漢堡試驗(yàn)評(píng)價(jià)空隙率對(duì)車轍和水穩(wěn)定性的影響

趙 志 強(qiáng)

(南通市交通工程建設(shè)管理處，江蘇 南通 226007)

1 概述

空隙率作為瀝青混合料的重要物理指標(biāo)之一，是體積法級(jí)配設(shè)計(jì)中確定最佳油石比的核心[1,2]。國內(nèi)外的道路研究者對(duì)空隙率與瀝青混合料路用性能之間的關(guān)系較為關(guān)注[3-5]。集料作為瀝青混合料的主要成分，占瀝青混合料總體積的90%以上，其形態(tài)和分布對(duì)瀝青混合料的空隙率有著重要影響。有研究指出[4]，當(dāng)空隙率低于4%時(shí)，瀝青混合料的抗疲勞性能較好且早期損壞較小。而實(shí)踐證明[5]，當(dāng)空隙率小于3%時(shí)，就有可能因?yàn)楦邷貢r(shí)發(fā)生瀝青膨脹，從而導(dǎo)致路面形成推擠或車轍。由此可見，合適的空隙率可以保證瀝青不易老化，防止混合料出現(xiàn)水損害和車轍等病害，延長路面的壽命。

本文首先成型不同級(jí)配的瀝青混合料，然后確定各個(gè)級(jí)配的空隙率，最后采用漢堡車轍試驗(yàn)評(píng)價(jià)不同空隙率的瀝青混合料在不同水溫條件下對(duì)其抗車轍性能和水穩(wěn)定性的影響。

2 瀝青混合料性能試驗(yàn)

2.1 原材料

瀝青：試驗(yàn)采用的瀝青為SBS聚合物改性瀝青，按照J(rèn)TG E20—2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行瀝青性能試驗(yàn)，其具體指標(biāo)見表1。

表1 SBS改性瀝青基本性質(zhì)

2.2 級(jí)配設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用級(jí)配類型為SMA-13，級(jí)配曲線見圖1。

2.3 試件成型

采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法成型φ150 mm×66±2 mm試件，儀器壓力為100 kPa，旋轉(zhuǎn)碾壓次數(shù)為100次，其中瀝青混合料的瀝青含量為5.9%。

2.4 空隙率確定

參考《規(guī)程》中壓實(shí)瀝青混合料密度試驗(yàn)T0705—2011所述的步驟計(jì)算體積指標(biāo)。表2為采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法成型試件的試驗(yàn)結(jié)果。

表2 瀝青混合料體積指標(biāo) %

2.5 漢堡車轍試驗(yàn)

為評(píng)價(jià)空隙率對(duì)瀝青混合料的高溫和水穩(wěn)定性的影響，將成型好的不同空隙率的試件在60 ℃水溫下進(jìn)行車轍試驗(yàn)，研究其車轍深度的變化規(guī)律。

3 瀝青混合料的高溫及水穩(wěn)定性

60 ℃環(huán)境下空隙率對(duì)高溫及水穩(wěn)定性的影響:

通常情況下，漢堡車轍試驗(yàn)中的最終碾壓次數(shù)和剝落拐點(diǎn)作為評(píng)價(jià)瀝青混合料的高溫抗車轍性能和抗水損害性能。在浸水和高溫的環(huán)境下，瀝青混合料首先發(fā)生蠕變變形，蠕變速率反映了混合料的抗車轍性能；當(dāng)蠕變變形結(jié)束后，混合料的結(jié)構(gòu)破壞，產(chǎn)生剝落變形，相應(yīng)的剝落點(diǎn)和剝落速率用來評(píng)價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)定性。圖2和表3為不同空隙率試件在60 ℃環(huán)境中車轍實(shí)驗(yàn)結(jié)果。隨著試件空隙率的增大，瀝青混合料的最終碾壓次數(shù)逐漸減小，相應(yīng)混合料的蠕變速率減小，發(fā)生剝落變形時(shí)對(duì)應(yīng)的碾壓次數(shù)減小，車轍深度增加。當(dāng)混合料的空隙率為2.2%時(shí)，試件在循環(huán)載荷作用下僅僅發(fā)生蠕變變形，試件發(fā)生1 mm的形變量需經(jīng)過12 151次的重復(fù)碾壓。當(dāng)空隙率增加至7%時(shí)，試件的蠕變速率減小，只需經(jīng)過2 137次的循環(huán)載荷作用，混合料的車轍深度便增加1 mm，經(jīng)過7 852次循環(huán)碾壓后，

混合料開始發(fā)生剝落變形。瀝青混合料空隙率的增加，使得水更加容易進(jìn)入混合料內(nèi)部，在循環(huán)載荷以及高溫的作用下，進(jìn)入混合料內(nèi)部的水不斷產(chǎn)生動(dòng)水壓力或真空負(fù)壓抽吸的反復(fù)循環(huán)作用，水分逐漸深入瀝青與集料的界面上，使瀝青的粘附性降低并逐漸喪失粘結(jié)力，集料表面的瀝青膜脫落，混合料的結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。

表3 瀝青混合料漢堡輪轍實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)

編號(hào)最終深度/mm最終次數(shù)蠕變次數(shù)/mm剝落次數(shù)/mm剝落點(diǎn)對(duì)應(yīng)次數(shù)剝落點(diǎn)對(duì)應(yīng)深度1號(hào)3.020 00012 151———2號(hào)11.815 3585 05137312 3404.193號(hào)11.411 5282 1376547 8525.82

4 結(jié)語

采用漢堡車轍試驗(yàn)評(píng)價(jià)空隙率對(duì)瀝青混合料的高溫抗車轍性能和水穩(wěn)定性能的影響。降低空隙率有助于提高瀝青混合料的高溫抗車轍性能和抗水損害性能，較低的空隙率使得混合料結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，可以阻止水浸入混合料內(nèi)部，防止混合料出現(xiàn)水損害現(xiàn)象。