抗车辙沥青混合料细观体积指标影响规律试验研究

李丽民　程小康　向席梆　李文斌　李　凯　徐　亚



抗车辙沥青混合料细观体积指标影响规律试验研究

李丽民程小康向席梆李文斌李凯徐亚

（1.湖南科技学院 土木与环境工程学院，湖南 永州 425199）

优选两种沥青，七种抗车辙级配，通过大量室内试验，研究了抗车辙沥青混合料细观体积指标影响规律。结果表明：空隙率和饱和度随沥青用量的增加变化明显，对混合料最佳沥青用量起主要控制作用，级配、沥青和成型方法对空隙比的影响最大，抗车辙沥青混合料设计和施工时，应重点控制好空隙率这一关键体积指标。

车辙；沥青混合料；细观体积指标；级配；空隙率

1　引　言

随着交通量的增长、轴载增加、超载严重、车辆渠化交通等因素的综合影响，车辙已经成为我国沥青路面损坏最严重的破坏形式。车辙影响路面的平整，降低行车的舒适性；车辆在超车或更换车道时，驾驶换向困难，影响高速行车的安全性，容易发生交通事故。车辙严重影响路面的使用质量和服务水平，车辙问题已成为道路界最引人关注的问题。目前，国内对抗车辙沥青混合料的研究多集中在级配设计、抗车辙性能等[1-3]方面，未见对影响混合料的抗车辙性能的空隙率、饱和度和矿料间隙率等细观体积指标的相关系统研究。沥青混合料空隙率、矿料间隙率和饱和度等细观体积指标直接影响其抗车辙等路用性能，是基于路用性能路面设计的基础。因此，对抗车辙沥青混合料细观体积指标影响规律进行试验研究，以解决好路面车辙破坏等问题，是十分必要的。

2　抗车辙沥青混合料材料选择

沥青的性质对混合料的抗车辙性能有较大的影响[4]，综合考虑车辙、疲劳、低温等路用性能要求，并突出抗车辙性能要求，最后选用大港AH-50、中海AH-70两种重交通道路石油沥青，其检测结果见表1，均满足规定技术要求。集料选用石灰石岩，其具体性能要求和检测结果见表2、表3。矿粉采用石灰岩磨细得到，其具体性能要求和检测结果见表4。抗车辙级配的选择考虑了NCAT[5，6]提出的沥青混合料中4.75mm的通过率必须小于30%，才可能发挥粗集料的嵌挤作用和同济大学林绣贤教授[7]提出的包容了Superpave法和贝雷法的精华的集料合理组成等研究成果，结合室内试验，最终选定级配见图1，其试验结果见表5。

表1.沥青性能指标实测结果

沥青大港AH-50中海AH-70 （25℃，100g，5s）针入度（0.1mm）5668 （10℃，5cm/min）延度（cm）18.223.5 （环球法）软化点（℃）59.350.0 （蒸馏法）含蜡量（%）2.72．3 针入度指数PI0.81-0.90 原样沥青胶结料64℃ G*（KPa）2.131.38 （°）77.988.6 G*/sin2.181.38 短期老化后残留物（RTFOT，163℃，85min）64℃ G*（KPa）7.43.02 （°）69.686.4 G*/sin7.893.04 长期老化后残留物（PAV，100℃，20h）25℃G*（KPa）56374385 （°）38.552.8 G*sin34833495 TFOT后（163℃，5h）质量损失（%）-0.18-0.18 25℃残留针入度比（%）62.562.5 10℃残留延度（cm）8.08.0

表2.粗集料性能指标检测结果

试验项目压碎值（%）洛杉矶磨耗损失（%）吸水率（%）粘附性坚固性（%）针片状颗粒含量（%）0.075mm含量（%）软石含量（%） 技术要求≤26≤28≤2.0≥4≤12≤15≤1≤3 实测结果16.421.50.3254.39.40.72.1

表3.细集料性能指标检测结果

试验项目视密度（t/m3）坚固性（＞0.3mm部分）（%）砂当量（%）含泥量（%） 技术要求≥2.50≥12≥60≤3 实测结果2.71812.567.52.2

表4.矿粉性能指标检测结果

试验项目视密度（t/m3）含水量（%）亲水系数粒度范围 ＜0.6mm（%）＜0.15mm（%）＜0.075mm（%） 技术要求≥2.50≤1＜110090～10070～100 实测结果2.7150.40.85967371.1

图1.选用级配曲线

表5.选用级配粗集料骨架间隙率VCAmix、VCADRC

级配油石比（%）密度（g/cm3）沥青混合料中粗集料比例PCA（%）VCADRC（%）VCAmix（%）SSC 粗集料合成毛体积密度（g/cm3）粗集料干捣密度（g/cm3）沥青混合料毛体积相对密度（g/cm3） 1#2.82.6971.5402.4528042.9027.27123.9 2#3.02.7021.5432.4927042.9135.44109.7 3#3.12.7011.5552.4837042.4335.65108.4 4#3.12.6971.5852.47470.541.2335.33106.7 6#2.82.6851.5902.4598040.7826.73120.3 7#2.92.6881.5702.4937041.5935.08108 8#2.92.6951.5852.4707141.4934.93107.5

3　抗车辙沥青混合料细观体积指标影响因素分析

3.1不同级配及沥青用量对混合料细观体积指标影响

采用中海AH-70沥青，进行大马歇尔击实试验，测定沥青混合料的细观体积指标，不同级配及沥青用量的空隙率、矿料间隙率和饱和度试验结果见图3~7。

图2.不同级配油石比与空隙率关系

图3.不同级配油石比与饱和度关系

图4.不同级配油石比与矿料间隙率关系

图5.最佳油石比时级配与空隙率关系图6.最佳油石比时级配与饱和度关系

图7.最佳油石比时级配与矿料间隙率关系

结果表明：不同级配对沥青混合料的空隙率、饱和度和矿料间隙率等细观体积指标均有一定的影响，但1#和6#级配试验结果差异较大。分析其原因，主要是矿料颗粒沥青的润滑作用容易移动，但沥青用量不能太大，超过最值后，由于出现自由沥青使得集料悬浮于沥青中而不易移动；而1#和6#级配粗集料最多，需要的最佳沥青少，最后造成这两种级配的沥青混合料的空隙率最大；随着沥青用量的增加，饱和度和空隙均明显增加，这两个指标控制了混合料的中沥青最佳用量的多少；饱和度、空隙率、矿料间隙率的受级配影响程度不同，级配对矿料间隙率影响最小，对空隙率的影响最大。

3.2不同沥青对混合料细观体积指标影响

优选出2#、7#抗车辙级配，采用中海AH—70沥青和大港AH—50两种沥青，进行大马歇尔击实试验，测定沥青混合料的细观体积指标，不同沥青的空隙率、矿料间隙率和饱和度试验结果见图8~13。

图8.不同沥青油石比与空隙率关系

图9.不同沥青油石比与饱和度关系

图10.不同沥青油石比与矿料间隙率关系

图11.最佳油石比时沥青与矿料间隙率关系图12.最佳油石比时沥青与饱和度关系

图13.最佳油石比时沥青与矿料间隙率关系

结果表明：沥青对混合料的空隙率，饱和度和矿料间隙率等细观体积指标均有一定的影响，但其影响大小对不同级配是不同的，在最佳油石比时的空隙率、饱和度和矿料间隙率等细观体积指受沥青种类的影响并不明显，仅对空隙率有一定影响。

3.3不同成型方法对混合料细观体积指标影响

采用大港AH-50沥青，对2#和7#级配进行大马歇尔击实、Superpave旋转压实和GTM压实成型试件，测定沥青混合料的细观体积指标，不同成型方法的空隙率、矿料间隙率和饱和度试验结果见图14~17。

图14.不同成型方法油石比与空隙率关系

图15.不同成型方法油石比与饱和度关系

图16.不同成型方法油石比与矿料间隙率关系

图17.2＃级配不同成型方法最佳油石比时的空隙率

结果表明：（1）对抗车辙沥青混合料，在沥青用量小时，大马歇尔击实、Superpave旋转压实两种成型方法的矿料间隙率、饱和度及空隙率差别较大，三种压实方法的体积指标的差异随沥青用量的增加而逐渐减小。分析其原因可能是对于沥青混合料，在小的沥青用量情况下，进行大马歇尔击实时，集料被击碎的可能性更大，从而造成沥青混合料的饱和度增加，空隙率减小。（2）大马歇尔击实成型和Superpave旋转压实成型法最佳油石比混合料的空隙率相差很小，GTM压实成型法最佳油石比混合料的空隙率跟大马歇尔击实成型和Superpave旋转压实成型法最佳油石比混合料的空隙率有较大差异，其空隙率比大马歇尔法小1.49，比Superpave旋转压实体积法小1.48。

4　结　语

（1）对抗车辙沥青混合料，级配、沥青用量、沥青和成型方法等影响空隙率、矿料间隙率和饱和度等细观体积指标；最佳油石比时，级配、沥青和成型方法对空隙比的影响最大，对矿料间隙率的影响较小。因此，进行抗车辙沥青混合料设计和施工时，应重点控制好空隙率这一关键体积指标。

（2）对抗车辙沥青混合料，不同级配、沥青和成型方法下，空隙率和饱和度随沥青用量的增加而减小，矿料间隙率随沥青用量的增加先减小后增大；但最佳油石比时，级配对空隙率、矿料间隙率和饱和度等细观体积指标的影响比沥青种类影响大，不同成型方法对空隙率这一关键体积指标可能有较大影响。因此，为保证混合料的抗车辙性能，应控制好混合料级配和沥青用量，重视压实方法对空隙率的影响。

[1]刘中林,郝培文.大粒径沥青混合料组成结构的研究[J].土木工程学报,2004,(7):59-63.

[2]李丽民,刘剑,曾革.沥青稳定柔性基层的抗车辙性能[J].材料科学与工程学报,2008,(4):540-543.

[3]李丽民,何兆益,银力.重载作用下大碎石柔性基层的抗车辙性能[J].土木建筑与环境工程,2009,(1):83-87.

[4]Technical Brief.Superpave Binder Specification and Test Methods[R].Canada,1995.

[5]E.R.Brown,J.E.Haddock,R.B.Mallick,T.A.Lynn.Development of A Mixtures Design Procedure for Stone Matrix Asphalt(SMA) [R].NCAT,1997.

[6]E.R.Brown,J.E.Haddock.A Method Ensure Stone-on-Stone Contact in Stone Matrix Asphalt Paving Mixtures[R],NCAT,1997.

[7]林绣贤.沥青混凝土合理集料组成的计算公式.华东公路.2003,(1):82-84.

（责任编校：宫彦军）

2016－01－08

湖南省自然科学基金资助项目（项目编号2015JJ2073)；2015年湖南科技学院大学生研究性学习和创新性实验计划资助项目“基于环境因素与细观结构的沥青路面抗车辙性能研究”。

李丽民（1974－），男，博士，副教授，研究方向为道路与岩土工程。

U414

A

1673-2219（2016）05-0067-06