大粒径骨架密实型沥青稳定碎石ATSM-40性能评价

2019-10-23李遂生索智刘文娟张瑞张乾罗亮闫强谭祎天

中国公路 2019年19期

李遂生索智刘文娟张瑞张乾罗亮闫强谭祎天

（1.郑州市公路管理局，河南郑州 450052；2.北京建筑大学，北京 100044；3.河南乾坤路桥工程有限公司河南郑州 453300）

自20世纪60年代至今，我国道路基层多选用半刚性道路结构。因其具有整体强度高、施工质量好控制等优点，广受喜爱。但随着近年来经济的发展，车辆荷载和胎压也在逐渐地增加，路面结构在使用期间要经受车轮荷载的反复作用，刚性基层材料产生微裂纹，当荷载重复作用超过一定次数以后，荷载产生的应力就会超过路面结构抗力，产生疲劳断裂破坏，导致道路病害。

我国传统的沥青混合料多为密实悬浮型结构，代表种类为AC系列与ATB系列，强度依赖于沥青与矿料之间的黏结力。这种结构的混合料路用性能不佳，很容易产生车辙等病害，减少路面的使用寿命，增加路面的养护费用。因此，重新认识和研究沥青混合料的强度机理和力学特征，并根据沥青路面结构优选筑路材料，已成为当前沥青路面建设的首要问题。大粒径骨架密实型沥青稳定碎石（以下简称“ATSM”）具有抗永久变形能力高、耐久性长的特点，特别适用于超重载交通。本文通过试验对ATSM-40的路用性能及力学性能进行了评价，同时对比了ATSM-40与ATB-40的各项性能。

一、ATSM-40沥青混合料的配合比设计

（一）原材料性能

1.沥青材料

本文选用70号基质沥青作为沥青混合料的胶结材料。沥青的各项性能均可满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F20-2004)要求。

2.集料

实验采用的集料为河南省信阳出产的石灰岩，粗细集料的各项性能指标均满足《公路工程集料试验规程》JTG E42-2005要求。

（二）ATSM-40配合比设计

本文通过对比密级配骨架悬浮型的沥青混合料AC及密级配骨架密实型的沥青混合料SMA的各档集料的级配中值，分析沥青混合料从骨架悬浮型结构转变到骨架密实型结构，其中值的上升或下降的百分比，利用规范中给出的密级配骨架悬浮型沥青稳定碎石ATB的各档集料的级配中值加以变化，初步得出密级配骨架密实型沥青稳定碎石ATSM的设计级配。我们利用贝雷法的计算公式来验证ATSM的级配，并且修正关键筛孔的比例。级配曲线如图1所示，最佳沥青用量为2.9%。

图1 ATSM-40级配设计曲线

二、ATSM-40沥青混合料的性能评价研究

本文对ATSM-40进行了车辙试验、冻融劈裂试验、浸水马歇尔试验及动态模量试验。

（一）车辙试验

本文根据JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》采用车辙试验和动稳定度指标来评价沥青混合料的高温性能。具体结果如表1所示。

表1 ATSM-40及ATB-40车辙试验结果

试验结果表明ATSM的动稳定次数满足《JTG D50-2017沥青路面设计规范》中的要求。ATSM相比于ATB系列具有更好的高温稳定性及更小的车辙深度，证明ATSM高温性能良好。本文认为ATSM沥青混合料中的粗集料形成了嵌挤结构，细集料填充了空隙使得整体结构形成了骨架密实状态，因此提高了沥青混合料的高温抗变形能力。

（二）浸水马歇尔试验

根据JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规范》，本文选用马歇尔稳定度试验及冻融劈裂试验来测定ATSM系列沥青混合料的水稳定性。其结果如表2和表3所示。

由表2可知ATSM-40沥青混合料的马歇尔残留稳定度为84.24%，冻融劈裂抗拉强度比（TSR）为83.48%。通过查阅《公路沥青路面设计规范》（JTG E50-2017）得到在北京地区所处的气候分区内，沥青混合料的马歇尔残留稳定度应大于80%，沥青混合料的冻融劈裂抗弯拉强度比应大于75%。因此ATSM-40沥青混合料的水稳定性满足现行规范要求。