沥青稳定碎石柔性基层路用性能研究*

严国全 颜长平 程玉华

(武汉交通职业学院，湖北 武汉 430065)

沥青稳定碎石柔性基层路用性能研究*

严国全 颜长平 程玉华

(武汉交通职业学院，湖北 武汉 430065)

文章系统分析密级配沥青碎石(ATB-25)、半开级配沥青碎石(AM-25)和开级配沥青碎石(ATPB -25)等沥青稳定碎石柔性基层的路用性能。结果表明，随着沥青稳定碎石空隙率的减小，ATB-25具有更高的强度和刚度、更好的水稳性和高温稳定性及更长的疲劳寿命，能和沥青混凝土面层较好地粘结在一起，共同承受车辆荷载作用，并能有效地防止和减缓水泥稳定碎石半刚性材料反射裂缝，更适用于承载能力较大的沥青路面柔性基层。

沥青稳定碎石；水稳性；疲劳寿命；回弹模量；动稳定度

在我国已经建成的高速公路沥青路面中，大部分采用半刚性基层沥青路面结构，其本身具有整体强度高、板体性好、承载能力强等优点。但是，通过近些年高速公路实际使用情况和现场路面调查，发现半刚性基层沥青路面出现了较多的裂缝、水损坏及耐久性不足等病害。[1]

国内外沥青稳定碎石柔性基层的路面能显著减少路面开裂，提高路面的耐久性。[2-3]目前单独对ATB-25、AM-25和ATPB -25柔性基层的路用性能研究较多，如何选用沥青稳定碎石柔性基层还没有明确的标准。为了更好地选择和修建不同类型的沥青稳定碎石委托基层，本文系统地研究了相同的原材料和不同空隙率的三种沥青稳定碎石的路用性能，结果表明，ATB-25具有较高的强度、刚度、动稳定度及较长的疲劳寿命，更适合做具有承载能力的沥青路面柔性基层。

1 沥青稳定碎石柔性基层集料性能

试验集料选用湖北随州三里岗的石灰岩。集料物理力学性能见表1和表2。

表1 不同粒径表观相对密度和毛体积相对密度

表2 集料主要技术性能

从以上试验检测结果可以看出：选取的石灰石具有较好的物理力学性能，能满足沥青稳定碎石柔性基层技术要求。

2 沥青稳定碎石最佳油石比

采用上述石料和A-70沥青，击实温度140℃，每面各击实75次，按照公路沥青路面施工技术规范中的级配范围中值，以及公路工程沥青及沥青混合料试验规程中的马歇尔试验方法，[4-5]ATB-25、AM-25及ATPB-25试验的级配及确定的最佳油石比见表3和表4。

表3 ATB-25、AM-25及ATPB-25的级配

表4 ATB-25、AM-25及ATPB-25最佳油石比

3 沥青稳定碎石的空隙率

按确定的最佳油石比进行马歇尔试验，测得ATB-25、AM-25及ATPB-25空隙率见表5。

表5 ATB-25、AM-25及ATPB-25空隙率

4 沥青稳定碎石的路用性能

4.1 沥青稳定碎石的水稳性

按照沥青及沥青混合料试验规程中的沥青混合料劈裂试验及冻融劈裂试验方法，采用上述混合料级配和最佳油石比，将双面各50次击实法成型的马歇尔圆柱体试件进行劈裂试验及冻融劈裂试验，试验结果见表6、图1和图2。

表6 沥青稳定碎石的劈裂强度、冻融劈裂强度及残留强度比

图1 沥青稳定碎石的劈裂强度与空隙率关系

图2 沥青稳定碎石的残留强度比与空隙率关系

从以上试验结果可以得出：由于密级配的ATB-25空隙率较小，劈裂强度、冻融劈裂强度及残留强度比更大，相比AM-25、ATPB-25具有更好的水稳性。

4.2 沥青稳定碎石的抗压回弹模量

按照沥青及沥青混合料试验规程中沥青混合料单轴压缩试验方法，进行抗压回弹模量试验。沥青稳定碎石的配合比与本文前述的配合比相同。标准试验温度分别为15℃和25℃，试验采用直径φ100mm、高100mm的圆柱体试件。试验结果见图3。

图3 沥青稳定碎石的抗压回弹模量与空隙率关系

从以上试验结果可以得出：按照公路沥青路面设计规范确定的沥青混合料结构层抗压回弹模量设计参数，[6]空隙率为4.3%的ATB-25相比AM-25、ATPB-25具有更高的抗压回弹模量值，刚度和承载能力更大，更适合用于交通量较大、承载能力要求较高的沥青路面柔性基层。

4.3 沥青稳定碎石的高温稳定性

沥青稳定碎石的高温稳定性用动稳定度表示，通过沥青混合料车辙试验确定。沥青混合料车辙试验是采用标准的成型方法，制成标准的300×300×50mm混合料试件，在60℃的规定温度下，以一个轮压为0.7Mpa的实心橡胶轮胎在其上行走，测量试件在变形稳定时期，每增加1mm变形需要行走的次数，即动稳定度，以“次/mm”表示。不同类型沥青稳定碎石的动稳定度试验结果见图4。

图4 沥青稳定碎石的动稳定度与空隙率关系

试验结果可以表明：由于密级配的ATB-25空隙率较小，相比AM-25、ATPB-25具有更大的动稳定度值，能有效抵抗车辙变形，高温稳定性更好。

4.4 沥青稳定碎石的疲劳性能

依据现行弹性连续体系设计理论，沥青稳定碎石基层主要考虑弯拉疲劳开裂。[7]试验采用MTS材料试验机，试验温度15℃；加载波形为连续式半正弦波；加载频率为10Hz。试验中采用应变控制方式，在重复荷载试验中始终保持试件底部应变峰值不变。试件破坏以沥青混合料劲度下降到初始的50%作为破坏标准。疲劳试验的试件采用轮碾成型试件，试件尺寸为300×300×100mm，然后切割成100×100×300mm梁试件。应变采用200με、400με及600με应变水平。由此得到的疲劳曲线见图5。

图5 ATB-25、AM-25及ATPB-25疲劳曲线

试验结果表明：在相同的外界环境及相同的受力条件下，ATB-25比AM-25和ATPB-25具有更长的疲劳寿命。

5 结语

本文综合比较分析了ATB-25、AM-25和ATPB -25沥青稳定碎石柔性基层的路用性能，得出如下结论：

(1)密级配ATB-25沥青稳定碎石与AM-25和ATPB -25相比较，空隙率较小，劈裂强度、冻融劈裂强度及残留强度比均较大，具有更好的水稳性。AM-25和ATPB-25粗集料较多，空隙率较大，形成骨架空隙结构，具有良好的排水性能。

(2)ATB-25相比AM-25、ATPB-25具有更高的抗压回弹模量值，刚度和承载能力更大，更适合用于交通量较大、承载能力要求较高的沥青路面柔性基层。

(3)由于密级配的ATB-25空隙率较小，相比AM-25、ATPB-25具有更大的动稳定度值，高温稳定性更好。

(4)在相同的外界环境及相同的受力条件下，ATB-25比AM-25和ATPB-25具有更长的疲劳寿命，耐久性更好。

[1] 秦仁杰，李本鹏，侯湘泉，等.沥青稳定碎石基层级配比选及路用性能研究[J].中外公路，2013，(2)：51-54.

[2]李福普，严二虎.沥青稳定碎石与级配碎石结构设计与施工技术应用指南[M].北京：人民交通出版社，2009：47-55.

[3]P.E. Yuhong Wang,Yong Wen,Kecheng Zhao,etc．Evolution and locational variation of asphalt binder aging in long-life hot-mix asphalt pavements[J]. Construction and Building Materials, 2014,(68)：172-182.

[4]中华人民共和国交通部.公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)[S]. 北京：人民交通出版社，2004.

[5]中华人民共和国交通部. 公路工程沥青及沥青混合料(JTG E20-2011)[S]. 北京：人民交通出版社，2011.

[6]中华人民共和国交通部. 公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)[S]. 北京：人民交通出版社，2006.

[7]陈勇军.沥青稳定碎石基层对沥青路面力学的特性影响分析[J].公路工程，2012，(1):79-82.

2015-04-15

严国全(1978-)，男，湖北鄂州人，武汉交通职业学院交通工程学院高级工程师，主要从事路基路面设计研究。颜长平(1978-)，女，湖南邵阳人，武汉交通职业学院交通工程学院高级工程师，主要从事路桥教学研究。程玉华(1969-)，男，湖北孝感人，武汉交通职业学院交通工程学院副教授，主要从事道路桥梁工程技术研究。

10.3969/j.issn.1672-9846.2015.02.021

U416.214

A

1672-9846(2015)02-0081-03