沥青混合料车辙试验性能影响因素研究

尹明干,马爱群,霍 宁

(1.盐城工学院 土木工程学院，江苏 盐城 224051； 2.盐城工学院 基建规划处，江苏 盐城 224051)

沥青混合料车辙试验性能影响因素研究

尹明干1,马爱群1,霍 宁2

(1.盐城工学院 土木工程学院，江苏 盐城 224051； 2.盐城工学院 基建规划处，江苏 盐城 224051)

试验选用AC-13沥青混合料，采用轮碾法成型试件，通过对级配、沥青用量以及碾压次数3个基本因素分析,研究动稳定度的变化趋势。试验结果表明：适当增加粗集料，减少细集料含量，可有效提高试件动稳定度；沥青应合理选择，在最佳沥青用量附近时，动稳定度最大；成型时，适当增加碾压次数，提高试件压实度，可以提高动稳定度，在试验中，应合理控制车辙试件密度。

沥青混合料;马歇尔试验;车辙试验;动稳定度

沥青路面的高温流动变形是世界各国普遍关注的路面损坏形式之一。我国大部地区,夏季沥青路面温度可能达到60 ℃～65 ℃,同时夏季降雨较多,高温与水的耦合作用使沥青路面在恶劣的气候环境作用下迅速变形破坏[1]。作为粘弹性材料,在高温下沥青性能由弹性体向塑性体转化,劲度模量大幅降低,抗变形性能急剧下降,再加之水对沥青混合料的剥离作用,沥青路面将产生严重的永久变形,这是目前沥青路面最主要的损坏形式。它不仅影响行车舒适性,而且还对交通安全造成威胁。据发达国家的资料,在高速公路及城市干线公路上,永久变形是路面使用性能降低,导致路面损坏的最主要原因[2]。本文通过车辙试验，分析级配、沥青用量以及碾压次数对动稳定度的影响，研究沥青路面的影响因素，为提高新建沥青路面的性能提供参考。

1 试验准备

1.1 原材料的准备

1.1.1 沥青

试验采用泰州中海重交通沥青AH-70，按照《公路沥青及沥青混合料试验规程》[3](JTGE20-2011)相关试验的要求进行试验，试验结果见表1。

由表1可以看出，该沥青符合公路沥青的技术要求。

表1 沥青的基本性能Table 1 Basic properties of asphalt

1.1.2 集料选用

集料选用镇江市茅迪实业有限公司生产的高等级路面用集料(表2)。粗集料应该洁净、干燥、表面粗糙并应通过检验满足沥青混合料用粗集料质量技术要求；细集料应该洁净、干燥、无风化、无杂质，并有适当的颗粒级配。细集料在沥青混合料中起到增加颗粒间嵌锁作用，减少粗集料间的孔隙，从而增加混合料的稳定性。选择填料时一定要考虑能否满足亲水性和细度要求，能否改善沥青与集料的粘结力[4]，其基本性能见表3。

表2 集料的表观密度Table 2 Apparent density of aggregate

表3 填料的基本性能Table 3 Basic properties of filler

2 车辙试验

2.1 车辙试件制作

(1)将各种矿料置于105 ℃的烘箱中烘至恒重，沥青试样在恒温烘箱中加热至拌合温度，不得超过175 ℃。

(2)取出预热试模，将拌合好的沥青混合料，用小铲稍加拌和均匀沿试模由边至中转圈装入试模，中部略高于四周。待沥青冷却至压实温度，在表面铺上一层纸。

(3)碾压时，宜将碾压轮预热至100 ℃，然后放入试模，轻轻放下碾压轮，调整荷载为9 kN。

(4)成型后，揭去表面的纸，用粉笔标明碾压方向。

2.2 车辙试验方法及原理

将试件连同试模置于车辙试验机的试件台上，试验轮在试件的中央部位，行走方向须与试件碾压方向一致。开动车辙变形自动记录仪，启动试验机，将预定的单位压力分成5～6个行走，时间约1 h最大变形达到25 mm为止。试验时，记录仪自动记录变形曲线及试件温度。

2.3 车辙试验评价方法

从曲线上读取45 min(t1)及60 min(t2)时的车辙变形d1及d2，精确至0.01 mm。如变形过大在未到60 min变形已达25 mm时，则以达到25 mm(d2)时的时间为t2，将其前15 min为t1，此时的变形量为d1。动稳定度公式如下：

(1)

3 试验数据分析

3.1 不同级配的影响

选用不同级配的沥青混合料制作3组车辙试件进行试验[5]。级配要求如表4所示,车辙试验结果见表5。

表4 3种混合料级配Table 4 Three types of gradation %

表5 车辙试验结果Table 5 Results of rutting test

试验结果表明：级配对沥青混合料的影响较大，当粗集料增加时，集料间隙率增高，车辙变形较小，动稳定度变大。粗集料是影响动稳定度的主要因素，适当的增加粗集料减少细集料的用量能够显著提高沥青混合料的动稳定度。

3.2 不同沥青用量的影响

对于AC-13沥青混合料，分别制作沥青含量为3.5%、4.2%、5.0%的制作试件，进行车辙试验。试验表明该制作试件动稳定度分别为632次/mm、870次/mm、574次/mm。动稳定度与沥青用量关系如图1所示。

图1 沥青用量与动稳定度关系图 Fig.1 Relationship between asphalt content and dynamic stability

由图1可知，沥青混合料的沥青含量对其热稳定性有明显的影响。当沥青用量由小增大到最佳沥青用量时，增加沥青含量可以增加沥青混合料的粘结力和强度，从而增加动稳定度，但超过最佳沥青用量进一步增加沥青含量时，集料表面的沥青膜增厚，自由沥青增多，增多的自由沥青减少了集料之间的内摩阻力和稳定性，从而降低动稳定度。

3.3 不同碾压次数的影响

基于AC-13沥青混合料，选沥青含量为4.2%，碾压次数分别为12、18、24次的混合料，试件的动稳定度分别为534次/min、870次/min、1 204次/min。碾压次数与动稳定度的关系见图2。

图2 碾压次数与动稳定度关系图Fig.2 Relationship between rolling times and dynamic stability

由图2可以看出：动稳定度随着碾压次数的增加而增大，碾压次数影响了试件成型的压实度。但是碾压次数应根据马歇尔标准密度的要求来决定，通过本次试验确定了碾压次数为18次往返时，既能满足动稳定度的要求，又不至于让沥青混合料密度过大影响沥青混合料的流动性。

4 结论

基于AC-13型沥青混合料，对沥青混合料的车辙影响因素进行分析研究发现：

(1)在AC-13级配范围内，适当增加粗集料含量，减少细集料含量，可有效提高试件动稳定度，最大可提高1倍；

(2)沥青用量的多少对试件的动稳定度影响很大，应选择最佳用量附近的沥青含量，本试验AC-13沥青最佳用量为4.2%。

(3)碾压法成型试件的碾压次数对试件的车辙性能有很大的影响，当试件的压实度达到马歇尔试件的压实度时，试验结果较为理想。过度的压实，意义并不大。

[1] 沈金安.沥青及沥青混合料路用性能[M].北京：人民交通出版社,2001.

[2] 沙庆林.高速公路沥青路面早期破坏现象及预防[M].北京:人民交通出版社,2001.

[3] 交通运输部公路科学研究所.公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20-2011)[S].北京:人民交通出版社,2011.

[4] 交通部公路科学研究所.公路工程集料试验规程(JTG E42-2005)[S].北京:人民交通出版社,2005.

[5] 雷延峰.沥青混合料配合比试验事项[J].工程建设与管理,2009,25(4);174-176.

(责任编辑：张英健)

Study on Influence Factors of Rutting Test of Asphalt Mixture Performance

YIN Minggan1，MA Aiqun1，HUO Ning2

1.School of Civil Engineering, Yancheng Institute of Technology, Yancheng Jiangsu 224051, China;2.Department of Construction and Planning, Yancheng Institute of Technology, Yancheng Jiangsu 224051, China

Through wheel-grind method, specimen molded out of selected AC-13 asphalt mixture，the trends of dynamic stability was studied by three basic factors: gradation, content of asphalt and rolling times. The result shows that, properly increase coarse aggregate and decrease fine aggregate can improve the dynamic stability of specimen; when the asphalt content close to OAC,the dynamic stability is maximum. Appropriate rolling times can increase the compaction degree of specimen and the dynamic stability, and the density of rutting test specimen rational should be controlled rationally.

asphalt mixture; Marshal test; rutting test; dynamic stability

2014-03-17

江苏省交通厅科研项目(2012y05-2)

尹明干(1970-)，女，江苏盐城人，副教授，硕士，主要研究方向为新技术、新材料。

U414.1

A

1671-5322(2014)03-0072-03