不同离析程度对沥青混合料性能的影响研究

2024-02-20吴新艺

广东建材 2024年2期

吴新艺

（1 中交一公局厦门工程有限公司；2 中交绿建（厦门）科技有限公司）

沥青混合料路面广泛应用于我国的道路建设，沥青路面在通车之后，常常会出现不同程度的问题，如车辙、裂缝、坑槽等早期损坏现象，实践表明，沥青路面出现早期损坏的原因并不是因为其结构，往往是局部的破坏，而离析就是造成沥青混合料路面局部破坏的最主要原因之一。沥青混合料发生离析后，不仅改变了原设计级配，而且使得设计的各种性能指标不满足要求，进而使各种优异路用性能缺失，造成路面局部极易损坏。本文采取室内模拟试验，通过室内冻融劈裂、车辙、低温劈裂、四点弯曲疲劳等试验研究分析不同离析程度对AC-20、AC-13 沥青混合料工作性及路面性能的影响，为沥青混合料的应用提供参考。

1 试验设计

1.1 离析混合料级配组成

通过调节关键性筛孔的通过率（9.5mm、4.75mm），AC-20、AC-13 分别得到5 种不同级配组成，编号为A、B、C、D、E，其中B组为无离析组。调整后的AC-20、AC-13沥青混合料的级配组成见表1。

表1 不同级配组成沥青混合料矿料通过率 (%)

1.2 离析混合料油石比

对AC-20、AC-13沥青混合料A、B、C、D、E五组进行马歇尔试验，分别确定其油石比，各组油石比见表2。

表2 不同级配下沥青混合料的油石比

1.3 离析混合料结构参数

对AC-20、AC-13沥青混合料A、B、C、D、E五组进行马歇尔试验，分别确定其油石比，各组结构参数见表3。

表3 不同级配下沥青混合料的结构参数

2 离析对沥青混合料性能的影响

2.1 离析对和易性影响研究

成型AC-20A、B、C、D、E 组试件，观察不同离析程度下，沥青混合料花白料现象、离析程度、颜色变化、搅拌和易性以及成型难易程度等，离析程度与和易性关系结果如表4所示。

表4 离析程度与和易性关系

从表4 结果可知：A 组细集料离析的混合料有少量离析的情况，颜色无光泽，但和易性良好、容易成型；C组轻微离析的同样有少量离析的情况，但和A 组不同的是，C组颜色发亮、和易性较差、成型程度一般；D组中等离析的出现了大量离析的情况，且和易性较差、较难成型；E 组严重离析的出现严重离析情况，且和易性极差、极难成型，还存在少量花白料的情况。

分析其原因，粗集料在混合料中的占比与离析程度呈正相关，粗集料越多，细集料越少，细集料起到的润滑作用就越少，粗集料之间的嵌挤力就越大，从而使混合料和易性变差、难以成型试件。

2.2 离析对水稳定性的影响研究

AC-20、AC-13沥青混合料分别在A、B、C、D、E组级配下的冻融劈裂试验结果见表5。

表5 冻融劈裂试验结果

根据表5 的结果可知：不管是AC-20，还是AC-13 沥青混合料，其A组的冻融劈裂强度比均大于无离析B组，C、D、E 组沥青混合料的冻融劈裂强度比均小于无离析B组。以B组为基准，AC-20A、C、E、D组的冻融劈裂强度比分别提高了3.26%、-20.72%、-29.45%、-39.45%，AC-13A、C、E、D 组分别提高了3.86%、-13.85%、-34.37%、-37.34%

分析A 组试验结果的原因，细集料离析的沥青混合料，因为其集料细，比表面积较大，所需沥青含量较大，其内部孔隙率较小，导致水较难进入混合料内部，因此水损害较小，如AC-20A、AC-13A，其冻融劈裂强度比较B组分别提高了3.26%和3.86%。分析C、D、E 组试验结果的原因，沥青混合料的粗集料离析程度越大，其孔隙率就越大，而沥青混合料的冻融劈裂强度比与孔隙率呈负相关，因此，随着离析程度的增加，沥青混合料的水稳定性降低，如C、D、E 组其冻融劈裂强度比较B 组均降低13.85%以上。

2.3 离析对高温稳定性的影响

AC-20、AC-13沥青混合料分别在A、B、C、D、E组级配下的车辙试验结果见表6。

表6 车辙试验结果

根据表6 的结果可知：不管是AC-20，还是AC-13 沥青混合料，A、D、E 组沥青混合料的动稳定度均较无离析B 组有所减小，C 组的动稳定度均较无离析B 组有所增加。以B 组为基准，AC-20 其余组的动稳定度分别提高了-1.96%、23.11%、-81.48%、-90.39%，AC-13 其余组的动稳定度分别提高了-25.78%、6.46%、-56.58%、-84.62%。其中，中等离析和严重离析混合料的动稳定已经出现不合格的情况。

分析其原因，细集料离析的沥青混合料，因为其细集料多粗骨料少，混合料的结构缺少粗骨料互相嵌挤的骨架，因此其动稳定度较差，易产生结构性车辙，见图1。轻微离析沥青混合料，因为其细骨料少粗骨料多，且沥青含量较低，混合料骨结构较稳定，因此其动稳定度较好，比无离析B 组的动稳定度还好。中等、严重离析沥青混合料，其内部虽然有骨架结构，但是由于粗集料多沥青含量少，骨架结构中填充不足粘结力小，使得结构稳定不足，因此其动稳定度差，甚至出现不合格的情况，容易产生失稳性车辙，见图2。

图1 结构性车辙

图2 失稳性车辙

2.4 离析对低温抗裂性能影响研究

AC-20、AC-13沥青混合料分别在A、B、C、D、E组级配下的低温劈裂试验结果见表7。

表7 低温劈裂试验结果

根据表7 的结果可知：不管是AC-20，还是AC-13 沥青混合料，A、C、D、E 组沥青混合料的低温劈裂抗拉强度均小于无离析B 组。AC-20A、C、D、E 组的低温劈裂抗拉强度与B 组相比，分别减小了4.19%、14.14%、48.69%、52.36%，AC-13A、C、D、E 组与B 组相比，分别减少了8.90%、35.60%、52.36%、63.87%。

离析状态对低温劈裂抗拉强度影响较为显著，且离析程度越严重，低温抗裂性能就越差。

分析其原因，细集料离析的沥青混合料，其沥青含量较大，离析时，整个混合料结构的沥青有所富余。在低温时，沥青的收缩系数比集料高约两个数量级，沥青含量有所富余时易导致沥青剥落。因此A组较无离析B组的低温抗裂性能低。粗集料离析的沥青混合料，其沥青含量较低，沥青混合料的应力松弛能力与沥青含量呈正相关，因此，C、D、E 组的沥青混合料其低温劈裂抗拉强度均小于B 组，低温抗裂性能与离析程度越严重呈正相关。通过数据对比，离析对AC-13 的影响比对AC-20的影响更显著。

2.5 离析对抗疲劳特性的影响研究

AC-20A、AC-20B、AC-20D 三组沥青混合料的疲劳试验结果见表8。

表8 疲劳试验结果

根据表8 的结果可知：在500μɛ 应变水平下，细集料离析AC-20A组、无离析沥青混合料AC-20B组、中等离析AC-20D 组的初始劲度模量分别为3738.5MPa，4529.6MPa，5244.2MPa，表明初始劲度模量随着级配变粗而增大。三组沥青混合料的疲劳寿命从大到小的顺序为：细集料离析AC-20A＞无离析AC-20B＞中等离析AC-20D。分析其原因，细集料离析的沥青混合料，因为其集料细，比表面积较大，所需沥青含量较大，内部粘结力较大，所以在荷载作用下需要克服更多的应力才能产生疲劳破坏，相反中等离析沥青混合料，因为其细骨料少粗骨料多，且沥青含量较低，内部粘结力较小，所以疲劳寿命低。