考慮剪切性能的泡沫瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

董力銘，喬向軍，趙麟昊，高世柱，李秀君

（1.上海理工大學(xué) 環(huán)境與建筑學(xué)院，上海 200093；2.包頭市市政設(shè)計(jì)研究院，包頭 014030）

泡沫瀝青冷再生技術(shù)因其造價(jià)低、資源再利用等優(yōu)勢(shì)不斷應(yīng)用于道路維修養(yǎng)護(hù)工程，且隨該技術(shù)發(fā)展，冷再生層應(yīng)用范圍逐漸由公路的基層向下面層變化。但近年來(lái)，隨著氣候變暖，持續(xù)高溫氣候時(shí)間變長(zhǎng)，以及超載重載車(chē)輛增多，冷再生下面層承受較大剪應(yīng)力，在剪力和高溫作用下，路面常因泡沫瀝青冷再生混合料高溫抗剪切性能不足發(fā)生車(chē)轍病害。傳統(tǒng)的泡沫瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)方法，主要通過(guò)增加水泥用量、優(yōu)化混合料級(jí)配和控制泡沫瀝青用量的方法提高混合料高溫抗剪切性能，水泥摻量過(guò)高會(huì)嚴(yán)重影響混合料低溫和疲勞性能，工程中常采用1.5%～2.0%[1-5]。目前國(guó)內(nèi)外優(yōu)化級(jí)配的方法較多，主要通過(guò)控制體積參數(shù)使集料形成骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)提高混合料高溫抗剪切性能，如貝雷法、多級(jí)嵌擠密實(shí)級(jí)配設(shè)計(jì)法和抗剪型級(jí)配設(shè)計(jì)法等[6-9]。2015 年Chomicz-Kowalska 等[10]提出利用期望函數(shù)和優(yōu)化相應(yīng)變量來(lái)確定最佳泡沫瀝青用量和水泥用量來(lái)提高泡沫瀝青冷再生混合料的綜合性能，2017 年Kuna 等[11]提出以最優(yōu)含水量、旋轉(zhuǎn)壓實(shí)功和集料溫度為設(shè)計(jì)參數(shù)的配合比設(shè)計(jì)方法。但工程中通過(guò)摻入新集料的方式使礦料級(jí)配完全符合設(shè)計(jì)級(jí)配曲線(xiàn)難度較大；控制泡沫瀝青用量是工程中易操作的措施，且泡沫瀝青用量對(duì)混合料的抗拉強(qiáng)度、抗水損和抗剪切性能均有較大影響。隨泡沫瀝青用量增加，冷再生混合料抗拉和抗水損性能先提高后下降，抗剪切性能呈下降趨勢(shì)。傳統(tǒng)方法僅采用干濕劈裂試驗(yàn)確定泡沫瀝青用量，只能保證混合料的抗拉和抗水損性能，不能提升高溫抗剪切性能[12-14]。

因此，為了提高泡沫瀝青冷再生混合料高溫抗剪切性能，本文基于摩爾-庫(kù)倫強(qiáng)度理論，提出考慮剪切性能的泡沫瀝青用量綜合指標(biāo)來(lái)優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)；同時(shí)為解決車(chē)轍試驗(yàn)試件成型復(fù)雜、耗材多、耗時(shí)長(zhǎng)等缺陷，提出基于標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件的單軸貫入試驗(yàn)檢驗(yàn)混合料高溫抗剪切性能。

1 設(shè)計(jì)指標(biāo)及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 確定泡沫瀝青用量設(shè)計(jì)指標(biāo)

a.確定泡沫瀝青用量的傳統(tǒng)指標(biāo)。

目前，國(guó)內(nèi)外確定泡沫瀝青用量方法可歸納為：以預(yù)估泡沫瀝青用量為中值，按一定間隔拌和多組混合料，成型試件并養(yǎng)生，進(jìn)行干濕劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)，選擇濕劈裂強(qiáng)度最大，且干劈裂強(qiáng)度和干濕劈裂強(qiáng)度比（ITSR）均滿(mǎn)足要求的泡沫瀝青用量為最佳泡沫瀝青用量 ω1。對(duì)于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)，由干濕劈裂強(qiáng)度和ITSR 確定泡沫瀝青用量，僅保證混合料的抗拉和抗水損性能，未考慮抗剪切性能，難以從設(shè)計(jì)上保證混合料有較好的高溫穩(wěn)定性。

b.確定泡沫瀝青用量的抗剪指標(biāo)。

根據(jù)摩爾-庫(kù)倫強(qiáng)度理論，泡沫瀝青冷再生混合料抗剪強(qiáng)度等于黏聚力與摩阻力之和，根據(jù)王開(kāi)鳳等[15]的研究，當(dāng)?shù)V料級(jí)配和水泥用量確定時(shí)，抗剪強(qiáng)度主要受黏聚力影響，泡沫瀝青用量對(duì)黏聚力影響程度遠(yuǎn)大于內(nèi)摩擦角。因此，通過(guò)研究泡沫瀝青用量對(duì)黏聚力的影響規(guī)律可間接表征其對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響規(guī)律，可由最大黏聚力cmax表征混合料的最佳抗剪切性能，確定最佳泡沫瀝青用量 ω2。已知通過(guò)三軸試驗(yàn)，可根據(jù)式（1）求出黏聚力c和內(nèi)摩擦角 φ。為簡(jiǎn)化計(jì)算，本文利用簡(jiǎn)易三軸力學(xué)模型[16]計(jì)算混合料抗剪強(qiáng)度參數(shù)，將三軸試驗(yàn)簡(jiǎn)化為無(wú)側(cè)限的單軸抗壓試驗(yàn)和單軸抗拉試驗(yàn)，對(duì)于單軸抗壓試驗(yàn)，σ3=0，σ1=σuR（無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度）；單軸抗拉試驗(yàn)，－σ3=σur（單軸抗拉強(qiáng)度），σ1=0。由于單軸拉伸試驗(yàn)不易實(shí)施，可采用間接拉伸試驗(yàn)替代，即選擇劈裂強(qiáng)度 σt代替單軸抗拉強(qiáng)度 σur，因此以 σuR和 σt為直徑繪制兩個(gè)摩爾應(yīng)力圓，即可求得抗剪強(qiáng)度參數(shù)c和 φ。其中參數(shù)c和 φ的計(jì)算如式（2）和式（3）所示。

式 中：c為混合料黏聚力，MPa；φ為內(nèi)摩 擦角，°；σuR為混合料抗壓強(qiáng)度，由無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度表征，MPa；σt為混合料抗拉強(qiáng)度，由劈裂強(qiáng)度表征，MPa。

1.2 基于馬歇爾試件的單軸貫入試驗(yàn)設(shè)計(jì)

目前國(guó)內(nèi)外常選用車(chē)轍試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)單軸貫入試驗(yàn)表征混合料高溫抗剪切性能，但這兩種試驗(yàn)方法均存在試件成型復(fù)雜、耗材多、耗時(shí)長(zhǎng)等缺陷。為解決車(chē)轍試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)單軸貫入試驗(yàn)的缺陷，根據(jù)有關(guān)研究成果[17-19]，對(duì)于AC-20 級(jí)配，當(dāng)試件高度大于50 mm 時(shí)，混合料的抗剪強(qiáng)度隨試件高度變化已趨于穩(wěn)定；試件中沿徑向分布的各應(yīng)力在試件高度50 mm 處已基本為零；壓頭直徑為最大公稱(chēng)粒徑1.5 倍時(shí)效果最佳；對(duì)于最大公稱(chēng)粒徑為19 mm 的泡沫瀝青冷再生混合料，本文基于成型方便、操作簡(jiǎn)單的標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件進(jìn)行單軸貫入試驗(yàn)，探索貫入荷載能否作為評(píng)價(jià)冷再生混合料高溫抗剪切性能的指標(biāo)。同時(shí)，為研究溫度和車(chē)速對(duì)混合料高溫抗剪切性能的影響，確定試驗(yàn)溫度為20，40，60 ℃，貫入速率為1，2，5 mm/min。

參照規(guī)范[20]成型和養(yǎng)護(hù)馬歇爾試件，養(yǎng)護(hù)后的試件滿(mǎn)足：直徑（101.6±0.25）mm，高度（63.5±1.3）mm；將試件分別放置在20，40，60 ℃的環(huán)境中保溫6 h，并將萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)溫度調(diào)至試驗(yàn)溫度；將試件放在試驗(yàn)臺(tái)底板中心，上升底座使試件與直徑為28.5 mm 的壓頭恰好接觸，啟動(dòng)加載按鈕，按設(shè)計(jì)貫入速率施加壓力，直至試件破壞，記錄最大貫入荷載。每組試驗(yàn)取4 個(gè)試件的貫入荷載均值，當(dāng)存在某測(cè)定值與均值之差大于標(biāo)準(zhǔn)差k倍時(shí)，應(yīng)舍去，并補(bǔ)充試驗(yàn)，試件數(shù)目為4，5 和6 時(shí)，k值取1.46，1.67 和1.82。

2 配合比設(shè)計(jì)

2.1 瀝青發(fā)泡特性試驗(yàn)

本文選取鎮(zhèn)海AH-70 瀝青參照規(guī)范[20]進(jìn)行發(fā)泡試驗(yàn)，確定該瀝青的最佳發(fā)泡條件，具體試驗(yàn)結(jié)果如表1 所示。

表1 瀝青最佳發(fā)泡條件Tab.1 Optimum foaming conditions of asphalt

2.2 礦料級(jí)配設(shè)計(jì)

為設(shè)計(jì)適用于重載公路下面層的泡沫瀝青冷再生混合料，提高混合料高溫抗剪切性能，同時(shí)兼顧干縮和低溫性能，本文統(tǒng)一選取水泥的用量為1.8%。

為提高混合料高溫抗剪切性能，本文參照杜順成[21-22]提出的高抗剪密實(shí)型級(jí)配設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)礦料級(jí)配（命名級(jí)配Z），該級(jí)配粗集料和粉料含量較高，細(xì)集料含量較低，形成的粗集料骨架剪切模量較大，充分考慮混合料的剪切性能。同時(shí)驗(yàn)證確定泡沫瀝青用量新方法和基于馬歇爾試件單軸貫入試驗(yàn)的適用性，選取中粒式推薦級(jí)配范圍中值[23]（命名級(jí)配S）作為參照。設(shè)計(jì)級(jí)配曲線(xiàn)如圖1 所示。為減少干擾因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，統(tǒng)一確定銑刨料、新料和水泥的比例分別為80∶18.2∶1.8。

圖1 設(shè)計(jì)級(jí)配曲線(xiàn)Fig.1 Gradation design curve

2.3 拌和用水量和最大干密度

按照J(rèn)TG E51 中T0804 規(guī)定的試驗(yàn)方法，對(duì)級(jí)配S 和級(jí)配Z 進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。根據(jù)李秀君等[24]的研究，本文取泡沫瀝青冷再生混合料最佳含水量的80%為最佳拌和用水量。

圖2 擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Compaction test results

2.4 泡沫瀝青用量確定

a.傳統(tǒng)方法確定泡沫瀝青用量

本文根據(jù)舊瀝青含量和合成級(jí)配特點(diǎn)，參照規(guī)范[20]，擬定泡沫瀝青用量為1.6%，2.0%，2.4%，2.8%和3.2%配制冷再生混合料，進(jìn)行干濕劈裂試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖3 所示。

圖3 干濕劈裂試驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Dry-wet splitting test results

由試驗(yàn)結(jié)果可知，對(duì)于級(jí)配S，當(dāng)泡沫瀝青用量為 2.8%時(shí)，混合料具有最大濕劈裂強(qiáng)度，且干劈裂強(qiáng)度和ITSR 均較高，即按照傳統(tǒng)方法確定級(jí)配S 混合料最佳泡沫瀝青用量為2.8%；同理，級(jí)配Z 混合料最佳泡沫瀝青用量為2.4%。對(duì)比級(jí)配S 和級(jí)配Z 發(fā)現(xiàn)，級(jí)配S 混合料最佳泡沫瀝青用量大于級(jí)配Z，主要因?yàn)榧?jí)配S 細(xì)集料含量高，需更多的泡沫瀝青與之形成瀝青膠漿，但較多瀝青膠漿的混合料溫度敏感性高，在高溫和重載作用下易發(fā)生剪切變形。對(duì)比兩種級(jí)配混合料的干濕劈裂強(qiáng)度，級(jí)配Z 的干濕劈裂強(qiáng)度和干濕劈裂強(qiáng)度比均比級(jí)配S 高。這主要是因?yàn)榧?jí)配Z 在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮骨架抗剪切性能和密實(shí)性，在外荷載作用下，嵌擠骨架充分發(fā)揮作用。同時(shí)，較好的密實(shí)性能防止水分進(jìn)入混合料，降低荷載與水的耦合作用，提高混合料的抗剪切和抗水損性能。

b.基于最大黏聚力確定泡沫瀝青用量。

按泡沫瀝青摻量為1.6%，2.0%，2.4%，2.8%和3.2%配制冷再生混合料，在25 ℃下進(jìn)行劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果如表2 所示。由式（1）和式（2）計(jì)算級(jí)配S 混合料和級(jí)配Z 混合料的內(nèi)摩擦角和黏聚力，結(jié)果如圖4 所示。

表2 混合料劈裂強(qiáng)度和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度（25 ℃）Tab.2 Splitting strength and unconfined compressive strength of mixture(25 ℃)

由圖4 可知，隨泡沫瀝青用量增加，級(jí)配S 混合料和級(jí)配Z 混合料的黏聚力均呈現(xiàn)先增大后減小，內(nèi)摩擦角均為減小的趨勢(shì)。這主要是因?yàn)楫?dāng)泡沫瀝青用量較低時(shí)，隨泡沫瀝青用量增加，能與細(xì)集料形成較好的泡沫瀝青膠漿，并以點(diǎn)焊的形式分散在混合料中，起到較好的填充和黏結(jié)作用，提高混合料的黏聚力。當(dāng)泡沫瀝青含量過(guò)高時(shí)，膠結(jié)料中存在較多的自由瀝青，降低膠漿料的黏聚力。銑刨料和集料表面粗糙，而泡沫瀝青在骨架間起到潤(rùn)滑作用，因此，骨料間的內(nèi)摩擦角隨泡沫瀝青用量增加呈現(xiàn)單調(diào)減小的趨勢(shì)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，以最大黏聚力為指標(biāo)，確定級(jí)配S 和級(jí)配Z 的最佳泡沫瀝青用量分別為2.4%和2.0%。

圖4 不同泡沫瀝青用量下混合料黏聚力和內(nèi)摩擦角Fig.4 Cohesion and internal friction angle of mixtures with different foamed asphalt dosages

c.確定泡沫瀝青用量的綜合指標(biāo)。

對(duì)比傳統(tǒng)指標(biāo)和最大黏聚力指標(biāo)，傳統(tǒng)指標(biāo)確定的泡沫瀝青用量偏大，最大黏聚力指標(biāo)偏小。這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)指標(biāo)考慮混合料的抗水損性能，除部分泡沫瀝青與細(xì)集料形成瀝青膠漿，起到黏結(jié)作用外，多余的泡沫瀝青以瀝青團(tuán)和自由瀝青的形式填充到微小空隙中，阻止水分進(jìn)入，提高抗水損性能，但過(guò)多的泡沫瀝青會(huì)嚴(yán)重影響其高溫抗剪切性能。而最大黏聚力指標(biāo)主要考慮膠結(jié)料黏聚力，降低膠結(jié)料中自由瀝青含量，提高膠結(jié)料黏聚力，且未有多余瀝青對(duì)微小空隙進(jìn)行填充。因此，有利于提高混合料高溫抗剪切性能，但試件空隙率增大，水分易滲入，產(chǎn)生水損害。在兼顧抗拉、抗水損和抗剪切性能的條件下，本文提出確定泡沫瀝青用量的綜合指標(biāo)，即取泡沫瀝青用量 ω1和 ω2的均值為混合料最佳泡沫瀝青用量，如式（4）所示。按照式（4）確定級(jí)配S 和級(jí)配Z 的最佳泡沫瀝青用量分別為2.6%和2.2%，介于傳統(tǒng)指標(biāo)和最大黏聚力指標(biāo)之間，較傳統(tǒng)指標(biāo)，減小了泡沫瀝青用量，降低工程成本。

3 混合料高溫抗剪切性能和抗水損性能分析

3.1 基于馬歇爾試件單軸貫入試驗(yàn)結(jié)果分析

為對(duì)比不同方法設(shè)計(jì)的混合料抗剪切性能，探索試驗(yàn)溫度和貫入速率對(duì)混合料抗剪切性能的影響規(guī)律，本文將單軸貫入試驗(yàn)結(jié)果整理如圖5所示。

圖5 不同溫度和貫入速度下的最大貫入荷載Fig.5 Maximum penetration loads at different temperatures and penetration velocities

由圖5 可知，級(jí)配Z 的抗剪切性能優(yōu)于級(jí)配S，此外不同級(jí)配的冷再生混合料抗剪切性能均存在類(lèi)似規(guī)律：當(dāng)溫度和貫入速率相同時(shí)，最大黏聚力指標(biāo)最佳，綜合指標(biāo)次之，傳統(tǒng)的指標(biāo)最差，且最大黏聚力指標(biāo)與綜合指標(biāo)差距較??；隨溫度升高，不同方法設(shè)計(jì)的混合料抗剪切性能均呈現(xiàn)先快后慢的下降趨勢(shì)，且混合料抗剪切性能的差距變大，傳統(tǒng)指標(biāo)較最大黏聚力指標(biāo)和綜合指標(biāo)，混合料抗剪切性能較差；隨貫入速率增加，不同方法設(shè)計(jì)的混合料抗剪切性能均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。分析原因，主要因?yàn)殡S泡沫瀝青用量增加，混合料中存在較多的瀝青團(tuán)和自由瀝青，導(dǎo)致膠結(jié)料間的黏聚力減弱，集料間的內(nèi)摩阻力減小，削弱抗剪切性能，且削弱作用隨泡沫瀝青用量的增加而加劇。當(dāng)溫度小于40 ℃時(shí)，隨溫度升高，膠結(jié)料中的瀝青和自由瀝青黏度急劇下降，導(dǎo)致膠結(jié)料黏聚力急劇減小，集料間的潤(rùn)滑作用加劇，混合料抗剪切性能快速下降；當(dāng)溫度大于40 ℃時(shí)，膠結(jié)料黏聚力已處于較低水平，變化幅度小，瀝青在集料間的潤(rùn)滑作用也趨于穩(wěn)定，因此混合料抗剪切性能下降速率降低。泡沫瀝青冷再生混合料是一種黏彈性材料，由Burgers 黏彈性模型[25]可知，變形速率的增加可顯著提高混合料的強(qiáng)度特性，在其他條件相同時(shí)，靜載或加載速率越小，混合料力學(xué)強(qiáng)度越差。因此，當(dāng)貫入速度為1 mm/min 時(shí)，混合料抗剪切性能較差。在不同溫度和貫入速率條件下，通過(guò)對(duì)比不同方法設(shè)計(jì)的混合料貫入試驗(yàn)結(jié)果，本文提出的綜合指標(biāo)優(yōu)于傳統(tǒng)指標(biāo)，能有效提高混合料抗剪切性能。

由以上研究可知，基于馬歇爾試件的單軸貫入荷載能明顯區(qū)分不同級(jí)配和設(shè)計(jì)方法下混合料的抗剪切性能。當(dāng)試驗(yàn)條件為貫入速率1 mm/min，溫度60 ℃時(shí)，混合料的抗剪切性能區(qū)分度大，可有效避免因試驗(yàn)操作因素影響結(jié)果，因此，該條件為最佳試驗(yàn)條件。

3.2 最大貫入荷載與動(dòng)穩(wěn)定度關(guān)系分析

通過(guò)前文研究結(jié)果，基于馬歇爾試件的單軸貫入試驗(yàn)?zāi)苡行гu(píng)價(jià)泡沫瀝青冷再生混合料高溫抗剪切性能，且該方法成型試件方便，耗材少，耗時(shí)短。但規(guī)范[23]僅對(duì)車(chē)轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度提出要求，未對(duì)混合料抗剪切強(qiáng)度或貫入荷載的限值進(jìn)行規(guī)定。因此，只能橫向?qū)Ρ炔煌旌狭祥g的抗剪切性能，不能用于評(píng)價(jià)混合料抗剪切性能是否滿(mǎn)足路用性能要求。本文嘗試建立馬歇爾試件貫入荷載與動(dòng)穩(wěn)定度的關(guān)系，以動(dòng)穩(wěn)定度限值為參考，提出基于馬歇爾試件的最大貫入荷載限值，用以評(píng)價(jià)混合料高溫抗剪切性能是否滿(mǎn)足要求。

本文取不同方法設(shè)計(jì)的級(jí)配S 和級(jí)配Z 混合料最大貫入荷載Fmax（60 ℃、1 mm/min）和動(dòng)穩(wěn)定度DS（60 ℃），同時(shí)為增加數(shù)據(jù)樣本，探索規(guī)律，結(jié)合多級(jí)嵌擠密實(shí)級(jí)配法[26]設(shè)計(jì)的冷再生混合料動(dòng)穩(wěn)定度和最大貫入荷載，研究貫入荷載與動(dòng)穩(wěn)定度的關(guān)系，結(jié)果如圖6 所示。

圖6 最大貫入荷載與動(dòng)穩(wěn)定度擬合關(guān)系Fig.6 Fitting relation between maximun penetration load and dynamic stability

由圖6 可知，基于馬歇爾試件的最大貫入荷載與車(chē)轍試驗(yàn)的動(dòng)穩(wěn)定度存在較好的線(xiàn)性關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)R2=0.950 4＞0.9，進(jìn)一步證明基于馬歇爾試件的單軸貫入試驗(yàn)?zāi)苡行гu(píng)價(jià)泡沫瀝青冷再生混合料抗剪切性能。同時(shí)，根據(jù)規(guī)范[20]中對(duì)不同交通等級(jí)公路基層及下面層泡沫瀝青冷再生混合料動(dòng)穩(wěn)定度的要求，提出最大貫入荷載限值要求，如表3 所示。

表3 基于馬歇爾試件的最大貫入荷載限值要求Tab.3 Maximum penetration load limit requirement based on Marshall specimen

由表3 和圖5 可知，對(duì)于級(jí)配S，傳統(tǒng)指標(biāo)設(shè)計(jì)的混合料高溫抗剪切性能不滿(mǎn)足中等以上交通條件下面層的要求，只滿(mǎn)足中等交通基層及輕交通下面層和基層要求。但若以綜合指標(biāo)或最大黏聚力為指標(biāo)設(shè)計(jì)混合料，其高溫抗剪切性能則滿(mǎn)足限值要求；而級(jí)配Z 不論選擇傳統(tǒng)指標(biāo)還是綜合指標(biāo)設(shè)計(jì)混合料，均能滿(mǎn)足規(guī)范限制要求。由此進(jìn)一步證明，以綜合指標(biāo)確定泡沫瀝青用量，可有效提高混合料高溫抗剪切性能。同時(shí)，用于重載公路下面層的混合料級(jí)配應(yīng)進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，僅滿(mǎn)足規(guī)范規(guī)定的級(jí)配范圍進(jìn)行施工，往往不能滿(mǎn)足現(xiàn)實(shí)條件對(duì)下面層混合料性能的要求。

3.3 抗水損性能分析

因本文提出的泡沫瀝青用量綜合指標(biāo)對(duì)混合料抗水損性能有一定削弱，因此，本文選擇ITSR對(duì)不同方法設(shè)計(jì)的混合料抗水損性能進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果如圖7 所示。

圖7 不同方法設(shè)計(jì)的混合料干濕劈裂強(qiáng)度比Fig.7 Dry-wet splitting strength ratio of mixtures designed by different methods

由圖7 可知，不同方法設(shè)計(jì)的泡沫瀝青冷再生混合料抗水損性能有較大差異，其中傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法水穩(wěn)定性最好，以最大黏聚力指標(biāo)設(shè)計(jì)的混合料水穩(wěn)定性較差，綜合指標(biāo)介于二者之間。主要因?yàn)閭鹘y(tǒng)指標(biāo)確定的泡沫瀝青用量較高，除部分泡沫瀝青與膠結(jié)料形成瀝青膠漿，以點(diǎn)焊的形式分布在混合料中起黏結(jié)作用外，另一部分泡沫瀝青則以瀝青團(tuán)和自由瀝青的形式填充到混合料空隙中，減小混合料空隙，有效防止水分進(jìn)入空隙中形成動(dòng)水壓力；而最大黏聚力指標(biāo)確定的泡沫瀝青用量較少，主要用于形成瀝青膠漿分散在混合料中起黏結(jié)作用，無(wú)多余瀝青填充到空隙中，混合料空隙率較大，易發(fā)生水損害；而綜合指標(biāo)介于二者之間，同時(shí)考慮了抗水損性能和高溫抗剪切性能。

對(duì)比級(jí)配S 和級(jí)配Z 混合料抗水損性能，不同設(shè)計(jì)方法對(duì)級(jí)配Z 和級(jí)配S 作用規(guī)律類(lèi)似，以綜合指標(biāo)確定泡沫瀝青用量的混合料抗水損性能受到一定削弱，但削弱幅度不大，滿(mǎn)足規(guī)范對(duì)ITSR 不小于75%的要求[23]。級(jí)配Z 抗水損性能整體上優(yōu)于級(jí)配S，因此，建議當(dāng)以綜合指標(biāo)確定泡沫瀝青用量時(shí)，可選擇密實(shí)性較好的級(jí)配，提高泡沫瀝青冷再生混合料抗水損性能。

4 結(jié) 論

本文通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)泡沫瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)方法和車(chē)轍試驗(yàn)進(jìn)行分析，引入抗剪切設(shè)計(jì)指標(biāo)和單軸貫入試驗(yàn)，為設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)高抗剪泡沫瀝青冷再生混合料開(kāi)展試驗(yàn)研究，得出以下主要結(jié)論：

a.提出了泡沫瀝青用量綜合指標(biāo)，綜合考慮抗拉、抗水損和抗剪切性能，在混合料抗水損性能滿(mǎn)足規(guī)范要求的同時(shí)，有效提高混合料高溫抗剪切性能，且減少泡沫瀝青用量，降低工程造價(jià)。

b.提出了基于標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件的單軸貫入試驗(yàn)，有效評(píng)價(jià)混合料高溫抗剪切性能，并且貫入速率1 mm/min，試驗(yàn)溫度60 ℃為最佳試驗(yàn)條件；基于馬歇爾試件的最大貫入荷載與動(dòng)穩(wěn)定度存在較好的線(xiàn)性相關(guān)，以動(dòng)穩(wěn)定度規(guī)范限值推算出貫入荷載限值要求，為該評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用提供限值參考。

c.以綜合指標(biāo)優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)，建議選擇密實(shí)性較高的礦料級(jí)配，可有效提高混合料高溫抗剪切性能，同時(shí)保證混合料抗水損性能滿(mǎn)足規(guī)范要求。

d.下一階段應(yīng)針對(duì)優(yōu)化后的配合比開(kāi)展實(shí)際工程應(yīng)用，并且進(jìn)行長(zhǎng)期性能的觀測(cè)和調(diào)查，通過(guò)反饋數(shù)據(jù)信息對(duì)配合比設(shè)計(jì)方案進(jìn)行改進(jìn)。