抗辙沥青混合料的集料组成设计

毛景滨

(黑龙江省公路勘察设计院，黑龙江 哈尔滨 150080)

抗辙沥青混合料的集料组成设计

毛景滨

(黑龙江省公路勘察设计院，黑龙江 哈尔滨 150080)

在明确抗辙沥青混合料级配特点的基础上，以提高沥青路面抗车辙性能为主，从粗集料级配、细集料级配、填充系数三方面分析了沥青混合料集料组成对抗车辙性能的影响。在总结抗车辙性能良好混合料对应级配的基础上，提出了抗辙沥青混合料的建议集料级配。

沥青混合料；抗车辙；集料；级配

1 前 言

路面沥青混合料的抗车辙能力主要来源于集料骨架的嵌挤效果和沥青胶结料的粘结力，因此，有必要进一步研究沥青混合料的骨架结构和沥青胶浆结构。路面沥青混合料的集料构成可分为三大部分：粗集料、细集料、粗细集料的比例。由此而言，抗辙路面沥青混合料的集料组成设计应在控制关键粒径通过率的基础上，从粗集料、细集料的分布，以及粗细集料比例(即填充系数)角度深入研究。

2 试验原材料

试验集料为地产石灰岩，结合料为盘锦AH-90沥青。

采用的原材料均符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的要求。石灰岩集料的表观密度见表1，AH-90沥青沥青的参数指标详见表2。

表1 石灰岩集料的表观密度

表2 盘锦AH-90沥青的主要技术指标

3 粗集料的级配

3.1 粗集料最大粒径的选择

考虑到集料的最大粒径关系到沥青混合料的离析程度，为避免离析的影响，将粗集料的最大粒径控制在19 mm。

3.2 集料级配的确定

集料粒径的划分一般以4.75 mm为分界点。本次试验选取5种典型级配，其中3种为嵌挤型级配，另外2种为按一定泰波指数n构成的连续级配，详见表3。

表3 粗集料试验级配

3.3 粗集料典型级配试验结果

对各典型级配粗集料测试密度、CBR值、动载压入累积永久变形和回弹模量，试验结果列入表4。

表4 粗集料骨架试验数据

由表4中的试验结果可知，泰波指数n=0.45和n=0.55的连续级配粗集料，其集料密度及CBR值低于嵌挤型级配粗集料，而嵌挤级配中力学性能最好的为级配Ⅱ，级配Ⅱ的密度虽然稍小，但CBR值较高(对应最大密度的CBR值相差28.1%)。说明混合料的骨架强度不仅与密度有关，也与粒径级配组成有关，尤其是粗集料的级配组成。结构稳定的嵌挤型骨架能够有效提升抵抗永久变形的能力，并拥有较高的强度。从回弹模量试验结果可知，由于级配Ⅱ具有稳定的嵌挤结构，其回弹模量达到了676.74 MPa，同时各侧限应力下的累积永久变形最小，故选择粗集料的最佳级配组成为级配Ⅱ。

3.4 粗集料主骨架空隙率

试验成型一般有松装、振动台、上置振动压实等不同方法。本次试验对级配Ⅱ进行了对应的空隙率测定(详见表5)，试验结果表明松装成型的空隙率较大(为42.4%)，上置振动成型空隙率较小(为31.1%)。以不同骨架空隙率分别进行混合料体积法设计，结果显示以粗集料松装密度设计较佳，确定采用松装空隙率(42.4%)。

表5 粗集料主骨架空隙率

4 细集料的试验级配

以泰波指数n=0.65、0.50、0.35设计细集料级配，另以经验拟订级配N。4种细集料级配见表6，对应的级配曲线如图1。

表6 细集料级配表

图1 细集料级配曲线

对应级配要素：粗集料、细集料、填充系数，分别保持粗集料、填充系数两个要素不变，分析细集料变化对混合料高温性能及回弹模量的影响(见表7、表8)。

表7 细集料变化后的混合料配合比

表8 混合料级配汇总表

对不同细集料级配沥青混合料进行动力压入试验，测试回弹模量和累积永久变形，评估沥青混合料的抗车辙性能和承载能力。试验结果见表9。

由表9可知，保持粗集料、填充系数不变，如细集料偏细，则各应力下的沥青混合料回弹模量均有所增大，而累积永久变形的改变规律各不相同。

相对而言，细集料要素为N的沥青混合料综合性能较好，但空隙率偏小，不符合规范对路面沥青混合料空隙率的要求，因此，选择n=0.35的细集料级配。

表9 对应不同级配要素的沥青混合料试验结果

5 填充系数

对应级配要素：粗集料、细集料、填充系数，分别保持粗集料、细集料两个要素不变，分析填充系数对沥青混合料高温性能及回弹模量的影响(见表10)。不同填充系数对应的级配见表11。

表10 填充系数变化后的混合料配合比

表11 混合料级配汇总表

对不同填充系数的沥青混合料进行了动力压入试验，以回弹模量和永久变形值对沥青混合料的承载能力和抗车辙性能进行评价，试验结果见表12。

表12 对应不同级配要素的沥青混合料试验结果

级配要素细集料n油石比/%体积法空隙率/%回弹模量/MPa永久变形值/mm2.55MPa5.09MPa10.19MPa15.28MPa5.09MPa10.19MPa15.28MPaⅡ,0.350.73.87.12513904840.975.100.84.25.33054385020.953.880.94.54.23054385400.601.701.15.23.53514685401.412.45

由试验结果可知(表12)，保持粗集料、细集料要素不变，若填充系数增大，则各应力下的沥青混合料回弹模量也逐渐增大，而累积永久变形的变化规律各不相同。

综合分析，在粗集料、细集料、填充系数三个要素中，粗集料级配对沥青混合料抗车辙性能的影响最大，其次为填充系数，之后为细集料级配。

细集料要素为N或0.35的级配适用于粗集料Ⅱ、填充系数为0.9的骨架密实型结构。可以通过偏细级配的细集料提高比表面积，发挥沥青膜对粘结力的贡献，有助于提高沥青混合料的抗车辙性能。

6 建议级配范围

综合以上分析，基于提高抗车辙性能，建议的沥青混合料性能指标包括体积空隙率、10.19 MPa应力下的回弹模量、永久变形值、4.75 mm粒径通过率(见表13)。推荐的沥青混合料集料级配要素为粗集料级配Ⅱ、细集料n=0.35、填充系数0.9，对应级配见表14。

表13 密实混合料的指标值

表14 车辙性能良好沥青混合料对应的级配

7 结 论

集料的骨架构造直接影响沥青混合料承受车轮荷载及抵抗永久变形的能力，因此沥青混合料的组成设计有必要强化骨架嵌挤效果，并研究改进压实工艺，使沥青混合料具有稳定的骨架结构。以上研究结合室内试验，基于粗集料级配、细集料级配、填充系数三个级配要素，分析了沥青混合料集料组成对车辙性能的影响。在总结车辙性能良好的沥青混合料对应级配的基础上，提出了抗辙沥青混合料的集料建议级配，对改善沥青混合料路面的抗车辙性能具有良好的效果。

[1] 解晓光，马松林. 压实工艺对沥青混合料力学性能的影响[J].东北公路，2001，24(2):29-31.

[2] 李长清.多孔隙水泥稳定碎石排水基层性能分析[J].低温建筑技术，2009，(8).

[3] 朱光耀，高伟，等.高等级公路沥青混凝土面层合理级配室内试验分析[J].黑龙江交通科技，1994，(2).

A dissertation on aggregate gradation design for anti-rut asphalt mixtures

MAO Jing-bin

(Heilongjiang Highway Survey and Design Institute,Harbin,Heilongjiang 150080,China)

Upon knowledge on key characters of anti-rut asphalt mixture gradation, this article focused on the enhancement of anti-rut performance for asphalt pavement. The implications between asphalt aggregate composition and anti-rut performance are analyzed from coarse aggregate gradation, fine aggregate gradation and fill factor. Recommendations for anti-rut asphalt mixture gradation are presented based on outstanding examples.

asphalt mixture;anti-rut;aggregate;gradation

2016-08-30

毛景滨(1963-)，男，高级工程师，从事公路工程勘察设计工作。

U416.217

C

1008-3383(2017)03-0023-03