低标号沥青混合料的路用性能

李 霖，王书杰，陈 果

（交通运输部科学研究院，北京 100029）

0 引言

沥青混凝土路面以沥青作为胶结料，因此沥青是影响沥青路面质量的主要因素之一。沥青面层应具有较好的低温抗开裂和高温抗车辙能力，从对沥青的要求来看，这两个性能是互相矛盾的。为了提高沥青路面抗裂性能，应选择针入度较大的沥青；为了提高沥青路面高温抗车辙能力，应选择针入度较小的低标号沥青。本文对低标号沥青、70#普通道路石油沥青和SBS改性沥青进行了沥青混合料性能试验，并对试验结果进行了对比分析，确定了低标号沥青使用的区域和层位，为低标号沥青的推广和运用提供了科学依据。

1 原材料选择与混合料级配设计

1.1 沥青

本研究使用的沥青为新疆克拉玛依AH—30沥青和AH—70沥青以及SBS改性沥青，研究组在室内对这三种沥青进行了技术指标试验，具体试验结果如表1所示。

表1 沥青试验结果

表1 （续）

试验结果显示，AH—30沥青老化前和老化后的延度均不能满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）的要求，其他技术指标都满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）的要求。从试验结果还可以看出，AH—30的结果与SBS改性沥青的结果比较接近。

1.2 集料

本研究采用的集料为泾阳县产石灰岩，采用上海路桥集团开发的大型冲击式破碎机配套五档振动筛进行生产。集料的各项技术指标按照《公路工程集料试验规程》（JTG E42—2005）和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）的试验方法进行。其中，集料与沥青的黏附性采用水煮法，粗集料密度采用网篮法测定，细集料密度采用容量瓶法测定，矿粉密度采用李氏比重瓶法测定。试验结果如表2所示。

表2 集料试验结果

表2 （续）

1.3 混合料配合比设计

本研究对低标号沥青进行了AC型沥青混合料研究，分别是AC—13C、AC—20C、AC—25C，并按照《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）推荐的级配范围，与70#道路石油沥青和SBS改性沥青进行对比，三种沥青混合料均用马歇尔方法进行配合比设计，三种混合料级配曲线见图1、图2、图3。

图1 AC—13混合料级配合成图

图2 AC—20混合料级配合成图

图3 AC—25混合料级配合成图

2 沥青混合料性能试验对比分析

2.1 混合料高温性能

本研究分别采用30#沥青、70#沥青、SBS沥青，成型尺寸为300mm×300mm×50mm的车辙板，试验温度为60℃，轮压为0.7MPa。取轮作用45min和60min时的形变计算动稳定度DS；用60min的形变与试件厚度的比值计算产生的相对永久变形率，用这两个指标评价硬质沥青的高温性能，试验结果如表3～表5和图4～图9所示。

表3 AC—13沥青混合料车辙试验结果汇总表

表4 AC—20沥青混合料车辙试验结果汇总表

表5 AC—25沥青混合料车辙试验结果汇总表

图4 三种沥青AC—13沥青混合料动稳定度对比图

图5 三种沥青AC—13沥青混合料动稳定度总变形量对比图

图6 三种沥青AC—20沥青混合料动稳定度对比图

图7 三种沥青AC—20沥青混合料动稳定度总变形量对比图

图8 三种沥青AC—25沥青混合料动稳定度对比图

图9 三种沥青AC—25沥青混合料动稳定度总变形量对比图

从上述车辙试验数据可以看出，采用三种沥青的设计级配AC—13、AC—20、AC—25均能满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）对沥青混合料动稳定度的技术要求。其中，规范对于夏炎热区普通沥青混合料的要求是800次/mm，改性沥青混合料的要求是2400次/mm。

动稳定度表示的是试验最后的15min内，产生1mm变形，试轮行走的次数，动稳定度越大，沥青混合料的高温稳定性越好。相对变形率代表沥青混合料在荷载作用下车辙发展的全过程，它能更好地反映沥青混合料在高温下的抗永久变形能力。试验结果表明，相对变形率反映出30#沥青和SBS改性沥青高温稳定性能规律和动稳定度指标基本一致，即相对变形率越小，动稳定度越大，混合料高温稳定性能越好。

2.2 混合料水稳定性能

本研究借鉴国内外经验，结合我国技术水平和习惯，采用规范推荐的马歇尔残留稳定度试验和冻融劈裂试验，对三种沥青的水稳定性进行检验。根据设计油石比及级配进行浸水马歇尔试验检验设计沥青混合料的水稳定性能。试验结果分别见表6～8和图10～图12。

表6 AC—13浸水马歇尔稳定度和冻融劈裂试验结果

表7 AC—20浸水马歇尔稳定度和冻融劈裂试验结果

表8 AC—25浸水马歇尔稳定度和冻融劈裂试验结果

图10 AC—13浸水马歇尔稳定度和冻融劈裂强度对比图

图11 AC—20浸水马歇尔稳定度和冻融劈裂强度对比图

图12 AC—25浸水马歇尔稳定度和冻融劈裂对比图

由以上试验数据可以看出，低标号沥青混合料的残留稳定度和冻融劈裂结果均满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）中对沥青混合料残留稳定度和冻融劈裂的要求。低标号沥青混合料的残留稳定度结果高于70#和SBS改性沥青，表明其水稳定性能优于70#和SBS改性沥青。但低标号沥青的冻融劈裂指标低于70#和SBS改性沥青，表明低标号沥青的抗冻性能较差。

2.3 混合料低温抗裂性能

国内外研究沥青混合料低温抗裂性能的试验方法有很多种，我国规范推荐使用的是沥青混合料低温弯曲试验，用最大弯曲破坏应变指标评价低标号沥青混合料的低温抗裂性能。该试验是通过三点加载来确定沥青混合料低温劲度模量、抗弯拉强度和破坏时的梁底最大弯拉应变。试验所用试件为250mm×30mm×35mm的棱柱体小梁；试验加速荷载是50mm/min；采用温度为−10℃。由最大荷载和跨中挠度计算得到试件破坏时的抗弯拉强度、破坏时的梁底弯拉应变和弯曲劲度模量见表9、表10和图13、图14。

表9 AC—13小梁弯曲试验结果

表10 AC—20小梁弯曲试验结果

图13 AC—13小梁弯曲试验结果对比图

图14 AC—20小梁弯曲试验结果对比图

由以上试验结果可以看出，三种沥青的小梁弯曲指标均满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）中对沥青混合料低温性能的要求，以小梁最大破坏应变表征，破坏应变越大，表明沥青混合料的低温抗裂性能越好，虽然低标号沥青的低温性能不如70#和SBS沥青，但低标号沥青的低温弯曲试验技术指标也达到了冬严寒区的要求。因此，将其应用到非冬严寒区的沥青路面结构层中，在低温性能方面也是满足要求的。

3 结论

（1）在低标号沥青混合料级配设计方面，我国现行的《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）规定级配范围的中值线级配，30#沥青混合料比较符合该规范。

（2）马歇尔设计方法适用于低标号沥青混合料。使用马歇尔设计法时，所用设计参数与标准马歇尔试验参数一致，低标号沥青混合料设计标准与一般沥青混合料相同，只是在预计有可能产生较大车辙变形的路段，空隙率范围宜适当提高到4%～6%。

（3）车辙试验表明，三种不同类型的低标号沥青混合料的高温动稳定度与SBS改性沥青混合料的高温稳定度较为接近，都在3000～5000次/mm左右，均高于普通沥青混合料的高温稳定性能，其高温性能满足现行规范规定的改性沥青混合料在1～4分区的动稳定度要求（≥2400）。

（4）三种不同类型低标号沥青混合料水稳定性能满足规范技术要求，且稍强于普通基质沥青混合料。

（5）三种不同类型低标号沥青混合料冻融劈裂性能满足规范技术要求，但稍弱于普通基质沥青混合料。

（6）三种不同类型低标号沥青混合料低温性能均满足规范技术要求，但均低于普通沥青混合料和改性沥青混合料的低温性能，说明低标号沥青硬度大，低温抗裂性较差，如果直接用在承受大气因素和行车荷载的上面层，可能会在上面层产生温度裂缝，并向下延伸。减少表面层的温度裂缝就等于减少整个沥青面层的裂缝，因此，低标号沥青不宜用在上面层。

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