AC-25C瀝青混合料凍融劈裂強度指標不合格因素分析

方國強 陳寧 王袁鵬

摘要 文章依托廣西平武路路面實體工程，針對AC-25C道路石油瀝青混合料在配合比設計階段出現(xiàn)凍融劈裂TSR指標不合格這一問題，從原材料、級配設計、抗剝落劑選擇等方面對影響凍融劈裂TSR指標的各個因素進行分析，并提出相關(guān)技術(shù)建議，避免出現(xiàn)設計的AC-25C道路石油瀝青混合料水穩(wěn)定性不足，造成運營期路面出現(xiàn)早期水損害。

關(guān)鍵詞 AC-25C；瀝青混合料；凍融劈裂；因素分析

中圖分類號 U414文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）05-0078-03

0 引言

近些年改性瀝青事件層出不窮，盡管采取了多種技術(shù)和管理手段加強對基質(zhì)瀝青和成品改性瀝青質(zhì)量的控制，但是實體工程70號道路石油瀝青和改性瀝青在使用過程中也經(jīng)常出現(xiàn)部分關(guān)鍵指標不合格的問題。這些外部因素也對常規(guī)的瀝青混合料配合比設計提出了新的挑戰(zhàn)和要求。

1 凍融劈裂TSR指標不合格因素分析

由于凍融劈裂TSR指標相比浸水馬歇爾指標能較好地表征瀝青混合料抗水損害性能[1]，在配合比設計性能驗證階段是必須驗證的性能指標。若配合設計階段出現(xiàn)TSR指標不合格說明瀝青混合料的水穩(wěn)定性能較差，一般TSR指標與下列因素息息相關(guān)：集料自身與70號道路石油瀝青的黏附性、細集料品質(zhì)、瀝青自身的低溫抗裂和抗老化性能、混合料油石比、級配組成、抗剝落劑是否選用等。結(jié)合平武路實體項目遇到的相關(guān)問題對影響因素進行逐一分析。

1.1 原材料關(guān)鍵指標影響因素分析

（1）瀝青品牌及指標影響因素分析。該工程在配合比設計過程中，性能驗證階段出現(xiàn)凍融劈裂TSR比值不合格，首先考慮瀝青常規(guī)指標中是否存在異常指標，而該實體工程進行配合比設計選用1#70號道路石油瀝青樣品為廠家提供的小樣，部分檢測指標如表1所示。

從1#70號道路石油瀝青的檢測指標可知，該70號道路石油瀝青老化后的10℃殘留延度不符合瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[2]的最低要求。相對應的AC-25C瀝青混合料的凍融劈裂試驗結(jié)果如表2所示。

從AC-25C瀝青混合料凍融劈裂TSR試驗結(jié)果可知，兩個批次的1#70號道路石油瀝青所拌制的AC-25C瀝青混合料TSR比值均不符合規(guī)范[2]最低要求，混合料水穩(wěn)定性能欠佳。為進一步分析判定瀝青指標是否對凍融劈裂TSR指標的存在直接影響，將采用另一品牌的2#70號道路石油瀝青以及改性瀝青，開展瀝青與集料的黏附性試驗，并成型試件進行凍融劈裂試驗對比驗證。

（2）集料與瀝青黏附性指標影響因素分析。采用該項目AC-25C瀝青混合料配合比設計所使用的同一產(chǎn)地的石灰?guī)r粗集料，采用兩種不同品牌的70號道路石油瀝青（1#和2#）和SBS改性瀝青分別進行黏附性試驗，黏附性試驗結(jié)果如表3所示，同時對比瀝青的指標，瀝青指標對比結(jié)果如表4所示。

結(jié)合表3中黏附性試驗結(jié)果和表4中兩種不同品牌的道路石油瀝青檢測結(jié)果可知，1#70號道路石油瀝青與該項目使用石灰?guī)r集料的黏附性只達到3級，2#70號道路石油瀝青和改性瀝青與項目使用石灰?guī)r集料黏附性為5級，間接說明不同品牌的70號道路石油瀝青與同一種類的集料黏附性也存在較大差異，改性瀝青以及黏度更大的瀝青與集料的黏附性更容易達到技術(shù)指標要求。

為了驗證瀝青種類以及指標對凍融劈裂TSR試驗指標影響，分別采用2#70號道路石油瀝青和改性瀝青在級配比例、油石比、礦料一致的情況下分別成型試件進行凍融劈裂試驗，具體數(shù)據(jù)結(jié)果如表5所示。

從表5和表2的結(jié)果可知，1#70號道路石油瀝青、2#70號道路石油瀝青以及改性瀝青拌制的瀝青混合料分別進行凍融劈裂試驗，TSR結(jié)果分別為65.7%、77.2%、83.2%，說明瀝青本身的黏度、老化后低溫抗裂性能（殘留延度指標）與瀝青混合料凍融劈裂TSR指標息息相關(guān)[3]。

1.2 配合比設計影響因素分析

（1）細集料材質(zhì)選擇影響。為研究不同細集料巖性對凍融劈裂指標的影響，采用1#70號道路石油瀝青，更換不同的巖性和顏色的細集料，粗集料均保持一致，細集料砂當量基本控制在75%左右[4]，3組AC-25C瀝青混合料的油石比均為3.9%、3組合成級配基本一致進行凍融劈裂試驗。

通過對比不同巖性細集料拌制的AC-25C瀝青混合料凍融劈裂試驗TSR指標可知，不同的細集料材質(zhì)對凍融劈裂試驗TSR指標的影響幅度有限偏差在3%左右，石灰?guī)r材質(zhì)的細集料對AC-25C瀝青混合料凍融劈裂試驗TSR指標好于輝綠巖細集料，可以看出偏堿性的細集料對瀝青混合料具有一定的提升作用，但由于仍然使用第一批的1#70號道路石油瀝青，凍融劈裂試驗TSR指標仍然不合格，說明變換細集料材質(zhì)對瀝青混合料凍融劈裂TSR指標影響有限。

（2）合成級配關(guān)鍵篩孔通過率影響。為研究合成級配關(guān)鍵篩孔4.75 mm、2.36 mm以及0.075 mm通過率的偏差對凍融劈裂指標的影響，仍然采用1#70號道路石油瀝青，粗集料要求符合前期設定的、細集料采用黑色材質(zhì)，細集料砂當量基本控制在75%左右，油石比均采用3.9%，調(diào)整兩個級配（級配1和級配2），成型試件進行凍融劈裂試驗，具體合成級配和凍融劈裂強度對比結(jié)果如表6和表7所示。

通過對比粗級配1和細級配2兩種級配AC-25C瀝青混合料凍融劈裂試驗TSR指標可知，兩種級配關(guān)鍵篩孔4.75 mm通過率偏差3%左右，2.36 mm篩孔通過率偏差2%左右，0.075 mm偏差0.2%，細型級配2的AC-25C瀝青混合料凍融劈裂試驗TSR高于粗型級配1的AC-25C瀝青混合料凍融劈裂試驗TSR大約4%，說明調(diào)整關(guān)鍵篩孔通過率對TSR有一定影響，但仍然不滿足規(guī)范的最低要求，不能從本質(zhì)上改善AC-25C瀝青混合料凍融劈裂強度。

（3）抗剝落劑選用影響。在集料黏附性不佳、集料表面光滑（微觀粗糙度較?。┑那闆r下，為滿足水穩(wěn)定的性能指標要求，一般會結(jié)合所在地周邊是否能方便采購、經(jīng)濟性等因素，按照常用的消石灰、水泥、抗剝落劑等方式進行選擇，該項目考慮使用方便、經(jīng)濟可行的方式，初步考慮采用水泥替代部分礦粉方式進行改善，并將替代1%礦粉、1.5%礦粉、未替代礦粉的三種情況進行對比，其他原材料保持不變，瀝青仍然使用1#70號道路石油瀝青，油石比均采用3.9%，礦料前期設定數(shù)值來選定。具體合成級配和凍融劈裂強度對比結(jié)果如表8和表9所示。

通過對比可知，替代1%礦粉、1.5%礦粉、未替代礦粉的三種情況下AC-25C瀝青混合料凍融劈裂強度指標分別為72.4%、75.8%、65.7%，說明添加水泥對提升凍融劈裂強度TSR具有明顯的效果，添加與未添加相差7%～10%左右。

2 結(jié)論及建議

（1）70號道路石油瀝青AC-25C混合料凍融劈裂強度TSR指標與所使用的瀝青指標低溫延度、黏度指標具有直接關(guān)系，因為這兩項指標直接影響所使用集料的黏附性能，從而對成品混合料的凍融劈裂強度TSR指標產(chǎn)生直接的影響。因此，保證70號道路瀝青的低溫抗老化性能指標和黏度指標是確保瀝青混合料凍融劈裂強度TSR指標的核心因素，與改性瀝青相比70號道路石油瀝青更容易使得混合料凍融劈裂強度TSR指標合格，改性瀝青耐低溫、黏度大提升了膠結(jié)料的強度。

（2）瀝青性能指標不良。對細集料材質(zhì)、級配粗細、抗剝落選用進行綜合對比可知：變換細集料材質(zhì)對瀝青混合料凍融劈裂TSR指標影響有限；細型級配2的AC-25C瀝青混合料凍融劈裂試驗TSR高于粗型級配1的AC-25C瀝青混合料凍融劈裂試驗TSR大約4%，級配粗細有一定影響；適當使用一定比例的水泥替代礦粉，可明顯提高凍融劈裂試驗檢測結(jié)果。因此，在原材料與所使用瀝青黏附性不良時，選用合適的抗剝落材料也是提高瀝青混合料凍融劈裂強度TSR指標的關(guān)鍵舉措。

參考文獻

[1]吳梁， 周嬌. 浸水劈裂試驗評價瀝青混合料水穩(wěn)定性[J]. 筑路機械與施工機械化， 2013（7）： 46-49.

[2]公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范： JTG F40—2004[S]. 北京：人民交通出版社， 2004.

[3]李龍龍， 李萍， 紀上青， 等. 添加抗剝落劑瀝青混合料的凍融劈裂試驗[J]. 公路， 2018（5）： 242-246.

[4]陸學元， 張素云. AC-13瀝青混合料凍融劈裂強度的影響因素[J]. 重慶交通大學學報（自然科學版）， 2009（2）： 222-227.