沥青混合料水稳定性试验研究

祝海折, 张晓燕， 李智慧

(山西省交通科学研究院， 黄土地区公路建设与养护技术交通行业重点实验室, 山西 太原 030006)



沥青混合料水稳定性试验研究

祝海折, 张晓燕， 李智慧

(山西省交通科学研究院， 黄土地区公路建设与养护技术交通行业重点实验室, 山西 太原 030006)

为了有效评价不同类型沥青混合料的水稳定性，选用常规水稳定性试验、浸水车辙试验、汉堡车辙试验3种试验方法分别对5种沥青混合料下进行水稳定性试验，并采用不同的评价指标对沥青混合料水稳定进行评价。结果表明，改性沥青能很好的改善沥青混合料的抗水损坏能力；通过对比分析常规水稳定性试验和浸水车辙试验并不能很好的区分不同类型沥青混合料水稳定性的优劣，受选取评价的指标影响较大；汉堡车辙试验方法能够有效的评价不同类型沥青混合料水稳性。

浸水马歇尔试验； 冻融劈裂试验； 浸水车辙； 汉堡车辙

0 引言

沥青路面水损害主要是水经由沥青混合料的孔隙进入沥青混合料内部后，在车辆动水压力和真空泵吸冲刷的共同作用下，沥青膜产生微裂纹，水分通过微裂纹逐渐渗入到沥青与矿料的界面，造成沥青膜逐渐丧失黏结能力，沥青膜从矿料表面逐渐剥离，致使沥青混合料松散剥落，进而使沥青路面发生整体性破坏的现象。

查阅国内外文献，目前评价沥青混合料水稳定性的试验方法主要有AASHTO的冻融劈裂试验、浸水马歇尔试验、洛特曼试验、、改进的洛特曼试验、劈裂试验、磨耗试验、Tunniclif-fRoot试验、浸水压缩试验、德克萨斯冻融基座试验、SHRP的环境条件试验系统(ECS)、以劈裂试验为基础的洛特曼试验、改进的洛特曼试验、Tunniclif-fRoot试验，以及我国的冻融劈裂试验，都是在室内静态试验方法来模拟沥青混合料水损坏，不能反映交通荷载动水压力作用下沥青混合料的水稳定性能。

汉堡车辙试验能够较好地模拟实际沥青路面在动水压力反复冲刷下发生水损害的条件和状态，能够较真实的反映沥青混合料抗损坏的能力。本文选用常规水稳定性试验、浸水车辙试验以及汉堡车辙试验等3种方法分别对5种沥青混合料进行水稳定性试验，并采用不同的评价指标对沥青混合料水稳定进行评价，具体评价情况揭示了静态试验方法存在的问题以及汉堡车辙试验的优点。

1 试验材料

本文采用沥青壳牌90#基质沥青，SBS改性沥青，碎石采用优质集料，指标符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004)的技术要求。沥青混合料级配采用骨架密实结构，配合比采用马歇尔设计方法。集料级配和最佳沥青用量见表1，表2。

表1 沥青混合料级配Table1 Gradationsofasphaltmixtures级配类型筛孔尺寸(mm)通过率/%26.519.016.013.29.5AC—20100.099.394.077.855.9AC—13100.0100.098.689.969.3SMA—16100.0100.090.771.7筛孔尺寸(mm)通过率/%4.752.361.180.60.30.150.07538.026.022.517.913.59.16.643.131.426.720.815.19.56.522.017.716.514.413.211.710.2

表2 沥青混合料最佳沥青用量Table2 Theoptimumasphaltcontentofasphaltmixtures级配类型试验参数改性沥青基质沥青AC—13最佳油石比/%4.94.8AC—20最佳油石比/%4.14.0SMA—16最佳油石比/%5.8

2 试验方案

2.1 常规水稳定性试验

为了便于汉堡车辙试验与浸水车辙试验比较，本文进行了沥青混合料常规水稳性试验，即浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验。试验选取前面介绍的5中沥青混合料普通沥青混合料AC — 13、AC — 20，SBS改性沥青混合料AC — 13、AC — 20，沥青玛蹄脂沥青混合料SMA — 16进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验。试验结果见表3。

由表3试验结果可知： 不同沥青混合料的浸水马歇尔残留稳定度均满足大于75%的要求，冻融劈裂强度比也满足SHRP建议的大于70%的要求，室内试验都表现出较好的水稳定性，这跟现场沥青路面水损坏的调查结果是截然不同的。从试验结果可以看出改性沥青混合料的水稳定性明显优于普通沥青混合料的水稳定性，但是同类型沥青胶结料混合料试验各结果之问差异较小。普通沥青混合料AC — 13与普通沥青混合料AC — 20残留稳定度指标仅差0.8%，改性沥青混合料AC — 13与改性沥青混合料AC — 20残留稳定度指标相差0.7%，但是SMA — 16残留稳定度比并不优于密级配沥青混合料。从冻融劈裂强度比TSR指标方面分析，也存在类似的问题，很难比较沥青混合料水稳定性的差异，都表现出较好的水稳定性，分析原因主要在于试验方法有很大的关系，马歇尔试验双面击实，形成的空隙率较小，静态状态下水分很难进入混合料内部，难以造成水损坏，因此，常规水稳定性试验并不能很好的区分不同类型沥青混合料水稳定性的优劣。

表3 浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验结果Table3 TheresultsofimmersionMarshalltestandfreezethawsplittest级配类型沥青类型残留稳定度/%冻融劈裂强度比TSR/%AC—13壳牌90#86.883.4AC—13SBS改性沥青93.386.0AC—20壳牌90#85.483.5AC—20SBS改性沥青94.085.5SMA—16SBS改性沥青93.685.4

2.2 浸水车辙试验

本试验采用浸水车辙试件的车辙深度，动稳定度作为评价指标，来表征沥青混合料的水稳定性。在进行浸水车辙试验时，将试件放在60 ℃空气中保温6～12 h，再放入60 ℃恒温水槽中进行浸水车辙试验，其它试验步骤同JTGE20 — 2011《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》的要求。试验结果见表4。

表4 浸水车辙试验结果Table4 TheresultsofImmersionruttingtest级配类型沥青类型动稳定度/(次·mm-1)车辙深度/mmAC—13壳牌90#9834.69AC—13SBS改性沥青52212.27AC—20壳牌90#10785.05AC—20SBS改性沥青56362.34SMA—16SBS改性沥青64181.94

由表4试验结果可知： 无论改性沥青混合料还普通沥青混合料，浸水车辙试验的动稳定度都能满足《公路沥青路面施工技术规范》中关于沥青混合料的非浸水车辙试验的普通沥青混合料大于800次/mm，改性沥青混合料大于2400次/mm，SMA沥青玛蹄脂沥青混合料大于3000次/mm的动稳定要求，并且都没有产生水损害，没有发现混合料骨料剥落现象，这可能跟试验时间短，荷载作用次数有限有直接关系。但是无论根据动稳定度、车辙深度还是相对变形率指标评价，改性沥青混合料的水稳定性都要优于普通沥青混合料。因此改性沥青对于改善沥青混合料的水稳定性起到积极的作用，SMA — 16沥青玛蹄脂沥青混合料的抗水损坏能力更加显著。分析原因主要是由于木质素纤维经过聚合物的包裹加之其乱向分布，形成纤维 — 矿粉沥青胶浆，在沥青混合料骨架内部起到加筋补强作用，降低了沥青混合料的渗透性，水分难以在混合料内部迁移流动，增强了其抗水损害能力。

根据动稳定度指标对5种混合料水稳性进行分析评价可以发现： SMA — 16>改性AC — 20>改性AC — 13>普通AC — 20>普通AC — 13；根据车辙深度指标对5种混合料水稳性进行分析评价可以发现：SMA — 16>改性AC — 13>改性AC — 20>普通AC — 13>普通AC — 20。采用两种不同的水稳定评价指标，得出不同的评价结果。出现此种情形主要是因为国内车辙试验存在两种沥青混合料的动稳定度相同而它们的永久形变却有明显差别的情况。所以依照浸水车辙试验进行评价沥青混合料的水稳性时，其水稳定性评价结果优劣与选定指标有很大的关系，不能很好地区分尤其是改性沥青混合料水稳定性的优劣。

2.3 汉堡车辙试验

按照前面沥青混合料配合比设计的结果，成型汉堡车辙试件，汉堡车辙试验普通沥青混合料和改性沥青混合料均采用水浴55 ℃试验条件，采用车辙深度(试验终止时最大车辙深度)、蠕变斜率、剥落点和碾压次数(自试验开始到结束荷载轮碾压次数)作为汉堡车辙试验评价指标，试验结果见表5。

表5 汉堡车辙试验结果Table5 TheresultofHamburgwheeltrackingtest级配类型沥青类型车辙深度/mmAC—13壳牌90#20.00AC—13SBS改性沥青16.43AC—20壳牌90#20.00AC—20SBS改性沥青14.69SMA—16SBS改性沥青12.38蠕变斜率/%剥落点/次荷载次数/次0.0007066723149360.00035713162200000.0006366795150620.00029114647200000.0002171625620000

根据表5的试验结果可知: 无论从车辙深度、蠕变斜率、剥落点和碾压次数评价指标来分析，改性沥青混合料的抗水损坏能力都优于普通沥青混合料的抗水损坏能力。

蠕变斜率反映的是沥青混合料在动水压力、高温和重载共同作用下的变形速率，其值越小表明其变形速率越慢，说明沥青混合料在动水压力作用下的抗水损害能力越强，由蠕变斜率判定5种沥青混合料的水稳定性：SMA — 16>改性AC — 20>改性AC — 13>普通AC — 20>普通AC — 13。由剥落点、荷载作用次数指标来判定水稳定性SMA — 16>改性AC — 20>改性AC — 13>普通AC — 20>普通AC — 13。由车辙深度指标判定混合料水稳性：SMA — 16>改性AC — 20>改性AC — 13>普通AC — 13、普通AC — 20，两种普通沥青混合料都是抵抗不了高温动水压力重载的作用，车辙深度达到20 mm时试验终止。由试验结果看出当采用汉堡车辙试验进行沥青混合料水稳定性分析时，无论依据哪种指标进行评价得到的判定结果都是一致的，从而避免了浸水车辙出现的由于评定指标不同而导致判定紊乱的现象。

3 结论

① 改性沥青混合料的抗水损坏能力明显优于普通沥青混合料，改性剂可以改善沥青混合料的水稳定性。

② 依照常规水稳定试验进行评价沥青混合料的水稳性时，其水稳定性评价结果与选定指标有很大的关系，不能很好地区分尤其是改性沥青混合料水稳定性的优劣。

③ 汉堡车辙试验能够很好的模拟实际沥青路面在动水压力反复冲刷下发生水损害的条件和状态，并且试验时间长，荷载作用次数达到20000次，能够真实的反映沥青混合料抗损坏的能力，能够很好的区分不同沥青混合料的抗水损坏能力。

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Research on the Water Stability of Asphalt Mixture

ZHU Haizhe, ZHANG Xiaoyan， LI zhihui

(Shanxi Provincial Research Institute of Communication, Research on Highway and Traffic Engineering, Key Highway Laboratory of Construction & Maintenance in Loess Region, Taiyuan,Shanxi 030006, China)

To evaluate the water stability of different types of asphalt mixture effectively, this paper adopts three kinds of test methods, including the conventional water stability test, immersion rutting test and Hamburg rutting test, to evaluate the water stability of five kinds asphalt mixtures through different evaluation index. The test results show that the modified asphalt can improve the anti water damage ability of asphalt mixture; The comparative analysis of this three test methods shows that the conventional water stability test and the immersion rutting test cannot distinguish the good or bad of different kinds of asphalt mixture quality; The evaluation results are influenced greatly by the selected evaluation index; Hamburg rutting test can evaluate water stability of different types of asphalt mixture effectively.

immersion marshall test; freeze thaw split test; immersion rutting test; hamburg wheel tracking test

2015 — 03 — 26

山西省交通运输厅科技计划项目(20130102)

祝海折(1983 — )，男，山东菏泽人，工程师，工学硕士，主要从事沥青路面材料结构研究及咨询工作。

U 414.1

A

1674 — 0610(2016)05 — 0212 — 03