由上圖可知，隨填充系數(shù)增大，對應(yīng)混合料各應(yīng)力下回彈模量逐漸增加，隨著填充系數(shù)類型變化，對應(yīng)混合料的永久變形終值達(dá)到最小值(1.7 mm)時，對應(yīng)的填充系數(shù)類型為0.9。最小與最大的永久變形值相差3.4 mm。在抗車轍的緊排骨架已形成的前提下，通過以偏細(xì)分布的細(xì)集料提高比表面積發(fā)揮瀝青膜對粘結(jié)力的貢獻(xiàn)，還有利于提高瀝青混合料抗車轍的能力。

3骨架型AC-20與傳統(tǒng)型AC-20瀝青混合料路用性能檢驗(yàn)

所有混合料性能試驗(yàn)均是在完成最佳瀝青用量試驗(yàn)后，選取體積指標(biāo)相近的二組(骨架型和傳統(tǒng)型)配合比進(jìn)行。其中：骨架型AC-20型級配采用石油比4.3%，傳統(tǒng)型AC-20瀝青混合料級配采用石油比4.4%。車轍試驗(yàn)中除規(guī)定試驗(yàn)方法外，增加了60 ℃水浸24 h的條件，以利于觀察最不利情況下混合料性能的對比。

表6　浸水馬歇爾試驗(yàn)

由表7可知：骨架型AC-20型的殘留穩(wěn)定度及凍融劈裂強(qiáng)度比與傳統(tǒng)型AC-20型相比均有提高，試驗(yàn)證明骨架型AC-20型的抗凍損害能力遠(yuǎn)強(qiáng)于傳統(tǒng)型AC-20型，表現(xiàn)出更大的優(yōu)越性。

表7　凍融劈裂試驗(yàn)

表8　車轍試驗(yàn)結(jié)果

表9　低溫小梁彎曲結(jié)果

4結(jié)論

(1)對傳統(tǒng)型AC-20混合料進(jìn)行級配優(yōu)化，突出骨架結(jié)構(gòu)，使其在抗車轍、抗水損壞能力方面有較大提高，平衡了高、低溫綜合性能；

(2)采用填充系數(shù)方法，在回彈模量及永久變形值二方面驗(yàn)證了骨架型級配的合理性、

(3)本項目研究成果已在省內(nèi)多條高等級公路進(jìn)行工程驗(yàn)證，最長投入使用時間已超過三年，車轍易必特殊路段未發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重車轍，證明了骨架型AC-20混合料的可靠性。

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中圖分類號：U416.217

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)01-0059-02

基金項目：黑龍江省交通運(yùn)輸廳科技項目：高等級公路瀝青路面抵抗重載車轍損壞研究。

作者簡介：劉丹丹(1986-)，女，助理工程師，研究方向：路基、路面相關(guān)科研及施工管理。

收稿日期：2015-12-11