高模量沥青混凝土试验参数及配合比设计研究

张孟冬

(京台高速公路廊坊建设管理处　廊坊　065000)

高模量沥青混凝土试验参数及配合比设计研究

张孟冬

(京台高速公路廊坊建设管理处廊坊065000)

摘要选取了2种中粒式级配沥青混合料为研究对象，通过试验，得出高模量沥青混合料的干拌时间、拌和温度、拌和时间、成型温度的变化规律，确定了马歇尔试件成型试验的参数。将2种不同级配、4种不同PR添加剂剂量交叉试验，可知加入PR添加剂的混合料各项性能指标要优于普通沥青混合料。

关键词沥青混凝土高模量配合比设计

高模量沥青混凝土 (HMAC)是在沥青混合料中加入了高模量剂，许多国家试验已经验证了其力学性能较一般的沥青混合料有明显的提高，在车辆荷载作用下路面的累计变形量降低，路面的各项技术性能都有很大的提高，延长了沥青路面的使用寿命[1]。

1　矿料级配的选取

大量研究表明[2]，沥青路面车辙主要发生在沥青路面中面层，为此选取2种中粒式级配AC-20为研究对象，即AC-20α和AC-20β，通过试验研究高模量沥青混凝土是否有良好的高温抗车辙性。试验用2种沥青混合料矿料合成级配，见表1。

表1　矿料级配组成

粗细集料技术指标均满足相关规范中的要求[3-4]。

2　马歇尔试验参数的确定

2.1高模量改性剂的干拌时间

试验选用PRModulus掺量为0.5%的高模量改性剂(占整个混合料的质量分数)，油石比为4.3%，AC-20α是试验选用的级配曲线。选取0～30s每隔5s作为一个干拌时间段，170，165 ℃分别作为拌和与击实温度成型标准马歇尔试件。将各个时间点对应下的毛体积密度、饱和度、稳定度指标数据绘制成曲线图，结果见图1。

3　结论

(1) 盐渍土中同时掺入石灰和水泥后，水泥的加入使得盐渍土耐久性、抗冻性明显增强，说明水泥的掺入提高了石灰改良盐渍土的耐久性，有效减少盐渍土路基病害。

(2) 在盐渍土中同时掺入石灰和水泥后，盐渍土抗压强度得到显著提高，180d龄期时的抗压强度比7d抗压强度增加约406% ，水泥的加入使得改良盐渍土的7d强度提高幅度很大，说明早期在盐渍土中加入水泥改良效果最好。

(3) 通过对试验结果分析，盐渍土同时使用石灰和水泥共同改良质量损失最小，抗冻性最好。

参考文献

[1]马吉倩.天津市滨海新区盐渍土地基处治技术研究[D].西安：长安大学，2009.

[2]耿恩朋.无机结合料加固细氯盐渍土路用性能及其机理研究[D].西安：长安大学,2006.

[3]JTGE40-2007公路土工试验规程[S].北京：人民交通出版社，2007.

[4]JTGE51-2009公路工程无机结合料稳定材料试验规程[S].北京：人民交通出版社，2009.

[5]王彦刚.改善盐渍土在路面基层中的应用[J].交通科技,2010(5):74-75.

[6]袁香菊.浅谈路基改良土的改良方法及应用分析[J].交通科技,2006(6):95-96.

a)毛体积密度与干拌时间关系图b)饱和度与干拌时间关系图c)稳定度与干拌时间关系图

图1各项指标随干拌时间的变化

2.2拌和温度

本试验仍采用级配AC-20α，油石比选择4.3%，改性剂PR掺量0.5%，干拌时间15s，加热温度155～165 ℃，集料加热温度185 ℃，击实温度160 ℃，在以上条件下成型标准马歇尔试件。拌和温度分别选取165～180 ℃每隔5 ℃进行马歇尔试验，记录下观测值，将试验结果绘制成关系图，见图2。

a)毛体积密度与拌和时间关系图b)孔隙率与拌和温度关系图c)稳定度与拌和温度关系图

图2各项指标随拌和温度的变化

图2中稳定度和毛体积密度随拌和温度的图像都有一个最大值并且升高先增大后减小，临界点在174 ℃左右；空隙率随着拌和温度的图像有一个最小值数据规律是升高先减小，临界点在173 ℃左右。综合稳定度、毛体积密度，以及空隙率随着温度的变化曲线上的最佳温度，选择的在后续试验中混合料的最佳拌和温度为170～175 ℃，高模量混凝土混合料拌和温度要高于普通沥青混合料10～15 ℃。

3　马歇尔实验结果及最佳沥青用量的确定

3.1马歇尔实验结果分析

在对马歇尔干拌时间、拌和温度、拌和时间、成型温度确定的基础上，分别对AC-20α和AC-20β 2种不同级配矿料的选用基质沥青(PR掺量0%)﹑各自掺加0.3%，0.6%，0.9%的PR沥青混合料进行马歇尔试验，试验结果见图3。

a)AC-20α型沥青混合料b)AC-20β型沥青混合料

图3AC-20α和AC-20β型沥青混合料稳定度随油石比的变化

由图3可见，对于掺加了相同剂量添加剂的AC-20α和AC-20β型级配，后者的稳定度要大于前者；掺加了PR的沥青混合料与没有掺加PR的基质沥青相比较，前者的马歇尔稳定度要大于后者的。图中的折线没有出现最大值或者最小值，都是随着横坐标的增加呈没有比例的下降趋势；对于混合料的2种级配而言，不论加入了多少剂量的高模量剂其稳定度都达到了规范要求。一般情况下，对普通的沥青混合料做马歇尔试验时，其马歇尔稳定度随着沥青量的增大会先增大再减少，中间出现一个最大值[5-6]。但是从图中可以看出明显的对比，折线并没有最大值的出现，这是因为在混合料拌和时PR受热软化，压实时充分填补了混合料当中矿料颗粒之间的小空隙，产生了塑性变形，但是塑性变形不像弹性变形至温度降低时还可以恢复，当沥青的量随之增多，矿料和改性剂被沥青覆盖得越来越厚，粘结力下降，从而使PR的嵌挤力下降，所以引起马歇尔稳定度随着油石比的增加而下降。

3.2最佳沥青用量的确定

本研究以油石比、毛体积相对密度、混合料空隙率、饱和度、马歇尔稳定度和流值作为试验参照指标。选用加入0.5%PR的AC-20β型级配沥青混合料，通过综合不同油石比指标的变化来最终确定最佳沥青用量。结果见表2。

表2　油石比与马歇尔试验测量值(0.5%PR)

根据上图符合要求的沥青油量范围，按规范进行计算并根据当地的气候条件特性进行调整，最终得到此次马歇尔试验的最佳沥青用量：

通过上式求得加入0.5%PR的AC-20β型级配沥青混合料的最佳沥青用量，将2种不同级配、4种不同的添加剂剂量做交叉试验，再依照以上的步骤来确定其他沥青混合料的最佳沥青用量。表3和表4分别是AC-20α型和AC-20β型沥青混合料不同添加剂掺量情况下的最佳沥青用量，以及最佳沥青用量下马歇尔各个指标的数值。

对于AC-20α和AC-20β 2种沥青混合料，其最佳沥青用量也随着PR从0%到0.9%的过程中逐渐增大。

表3　AC-20 α型最佳沥青用量汇总

表4　AC-20 β型最佳沥青用量汇总

4　结语

将2种不同级配、4种不同的添加剂剂量交叉做试验，得到AC-20α型和AC-20β型沥青混合料不同添加剂掺量的情况下的最佳沥青用量，以及最佳沥青用量下马歇尔各个指标的数值。加入添加剂的混合料各项性能指标要优于普通沥青混合料，2种级配的沥青混合料都满足高模量沥青混凝土的性能要求。

[1]彭玉华.PRPLASTS外加剂应用研究[J].公路交通科技：应用技术版，2008，48(12)：73-77.

[2]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.

[3]JTGE42-2005公路工程集料试验规程[M].北京：人民交通出版社，2005.

[4]JTJ052-2000公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].北京：人民交通出版社，2000.

[5]肖庆一，丙少权，王航,等.添加PRPLASTS抗车辙剂沥青混合料试验研究[J].武汉理工大学学报:自然科学版，2006，28(7)：36-39.

[6]胡建福.掺PRPLAST.S沥青混合料性能试验研究[J].公路交通科技:应用技术版,2006(8)：174-176.

收稿日期：2015-04-07

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.04.039