級配離析對AC-25瀝青混合料性能的影響研究

鐘智

摘要：AC-25瀝青混合料作為路面結(jié)構(gòu)中常用的下面層，由于其級配較粗，在施工過程中是最容易發(fā)生離析的層位。文章通過對不同離析程度的混合料進行高溫、低溫、水穩(wěn)定性、劈裂強度等方面的試驗，研究離析對AC-25瀝青混合料性能的影響。結(jié)果表明：離析混合料的性能均低于原樣混合料，粗集料離析的混合料其低溫性能、水穩(wěn)定性、劈裂強度等性能顯著降低，細集料離析的混合料其高溫性能顯著降低。

關(guān)鍵詞：瀝青混合料;離析;級配組成;性能試驗

中國分類號：U414文獻標(biāo)識碼：A

0 引言

三層式柔性瀝青路面作為當(dāng)前我國高速公路標(biāo)準(zhǔn)路面結(jié)構(gòu)，其應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)非常廣泛成熟。AC-25瀝青混合料作為下面層結(jié)構(gòu)，普遍應(yīng)用在高速公路中。研究表明，對三層瀝青路面結(jié)構(gòu)而言，其中下面層作為主要的受力層，不僅承受上部傳遞下來的車輛荷載，而且受到下部水穩(wěn)層反射應(yīng)力，當(dāng)中下面層發(fā)生病害時，表現(xiàn)在路面的就是裂縫、坑槽、車轍失穩(wěn)等病害[1]。在進行下面層AC-25瀝青混合料級配設(shè)計時，考慮到下面層的承力性，在滿足規(guī)范要求的前提下，其級配往往設(shè)計得偏粗、粒徑偏大，對于提高結(jié)構(gòu)承載力有益。但是在施工過程中，偏粗的混合料更容易離析，從而導(dǎo)致實際鋪筑的路面達不到理想的強度，在離析嚴(yán)重的地方甚至?xí)霈F(xiàn)早期病害，導(dǎo)致路面整體結(jié)構(gòu)強度變差[2]。調(diào)查研究表明，多數(shù)出現(xiàn)早期病害的瀝青路面，其下面層都有不同程度的離析，離析部位作為一個薄弱點，在荷載、水浸的作用下易發(fā)生損壞，進而引起路面病害[3]。

因此，本文通過室內(nèi)試驗，研究了級配離析對AC-25瀝青混合料的性能影響，分析不同離析情況對混合料路用性能的影響，進而對瀝青路面施工過程中預(yù)防混合料離析與早期病害的產(chǎn)生提供借鑒。

1 試驗方案設(shè)計

對于瀝青混合料而言，在施工過程中主要發(fā)生的離析為：粗集料在攤鋪機螺旋布料器的轉(zhuǎn)動下分布在靠近邊緣部分，而細集料集中在中部位置，因此可以將混合料的離析分為粗離析和細離析兩個部分[4]。分別制備原級配、粗離析、細離析三種不同級配的混合料進行試驗，通過試驗結(jié)果，即可分析級配離析對瀝青混合料性能的影響程度[5]。

1.1 離析級配設(shè)計

本研究以某高速公路實體工程為依托，采用粗、細集料均為石灰?guī)r，瀝青采用埃索70#A級道路石油瀝青。在借鑒國內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上[6]，本研究以4.75 mm篩孔為分界點，將混合料分為粗細兩部分，以高速公路工程AC-25下面層生產(chǎn)配合比為原始級配。對實體攤鋪過程中離析處取料燃燒篩分，以此為依據(jù)，采用級配偏差原理[7]，以原始級配的各篩孔通過率為基準(zhǔn)，配置粗離析、細離析級配，三種級配組成如表1所示。

由于粗離析、細離析的混合料級配是一種實驗室復(fù)配的級配，因此在計算其最佳瀝青用量時，以現(xiàn)場取離析料燃燒篩分基準(zhǔn)，結(jié)合瀝青油膜厚度計算方法確定[8]。原始級配、粗離析、細離析三種級配油石比分別確定為3.8%、3%、4.5%。

1.2 試驗項目選擇

由研究可知，瀝青下面層主要為受力層，并且是與水穩(wěn)層直接接觸的層位，因此要求其在具有一定強度的基礎(chǔ)上，能夠達到高溫不變形、抗反射裂縫、抗水損的要求。基于此，本文通過四種試驗途徑，分別評價三種混合料的高溫穩(wěn)定性能、低溫抗裂性能、抗水損性能、強度性能。

（1）以車轍試驗評價高溫穩(wěn)定性。用以評價瀝青混合料在高溫狀態(tài)下抵抗變形能力的試驗方法較多，由于車轍試驗的試件成型方式與實際施工接近，同時其試驗條件是在恒溫箱中，采用輪載反復(fù)碾壓，能夠較好地模擬車輛荷載情況，因此選用車轍試驗評價。按照設(shè)計級配和油石比，根據(jù)規(guī)范要求成型300 mm×300 mm×50 mm規(guī)格的試件，每個級配各成型2塊試件，在60 ℃條件下分別測試其動穩(wěn)定度，取2塊試件結(jié)果的平均值評價瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。

（2）以小梁彎曲試驗評價低溫抗裂性。小梁彎曲試驗是一種常用的瀝青混合料低溫抗裂性能評價方法。試驗用車轍成型儀器成型300 mm×300 mm×100 mm試件，脫模后切割制作成250 mm×30 mm×35 mm標(biāo)準(zhǔn)小梁試件，每個級配分別切割8個標(biāo)準(zhǔn)小梁試件。試驗時，采用的跨徑為200 mm，在-10 ℃的試驗條件下，以50 mm/min的加載速度從中點加載試驗，通過抗彎拉強度、最大彎拉應(yīng)變以及彎曲勁度模量來評價瀝青混合料的低溫性能。

（3）以浸水馬歇爾試驗評價水穩(wěn)定性。浸水馬歇爾試驗是通過分別測定試件在60 ℃恒溫水中浸泡40 min和48 h的穩(wěn)定度，然后計算二者的比值，即可知道試件在浸水后受損的程度。每個級配分別制備8個標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，通過計算48 h殘留穩(wěn)定度來評價瀝青混合料的水穩(wěn)定性能。

（4）以馬歇爾試件劈裂強度評價強度。劈裂試驗是通過測試瀝青混合料試件在規(guī)定溫度和加載速度的條件下，劈裂破壞時的力學(xué)性質(zhì)。試驗時，每個級配分別成型標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件4個，放入15 ℃恒溫水槽中保溫不少于1.5 h，然后采用50 mm/min的加載速率進行劈裂試驗。以劈裂強度評價瀝青混合料的強度。

2 試驗結(jié)果分析

（1）車轍試驗所得數(shù)據(jù)如表2所示。通過試驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，與原始級配相比，兩種離析級配的動穩(wěn)定度均大幅度減小，其中細離析級配動穩(wěn)定度最小;離析級配的車轍深度也相應(yīng)增大，其中粗離析級配車轍深度最大。這是由于當(dāng)混合料發(fā)生粗離析時，粗料集中雖然具有骨架結(jié)構(gòu)，能夠保持一定的抗車轍能力，但是由于缺少細料填充，骨架之間無膠聯(lián)，當(dāng)反復(fù)荷載作用時，骨架難以支撐，進而形成較深的車轍。當(dāng)混合料發(fā)生細離析時，細料集中，缺少骨架結(jié)構(gòu)，混合料無法承受荷載，但是由于其結(jié)構(gòu)較致密，雖然抗車轍能力差，但是相對變形較小。

因此從高溫穩(wěn)定角度，對于AC-25瀝青混合料施工而言，在施工過程中應(yīng)注意控制細集料的離析，才能保證結(jié)構(gòu)具有較好的高溫穩(wěn)定性。

（2）小梁彎曲試驗結(jié)果如下頁表3所示。其結(jié)果為8根試件的平均值。測試結(jié)果中最大彎拉應(yīng)變是直接反映瀝青混合料低溫性能的力學(xué)指標(biāo)。將試驗結(jié)果繪入下頁圖1。

由圖1及表3試驗結(jié)果可知，與原始級配混合料相比，離析級配的抗彎拉強度和彎曲勁度模量均降低，粗離析混合料的最大彎拉應(yīng)變降低了30%，而細離析混合料提高了20%。分析認(rèn)為，細離析混合料中瀝青膠漿較多，結(jié)構(gòu)致密，因此其在抵抗荷載時能夠具有較大的形變而不被破壞，但是由于其沒有良好的骨架結(jié)構(gòu)，其彎拉強度和勁度模量反而降低。而對粗離析混合料而言，其結(jié)構(gòu)空隙大，在抵抗荷載時形變小，強度和模量也相應(yīng)較低。因此從低溫抗裂角度，在AC-25瀝青混合料施工過程中，要嚴(yán)格控制粗離析的發(fā)生，防止結(jié)構(gòu)由粗離析導(dǎo)致的低溫開裂。

（3）浸水馬歇爾試驗結(jié)果如表4和圖2所示。通過試驗結(jié)果可知，與原始級配混合料相比，離析混合料的穩(wěn)定度和浸水48 h穩(wěn)定度均有所降低，其中粗離析混合料的穩(wěn)定度最小;浸水48 h后，粗離析級配混合料穩(wěn)定度降低幅度最大，細離析級配混合料穩(wěn)定度降低幅度最小。分析認(rèn)為，粗離析級配的混合料中缺少細料填充，孔隙較多，與水的接觸面積更大，導(dǎo)致穩(wěn)定度降低最快，其抗水損能力最差;而細離析級配的混合料由于具有致密的結(jié)構(gòu)，與水接觸面積小，其穩(wěn)定度降低小，抗水損能力較好。因此從水穩(wěn)定性角度，在AC-25瀝青混合料施工過程中，對于粗集料離析處要預(yù)防水損壞發(fā)生。

（4）馬歇爾試件劈裂強度試驗結(jié)果如表5所示。通過試驗結(jié)果可知，與原始級配混合料相比，粗離析級配混合料強度降低了45%，細離析級配混合料強度降低了27%。分析認(rèn)為，不論是何種離析形式的混合料，都不具備良好的骨架結(jié)構(gòu)，粗離析結(jié)構(gòu)空隙大、細離析結(jié)構(gòu)無骨架，這導(dǎo)致結(jié)構(gòu)因空隙大壓縮變形、因無骨架支撐失穩(wěn)，都不具有穩(wěn)定的強度。只有合適的骨架級配結(jié)構(gòu)，才能具有較好的強度。

3 結(jié)語

本文在室內(nèi)試驗環(huán)境下，結(jié)合實體工程，通過設(shè)計的三種不同級配類型AC-25瀝青混合料，進行了高溫、低溫、水穩(wěn)定性、劈裂強度等性能試驗，分析了級配離析對瀝青混合料性能的影響。當(dāng)瀝青混合料發(fā)生離析時，其整體性能都會降低。對于粗離析而言，易形成缺少填充的多空隙骨架結(jié)構(gòu)，雖然具有一定的高溫穩(wěn)定性，但是其低溫抗裂性、抗水損性以及強度都會大幅降低;對于細離析而言，易形成缺少骨架的懸浮密實結(jié)構(gòu)，雖然具有一定的抗水損性能，但是其高溫性穩(wěn)定性、強度均會大幅降低。因此在施工過程中，嚴(yán)格控制混合料的離析，保持級配均勻性，對于提升下面層結(jié)構(gòu)強度具有重要意義。

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