瀝青瑪蹄脂碎石混合料高溫抗車轍性能試驗研究
2014-03-20 14:07劉建勛等
筑路機械與施工機械化 2014年2期
劉建勛等
摘要：通過大量室內的馬歇爾和車轍試驗，分析了瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA）的礦料級配、溫度、碾壓次數及瀝青用量對其高溫性能的影響。通過對試驗結果進行分析，得出礦料級配、碾壓溫度與次數、最佳瀝青用量等結果，對同類施工具有參考意義。
關鍵詞：SMA；車轍試驗；馬歇爾試驗；高溫穩定性
中圖分類號：U414.03 文獻標志碼：B
0引言
SMA是一種骨架密實型瀝青混合料，粗骨料顆粒相互嵌擠形成骨架結構，骨架間空隙由礦粉和瀝青形成的馬蹄脂膠漿填充，空隙率減小[1]。SMA是現行國內外瀝青路面所采用的典型瀝青混合料型式之一。SMA的組成具有與其他瀝青混合料迥然不同的特點，即：粗骨料、礦粉及瀝青含量多，細集料含量少。SMA的結構組成使其具有良好的高溫抗車轍性能，但其前期投資費用比普通瀝青混合料高，因此在國內瀝青路面鋪筑中應用并不多。本文通過大量室內馬歇爾試驗和車轍試驗分析了礦料級配、溫度、碾壓次數及粗集料骨架間隙率對SMA瀝青混合料高溫抗車轍性能的影響，旨在探討上述影響因素更為合理的取值范圍，為SMA設計與施工中上述影響因素的取值提供更為合理的范圍。
1材料性能
1.1瀝青性質
1.1.1基質瀝青
試驗采用克拉瑪依AH70基質瀝青，其相關指標如表1所示。
1.1.2SBS改性瀝青
試驗采用燕山石化生產的熱塑性丁苯橡膠瀝青改性劑，考慮到中國瀝青分級采用針入度指標，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTJ 052—2000）的操作要求，試驗僅對改性劑摻量為3%的改性瀝青的三大指標進行了試驗，結果如表2所示。
1.2集料性質
試驗用粗細集料為石灰巖，經篩分后逐級稱量回配。礦粉為石灰石磨制而成，集料密度按照《公路工程集料試驗規程》（JTJ 058-2000）的要求進行，其各級粒徑集料的密度測量結果見表3、4。
（1） 在規范級配內，且4.75 mm以上粗集料顆粒的用量占總礦料的70%～80%，礦粉的用量為8%～13%，細集料用量較少。
（2） 考慮到SMA混合料中細集料較少，為避免混合料的高溫穩定性不足，選擇級配時應避開Superpave12.5的限制區。
（3） 級配曲線宜平滑，避免出現犬牙交錯。
1.4試驗條件
車轍儀采用北京航天航宇測控技術研究所生產的HYCX1型車轍試驗儀。將拌和均勻的瀝青混合料倒置于300 mm×300 mm×50 mm的車轍試件成型模具中，并置于輪碾機上碾壓成型。其壓實密實度為馬歇爾試驗標準擊實密度的（100±1）%，將碾壓成型后的車轍試件在室溫下冷卻12 h后，再置于溫度（60±1）℃的車轍儀中保溫5～24 h，最后進行車轍試驗，且每組車轍試件的數量不得少于3個[12]。
2試驗結果分析與討論
2.1礦料級配對SMA高溫穩定性的影響
（1） 碾壓次數對SMA的高溫抗車轍性能有較大影響。碾壓18次與碾壓12次相比，其動穩定度值有很大提高，提高幅度為110%，碾壓24次與碾壓18次相比，SMA動穩定度值變化幅度較小，提高幅度為11.6%。究其原因為：在其他試驗條件相同的情況下，隨著碾壓次數增加，SMA礦料間空隙率減小，混合料密實度增大，抗變形能力提高。
（2） 從相對變形量來看，不同碾壓次數下的相對變形量從小到大為A、B、C；變形速率從小到大為A、B、C?？梢钥闯?，隨著碾壓次數的增加，SMA的相對變形量和變形速率的變化趨勢相同，但與動穩定度DS的變化趨勢相反。
2.3溫度對SMA高溫穩定性的影響
文獻[69]指出，溫度對瀝青混合料的高溫穩定性有顯著影響，選用60 ℃、65 ℃、70 ℃三種溫度進行車轍試驗，試驗結果如圖1所示。
從圖2可以看出，在其他試驗條件相同的條件下，三種級配瀝青混合料的動穩定度值隨瀝青用量的增加呈拋物線變化，表明SMA瀝青混合料的瀝青用量存在最佳值。級配A、級配B、級配C三種級配的瀝青混合料的最佳瀝青用量分別為49%、47%、46%，比它們的馬歇爾試驗最佳瀝青用量分別高0.3%、0.33%、0.4%；級配B瀝青混合料的動穩定度值最大，級配A次之，級配C最小。但當SMA的間隙率過小時，細集料過多會使粗骨料被撐開，不能形成有效的骨架嵌擠結構，從而導致SMA高溫穩定性降低。
3結語
（1） 進行SMA瀝青混合料級配設計，應適當地增加集料中粗骨料（粒徑不小于4.75 mm）和礦粉含量，減少細集料用量，以發揮SMA中粗集料間的嵌擠作用，進而提高其高溫抗車轍性能。
（2） 溫度和壓實功對SMA高溫穩定性的影響較為顯著，施工中應嚴格控制其施工溫度和攤鋪壓實次數。
（3） 在其他條件相同的情況下，所選3種級配
SMA瀝青混合料的瀝青用量存在最佳值，其最佳瀝青用量為46%～4.9%，比馬歇爾試驗瀝青用量大0.3～0.4%。
參考文獻：
[1]JTJ 052—2000，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程[S].
[2]JTG F40—2004，公路瀝青路面施工技術規范[S].
[3]徐世法.瀝青路面的的粘彈性力學分析與車轍預估[D].上海：同濟大學，1988.
[4]曹林濤.瀝青混合料高溫抗變形能力研究[D].上海：同濟大學，2003.
[5]李一鳴.瀝青混合料車轍試驗探索[J].中國公路學報，1992，5（3）：2227.
[6]李一鳴，俞建榮.瀝青路面車轍形成機理力學分析[J].東南大學學報：自然科學版，1994，24（1）：9095.
[7]楊忠，謝祥根，何建.車轍王抗車轍劑在邵懷哦高速公路瀝青中面層中的應用[J].湖南交通科技，2008，34（2）：3258.
[8]伍石生，徐希娟.摻加PR PLASTS 抗車轍劑的瀝青混合料性能研究[J].公路， 2005（1）：156159.
[9]徐建國，韓波，汪永林，等.瀝青路面抗車轍性能研究[J].筑路機械與施工機械化，2011，28（1）：5962.
[責任編輯：杜衛華]endprint
摘要：通過大量室內的馬歇爾和車轍試驗，分析了瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA）的礦料級配、溫度、碾壓次數及瀝青用量對其高溫性能的影響。通過對試驗結果進行分析，得出礦料級配、碾壓溫度與次數、最佳瀝青用量等結果，對同類施工具有參考意義。
關鍵詞：SMA；車轍試驗；馬歇爾試驗；高溫穩定性
中圖分類號：U414.03 文獻標志碼：B
0引言
SMA是一種骨架密實型瀝青混合料，粗骨料顆粒相互嵌擠形成骨架結構，骨架間空隙由礦粉和瀝青形成的馬蹄脂膠漿填充，空隙率減小[1]。SMA是現行國內外瀝青路面所采用的典型瀝青混合料型式之一。SMA的組成具有與其他瀝青混合料迥然不同的特點，即：粗骨料、礦粉及瀝青含量多，細集料含量少。SMA的結構組成使其具有良好的高溫抗車轍性能，但其前期投資費用比普通瀝青混合料高，因此在國內瀝青路面鋪筑中應用并不多。本文通過大量室內馬歇爾試驗和車轍試驗分析了礦料級配、溫度、碾壓次數及粗集料骨架間隙率對SMA瀝青混合料高溫抗車轍性能的影響，旨在探討上述影響因素更為合理的取值范圍，為SMA設計與施工中上述影響因素的取值提供更為合理的范圍。
1材料性能
1.1瀝青性質
1.1.1基質瀝青
試驗采用克拉瑪依AH70基質瀝青，其相關指標如表1所示。
1.1.2SBS改性瀝青
試驗采用燕山石化生產的熱塑性丁苯橡膠瀝青改性劑，考慮到中國瀝青分級采用針入度指標，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTJ 052—2000）的操作要求，試驗僅對改性劑摻量為3%的改性瀝青的三大指標進行了試驗，結果如表2所示。
1.2集料性質
試驗用粗細集料為石灰巖，經篩分后逐級稱量回配。礦粉為石灰石磨制而成，集料密度按照《公路工程集料試驗規程》（JTJ 058-2000）的要求進行，其各級粒徑集料的密度測量結果見表3、4。
（1） 在規范級配內，且4.75 mm以上粗集料顆粒的用量占總礦料的70%～80%，礦粉的用量為8%～13%，細集料用量較少。
（2） 考慮到SMA混合料中細集料較少，為避免混合料的高溫穩定性不足，選擇級配時應避開Superpave12.5的限制區。
（3） 級配曲線宜平滑，避免出現犬牙交錯。
1.4試驗條件
車轍儀采用北京航天航宇測控技術研究所生產的HYCX1型車轍試驗儀。將拌和均勻的瀝青混合料倒置于300 mm×300 mm×50 mm的車轍試件成型模具中，并置于輪碾機上碾壓成型。其壓實密實度為馬歇爾試驗標準擊實密度的（100±1）%，將碾壓成型后的車轍試件在室溫下冷卻12 h后，再置于溫度（60±1）℃的車轍儀中保溫5～24 h，最后進行車轍試驗，且每組車轍試件的數量不得少于3個[12]。
2試驗結果分析與討論
2.1礦料級配對SMA高溫穩定性的影響
（1） 碾壓次數對SMA的高溫抗車轍性能有較大影響。碾壓18次與碾壓12次相比，其動穩定度值有很大提高，提高幅度為110%，碾壓24次與碾壓18次相比，SMA動穩定度值變化幅度較小，提高幅度為11.6%。究其原因為：在其他試驗條件相同的情況下，隨著碾壓次數增加，SMA礦料間空隙率減小，混合料密實度增大，抗變形能力提高。
（2） 從相對變形量來看，不同碾壓次數下的相對變形量從小到大為A、B、C；變形速率從小到大為A、B、C?？梢钥闯?，隨著碾壓次數的增加，SMA的相對變形量和變形速率的變化趨勢相同，但與動穩定度DS的變化趨勢相反。
2.3溫度對SMA高溫穩定性的影響
文獻[69]指出，溫度對瀝青混合料的高溫穩定性有顯著影響，選用60 ℃、65 ℃、70 ℃三種溫度進行車轍試驗，試驗結果如圖1所示。
從圖2可以看出，在其他試驗條件相同的條件下，三種級配瀝青混合料的動穩定度值隨瀝青用量的增加呈拋物線變化，表明SMA瀝青混合料的瀝青用量存在最佳值。級配A、級配B、級配C三種級配的瀝青混合料的最佳瀝青用量分別為49%、47%、46%，比它們的馬歇爾試驗最佳瀝青用量分別高0.3%、0.33%、0.4%；級配B瀝青混合料的動穩定度值最大，級配A次之，級配C最小。但當SMA的間隙率過小時，細集料過多會使粗骨料被撐開，不能形成有效的骨架嵌擠結構，從而導致SMA高溫穩定性降低。
3結語
（1） 進行SMA瀝青混合料級配設計，應適當地增加集料中粗骨料（粒徑不小于4.75 mm）和礦粉含量，減少細集料用量，以發揮SMA中粗集料間的嵌擠作用，進而提高其高溫抗車轍性能。
（2） 溫度和壓實功對SMA高溫穩定性的影響較為顯著，施工中應嚴格控制其施工溫度和攤鋪壓實次數。
（3） 在其他條件相同的情況下，所選3種級配
SMA瀝青混合料的瀝青用量存在最佳值，其最佳瀝青用量為46%～4.9%，比馬歇爾試驗瀝青用量大0.3～0.4%。
參考文獻：
[1]JTJ 052—2000，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程[S].
[2]JTG F40—2004，公路瀝青路面施工技術規范[S].
[3]徐世法.瀝青路面的的粘彈性力學分析與車轍預估[D].上海：同濟大學，1988.
[4]曹林濤.瀝青混合料高溫抗變形能力研究[D].上海：同濟大學，2003.
[5]李一鳴.瀝青混合料車轍試驗探索[J].中國公路學報，1992，5（3）：2227.
[6]李一鳴，俞建榮.瀝青路面車轍形成機理力學分析[J].東南大學學報：自然科學版，1994，24（1）：9095.
[7]楊忠，謝祥根，何建.車轍王抗車轍劑在邵懷哦高速公路瀝青中面層中的應用[J].湖南交通科技，2008，34（2）：3258.
[8]伍石生，徐希娟.摻加PR PLASTS 抗車轍劑的瀝青混合料性能研究[J].公路， 2005（1）：156159.
[9]徐建國，韓波，汪永林，等.瀝青路面抗車轍性能研究[J].筑路機械與施工機械化，2011，28（1）：5962.
[責任編輯：杜衛華]endprint
摘要：通過大量室內的馬歇爾和車轍試驗，分析了瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA）的礦料級配、溫度、碾壓次數及瀝青用量對其高溫性能的影響。通過對試驗結果進行分析，得出礦料級配、碾壓溫度與次數、最佳瀝青用量等結果，對同類施工具有參考意義。
關鍵詞：SMA；車轍試驗；馬歇爾試驗；高溫穩定性
中圖分類號：U414.03 文獻標志碼：B
0引言
SMA是一種骨架密實型瀝青混合料，粗骨料顆粒相互嵌擠形成骨架結構，骨架間空隙由礦粉和瀝青形成的馬蹄脂膠漿填充，空隙率減小[1]。SMA是現行國內外瀝青路面所采用的典型瀝青混合料型式之一。SMA的組成具有與其他瀝青混合料迥然不同的特點，即：粗骨料、礦粉及瀝青含量多，細集料含量少。SMA的結構組成使其具有良好的高溫抗車轍性能，但其前期投資費用比普通瀝青混合料高，因此在國內瀝青路面鋪筑中應用并不多。本文通過大量室內馬歇爾試驗和車轍試驗分析了礦料級配、溫度、碾壓次數及粗集料骨架間隙率對SMA瀝青混合料高溫抗車轍性能的影響，旨在探討上述影響因素更為合理的取值范圍，為SMA設計與施工中上述影響因素的取值提供更為合理的范圍。
1材料性能
1.1瀝青性質
1.1.1基質瀝青
試驗采用克拉瑪依AH70基質瀝青，其相關指標如表1所示。
1.1.2SBS改性瀝青
試驗采用燕山石化生產的熱塑性丁苯橡膠瀝青改性劑，考慮到中國瀝青分級采用針入度指標，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTJ 052—2000）的操作要求，試驗僅對改性劑摻量為3%的改性瀝青的三大指標進行了試驗，結果如表2所示。
1.2集料性質
試驗用粗細集料為石灰巖，經篩分后逐級稱量回配。礦粉為石灰石磨制而成，集料密度按照《公路工程集料試驗規程》（JTJ 058-2000）的要求進行，其各級粒徑集料的密度測量結果見表3、4。
（1） 在規范級配內，且4.75 mm以上粗集料顆粒的用量占總礦料的70%～80%，礦粉的用量為8%～13%，細集料用量較少。
（2） 考慮到SMA混合料中細集料較少，為避免混合料的高溫穩定性不足，選擇級配時應避開Superpave12.5的限制區。
（3） 級配曲線宜平滑，避免出現犬牙交錯。
1.4試驗條件
車轍儀采用北京航天航宇測控技術研究所生產的HYCX1型車轍試驗儀。將拌和均勻的瀝青混合料倒置于300 mm×300 mm×50 mm的車轍試件成型模具中，并置于輪碾機上碾壓成型。其壓實密實度為馬歇爾試驗標準擊實密度的（100±1）%，將碾壓成型后的車轍試件在室溫下冷卻12 h后，再置于溫度（60±1）℃的車轍儀中保溫5～24 h，最后進行車轍試驗，且每組車轍試件的數量不得少于3個[12]。
2試驗結果分析與討論
2.1礦料級配對SMA高溫穩定性的影響
（1） 碾壓次數對SMA的高溫抗車轍性能有較大影響。碾壓18次與碾壓12次相比，其動穩定度值有很大提高，提高幅度為110%，碾壓24次與碾壓18次相比，SMA動穩定度值變化幅度較小，提高幅度為11.6%。究其原因為：在其他試驗條件相同的情況下，隨著碾壓次數增加，SMA礦料間空隙率減小，混合料密實度增大，抗變形能力提高。
（2） 從相對變形量來看，不同碾壓次數下的相對變形量從小到大為A、B、C；變形速率從小到大為A、B、C?？梢钥闯?，隨著碾壓次數的增加，SMA的相對變形量和變形速率的變化趨勢相同，但與動穩定度DS的變化趨勢相反。
2.3溫度對SMA高溫穩定性的影響
文獻[69]指出，溫度對瀝青混合料的高溫穩定性有顯著影響，選用60 ℃、65 ℃、70 ℃三種溫度進行車轍試驗，試驗結果如圖1所示。
從圖2可以看出，在其他試驗條件相同的條件下，三種級配瀝青混合料的動穩定度值隨瀝青用量的增加呈拋物線變化，表明SMA瀝青混合料的瀝青用量存在最佳值。級配A、級配B、級配C三種級配的瀝青混合料的最佳瀝青用量分別為49%、47%、46%，比它們的馬歇爾試驗最佳瀝青用量分別高0.3%、0.33%、0.4%；級配B瀝青混合料的動穩定度值最大，級配A次之，級配C最小。但當SMA的間隙率過小時，細集料過多會使粗骨料被撐開，不能形成有效的骨架嵌擠結構，從而導致SMA高溫穩定性降低。
3結語
（1） 進行SMA瀝青混合料級配設計，應適當地增加集料中粗骨料（粒徑不小于4.75 mm）和礦粉含量，減少細集料用量，以發揮SMA中粗集料間的嵌擠作用，進而提高其高溫抗車轍性能。
（2） 溫度和壓實功對SMA高溫穩定性的影響較為顯著，施工中應嚴格控制其施工溫度和攤鋪壓實次數。
（3） 在其他條件相同的情況下，所選3種級配
SMA瀝青混合料的瀝青用量存在最佳值，其最佳瀝青用量為46%～4.9%，比馬歇爾試驗瀝青用量大0.3～0.4%。
參考文獻：
[1]JTJ 052—2000，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程[S].
[2]JTG F40—2004，公路瀝青路面施工技術規范[S].
[3]徐世法.瀝青路面的的粘彈性力學分析與車轍預估[D].上海：同濟大學，1988.
[4]曹林濤.瀝青混合料高溫抗變形能力研究[D].上海：同濟大學，2003.
[5]李一鳴.瀝青混合料車轍試驗探索[J].中國公路學報，1992，5（3）：2227.
[6]李一鳴，俞建榮.瀝青路面車轍形成機理力學分析[J].東南大學學報：自然科學版，1994，24（1）：9095.
[7]楊忠，謝祥根，何建.車轍王抗車轍劑在邵懷哦高速公路瀝青中面層中的應用[J].湖南交通科技，2008，34（2）：3258.
[8]伍石生，徐希娟.摻加PR PLASTS 抗車轍劑的瀝青混合料性能研究[J].公路， 2005（1）：156159.
[9]徐建國，韓波，汪永林，等.瀝青路面抗車轍性能研究[J].筑路機械與施工機械化，2011，28（1）：5962.
[責任編輯：杜衛華]endprint
