基于瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)的方法探討

張堆學(xué)

（蘭州建投房地產(chǎn)開發(fā)有限公司，甘肅 蘭州 730000）

基于瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)的方法探討

張堆學(xué)

（蘭州建投房地產(chǎn)開發(fā)有限公司，甘肅 蘭州 730000）

鑒于SMA瀝青混合料的路用性能研究還不夠深入、不系統(tǒng)的缺點(diǎn)，采用馬歇爾和車轍試驗(yàn)相結(jié)合的方法，結(jié)合某地區(qū)的實(shí)際情況，選取SMA瀝青混合料進(jìn)行試驗(yàn)，分析了影響其高溫穩(wěn)定性能的關(guān)鍵因素，并對(duì)影響SMA瀝青混合料高溫抗車轍性能的因素進(jìn)行了探討，旨在探討各種影響因素更為合理的取值范圍，以進(jìn)一步改善間斷級(jí)配瀝青混合料高溫穩(wěn)定性能。得出SMA級(jí)配瀝青混合料的瀝青用量與其體積指標(biāo)、流值、馬歇爾穩(wěn)定的關(guān)系特征,使瀝青混合料具有更好的高溫性能。

瀝青混合料；級(jí)配設(shè)計(jì)；合成表觀密度；骨架間隙率

0　引　言

瀝青混合料最佳瀝青用量的方法主要有馬歇爾試驗(yàn)法、SHRP的性能設(shè)計(jì)法等。馬歇爾試驗(yàn)法是由上世紀(jì)40年代在美國工程兵團(tuán)供職的密西西比州道路局的馬歇爾工程師提出的一種評(píng)價(jià)瀝青混合料穩(wěn)定性的試驗(yàn)方法，該方法至今仍在世界上很多國家應(yīng)用，只是根據(jù)交通快速發(fā)展的要求并不斷修訂。雖然馬歇爾試驗(yàn)在世界上許多國家被廣泛的采用，但也具有一定的局限性。有學(xué)者用瀝青混合料重復(fù)荷載三軸試驗(yàn)、三軸蠕變試驗(yàn)及單軸無側(cè)限蠕變試驗(yàn)和馬歇爾試驗(yàn)比較了各種瀝青混合料的力學(xué)性質(zhì)，但鑒于其操作方法簡單，至今仍被很多國家采用。SHRP的瀝青混和料評(píng)價(jià)方法不如歐洲的先進(jìn)，但對(duì)SHRP瀝青結(jié)合料研究成為熱點(diǎn)，但是，就目前的SMA設(shè)計(jì)方法，普遍的仍然是以馬歇爾試驗(yàn)設(shè)計(jì)為主。SUPERPAVE中的旋轉(zhuǎn)式搓揉壓實(shí)機(jī)((SGC)的設(shè)計(jì)方法還并未流行[1,2]。針對(duì)目前我國對(duì)于傳統(tǒng)密級(jí)配瀝青混合料路用性能的研究已比較成熟，對(duì)于SMA瀝青混合料的路用性能研究還不夠深入、不系統(tǒng)的缺點(diǎn)，本文采用馬歇爾和車轍試驗(yàn)相結(jié)合的方法，對(duì)影響SMA瀝青混合料高溫抗車轍性能的因素進(jìn)行了研究，旨在探討各種影響因素更為合理的取值范圍，進(jìn)而改善間斷級(jí)配瀝青混合料高溫穩(wěn)定性能。

1　混合料對(duì)材料的要求

1.1粗集料

從SMA的形成機(jī)理可知，SMA之所以有較好的穩(wěn)定性，是基于含量甚多的粗集料的嵌擠作用，集料之間嵌擠作用的好壞在很大程度上取決于集料的顆粒形狀和棱角性，集料的石質(zhì)和堅(jiān)韌性[3]。因此，用于SMA的粗集料必須滿足抗滑表層混合料的技術(shù)要求，同時(shí)，SMA的粗骨料的抗壓碎值要高，粗集料必須使用堅(jiān)韌的，有棱角的優(yōu)質(zhì)材料，必須嚴(yán)格限制集料的扁平顆粒含量；本文研究的礦粉，集料各項(xiàng)性能指標(biāo)及試驗(yàn)結(jié)果分別見表1、表2。

表1　石料的物理參數(shù)

表2　粗集料視密度

1.2細(xì)集料

SMA中細(xì)集料比例不超過10%，然而細(xì)集料對(duì)SMA的性能影響比較大。SMA的細(xì)集料宜采用機(jī)制砂。由于機(jī)制砂是采用堅(jiān)硬巖石反復(fù)破碎制成，因此其具有良好的棱角性及嵌擠性能，能提高混合料的高溫穩(wěn)定性。雖然天然砂有較好的耐久性，但與瀝青的粘附性往往較差，而且砂的顆?；旧鲜乔蛐晤w粒，所以對(duì)高溫抗車轍能力極為不利[4]。

2　SMA瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

馬歇爾試驗(yàn)是將瀝青混合料制成直徑為101.6mm×63.5mm的圓柱形試件，在高溫下（60℃）采用規(guī)定的馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)儀，測定在規(guī)定的加載速率條件下破壞前所能承受的最大荷載即馬歇爾穩(wěn)定度和對(duì)應(yīng)的變形，即流值。SMA瀝青混合料有較高的密實(shí)度，易形成骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，其高溫抗車轍性能明顯高于傳統(tǒng)密級(jí)配類型瀝青混合料。

2.1確定礦料級(jí)配

為了便于分析級(jí)配組成對(duì)SMA瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的影響，依據(jù)規(guī)定，結(jié)合蘭州地區(qū)的實(shí)際情況，并參考《瀝青混合料設(shè)計(jì)與施工》中礦料配合比設(shè)計(jì)的要求[5]，選擇了三種不同的礦料級(jí)配。其中5～10mm和10～20mm兩種粗集料作為骨架配合而成,礦物粉用量為10%左石,粗集料(4.75m以上)用量為75%,其中10～20mm料5～10mm料大體各占一半,在40%左右。石屑和砂的用量總和為15%左右。級(jí)配曲線見圖1。

圖1　SMA瀝青混合料礦料級(jí)配設(shè)計(jì)曲線

2.2確定設(shè)計(jì)級(jí)配

以已確定出的初試瀝青用量為依據(jù)，每組級(jí)配制作4個(gè)馬歇爾試件，測定并計(jì)算三種級(jí)配馬歇爾試件的體積指標(biāo)，其結(jié)果見表3。

表3　SMA瀝青混合料的體積指標(biāo)

由表3計(jì)算結(jié)果可知：三種級(jí)配中僅有第二組級(jí)配的VCAmix滿足小于VCADRC。因此可知，所選的三種級(jí)配中，第二組級(jí)配為最優(yōu)級(jí)配，應(yīng)選其為設(shè)計(jì)級(jí)配，但為了對(duì)比分析瀝青混合料的級(jí)配對(duì)其高溫抗車轍性能的影響將三種級(jí)配均進(jìn)行的試驗(yàn)。

3　試驗(yàn)結(jié)果及分析

選初試瀝青用量（5.7%）為依據(jù)，以0.3%為間隔每種級(jí)配分別選取四種瀝青用量。級(jí)配1選?。?.4%、5.7%、6.0%、6.3%四種瀝青用量；級(jí)配2選?。?.4%、5.7%、6.0%、6.3%四種瀝青用量；級(jí)配3選取：5.2%、5.5%、5.8%、6.1%四種瀝青用量。不同的瀝青用量分別制作4個(gè)馬歇爾試件，室溫下冷卻12h后，用網(wǎng)籃法測定其在空氣中質(zhì)量、水中質(zhì)量及表干質(zhì)量，將測完質(zhì)量的馬歇爾試件在室溫條件下風(fēng)干3d，再將其置于60℃的恒溫水浴槽中持續(xù)加熱30min后，測定其流值和馬歇爾穩(wěn)定度。三種間斷密級(jí)配瀝青混合料馬歇爾試件的體積指標(biāo)、流值、馬歇爾穩(wěn)定度與其混合料中瀝青用量的關(guān)系分別見圖2～圖4。

4　結(jié)　論

（1）對(duì)于不同級(jí)配瀝青混合料，隨混合料中瀝青含量的增加，其毛體積相對(duì)密度均呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，瀝青混合料的礦料間隙率隨著混合料中瀝青用量的增加呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，主要因?yàn)樵跒r青用量增至最佳瀝青用量的過程中，隨其混合料中瀝青用量的增加，骨料間產(chǎn)生相對(duì)滑移，小顆粒和瀝青填充于大顆粒間的空隙中，直接導(dǎo)致礦料間的間隙不斷減小，但隨后隨著混合料中瀝青用量的增加，進(jìn)而增大了集料間的空隙。

（2）隨著混合料中瀝青用量的增加，其流值呈現(xiàn)不斷增大趨勢。主要因?yàn)?，?dāng)瀝青混合料中的瀝青用量超過其最佳用量后，混合料中富余的瀝青不但起不到粘結(jié)骨料的作用，反而充當(dāng)骨料間的潤滑劑，加速了礦料顆粒間的滑移，瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度隨著瀝青用量的增加呈先增大后減小趨勢；混合料的密度則隨著抗車轍劑摻量的增加而減小，呈現(xiàn)出下降趨勢；空隙率、礦料間隙率、瀝青飽和度則隨著混合料中抗車轍劑摻量的增加而增大。

圖2　級(jí)配1瀝青混合料與瀝青用量間的關(guān)系

圖3　級(jí)配2瀝青混合料與瀝青用量的關(guān)系

圖4　級(jí)配3瀝青混合料與瀝青用量的關(guān)系

[1]JTJE20-2011,公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[S].

[2]沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能研究[M].北京:人民交通出版社,2010.

[3]張爭奇,邊秀奇,杜群樂,等．瀝青混合料壓實(shí)特性影響因素研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào),2012,34(6):36-41.

[4]JTJE20-2005,公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程[S].

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

U414

A

1009-7716（2016）11-0029-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.11.008

2016-05-09

張堆學(xué)（1975-），男，甘肅蘭州人，高級(jí)工程師，從事建設(shè)工程項(xiàng)目管理工作。