级配离析对AC-25沥青混合料性能的影响研究

钟智

摘要：AC-25沥青混合料作为路面结构中常用的下面层，由于其级配较粗，在施工过程中是最容易发生离析的层位。文章通过对不同离析程度的混合料进行高温、低温、水稳定性、劈裂强度等方面的试验，研究离析对AC-25沥青混合料性能的影响。结果表明：离析混合料的性能均低于原样混合料，粗集料离析的混合料其低温性能、水稳定性、劈裂强度等性能显著降低，细集料离析的混合料其高温性能显著降低。

关键词：沥青混合料;离析;级配组成;性能试验

中国分类号：U414文献标识码：A

0 引言

三层式柔性沥青路面作为当前我国高速公路标准路面结构，其应用技术已经非常广泛成熟。AC-25沥青混合料作为下面层结构，普遍应用在高速公路中。研究表明，对三层沥青路面结构而言，其中下面层作为主要的受力层，不仅承受上部传递下来的车辆荷载，而且受到下部水稳层反射应力，当中下面层发生病害时，表现在路面的就是裂缝、坑槽、车辙失稳等病害[1]。在进行下面层AC-25沥青混合料级配设计时，考虑到下面层的承力性，在满足规范要求的前提下，其级配往往设计得偏粗、粒径偏大，对于提高结构承载力有益。但是在施工过程中，偏粗的混合料更容易离析，从而导致实际铺筑的路面达不到理想的强度，在离析严重的地方甚至会出现早期病害，导致路面整体结构强度变差[2]。调查研究表明，多数出现早期病害的沥青路面，其下面层都有不同程度的离析，离析部位作为一个薄弱点，在荷载、水浸的作用下易发生损坏，进而引起路面病害[3]。

因此，本文通过室内试验，研究了级配离析对AC-25沥青混合料的性能影响，分析不同离析情况对混合料路用性能的影响，进而对沥青路面施工过程中预防混合料离析与早期病害的产生提供借鉴。

1 试验方案设计

对于沥青混合料而言，在施工过程中主要发生的离析为：粗集料在摊铺机螺旋布料器的转动下分布在靠近边缘部分，而细集料集中在中部位置，因此可以将混合料的离析分为粗离析和细离析两个部分[4]。分别制备原级配、粗离析、细离析三种不同级配的混合料进行试验，通过试验结果，即可分析级配离析对沥青混合料性能的影响程度[5]。

1.1 离析级配设计

本研究以某高速公路实体工程为依托，采用粗、细集料均为石灰岩，沥青采用埃索70#A级道路石油沥青。在借鉴国内外研究成果的基础上[6]，本研究以4.75 mm筛孔为分界点，将混合料分为粗细两部分，以高速公路工程AC-25下面层生产配合比为原始级配。对实体摊铺过程中离析处取料燃烧筛分，以此为依据，采用级配偏差原理[7]，以原始级配的各筛孔通过率为基准，配置粗离析、细离析级配，三种级配组成如表1所示。

由于粗离析、细离析的混合料级配是一种实验室复配的级配，因此在计算其最佳沥青用量时，以现场取离析料燃烧筛分基准，结合沥青油膜厚度计算方法确定[8]。原始级配、粗离析、细离析三种级配油石比分别确定为3.8%、3%、4.5%。

1.2 试验项目选择

由研究可知，沥青下面层主要为受力层，并且是与水稳层直接接触的层位，因此要求其在具有一定强度的基础上，能够达到高温不变形、抗反射裂缝、抗水损的要求。基于此，本文通过四种试验途径，分别评价三种混合料的高温稳定性能、低温抗裂性能、抗水损性能、强度性能。

（1）以车辙试验评价高温稳定性。用以评价沥青混合料在高温状态下抵抗变形能力的试验方法较多，由于车辙试验的试件成型方式与实际施工接近，同时其试验条件是在恒温箱中，采用輪载反复碾压，能够较好地模拟车辆荷载情况，因此选用车辙试验评价。按照设计级配和油石比，根据规范要求成型300 mm×300 mm×50 mm规格的试件，每个级配各成型2块试件，在60 ℃条件下分别测试其动稳定度，取2块试件结果的平均值评价沥青混合料的高温稳定性。

（2）以小梁弯曲试验评价低温抗裂性。小梁弯曲试验是一种常用的沥青混合料低温抗裂性能评价方法。试验用车辙成型仪器成型300 mm×300 mm×100 mm试件，脱模后切割制作成250 mm×30 mm×35 mm标准小梁试件，每个级配分别切割8个标准小梁试件。试验时，采用的跨径为200 mm，在-10 ℃的试验条件下，以50 mm/min的加载速度从中点加载试验，通过抗弯拉强度、最大弯拉应变以及弯曲劲度模量来评价沥青混合料的低温性能。

（3）以浸水马歇尔试验评价水稳定性。浸水马歇尔试验是通过分别测定试件在60 ℃恒温水中浸泡40 min和48 h的稳定度，然后计算二者的比值，即可知道试件在浸水后受损的程度。每个级配分别制备8个标准马歇尔试件，通过计算48 h残留稳定度来评价沥青混合料的水稳定性能。

（4）以马歇尔试件劈裂强度评价强度。劈裂试验是通过测试沥青混合料试件在规定温度和加载速度的条件下，劈裂破坏时的力学性质。试验时，每个级配分别成型标准马歇尔试件4个，放入15 ℃恒温水槽中保温不少于1.5 h，然后采用50 mm/min的加载速率进行劈裂试验。以劈裂强度评价沥青混合料的强度。

2 试验结果分析

（1）车辙试验所得数据如表2所示。通过试验结果可以发现，与原始级配相比，两种离析级配的动稳定度均大幅度减小，其中细离析级配动稳定度最小;离析级配的车辙深度也相应增大，其中粗离析级配车辙深度最大。这是由于当混合料发生粗离析时，粗料集中虽然具有骨架结构，能够保持一定的抗车辙能力，但是由于缺少细料填充，骨架之间无胶联，当反复荷载作用时，骨架难以支撑，进而形成较深的车辙。当混合料发生细离析时，细料集中，缺少骨架结构，混合料无法承受荷载，但是由于其结构较致密，虽然抗车辙能力差，但是相对变形较小。

因此从高温稳定角度，对于AC-25沥青混合料施工而言，在施工过程中应注意控制细集料的离析，才能保证结构具有较好的高温稳定性。

（2）小梁弯曲试验结果如下页表3所示。其结果为8根试件的平均值。测试结果中最大弯拉应变是直接反映沥青混合料低温性能的力学指标。将试验结果绘入下页图1。

由圖1及表3试验结果可知，与原始级配混合料相比，离析级配的抗弯拉强度和弯曲劲度模量均降低，粗离析混合料的最大弯拉应变降低了30%，而细离析混合料提高了20%。分析认为，细离析混合料中沥青胶浆较多，结构致密，因此其在抵抗荷载时能够具有较大的形变而不被破坏，但是由于其没有良好的骨架结构，其弯拉强度和劲度模量反而降低。而对粗离析混合料而言，其结构空隙大，在抵抗荷载时形变小，强度和模量也相应较低。因此从低温抗裂角度，在AC-25沥青混合料施工过程中，要严格控制粗离析的发生，防止结构由粗离析导致的低温开裂。

（3）浸水马歇尔试验结果如表4和图2所示。通过试验结果可知，与原始级配混合料相比，离析混合料的稳定度和浸水48 h稳定度均有所降低，其中粗离析混合料的稳定度最小;浸水48 h后，粗离析级配混合料稳定度降低幅度最大，细离析级配混合料稳定度降低幅度最小。分析认为，粗离析级配的混合料中缺少细料填充，孔隙较多，与水的接触面积更大，导致稳定度降低最快，其抗水损能力最差;而细离析级配的混合料由于具有致密的结构，与水接触面积小，其稳定度降低小，抗水损能力较好。因此从水稳定性角度，在AC-25沥青混合料施工过程中，对于粗集料离析处要预防水损坏发生。

（4）马歇尔试件劈裂强度试验结果如表5所示。通过试验结果可知，与原始级配混合料相比，粗离析级配混合料强度降低了45%，细离析级配混合料强度降低了27%。分析认为，不论是何种离析形式的混合料，都不具备良好的骨架结构，粗离析结构空隙大、细离析结构无骨架，这导致结构因空隙大压缩变形、因无骨架支撑失稳，都不具有稳定的强度。只有合适的骨架级配结构，才能具有较好的强度。

3 结语

本文在室内试验环境下，结合实体工程，通过设计的三种不同级配类型AC-25沥青混合料，进行了高温、低温、水稳定性、劈裂强度等性能试验，分析了级配离析对沥青混合料性能的影响。当沥青混合料发生离析时，其整体性能都会降低。对于粗离析而言，易形成缺少填充的多空隙骨架结构，虽然具有一定的高温稳定性，但是其低温抗裂性、抗水损性以及强度都会大幅降低;对于细离析而言，易形成缺少骨架的悬浮密实结构，虽然具有一定的抗水损性能，但是其高温性稳定性、强度均会大幅降低。因此在施工过程中，严格控制混合料的离析，保持级配均匀性，对于提升下面层结构强度具有重要意义。

参考文献：

[1]王燕芳，叶 青.离析对沥青混合料性能影响的研究[J].山西建筑，2019，45（22）：88-90.

[2]王若俊，肖天祥，梁乃兴，等.沥青路面离析评价方法[J].公路交通科技（应用技术版），2019，15（5）：5-7.

[3]胡顺峰，罗新欣，杨成里.AC-16级配区间对级配离析影响的灰关联分析[J].西部交通科技，2014（8）：5-9，27.

[4]林 豪.粗集料对沥青混凝土高低温性能的影响研究[D].西安：长安大学，2019.

[5]陈长锡.沥青混合料装料、卸料过程中的离析研究[D].西安：长安大学，2015.

[6]胡佳寅.沥青混合料级配离析特性的分形评价与控制技术研究[D].西安：长安大学，2013.

[7]李宏志.考虑抗离析性能的沥青碎石平衡设计方法研究[D].长沙：长沙理工大学，2014.

[8]周泽汉.沥青混合料离析特性研究[D].长沙：长沙理工大学，2008.