骨架密实结构沥青混合料路用性能

陈玲芳

摘要：通过试验研究,系统分析了骨架密实结构(GS)沥青混合料和密级配沥青混凝土的路用性能，包括马歇尔稳定度，水稳定性，低温抗裂性，高温稳定度，疲劳耐久性和抗滑性能，并对集料级配骨架形成与空隙率的关系作了分析。结果表明，骨架密实结构沥青混合料具有较密级配沥青混合料更好的路用性能，可以改善沥青路面使用品质，延长使用寿命，具有较好的经济和社会效益，是一种优良的路面材料。

关键词：骨架密实结构沥青混合料 密级配沥青混凝土 路用性能

目前我国使用较多的密级配沥青混凝土（AC）抵抗早期损坏以及高温车辙的能力相当弱，且AC型沥青混凝土表面略显光滑，高速行车条件下易形成汽车的“漂滑”现象，对交通安全危害极大，如何提高沥青混合料的抗早期损坏能力、提高混合料高温稳定性和抗滑性能，是目前各级公路部门都致力解决的难题。

沥青混合料组成设计，不仅要考虑到高温稳定性和低温抗裂性，而且应兼顾疲劳耐久性和抗水损害性能；但这些性能往往是相互制约、相互矛盾的。普通的密级配沥青混凝土受级配组成理论所限，已很难较好的解决这种矛盾。

1.原材料性能

1.1沥青

采用壳牌AH-90重交通道路石油沥青，其指标如表1所示。

1.2集料

集料采用河南产石灰岩，矿粉由石灰岩磨细而成。其指标如表2所示。

1.3级配类型

粗、细集料在混合料中所起作用并不一样，Robet Baley提出集料相互嵌挤形成骨架以及骨架空隙与集料粒径、形状有关，粗集料空隙应由细集料填充；因此，粗、细集料分界及用量成为级配组成设计的关键。

骨架密实沥青混合料以Baley method为基础，考虑到我国实际筛孔尺寸设计混和料级配，对最大公称尺寸16、19mm的以4.75mm为粗、细集料分界点，对最大公称尺寸10mm以下的以2.36mm为粗、细集料分界点，以细集料胶浆填充骨架密实空隙。以最大公称尺寸16为例，采用密级配沥青混凝土AC-16和骨架密实沥青混合料（简记为GS-16）等两种级配类型，级配时采用逐级回配的方法以中值为目标级配。

2.沥青混合料路用性能研究

2.1沥青混合料马歇尔试验

不同类型沥青混合料马歇尔试验结果如表3所示。

从表3可以看出，密级配沥青混凝土AC-16的马歇尔稳定度较高，骨架密实沥青混合料略低一些。AC型沥青混凝土，属于典型的密实—悬浮结构，细集料胶浆多且致密，粗集料悬浮在细集料胶浆中，反映在力学性能上则其属劈裂性质的马歇尔稳定度较高。而骨架密实沥青混合料级配中增加了粗集料含量，变悬浮为骨架结构，降低了沥青混合料的粘结力C，因此其马歇尔稳定度略有降低，但降低幅度不大。

2.2沥青混合料水稳定性

不同级配沥青混合料水稳定性试验结果：AC-16残留稳定度85%，冻融劈裂强度比79%；骨架密实-16残留稳定度86%，冻融劈裂强度比91%。可看出较好，骨架密实沥青混合料骨架密实-16水稳定性并不比密级配沥青混凝土的差，尤其是冻融劈裂强度比，密级配沥青混凝土的效果相对较差一些。这与骨架密实-16中粗集料含量较高，能在一定程度上形成嵌挤结构有关，混合料受冻变形时，粗集料之间的骨架结构会提供较大的内摩阻力，提高抵抗应力，减小冻融循环作用应力对混合料造成的破坏，尽量降低强度的损失量。同时，水稳定性与剩余空隙率有很大关系，骨架密实-16剩余空隙率小，在粗集料含量高的情况下形成了密实填充效果，水份对沥青与集料粘结作用的破坏相对较弱，其相应的水稳定性就好一些。

2.3沥青混合料低温抗裂性

两种级配类型沥青混合料低温抗裂性能采用切口小梁能量法来评价，对0℃弯曲应变能(KJ/m3)试验结果是：AC-16是0.15，骨架密实-16是0.14。从试验结果看，密级配沥青混凝土低温抗裂性能与骨架密实沥青混合料骨架密实-16相当。低温抗裂性试验采用的是切口小梁弯曲试验方法，在三分点加载模式下，梁底受拉应力产生破坏。虽然骨架密实-16中细集料相对不多，细集料胶浆提供的低温延展性不如细集料较多、成悬浮－密实状态的密级配沥青混凝土；但粗集料形成骨架结构，骨架密实之间提供了较大的内摩阻力，在一定程度上提高了抵抗收缩应力的能量，二者综合作用下，密级配沥青混凝土低温抗裂性能与骨架密实沥青混合料基本相当。

2.4沥青混合料高温稳定性

高温稳定性试验采用60℃车辙试验，试验结果：AC-16动稳定度(次/mm) 645，骨架密实-16动稳定度(次/mm)1175。骨架密实沥青混合料的动稳定度显著高于密级配沥青混凝土。对沥青混合料而言，高温抗车辙能力受集料级配和沥青性能影响。夏天高温沥青变软时，级配就对车辙起着重要作用。骨架密实沥青混合料骨架密实-16中粗集料含量的增加，有利于粗集料之间互相嵌挤锁结，形成一定程度的空间骨架结构，可以有效提高沥青混合料在行车荷载作用下抵抗塑性变形的能力，即提高沥青混合料的高温稳定性。

2.5沥青混合料的疲劳耐久性

疲劳试验采用控制应力的三分点加载小梁试验，试验温度15℃。不同级配沥青混合料试验结果如表4所示。

从疲劳试验结果看，密级配沥青混凝土的疲劳耐久性能较好，而骨架密实沥青混合料骨架密实-16略低。

骨架密实沥青混合料骨架密实-16中粗集料含量较高，则相应地减少了细集料胶浆的含量，而细集料胶浆的减少改变了沥青混合料的劲度，使沥青混合料具有硬化趋势，劲度模量增大。劲度模量在很大程度上影响着沥青混合料的疲劳耐久性。因此，从级配组成上看，骨架密实沥青混合料骨架密实-16的疲劳耐久性要略差一些。

2.6沥青混合料抗滑性能

不同级配沥青混合料抗滑性能采用摩擦系数和构造深度来评定，试验结果：摩擦系数(BPN)上，AC-16是42，骨架密实-16是60；构造深度(mm)上，AC-16是0.60，骨架密实-16是0.98。以抗滑性能来看，骨架密实沥青混合料骨架密实-16具有相当好的抗滑性能，而密级配沥青混凝土抗滑性能则相对较差。对沥青路面而言，较大的构造深度对于有效防止雨天高速行车时的汽车“飘滑” 现象，保证行车安全，延缓路面抗滑性能的衰减有显著的作用。

3.结语

1）骨架密实沥青混合料级配已经脱离了最大密实线理论，级配组成以Baley method为基础，按骨架填充原则设计，是一种新型继配类型；2）密级配沥青混合料马歇尔稳定度和疲劳耐久性表现出较好的性能；3）骨架密实沥青混合料在水稳定性，高温稳定性、摩擦系数和构造深度等方面表现出优于密级配沥青混合料的性能，低温抗裂性和密级配沥青混合料基本相当；4）冻融劈裂强度试验能较好的模拟路面实际受力极限状态，是一种能较好的反映沥青混合料抵抗水损害能力的试验方法。◆

参考文献：

1、沈金安·沥青及沥青混和料路用性能[M]·人民交通出版社, 2001.5