大粒徑骨架密實(shí)型瀝青穩(wěn)定碎石ATSM-40性能評(píng)價(jià)

李遂生 索智 劉文娟 張瑞 張乾 羅亮 閆強(qiáng) 譚祎天

（1.鄭州市公路管理局，河南 鄭州 450052；2.北京建筑大學(xué)，北京 100044；3.河南乾坤路橋工程有限公司 河南 鄭州 453300）

自20世紀(jì)60年代至今，我國(guó)道路基層多選用半剛性道路結(jié)構(gòu)。因其具有整體強(qiáng)度高、施工質(zhì)量好控制等優(yōu)點(diǎn)，廣受喜愛(ài)。但隨著近年來(lái)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，車(chē)輛荷載和胎壓也在逐漸地增加，路面結(jié)構(gòu)在使用期間要經(jīng)受車(chē)輪荷載的反復(fù)作用，剛性基層材料產(chǎn)生微裂紋，當(dāng)荷載重復(fù)作用超過(guò)一定次數(shù)以后，荷載產(chǎn)生的應(yīng)力就會(huì)超過(guò)路面結(jié)構(gòu)抗力，產(chǎn)生疲勞斷裂破壞，導(dǎo)致道路病害。

我國(guó)傳統(tǒng)的瀝青混合料多為密實(shí)懸浮型結(jié)構(gòu)，代表種類(lèi)為AC系列與ATB系列，強(qiáng)度依賴于瀝青與礦料之間的黏結(jié)力。這種結(jié)構(gòu)的混合料路用性能不佳，很容易產(chǎn)生車(chē)轍等病害，減少路面的使用壽命，增加路面的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。因此，重新認(rèn)識(shí)和研究瀝青混合料的強(qiáng)度機(jī)理和力學(xué)特征，并根據(jù)瀝青路面結(jié)構(gòu)優(yōu)選筑路材料，已成為當(dāng)前瀝青路面建設(shè)的首要問(wèn)題。大粒徑骨架密實(shí)型瀝青穩(wěn)定碎石（以下簡(jiǎn)稱“ATSM”）具有抗永久變形能力高、耐久性長(zhǎng)的特點(diǎn)，特別適用于超重載交通。本文通過(guò)試驗(yàn)對(duì)ATSM-40的路用性能及力學(xué)性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，同時(shí)對(duì)比了ATSM-40與ATB-40的各項(xiàng)性能。

一、ATSM-40瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)

（一）原材料性能

1.瀝青材料

本文選用70號(hào)基質(zhì)瀝青作為瀝青混合料的膠結(jié)材料。瀝青的各項(xiàng)性能均可滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F20-2004)要求。

2.集料

實(shí)驗(yàn)采用的集料為河南省信陽(yáng)出產(chǎn)的石灰?guī)r，粗細(xì)集料的各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》JTG E42-2005要求。

（二）ATSM-40配合比設(shè)計(jì)

本文通過(guò)對(duì)比密級(jí)配骨架懸浮型的瀝青混合料AC及密級(jí)配骨架密實(shí)型的瀝青混合料SMA的各檔集料的級(jí)配中值，分析瀝青混合料從骨架懸浮型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變到骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)，其中值的上升或下降的百分比，利用規(guī)范中給出的密級(jí)配骨架懸浮型瀝青穩(wěn)定碎石ATB的各檔集料的級(jí)配中值加以變化，初步得出密級(jí)配骨架密實(shí)型瀝青穩(wěn)定碎石ATSM的設(shè)計(jì)級(jí)配。我們利用貝雷法的計(jì)算公式來(lái)驗(yàn)證ATSM的級(jí)配，并且修正關(guān)鍵篩孔的比例。級(jí)配曲線如圖1所示，最佳瀝青用量為2.9%。

圖1 ATSM-40級(jí)配設(shè)計(jì)曲線

二、ATSM-40瀝青混合料的性能評(píng)價(jià)研究

本文對(duì)ATSM-40進(jìn)行了車(chē)轍試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)及動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)。

（一） 車(chē)轍試驗(yàn)

本文根據(jù)JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》采用車(chē)轍試驗(yàn)和動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混合料的高溫性能。具體結(jié)果如表1所示。

表1 ATSM-40及ATB-40車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明ATSM的動(dòng)穩(wěn)定次數(shù)滿足《JTG D50-2017瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》中的要求。ATSM相比于ATB系列具有更好的高溫穩(wěn)定性及更小的車(chē)轍深度，證明ATSM高溫性能良好。本文認(rèn)為ATSM瀝青混合料中的粗集料形成了嵌擠結(jié)構(gòu)，細(xì)集料填充了空隙使得整體結(jié)構(gòu)形成了骨架密實(shí)狀態(tài)，因此提高了瀝青混合料的高溫抗變形能力。

（二）浸水馬歇爾試驗(yàn)

根據(jù)JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)范》，本文選用馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)及凍融劈裂試驗(yàn)來(lái)測(cè)定ATSM系列瀝青混合料的水穩(wěn)定性。其結(jié)果如表2和表3所示。

由表2可知ATSM-40瀝青混合料的馬歇爾殘留穩(wěn)定度為84.24%，凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比（TSR）為83.48%。通過(guò)查閱《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG E50-2017）得到在北京地區(qū)所處的氣候分區(qū)內(nèi)，瀝青混合料的馬歇爾殘留穩(wěn)定度應(yīng)大于80%，瀝青混合料的凍融劈裂抗彎拉強(qiáng)度比應(yīng)大于75%。因此ATSM-40瀝青混合料的水穩(wěn)定性滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

（三） ATSM-40的動(dòng)態(tài)回彈模量測(cè)量

根據(jù)JTG D50-2017《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，本文采用動(dòng)態(tài)回彈模量評(píng)價(jià)道路的力學(xué)性能。

表2 ATSM-40馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

表3 ATSM-40凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

表4 ATSM-40及ATB-40動(dòng)態(tài)回彈模量

試驗(yàn)根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行動(dòng)態(tài)回彈模量的測(cè)定，得到數(shù)據(jù)如表4所示。

規(guī)范中要求20℃、5Hz下的動(dòng)態(tài)回彈模量作為瀝青混合料的動(dòng)態(tài)回彈模量，通過(guò)結(jié)果的對(duì)比可知，ATSM-40的抗壓回彈模量明顯高于ATB-40的抗壓回彈模量。

三、結(jié)論

該文以室內(nèi)研究為基礎(chǔ)，比較了ATSM-40瀝青混合料和ATB-40瀝青混合料的高溫、水穩(wěn)定性和力學(xué)性能。得到以下結(jié)論：

嵌鎖式大粒徑瀝青混合料ATSM的高溫性能，水穩(wěn)定性及力學(xué)性能全面優(yōu)于傳統(tǒng)的大粒徑瀝青混合料材料ATB系列，且遠(yuǎn)高于規(guī)范對(duì)于柔性基層材料的要求。

嵌鎖式大粒徑瀝青混合料ATSM集料之間形成嵌擠骨架，試驗(yàn)證明其具有很高的抗壓強(qiáng)度及動(dòng)態(tài)回彈模量，遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)柔性道路材料。