薄表层沥青混合料路用性能研究

刘向杰， 李文凯

(1.河南交通职业技术学院， 河南 郑州 450000； 2.河南交院工程技术有限公司)

沥青混凝土路面上面层作为路面结构层的顶层，长期裸露在外面，会受到雨水、空气和光照的作用，同时也是传递和承受车辆荷载的结构层，因此，沥青混凝土常见的裂缝、车辙、麻面、水损害等病害会首先出现在路面上面层。薄表层沥青混凝土路面的摊铺厚度往往会比正常施工时的上面层薄1～2 cm，上面层厚度的减小，会导致后期施工时碾压不密实，结构层内部空隙较大，在雨水和车辆荷载的共同作用下，路面水损害病害严重；由于上面层结构层厚度减小，薄表层沥青混凝土温度敏感性变大，在昼夜温差较大时会在上面层内部产生较大拉应力，加剧路面裂缝的形成；此外，薄表层沥青混凝土路面更容易发生剪切变形，所以对薄表层沥青混凝土路面的施工更需严格技术要求。该文通过不同级配类型、不同外加剂掺量的研究来评价AC-10C、AC-13C、UTL-10、UTL-13共4种沥青混合料的路用性能。

1 沥青混合料级配设计

1.1 集料性能

粗集料选择玄武岩碎石，粒径大小为10～15、5～10、3～5 mm；细集料为0～3 mm石灰岩碎石；填料为石灰岩磨细矿粉，原材料各项指标满足相关规范的要求。采用的高分散裂解橡胶沥青由90#基质沥青和橡胶粉为原料，胶粉内掺量20%，同时添加0.4%的裂解剂制作而成，其主要技术指标见表1。

表1 高分子裂解橡胶沥青主要技术指标试验结果

1.2 外加剂性能

选用废渣类外加剂，外加剂的掺入能够改善沥青混合料的力学性能和耐久性。外加剂为黑色、柱状颗粒，由高分子化合物通过改性合成，能够室温储存，其主要技术指标见表2。

1.3 沥青混合料配合比设计

依照JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》相关技术要求，AC-10C、AC-13C、UTL-10、UTL-13共4种混合料推荐级配范围和设计级配见表3。

表2 外加剂主要技术指标

表3 AC-10C、AC-13C、UTL-10、UTL-13沥青混合料设计级配

对AC-10C、AC-13C、UTL-10和UTL-13沥青混合料进行设计，4种沥青混合料最佳油石比和马歇尔检测结果见表4。

表4 最佳油石比和马歇尔试验结果

2 沥青混合料路用性能研究

2.1 高温稳定性试验

该文沥青混合料配合比设计均选用裂解橡胶沥青，依据JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》要求成型车辙板试件，并进行车辙试验，试验结果见表5。

由表5可以得出：4种沥青混合料动稳定度都符合规范技术指标要求，高温稳定性较好。UTL型沥青混合料比连续级配 AC型沥青混合料动稳定度大，这是因为UTL型沥青混合料中集料的嵌挤更好，沥青混合料具有更好的抗剪切性能。当粗集料的公称最大粒径变小、混合料中沥青含量增大时，混合料中集料的骨架强度降低，引起混合料的动稳定度下降。

表5 不同类型沥青混合料车辙试验结果

2.2 低温性能试验

对4种薄表层沥青混合料进行低温弯曲试验，评价沥青混合料的低温抗开裂性能，试验结果见表6。

由表6可以得出：4种类型混合料最大破坏应变都不低于2 500 με，说明都具有较好的低温稳定性。连续级配AC 型沥青混合料较UTL型沥青混合料表现出更好的低温抗开裂性能，这是因为AC 型沥青混合料细集料较多，沥青胶浆的增多对小梁试件在低温环境下的弯曲破坏有较好的阻裂作用。当粗集料的公称最大粒径变小、混合料中沥青含量增大时，低温环境下混合料的黏韧性增强，沥青混合料的最大破坏弯拉应变变大。

2.3 水稳定性能试验

通过对4种沥青混合料进行冻融劈裂试验、浸水马歇尔试验，评价沥青混合料水稳定性能，试验结果见表7。

由表7可以得出：随着公称最大粒径的增大，沥青混合料的水稳定性降低，这是因为在设计级配较好的情况下，公称最大粒径越小，沥青混合料更易密实，内部空隙就越小，水稳定性也相对增强。

表7 不同类型沥青混合料水稳定性试验结果

3 外加剂掺量对路用性能的影响

选用废渣类外加剂对4种沥青混合料的路用性能展开研究，外加剂掺量分别选用0%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%。

3.1 高温性能试验

通过改变外加剂用量，对UTL-13型沥青混合料开展高温稳定性试验，试验结果见图1。

图1 动稳定度随外加剂掺量变化规律

由图1可以得出：外加剂的掺入对混合料动稳定度有显著影响，当外加剂用量为 0.3%时，动稳定度增加了2 916次/mm；随着外加剂掺量的增加，沥青混合料初期动稳定度增加较快，当用量大于0.4%时，动稳定度的增长幅度降低。

3.2 低温性能试验

在不同外加剂掺量下，对UTL-13型沥青混合料进行小梁低温弯曲试验，试验结果见图2。

图2 破坏应变随外加剂掺量变化规律

由图2可以得出：随着外加剂用量的增大，沥青混合料最大破坏应变先升高后降低，当用量为 0.3%时，沥青混合料抗低温开裂性能最好。表明当外加剂用量不断增加时，在外加剂胶凝作用下，沥青混合料低温抗开裂性能先升高后降低；当外加剂用量过大时，沥青混合料将发生应力集中现象，导致抗低温开裂性能下降，因此，外加剂掺量不易大于0.4%。

3.3 水稳定性能试验

对不同外加剂用量下UTL-13型沥青混合料进行冻融劈裂和浸水马歇尔试验，试验结果见图3、4。

由图3、4可以得出：未添加外加剂的薄表层UTL-13型沥青混合料的水稳定性较好，这是因为高分散裂解橡胶沥青具有很好的黏结性能，能够很好地增强沥青混合料水稳定性能。外加剂的掺入对沥青混合料的水稳定性有一定的改善作用，当用量为 0.4% 时，沥青混合料的水稳定性能最佳。

图3 冻融劈裂强度比随外加剂掺量变化规律

图4 浸水残留稳定度随外加剂掺量变化规律

4 结论

通过级配类型、外加剂掺量对AC-10C、AC-13C、UTL-10、UTL-13共4种细粒式薄表层沥青混合料路用性能的研究，得出以下结论：

(1) 4种沥青混合料动稳定度都符合规范技术指标要求，高温稳定性较好，UTL型沥青混合料较连续级配 AC型沥青混合料动稳定度大，具有更好的高温稳定性。

(2) 4种类型混合料最大破坏应变都不低于2 500 με，表明都具有较好的低温稳定性，UTL型沥青混合料具有较好的高温稳定性能，但是其低温性能却低于 AC 型沥青混合料。

(3) 随着公称最大粒径的增大，沥青混合料的水稳定性降低，这是因为在设计级配较好的情况下，公称最大粒径越小，沥青混合料更易密实，内部空隙就越小，水稳定性也相对增强。

(4) 未掺外加剂的薄表层UTL-13型沥青混合料的水稳定性较好，外加剂的掺入对沥青混合料的水稳定性有一定的改善作用，当掺量为 0.4% 时，沥青混合料的水稳定性能最佳。