浇注式沥青混凝土高温稳定性评价指标的评述

邵 莉，王 彬

（中国市政工程华北设计研究总院，天津市 300074）

1 概述

浇注式沥青混凝土是在高温状态下（约220℃～260℃）进行拌合，混合料摊铺时流动性大，依靠自身的流动性摊铺成型，无须碾压，沥青、矿粉含量较大，空隙率小于1%的一种特殊的沥青混合物[1]。这种材料基本上无空隙，不透水，耐侵蚀性好，耐冻融循环能力强，是最为耐久的一种沥青混合物；耐磨性优良；变形能力强，低温时不易产生裂纹；施工时无需碾压，可以在低温环境下进行施工。因此这一材料在高速公路路面、大跨径桥梁桥面铺装、隧道内铺装，水工坝体心墙等防水结构，人行道等领域应用十分广泛。它的应用与研究在我国尚属探索与发展阶段，仅在香港青马大桥等几座大跨径桥梁、某些城市的隧道内铺装上得到了应用。

浇注式沥青混凝土作为一种悬浮密实型结构，其强度主要取决于沥青与填料交互作用而产生的粘聚力，因此必须重视其高温稳定性。在混合料设计当中，高温稳定性同样是首要考虑的因素之一，而各国在指标上的基本差异也主要是在该性能指标上。德国采用40℃贯入试验方法，英日采用轮辙试验方法，俄罗斯采用高温抗压强度方法。我国地处世界最大的欧亚大陆板块的东部，是季风气候最典型、最强烈的大陆，由于地形构造与气象规律的特殊性，我国广大地区与世界同纬度地区相比，夏季炎热，冬季寒冷，年温差大[2]。因此在引进这一新材料的时候，必须对其高温性能重新评价，对试验方法、评价指标进行分析研究。

2 贯入试验

浇注式沥青混凝土技术在德国较为成熟，贯入试验也成为了世界各国评价浇注式沥青混凝土高温稳定性的基本方法，所采用的指标为贯入度与贯入度增量。

贯入试验方法[3]（按照德国的规范规定内容）如下：在沥青混凝土试件（尺寸是100 mm×100 mm×50 mm或者是直径100 mm、高度50 mm）表面上安置一个直径是2.52 cm（面积是5 cm2）的金属压头。压头上的荷载为514.8 N，荷载持续30 min后测定贯入深度，60 min后测定贯入度增量。试验时试件的温度是40℃。根据德国的规范，贯入深度的范围是1～6 mm，贯入度增量要求不大于0.4 mm。在一些国家贯入试验的试验条件略有不同，如匈牙利的试验温度是20℃，而荷载的持续时间为5 h。国内重庆交通科研设计院在引进浇注式沥青混凝土之后，开展了一些前期探索性研究。参照德国与日本规范的规定，提出试验温度可以在40℃～60℃，贯入度标准为1～4 mm，见图1、图2。

图1 贯入仪结构图

图2 贯入试验变形曲线

可以看出，贯入深度均在4 mm以内，贯入度增量随油石比的增加逐渐增大；混合料变形均随时间的增加而增大，增长趋势随时间增加和油石比的减少而逐渐变缓；有侧限比无侧限条件下的变形和增长趋势要大得多。从有侧限和无侧限的试验结果来看，应当采用有侧限贯入试验，它反映了材料的受力模式。贯入试验通过变形值评价沥青混凝土的高温抗变形能力，试验方法简单，适宜推广应用，因此在我国应用浇注式沥青混凝土初始阶段，可以参照德国规范的规定，采用这一试验方法及指标评价沥青混凝土，并作为混合料配合比设计的基本控制指标，而试验温度可以根据温度区域分别规定一定的范围。

3 轮辙试验

国外浇注式沥青混凝土的高温稳定性采用英国车辙试验进行检测，以车辙深度和车辙率作为评价指标。国内浇注式沥青混凝土的高温稳定性采用车辙试验方法进行检测，以60℃动稳定度不小于800次/mm作为评价指标。重庆交通科研设计院以45 min和60 min的位移及60℃的动稳定度作为评价指标，在进行大量试验后发现，动稳定度离散性大，数值在300～4 000次/mm之间变动。以江阴长江公路大桥桥面浇注式沥青混凝土的高温稳定性试验结果[4]为例，见表1。

表1 浇注式沥青混凝土高温稳定性试验结果比较

可以看出，试验结果达到了英国的评价标准，却没有达到中国高速公路的基本标准。当然，这与两国所处的地理位置和具有的气候特征关系密切，同时也是由车辙试验这种试验方法所决定的。车辙试验是一种工程试验方法，试验结果是工程指标而不是力学参数，因此目前还不能用于理论计算[5]。另外，车辙试验结果也受许多因素，如材料性质、沥青用量、混合料级配、试验温度以及路面组成结构等影响。所以，组合结构的车辙试验比混合料车辙试验更能反映实际路面车辙情况。

4 高温下抗压强度

前苏联道路联盟在浇注式沥青混凝土应用研究结论中，采用两个指标预估评价其抗变形稳定性：贯入度（按照德国方法），50℃沥青混凝土抗压强度。表2和图3所列为该研究单位的试验数据[7]。

表2 材料技术指标

图3 贯入度、密度、马歇尔稳定度和超声波速与沥青用量的关系

最终提出浇注式沥青混凝土的物理－力学特性基本指标应该满足以下要求：碎石式沥青混凝土的矿料间隙率不大于20%，砂粒式的不大于22%；体积残留空隙率不大于2%；体积含水率不大于1%；贯入深度对于碎石式沥青混凝土在1～4 mm之间，对于砂粒式在3～6 mm之间；50℃极限抗压强度不低于0.8 MPa。

一些国家规定采用抗压强度试验方法，特别是高温（50℃）抗压强度，浇注式沥青混凝土允许值比碾压沥青混凝土低一些。但抗压强度试验中所记录的破坏荷载极限值经常表现得不够精确。

有些学者在进行这方面研究的时候，对比了马歇尔稳定度、贯入度、高温抗压强度以及一种无破损检测的试验方法之间的相互关系。其结论表明，由低的马歇尔稳定度指标（对应的是高的贯入度）和低的密度值所确定的沥青用量是富余的（与碾压沥青混凝土而言）。沥青混凝土当中超声波振动传播速度的改变很好地符合上述指标与沥青用量之间的关系。

5 结论与展望

由于浇注式沥青混凝土在德国等国家的应用较为成熟，贯入试验这一方法已经得到普遍的认可。因此可以将贯入度与贯入度增量作为浇注式沥青混凝土高温稳定性评价的基本指标，同时辅以组合结构的车辙试验，具体的标准有待深入的研究确定。

浇注式沥青混凝土的力学性能更主要的取决于胶浆性能，同时这一材料由于胶浆的粉胶比大、沥青粘度大，因此低温可能变脆进而产生裂缝，这一问题前苏联的同行已经予以重视，并进行了大量的研究，但我国尚属空白，可以从流变学的角度对胶浆进行研究，考虑高、低温性能的综合评价。在高温方面，笔者已经进行了初步的探讨，发现车辙因子G*/sinδ与粉胶比呈良好的线性关系，同时高粉胶比延缓了改性沥青弹性的丧失，提高了其高温稳定性。浇注式沥青胶浆的高、低温性能还有待于进一步研究。

[1]李洪涛,黄卫.浇注式沥青混凝土在日本桥面铺装上的应用[J].华东公路,1999(3):39-42.

[2]香港天文台气象资料[EB/OL]http://gb.weather.gov.hk/wxinfo/climat/world/chi/world_climat_c.htm.

[3]DIN-Taschenbuch 76 Verkehrswegebauarbeiten VOB/StLB/STLK[Z].

[4]江阴长江公路大桥桥面浇注式沥青混凝土铺装研究技术报告[R].江苏省长江公路大桥建设指挥部,东南大学交通学院.2000,35.

[5]沈金安.沥青及沥青混合料路用性能[M].北京:人民交通出版社,2001.

[6]张力,陈仕周.钢桥面铺装技术的研究与发展[J].公路,2001(1):3-6.

[7]Л.Б.Гезенцвей,Н.В.Горелышев,А.МБ огуславский,И.В.КоролевПодред,ЛВГезенцвеяДорожныйасфальто бетон[J].Транспорт.,1985,252-267.

[8]吕伟民.沥青混合料设计原理与方法[M].上海:同济大学出版社,2001,299-305.