瀝青混合料抗凍性、水穩(wěn)定性影響因素試驗(yàn)研究

曹喜軍，曹春梅

(1.吉林省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院;2.吉林省交通科學(xué)研究所)

瀝青路面在低溫下有兩種破壞形式，一種是收縮開裂，另一種是在有水條件下的凍融破壞，受凍融作用瀝青混合料孔隙率發(fā)生變化，瀝青與集料粘附性降低，導(dǎo)致瀝青路面的強(qiáng)度和穩(wěn)定性降低，表現(xiàn)出坑槽、松散等破損。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)瀝青路面低溫性能的研究主要是瀝青混合料低溫開裂方面，而對(duì)于瀝青混合料抗凍性的研究則相對(duì)較少。根據(jù)氣象資料調(diào)查可知，季凍區(qū)路面一年中大約要經(jīng)歷十幾次的凍融循環(huán)，一些瀝青路面到春融期會(huì)出現(xiàn)許多坑槽和松散破壞，這都與混合料的抗凍性有關(guān)，所以，研究瀝青混合料的抗凍性能是非常必要的，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)瀝青混合料抗凍性影響因素進(jìn)行討論。

1 粗集料視密度、吸水率對(duì)瀝青混合料抗凍性的影響

同一種巖性的石料因產(chǎn)地不同會(huì)導(dǎo)致集料密度、吸水率的不同，為探討不同視密度、吸水率的粗集料對(duì)瀝青混合料抗凍性的影響，選用5種不同的集料，分別為吉林遼源，九臺(tái)九龍、凈月沈后、九臺(tái)嘉鵬、雙陽(yáng)鑫星，對(duì)石料的視密度、吸水率進(jìn)行試驗(yàn)，并按表1中AC-16所列集料級(jí)配進(jìn)行混合料配合比設(shè)計(jì)，測(cè)混合料的空隙率、礦料間隙率、瀝青飽和度試驗(yàn)結(jié)果見表2，并對(duì)試件進(jìn)行馬歇爾、浸水馬歇爾、25℃劈裂、凍融后25℃劈裂及0℃劈裂試驗(yàn)，來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混合料的抗凍性，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表1 混合料中集料級(jí)配

瀝青混合料AC-16設(shè)計(jì)孔隙率為3% ～5%，從表2和表3中可得出以下結(jié)論。

礦料視密度的變化(2.69～2.87 kg/cm3)對(duì)混合料的抗凍性和水穩(wěn)定性影響不大，如吉林遼源粗集料的視密度為2.69 kg/cm3，雙陽(yáng)鑫星視密度為2.85 kg/cm3，密度相差0.16 kg/cm3，0℃劈裂雙陽(yáng)鑫星大于吉林遼源，而凍融后25℃劈裂吉林遼源大于雙陽(yáng)鑫星，馬歇爾殘留強(qiáng)度比兩者幾乎相當(dāng)。所以，粗集料的視密度在滿足現(xiàn)行規(guī)范要求的前提下，對(duì)瀝青混合料的抗凍性和水穩(wěn)性影響較小。

表2 五種粗集料及瀝青混合料指標(biāo)

表2中粗集料的吸水率分別為0.4% ～1.8%，對(duì)應(yīng)的混合料的抗凍指標(biāo)和水穩(wěn)性指標(biāo)相差不大，從理論上講，集料的吸水率大，集料吸油率大且表面油膜較厚，有利于抗凍和增強(qiáng)水穩(wěn)定性，但在試驗(yàn)中并沒(méi)有體現(xiàn)出來(lái)。所以，粗集料的吸水率對(duì)瀝青混合料抗凍性和水穩(wěn)性影響不大，滿足相應(yīng)規(guī)范要求即可。

表3 不同粗集料瀝青混合料抗凍及水穩(wěn)性試驗(yàn)指標(biāo)

2 不同的細(xì)集料對(duì)瀝青混合料抗凍性和水穩(wěn)性影響

采用相同的級(jí)配，細(xì)集料分別采用石灰?guī)r石屑、玄武巖石屑、天然砂制作瀝青混合料試件，進(jìn)行馬歇爾、浸水馬歇爾、25℃劈裂、凍融后25℃劈裂及0℃劈裂試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

從試驗(yàn)結(jié)果看，石灰?guī)r石屑混合料的抗凍性和水穩(wěn)性好于天然砂和玄武巖石屑，所以瀝青混合料為提高其抗凍性和水穩(wěn)性應(yīng)優(yōu)先選用石灰?guī)r石屑做細(xì)集料。

3 堿性石料(石灰?guī)r)和中性石料(鞍山巖)的抗凍性和水穩(wěn)性試驗(yàn)

按表1中集料級(jí)配進(jìn)行混合料配合比設(shè)計(jì)，對(duì)瀝青混合料進(jìn)行抗凍性和水穩(wěn)定性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表4 不同細(xì)集料瀝青混合料抗凍及水穩(wěn)性指標(biāo)

表5 不同巖性粗集料瀝青混合料抗凍及水穩(wěn)性指標(biāo)

從表中可以看出，堿性石料石灰?guī)r(嘉誠(chéng)石料、中興石料、四平石料)的抗凍性和水穩(wěn)性要好于中性石料鞍山巖(遼源石料、嘉鵬石料、凈月石料、九龍石料)。抗凍性和水穩(wěn)性同時(shí)也好于摻外摻劑的中性石料鞍山巖，說(shuō)明瀝青路面結(jié)構(gòu)用石灰?guī)r的可提高瀝青路面的抗凍性和水穩(wěn)性。

4 瀝青混合料中摻入抗剝落劑、白灰、水泥對(duì)混合料抗凍性、水穩(wěn)性的影響

選用鞍山巖九龍石料進(jìn)行混合料摻外摻劑的抗凍性和水穩(wěn)定性試驗(yàn)，在混合料中分別加入抗剝落劑、白灰、水泥、白灰加抗剝落劑、水泥加抗剝落劑進(jìn)行混合料的殘留馬歇爾穩(wěn)定度，0℃劈裂及凍融劈裂試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 外摻劑對(duì)瀝青混合料抗凍及水穩(wěn)性的影響

表中抗剝落劑的摻量為混合料的4‰，白灰和水泥的摻加量分別為混合料的2%，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得出如下結(jié)論。

瀝青混合料中摻入白灰、水泥、抗剝落劑、白灰加抗剝落劑、水泥加抗剝落劑可有效提高瀝青混合料水穩(wěn)定性;摻入水泥或抗剝落劑能顯著提高抗凍性;摻入水泥加抗剝落劑水穩(wěn)定性和抗凍性均降低。

所以，在瀝青混合料中單摻水泥或抗剝落劑能夠顯著提高抗凍性和水穩(wěn)定性，但長(zhǎng)期效果還需進(jìn)一步驗(yàn)證。

5 結(jié)論

通過(guò)試驗(yàn)研究得到以下結(jié)論:

(1)粗集料的視密度和吸水率對(duì)瀝青混合料的抗凍性和水穩(wěn)定性影響不大;(2)石灰?guī)r石屑做細(xì)集料的瀝青混合料抗凍性和水穩(wěn)定性較好;(3)堿性石料可提高瀝青混合料的抗凍性和水穩(wěn)定性;(4)從試驗(yàn)結(jié)果看，單摻水泥或單摻抗剝落劑能夠顯著提高抗凍性和水穩(wěn)定性。

[1]沙慶林.高速公路瀝青路面早期破壞現(xiàn)象及預(yù)防[M］.人民交通出版社，2001.

[2]沈金安.高速公路瀝青路面早期損壞分析與防治對(duì)策[M］.人民交通出版社，2006.

[3]潘寶峰，王哲人，陳靜云.瀝青混合料抗凍融循環(huán)性能的試驗(yàn)研究[J］. 中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2003，(2).