離析對瀝青混合料性能影響的研究

王燕芳 葉 青

(貴州宏信創(chuàng)達(dá)工程檢測咨詢有限公司，貴州 貴陽 550014)

0 引言

在我國高速公路建設(shè)中，瀝青路面應(yīng)用廣泛。眾所周知，路面工程的質(zhì)量由施工工藝水平、機(jī)械設(shè)備配套水平和施工管理水平所決定。施工過程中，攤鋪的混合料是否符合設(shè)計的要求，直接關(guān)系路面質(zhì)量的優(yōu)劣。一旦瀝青路面一定區(qū)域內(nèi)的混合料產(chǎn)生離析，即出現(xiàn)粗、細(xì)集料不均勻，偏離了設(shè)計級配，或者瀝青含量不均勻，偏離了設(shè)計的最佳瀝青用量等現(xiàn)象，其路面結(jié)構(gòu)的物理力學(xué)特性與設(shè)計結(jié)果就會出現(xiàn)偏差[1，2]。

熱拌瀝青混合料離析也是一個普遍存在的問題。離析的產(chǎn)生，加速了路面的損壞，嚴(yán)重影響道路的使用和行駛安全[3-5]，同時也帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。由于離析的產(chǎn)生，路面的預(yù)期壽命只有設(shè)計壽命的50%[6]。因此，對瀝青路面離析的研究具有非常重大的意義。

分析離析對瀝青混合料性能影響最佳方法是采用現(xiàn)場芯樣進(jìn)行相應(yīng)的性能研究[7]。但要進(jìn)行全面的性能測試，完全使用芯樣難以實現(xiàn)。本文統(tǒng)計了不同離析狀態(tài)下路面芯樣的級配、油石比和一系列體積指標(biāo)，根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果確定芯樣的離析程度，選擇不同程度離析的代表級配、油石比和空隙率成型試件，進(jìn)行一系列的性能試驗測試。

1 試驗方案

1.1 原材料

試驗研究所采用的粗細(xì)集料均為石灰?guī)r，經(jīng)過篩分后逐級回配，集料的各項技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 集料技術(shù)指標(biāo)

礦粉為石灰石礦粉，其具體技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2 礦粉技術(shù)指標(biāo)

瀝青為SK70號重交通瀝青，其具體技術(shù)指標(biāo)見表3。

表3 SK-70號瀝青技術(shù)指標(biāo)

1.2 級配選擇

采用AC-20瀝青混合料進(jìn)行試驗，其中將瀝青混合料離析分為四類：無、輕、中和重度離析。不同程度離析的混合料代表級配、用油量和空隙率見表4。

表4 瀝青混合料級配、用油量和空隙率

1.3 試驗方案

1.3.1馬歇爾穩(wěn)定度試驗

分別測定不同程度離析混合料的馬歇爾穩(wěn)定度。試件采用旋轉(zhuǎn)壓實成型的圓柱體試件，馬歇爾穩(wěn)定度試驗試件高度為63.5 mm，直徑為100 mm，試驗溫度為25 ℃。

1.3.2動態(tài)回彈模量試驗

分別測定不同程度離析混合料的動態(tài)回彈模量。試件采用旋轉(zhuǎn)壓實成型的圓柱體試件，試驗試件高度為100 mm，直徑為100 mm，試驗溫度為20 ℃。通過MTS材料試驗機(jī)對所選路面結(jié)構(gòu)層材料進(jìn)行重復(fù)加載試驗，加載頻率10 Hz。

首先采用試件破壞荷載的10%對試件進(jìn)行加載卸載兩次靜載預(yù)壓，預(yù)壓保持1 min，加載速率為2 mm/min。待兩次預(yù)壓卸載完成后將實際施加的半正矢波最大幅值荷載分成5個等級開始分級加載，加載最大幅值荷載為混合料強(qiáng)度值P的50%，分別取0.1P,0.2P,0.3P,0.4P,0.5P作為試驗荷載，每級荷載作用試件30 s。

1.3.3高溫穩(wěn)定性試驗

使用瀝青路面分析儀(APA)來評價不同離析程度混合料的高溫穩(wěn)定性，試驗溫度分別為25 ℃,40 ℃和60 ℃，采用旋轉(zhuǎn)壓實成型圓柱體試件，成型方式控制高度，試件高度為75 mm，直徑為150 mm。APA的輪壓和軟管氣壓為445 kN和669 kPa。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 馬歇爾穩(wěn)定度試驗結(jié)果

馬歇爾穩(wěn)定度試驗結(jié)果見表5。通過試驗結(jié)果可以看出，隨著瀝青混合料離析程度的增大，穩(wěn)定度是逐漸減小，當(dāng)瀝青混合料為輕度和中度離析的時候，其穩(wěn)定度分別為均勻瀝青混合料的87%和74%，當(dāng)瀝青混合料為重度離析偏粗的時候，其穩(wěn)定度只有均勻瀝青混合料的47%，當(dāng)重度離析偏細(xì)的時候，其穩(wěn)定度略有升高，為均勻瀝青混合料的108%。因此結(jié)果表明隨著離析程度的增大，其對瀝青混合料穩(wěn)定度的影響也越來越大。其中重度離析偏粗時，其穩(wěn)定度還達(dá)不到均勻混合料的一半，但是當(dāng)重度離析級配偏細(xì)時，其穩(wěn)定度是升高的。

表5 馬歇爾穩(wěn)定度試驗結(jié)果

分析瀝青混合料穩(wěn)定度與油石比、空隙率的關(guān)系分別如圖1,圖2所示，隨著油石比的增加，瀝青混合料穩(wěn)定度逐漸增加，而隨著空隙率的增加，穩(wěn)定度是逐漸減小。分析原因主要是瀝青用量增加，在一定范圍內(nèi)，瀝青與集料粘結(jié)力增加，其強(qiáng)度也就增加；空隙率增大，其實際的瀝青有效粘結(jié)面積減小，整體強(qiáng)度就會降低。所以瀝青混合料從宏觀上表現(xiàn)出隨著油石比的減少和空隙率增大，其穩(wěn)定度減小。

2.2 動態(tài)回彈模量試驗結(jié)果

動態(tài)回彈模量試驗結(jié)果如表6所示，隨著離析程度的增加，瀝青混合料動態(tài)模量都是逐漸減小。當(dāng)瀝青混合料為輕度和中度離析的時候，動態(tài)模量分別為均勻瀝青混合料的94%和78%；當(dāng)瀝青混合料重度離析，偏粗和偏細(xì)的級配其動態(tài)模量為均勻瀝青混合料的62%和102%。因此，當(dāng)瀝青混合料發(fā)生輕度離析的時候，其動態(tài)模量為均勻瀝青混合料的90%～100%；當(dāng)瀝青混合料發(fā)生中度離析的時候，其動態(tài)模量為均勻瀝青混合料的70%～80%；當(dāng)瀝青混合料發(fā)生重度離析的時候，級配偏粗部分其動態(tài)模量為均勻瀝青混合料的60%～70%；級配偏細(xì)部分，動態(tài)模量有所升高。

表6 動態(tài)回彈模量試驗結(jié)果

2.3 高溫穩(wěn)定性試驗結(jié)果

分別測試了5種級配在25 ℃,40 ℃和60 ℃試驗條件下的車轍深度，結(jié)果見表7。

表7 APA試驗結(jié)果

用TUKEY-KRAMER方法對因素“離析程度”的五個水平進(jìn)行相應(yīng)均值比較，以確定5水平間均值差異的顯著性。預(yù)設(shè)顯著性水平α=0.05，結(jié)果見表8。通過結(jié)果比較可知，重度離析級配偏細(xì)的部分高溫穩(wěn)定性與其他級配高溫穩(wěn)定性存在明顯差異；瀝青混合料未發(fā)生離析的時候，其高溫穩(wěn)定性與輕度、中度離析的車轍深度沒有明顯區(qū)別，與重度離析級配偏粗的部分有顯著差異。由此可以判斷：當(dāng)瀝青混合料發(fā)生輕度或者中度離析的時候，其高溫穩(wěn)定性沒有顯著變化；當(dāng)發(fā)生重度離析的時候，其高溫穩(wěn)定性顯著降低；當(dāng)瀝青混合料偏細(xì)的時候，其高溫穩(wěn)定性也有顯著變化，高溫穩(wěn)定性顯著降低。

表8 離析程度五水平間均值比較

3 結(jié)語

1)瀝青混合料的離析會直接導(dǎo)致油石比和空隙率發(fā)生變化，使得混合料易透水，這也充分表明離析是路面結(jié)構(gòu)水破壞的根源。

2)瀝青混合料的離析對其穩(wěn)定度、動態(tài)模量及高溫穩(wěn)定性均會產(chǎn)生影響，且離析程度越嚴(yán)重影響越大。