LSPM沥青用量与水稳定性的关系探讨 *

试验研究

LSPM沥青用量与水稳定性的关系探讨*

*基金项目：湖北省公路管理局科技项目。

□□ 张英1，刘昌清1，毛国军1，李国芳1，冯珀楠2(1.荆州市恒通公路桥梁有限责任公司，湖北 荆州434000；2.武汉工程大学，湖北 武汉430073)

摘要：为了探讨大粒径透水性沥青混合料(LSPM)沥青用量与水稳定性的关系，对不同沥青用量的试件进行了常规浸水马歇尔试验、真空饱水马歇尔试验及冻融劈裂试验。试验结果表明，在理论上存在着一个最佳的沥青用量使得LSPM的水稳定性最好；其抗水损能力主要依靠沥青膜厚度来保证，在满足沥青析漏质量损失前提下，应尽量选择较大的沥青膜厚度。

关键词：沥青混合料；LSPM；水稳定性；浸水马歇尔试验；真空饱水马歇尔试验；冻融劈裂试验

文章编号：1009-9441(2015)03-0008-02

中图分类号：U 416.217

文献标识码：A

Abstract：In order to study the relationship between large stone porous asphalt mixtures (LSPM) amount and water stability，the author operates the immersion Marshall test，vacuum water-saturated Marshall test and freeze-thaw splitting test with different asphalt amounts.The test results show that there is an optimum asphalt amount that makes the water stability of LSPM best.Its ability to resist water damage mainly relies on the asphalt film thickness.Under the premise that meet the quality of asphalt analysis leakage loss，people should try to choose the larger asphalt film thickness.

作者简介：张英(1973-)，女，湖北荆州人，工程师，2007年6月毕业于工程兵指挥学院土木工程专业，现从事公路工程管理管理工作。通讯作者：冯珀楠。

收稿日期：2015-03-15

引言

沥青混合料的水稳定性是指沥青与矿料形成粘附层后，水对沥青的置换作用引起的沥青剥落的程度。由于大粒径透水性沥青混合料(Large Stone Porous Asphalt Mixes，简称LSPM)是空隙率介于13%~18%的单粒径骨架嵌挤空隙连通型沥青混合料，且粗集料粒径大、含量高，沥青用量少，集料之间接触点明显较密级配沥青混合料少，在水侵蚀作用下，沥青膜容易从集料表面剥落，因此设计LSPM时更应该考虑其水稳定性[1-2]。为了探讨LSPM沥青用量与水稳定性的关系，根据现行试验规程，对不同沥青用量的试件进行了常规浸水马歇尔试验、真空饱水马歇尔试验以及冻融劈裂试验，以评价LSPM的水稳定性。

1LSPM组成设计

试验时，沥青选用SBS类(I-D)聚合物改性沥青；粗集料采用湖北荆门产石灰岩，为轧制的坚硬岩石，颗粒形状良好；细集料采用湖北荆门产石灰岩石屑；填料采用石灰岩矿粉。经检验，所用沥青、粗细集料以及矿粉的各项指标均符合JTG F40—2004《公路沥青路面施工技术规范》的要求。

1.1　集料级配

借鉴贝雷法级配设计的思想，针对LSPM的特点，引入“预留空隙率”这一预设参数，同时参考山东省LSPM已有工程级配、我国规范以及美国印第安纳州推荐的矿料级配，对LSPM进行级配设计。

1.2　最佳沥青用量的确定

采用综合指标法确定LSPM最佳沥青用量。步骤如下：首先通过选择的沥青膜有效厚度和集料比表面积计算初定沥青用量，然后按0.5%间隔变化沥青用量成型大型马歇尔试件测定体积指标，并分别进行析漏试验和分散试验。根据析漏和分散试验确定沥青用量范围，综合沥青膜有效厚度、体积指标要求，在满足各项指标的前提下尽量选择大的沥青膜厚度[3]，本试验确定的LSPM最佳沥青用量为3.4%。

2LSPM水稳定性试验

目前，各国评价沥青混合料水稳定性能的试验方法不尽相同，尚没有统一的评价标准[4]。笔者对不同沥青用量的LSPM大马歇尔试件，按JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》[5]T0709进行两种浸水马歇尔稳定度试验，按T0729进行冻融劈裂试验，采用的沥青用量分别为2.9%、3.4%和3.9%。

2.1　48 h浸水马歇尔试验和真空饱水马歇尔试验

将试件分成3组，每组、每个沥青用量平行试验4个大马歇尔试件。第一组在60 ℃恒温水浴中保温45~60 min后测定其稳定度MS1；第二组在60 ℃恒温水浴中保温48 h后测定其稳定度MS；第三组先在真空度97.3 kPa以上的真空干燥器中维持15 min后，打开进水胶管，靠负压进入冷水浸没试件15 min后恢复常压，再取出放入60 ℃恒温水浴中保温48 h后测定其稳定度MS2。试件的浸水残留稳定度MS0和真空饱水残留稳定度MS'0分别由(1)式和(2)式计算：

(1)

(2)

不同沥青用量下LSPM大马歇尔试件的两种浸水马歇尔试验结果如表1和图1所示。

表1　浸水马歇尔试验和真空饱水马歇尔试验结果

图1　不同沥青用量下LSPM大马歇尔试件残留稳定度

按JTG F40—2004《公路沥青路面施工设计规范》的规定，在潮湿区、湿润区的浸水马歇尔残留强度比≮80%[6]。以上试验表明，3种沥青用量下LSPM的水稳定性均符合要求。

2.2　冻融劈裂试验

将LSPM大马歇尔试件随机分成2组，每组、每个沥青用量平行试验4个试件。第一组浸入25 ℃的恒温水槽中2 h后测定其劈裂抗拉强度RT1；第二组浸没水中在真空度97.3~98.7 kPa条件下保持15 min，恢复常压后在水中继续放置0.5 h，再装入约有10 ml水的塑料袋，放入-18 ℃±2 ℃的恒温冰箱中保持16 h±1 h，然后取出放入60 ℃恒温水浴中保温24 h，再浸入25 ℃的恒温水槽中2 h后测定其劈裂抗拉强度RT2。冻融劈裂抗拉强度比TSR按(3)式计算：

(3)

根据以上过程，分别计算出不同沥青用量的LSPM大马歇尔试件冻融劈裂试验结果，如表2和图2所示。

表2　冻融劈裂试验结果

图2　LSPM大马歇尔试件冻融劈裂抗拉强度比

对比试验结果可知，冻融劈裂试验的抗拉强度比浸水马歇尔试验和真空饱水马歇尔试验的残留稳定度小，这从一定程度上说明冻融劈裂试验更能反映混合料的水稳定性能。从图2可以看出，沥青用量为3.4%左右时，残留稳定度与冻融劈裂抗拉强度比均出现峰值，初步表明本试验LSPM在设计级配下确定的最佳沥青用量3.4%是合理的，其水稳定性最好。

3结论

3.1理论上存在着一个最佳沥青用量，LSPM试件的浸水马歇尔残留稳定度、真空饱水马歇尔残留稳定度及残留强度比达到最大值，即混合料的水稳定性最好。

3.2浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验对于评价LSPM沥青混合料的水稳定性存在局限性。冻融劈裂试验较浸水马歇尔试验和真空饱水马歇尔试验在一定程度上更能反映LSPM的水稳定性能。

3.3LSPM抗水损能力主要依靠沥青膜厚度来保证，在满足沥青析漏质量损失的前提下，应尽量选择较大的沥青膜厚度。

参考文献：

[1] 王松根.大粒径透水性沥青混合料柔性基层(LSPM)设计与施工指南[M].北京：人民交通出版社，2007.

[2] 邬俊峰.大粒径透水性沥青混合料组成设计及路用性能研究[D].武汉：武汉工程大学，2014.

[3] 陆长兵，黄晓明，陈兴.大粒径碎石沥青稳定排水基层混合料设计方法的研究[J].公路交通科技，2004，21(12):9-13.

[4]李建斌，郭忠印，王松根.LSPM沥青混合料水稳定性研究[J].建筑材料学报，2009，12(4):200-201.

[5] JTG E20—2011，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，2011.

[6] JTG F40—2004，公路沥青路面施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2004.

Relationship between LSPM Asphalt Amount and Water Stability

ZHANG Ying1，LIU Chang-qing1，MAO Guo-jun1，LI Guo-fang1，FENG Po-nan2

(1.Jingzhou Hengtong Road Bridge Limited Liability Company，Jingzhou，Hubei，434000，China；2.Wuhan Institute of Technology，Wuhan，Hubei，430073，China)

Key words：asphalt mixture；LSPM；water stability；immersion Marshall test；vacuum water-saturated Marshall test；freeze-thaw splitting test

(编辑盛晋生)