抗滑级配沥青混合料体积参数及性能对比试验

0 引言

近年来，随着我国国民经济持续、健康地发展，交通事业特别是高速公路建设得到了飞速发展。然而，高速公路在给人们出行带来方便的同时，由于其车速快，车流量大的特点，也提高了发生交通事故的可能。造成交通事故的原因是多方面的，一般认为主要原因有行驶者安全意识差和路面状况运行条件不佳两方面。行驶者的安全意识可以通过强化教育加以提高，而改善路面运行条件最直接最有效的方法之一就是铺筑抗滑表层。据调查显示，高速公路上，构造深度和摩擦系数大(即抗滑性能好)的路段的事故率要低于构造深度和摩擦系数小的路段［1］。本文通过室内试验，研究了两种不同类型的沥青路面抗滑级配:AC-13K(又称改进型AK-13A)，Superpave-13。所进行的室内试验包括马歇尔试验、抗水损害试验、车辙试验。

1 沥青混合料的设计

1．1 AC-13K沥青混合料的设计

1)AC-13K级配的选择。根据筛分结果，对AC-13K配制三种级配方案，分别代表两种级配范围内的粗、中、细三种状况，其级配设计计算结果如图1所示。

图1 AC-13K级配曲线图

对上述配制的级配，按下式计算混合料的初始沥青用量Pbi:Pbi=1．18+。其中，Pbi为初始沥青含量，按混合料质量计，%;VMA为压实混合料集料间歇率，对于AC-13K与AK-13A取14．5%;VV为压实混合料空隙率，可取设计空隙率4%;Gsb为混合料毛体积相对密度。计算可得:Pbi=5．1%。采用该沥青用量对每种级配至少制备3个合格的马歇尔试件，混合料的拌和温度为175℃，成型温度为155℃～160℃，且试件制备前应放入烘烤箱在压实温度保持2 h进行短期老化。同时按真空法实测最大理论相对密度Gmm，采用表干法测定试件的毛体积相对密度Gmb。通过对各种级配的混合料进行马歇尔试验并对其体积参数计算，结果见表1。按照最佳级配确定原则，即VMA，VFA，粉胶比，马歇尔稳定度与流值均符合设计要求，空隙率又接近4%设计值的一种级配，被确定为最佳级配或设计集料级配。因此可知，对于AC-13K，选取级配2为最佳级配。

2)AC-13K最佳沥青用量的确定。根据已确定的设计集料级配，即 AC-13K 为级配 2，分别采用 4．6%，5．1%，5．6%，6．0% 的沥青用量，按照上述制件方法制备马歇尔试件，并实测最大理论相对密度。确定不同沥青含量压实混合料的体积参数:VV，VMA，VFA，粉胶比 DP以及马歇尔稳定度与流值，见表2。绘制VV，VMA，VFA，DP，马歇尔稳定度与流值分别与沥青含量的关系曲线，在VV与Pb的关系曲线上，与设计空隙率4%对应的沥青含量，即为最佳沥青含量，对于AC-13K为5．2%。并在此沥青含量从其余关系曲线上找出相应的VMA，VFA，粉胶比，马歇尔稳定度与流值［2］。并将这些数值与设计标准进行对照，可知所有特性值均符合设计要求，则此沥青含量即为最佳沥青含量。

表1 AC-13K最佳级配选择表

表2 AC-13K马歇尔试验汇总表

3)AC-13K马歇尔试验。采用上述确定的级配与沥青用量，各制备1组马歇尔试件，测定其体积参数、稳定度与流值，并进行了析漏试验，试验采用的温度为175℃，由试验结果可知:所有特性值完全符合设计要求，因此所选定的级配与沥青用量满足预期的要求。

1．2 Superpave-13沥青混合料设计

1)Superpave-13级配的选择。按照AC-13K的设计程序，同样配制符合Superpave-13级配范围内的粗、中、细三种级配。同样按式(1)计算初始沥青用量Pbi=5．2%，按设计旋转压实次数Ndes=100次成型试件，按上述方法测试计算试件的体积参数见表3，从表3中可以看出，只有级配2的VMA满足技术要求，因此选择级配2为设计级配。

表3 Superpave-13最佳级配选择表

2)Superpave-13最佳沥青用量的确定。分别采用4．2%，4．7%，5．2%，5．7%，6．2%的沥青用量制备试件，确定不同沥青含量压实混合料的体积参数，VV，VMA，VFA，粉胶比DP见表4。绘制 VV，VMA，VFA，DP，Gmb，%Gmm@Nini分别与沥青含量的关系曲线，在VV与Pb的关系曲线上，与设计空隙率4%对应的沥青含量为5．1%，即为最佳沥青含量。并在此沥青含量从其余关系曲线上找出相应的VMA，VFA，粉胶比，并将这些数值与设计值进行对照，可知所有特征值均符合设计要求，则此沥青含量即为最佳沥青含量。

表4 Superpave-13体积参数试验汇总表

3)Superpave-13混合料的马歇尔特性。按设计集料级配与5．1%沥青含量制备马歇尔试件(双面75击次)，制备试件压实温度均按160℃±5℃控制。其马歇尔特性见表5。从试验结果可以看出，当沥青含量为5．1%时，马歇尔试件的空隙率约为4．1%，该体积参数与旋转压实次数100次试件体积参数相当。

表5 Superpave-13混合料的马歇尔特性

2 沥青混合料路用性能试验

沥青路面抗滑表层主要解决高温抗车辙和抗水损害等性能，在混合料的性能试验方面也就主要围绕这两方面进行。

1)抗水损害试验。对于设计的AC-13K沥青混合料采用两种方法分别检验抗水损害性能，一为按JTJ 052-2000试验规程的浸水马歇尔试验，而对于Superpave-13则采用了T-283的试验方法进行检验。两种方法的试验结果如表6，表7所示。

表6 浸水马歇尔试验结果

表7 AASHTO-283试验结果

2)车辙试验。车辙试验按照JTJ 052-2000试验规程进行，试验采用的条件为试验温度60℃，轮压为0．7 MPa。两种级配的沥青混合料的动稳定度试验结果如表8所示。

表8 车辙试验结果

3 结语

选定的两种抗滑类型沥青混合料:AC-13K(又称改进型AK-13A)，Superpave-13。从其主要性能技术指标可以看出:1)马歇尔力学性能方面，两种混合料均满足要求。2)动稳定度均满足要求，对比试验结果可以看出在高温抗车辙性能方面，两种混合料的优劣次序为:AC-13K＞Superpave-13。3)通过以上室内试验可以看出，AC-13K较Superpave-13在高温抗车辙与抗水损害能力等性能上均得到了不同程度的改善与提高，AC-13K(或称改进型AK-13)使用性能明显优越于Superpave-13型混合料。

［1］JTG F40-2004，公路沥青路面施工技术规范［S］．

［2］赵战利．沥青路面抗滑表层研究［D］．西安:长安大学硕士学位论文，2010．