級配離析對瀝青混合料體積參數(shù)的影響分析

朱慧峰，孫 強(qiáng)

(1.南通市交通工程質(zhì)量監(jiān)測站海門分站;2.河海大學(xué)土木與交通學(xué)院)

瀝青混合料的離析是當(dāng)前瀝青路面施工中普遍存在的現(xiàn)象，也是瀝青路面早期損壞的一個(gè)重要原因。級配離析是瀝青混合料離析的主要形式，當(dāng)級配離析發(fā)生時(shí)將使材料設(shè)計(jì)與實(shí)際施工情況嚴(yán)重脫節(jié)，離析部位的級配和油石比脫離了設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致路面空隙率、礦料間隙率等體積參數(shù)發(fā)生了不同程度的變化，進(jìn)而導(dǎo)致路面早期損壞的發(fā)生和發(fā)展，比如粗集料集中區(qū)域水穩(wěn)定性降低，細(xì)集料集中區(qū)域抗車轍能力降低等。

1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)采用的瀝青為泰州產(chǎn)SBS改性石油瀝青，集料產(chǎn)地為南京六合，1#、2#、3#料為玄武巖，4#料為石灰?guī)r，礦粉由鎮(zhèn)江產(chǎn)石灰石磨制而成?；旌狭项愋筒捎肁C-13型混合料，礦料及瀝青的各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范的要求，礦料及瀝青的密度結(jié)果見表1和表2。

表1 礦料相對密度試驗(yàn)結(jié)果表

表2 瀝青相對密度試驗(yàn)結(jié)果表

1.2 級配的確定

當(dāng)混合料級配發(fā)生離析時(shí)，離析混合料級配曲線將偏離標(biāo)準(zhǔn)混合料級配曲線，兩條級配曲線之間所包圍面積的大小反映了2組級配組成的離析程度，該面積越大，表明級配離析程度越大。采用式(1)計(jì)算2組混合料的級配偏差值S，S可以間接地反映2組混合料級配曲線之間的面積，S值越大，表明級配離析程度越大。

式中:Pi，j為離析混合料篩孔 j的通過百分率;Pa，j為標(biāo)準(zhǔn)混合料篩孔j的通過百分率。

同濟(jì)大學(xué)李立寒教授研究確定，當(dāng)以級配偏差值S判斷級配的離析程度時(shí)，無離析、輕度離析、中度離析和嚴(yán)重離析分別為:＜10%、10% ～20%、20% ～35%和 ＞35%。根據(jù)以上判別標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)了7種級配:重度粗、中度粗、輕度粗、未離析、輕度細(xì)、中度細(xì)和重度細(xì)。具體級配見表3，級配曲線圖見圖1。

1.3 瀝青用量的確定

本試驗(yàn)中各級配混合料的瀝青用量按照瀝青膜厚度相等的原則進(jìn)行換算，瀝青膜厚度按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)附錄B中的方法計(jì)算，換算后各級配混合料的油石比見表4。

表3 七種級配篩分結(jié)果

表4 不同級配混合料的集料比表面積和油石比

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

按照設(shè)計(jì)級配和油石比成型馬歇爾試件，由于偏粗級配的試件空隙率比較大，故采用體積法測定試件的毛體積相對密度，根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)中的規(guī)定，對于改性瀝青混合料的最大理論密度應(yīng)由計(jì)算法求得，故本試驗(yàn)中試件的最大理論密度采用計(jì)算法求得，各項(xiàng)體積參數(shù)見表5。

表5 不同級配混合料的體積參數(shù)

為更直觀地體現(xiàn)體積參數(shù)的變化趨勢，對數(shù)值進(jìn)行歸一化處理，以未離析時(shí)的體積參數(shù)值為標(biāo)準(zhǔn)歸一化處理后的數(shù)值見表6。

圖1 七種級配的級配曲線圖

表6 不同級配混合料歸一化處理后的體積參數(shù)

分析表5和表6可知，混合料的毛體積相對密度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，在輕度細(xì)時(shí)達(dá)到最大值，重度粗時(shí)的值最小，極差為0.181，這是因?yàn)橹囟却謺r(shí)混合料的粗細(xì)集料比例嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)要求，使得混合料的結(jié)構(gòu)類型由懸浮密實(shí)型變?yōu)榱斯羌軕腋⌒停瑥亩够旌狭想y以壓實(shí)，毛體積相對密度偏小，隨著離析程度的逐漸減小，混合料結(jié)構(gòu)趨于合理，毛體積相對密度逐漸增大，當(dāng)混合料過細(xì)時(shí)，瀝青用量過多，同樣使混合料難以壓實(shí)，故毛體積相對密度又出現(xiàn)減小的趨勢。

空隙率隨著混合料級配的變細(xì)越來越小，原因就是細(xì)集料多、瀝青多相比于粗集料多、瀝青少的情況更易壓實(shí)。

由于空隙率的變化直接影響到其他體積參數(shù)的變化，空隙率也是影響混合料其他性能的關(guān)鍵因素，我國《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)規(guī)定AC-13型混合料的空隙率為4%～6%，由此判斷，級配離析將對路面性能產(chǎn)生不良影響，應(yīng)予以防止。

3 結(jié)論

級配離析是瀝青路面施工過程中一個(gè)嚴(yán)重的問題。離析導(dǎo)致瀝青混合料油石比和空隙率畸變，這是導(dǎo)致混合料性能改變的內(nèi)在原因。空隙率增大時(shí)，混合料的透水性增強(qiáng)，水穩(wěn)定性變差;空隙率減小時(shí)，則高溫時(shí)不足以滿足瀝青體積的變化，導(dǎo)致混合料失穩(wěn)，在荷載作用下產(chǎn)生車轍?？梢?，空隙率是影響混合料性能的關(guān)鍵因素，在混合料設(shè)計(jì)及施工過程中應(yīng)重點(diǎn)控制。

[1]叢林，鄭曉光，郭忠印.施工離析對瀝青混合料性能的影響分析[J］. 同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2007，(4):477-480.

[2]麻旭榮，李立寒.瀝青混合料級配離析判別指標(biāo)的探討[J］.公路交通科技，2006，(2):48-51.

[3]交通部公路科學(xué)研究所.公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范(JTG F40-2004)[M］.北京:人民交通出版社，2004.