两种抗滑级配混合料设计及性能对比试验研究

杨侣珍，张 平

(1.湖南交通职业技术学院，湖南长沙 410004;2.长沙理工大学，湖南长沙 410076)

近年来，在高速公路建设的飞速发展给人们出行带来方便的同时，也提高了发生交通事故的概率。造成交通事故的原因很多，主要原因有行驶者安全意识差和路面状况运行条件不佳等方面。前者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，高速公路上，构造深度和摩擦系数大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，研究两种不同类型的沥青路面抗滑级配:AC—13K、Superpave—13。

1 沥青混合料的设计

1.1 AC—13K沥青混合料的设计

1.1.1 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表1、表2、表3所示。

表1 三种不同级配的材料用量%

表2 AC—13K合成级配

表3 三种AC—13K合成级配的表观相对密度和毛体积相对密度

对上述配制的级配，按下式计算混合料的初始沥青用量Pbi:

式中:Pbi为初始沥青含量，按混合料质量记，%;VMA为压实混合料集料间隙率，对于AC—13K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。

按照三种合成级配，可计算得:Pbi=5.1%。按照标准的方法制件，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，结果如表4。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［2］。故对于 AC—13K，选取级配2为最佳级配。

表4 AC—13K最佳级配选择表

1.1.2 AC—13K 最佳沥青用量的确定

根据最佳设计集料级配，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等如表5。

表5 AC—13K马歇尔试验汇总表

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。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。

1.1.3 AC—13K 马歇尔试验

采用上述确定的级配与沥青用量，制备各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，如表6，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［3］。

表6 AC—13K验证试验结果汇总表

1.2 Superpave—13 沥青混合料设计

1.2.1 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，其级配结果如表7、表8、表9所示。

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如表10，从表中可以看出，只有Blend2的VMA满足技术要求，因此选择Blend2为设计级配。

表7 三种不同级配的材料用量

表8 Superpave—13合成级配

表9 三种Superpave—13合成级配的表观相对密度和毛体积相对密度

1.2.2 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如表11。

绘制VV、VMA、VFA、DP等参数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［3］。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标进行对照，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10 Superpave—13最佳级配选择表

表11 Superpave—13体积参数试验汇总表

1.2.3 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。其马歇尔特性如表12。

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12 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。

2.1 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［4］。通过实验分析，AC—13K具有较强的抗水损害能力，同时将残留稳定度与冻融劈裂强度比(TSR)两者的试验结果对比来看，两者具有较好的一致性，残留稳定度高时，冻融劈裂强度比(TSR)也高，因此对于工地试验室，当进行T—283试验有困难时，应进行浸水马歇尔试验，初估沥青混合料的抗水损害能力［5］。

2.2 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13所示。由此可知，在高温抗车辙方面，AC—13K与Superpave—13均能满足技术要求。

表13 车辙试验结果

3 结束语

选定两种抗滑类型沥青混合料:AC—13K、Superpave—13，主要性能技术指标如表14所示。

表14 两种混合料性能主要指标对比表

由上表可以看出:马歇尔力学性能方面，两种混合料均满足要求。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。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］黄晓明，吴少鹏.沥青与沥青混合料［M］.南京:东南大学出版社，2002.

［3］赵战利.沥青路面抗滑表层研究［D］.西安:长安大学，2007.

［4］纪耀辉.沥青路面抗滑级配类型工程应用研究［D］.长沙:长沙理工大学，2008.

［5］莫百金，李跃军.新型抗滑磨耗层混合料级配设计及路用性能研究［J］.公路，2008(10).