不同设计方法沥青混合料性能比较分析

程 庆(江苏省无锡交通高等职业技术学校)

不同设计方法沥青混合料性能比较分析

程 庆
(江苏省无锡交通高等职业技术学校)

本研究分别采用Marshall、Superpave、GTM三种混合料设计方法成型试件进行混合料性能验证，考察三种方法得到的沥青混合料高温性能、水损害、低温性能、渗水的差异。

Marshall；Superpave；GTM

1.三种设计方法简介

1.1 Marshall设计方法

马歇尔方法最初发明是借用土工试验中通过击实方法寻找最大密度、确定最佳含水量的思想来确定沥青混合料的合理沥青用量的，基本上属于一种体积设计方法。该方法对混合料的密度、空隙率、矿料间隙率等指标有明确的要求。它的优点是注意到沥青混合料的密实度和孔隙特性，通过分析以获得沥青混合料合适的孔隙率和饱和度，并求得最佳沥青用量。国内外的研究成果均表明，这些指标与实际路用性能指标有较大差距。

1.2 Superpave设计方法

Superpave是Superior Performing Asphalt Pavements的缩写词。Superpave体系提出了一套全新的建立在使用性能基础上的与交通量和气候有关的材料选择与混合料设计方法。通过控制车辙、低温开裂和疲劳开裂来改善性能。Superpave全套技术是由一个庞大的体系构成，包含以下5个方面：1.沥青胶结料与集料规范；2.混合料体积设计；3.混合料施工；4.混合料性能预测；5.相关的软件、试验方法及设备等。至今，沥青胶结料规范和混合料设计体系工作较为完善，混合料分析方法、性能预测和计算机软件系统仍在改进之中。

1.3 GTM设计方法

GTM把混合料成型压实试验机，力学剪切试验机和车辆模拟机合并成为一台试验机，该试验机采用类似于施工中压路机压路的搓揉方法压实沥青混合料，恰当地模拟了现场压路机的作用，并且最大限度地模拟了汽车在公路上行驶时轮胎与路面的相互作用，通过旋转压实，使试模中沥青混合料密度达到汽车轮胎实际作用于路面时所产生的密实度。一旦试件成型完毕，根本不用进行另外的强度试验即可得到混合料的设计密度和沥青用量，GTM可较真实地模拟实践路面材料的受力状况以及预测材料到服务期限末的应力应变力学性质，从而避免了路面材料的早期破坏。

2.不同设计方法沥青混合料性能比较分析

对于Marshall成型试件参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规》（JTG E20-2011）进行冻融劈裂、车辙、低温弯曲、渗水试验。对于Superpave成型的旋转压实试件参照《高性能沥青路面（Superpave）基础参考手册》（ISBN 7-114-05568-4，2005年第1版），《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）进行T283、车辙、低温弯曲、渗水试验。对于GTM成型的旋转试件切割成直径101.5mm，高度63.5mm马氏标准件，做冻融劈裂、车辙、低温弯曲、渗水试验。

2.1 水稳定性检验比较

调查发现，使用一年以上的高速公路，不管是采用半刚性路面、刚性组合式路面还是刚性路面，都产生一定的水破坏。水破坏来得快，性质较严重，是路基路面的“大敌”。为检验沥青混合料的抗水损害能力，按照设计要求分别进行了AASHTO T283试验或冻融劈裂试验，试验结果见表4.1。

表2.1 AASHTO T283和冻融劈裂试验结果

2.2 高温稳定性检验比较

随着中国高速公路不断发展，交通量不断增长，车辙是渠化交通的高等级公路沥青路面特有的主要早期破坏形式之一。车辙造成了行车道路面变形，影响了平整度、排水能力，极大降低了路面的服务水平甚至威胁到行车安全。沥青路面车辙形成的内因是沥青混合料的高温稳定性、抗塑性变形能力差，在车辆荷载作用下产生横向剪切变形流动。依据配合比设计要求，在60±1℃，0.7±0.05MPa条件下进行车辙试验以检验沥青混合料的高温稳定性，试验结果见表4.2。

表2.2 车辙试验结果汇总表

表2.3 小梁弯曲试验结果

2.3 低温抗裂性检验比较

沥青混合料随着温度的降低，变形能力下降。当降温速度较慢时，所产生的温度应力会随着时间的增加逐渐松弛减小，不会对沥青路面产生较大的危害。但当气温骤降时，所产生的温度应力来不及松弛，当温度应力超过沥青混合料的容许应力值时，沥青混合料就会被拉裂，在薄弱部位产生裂缝。因此，要求沥青混合料具有一定的低温抗裂性能，即要求沥青混合料具有较高的低温强度或较大的低温变形性能。依据配合比设计要求，进行了低温抗裂性能的验证，试验结果见表4.3。

表2.4 渗水试验结果

2.4 渗水检验比较

当沥青路面防渗能力较差时，不仅影响路面本身的稳定性，而且还会影响到基层的稳定性。因此，沥青路面必须具有较好的抗渗能力。依据配合比设计要求，进行了渗水性能验证，试验结果分别见表4.4。

3 结论

分析上述试验结果，比较冻融劈裂强度比（TSR）可知，Superpave 法成型的沥青混合料抗水损害能力最强，GTM法次之，Marshall法最差。比较动稳定度大小可知，GTM法成型的沥青混合料高温稳定性能最好，Superpave法次之，Marshall法最差；比较抗弯拉强度和劲度模量可知，Superpave法比Marshall法低温抗裂性能好；同其他两种设计方法相比，GTM设计的沥青混合料在低温时具有较高的抗弯拉强度和抗弯拉模量，但混合料的低温弯曲应变有所降低。比较路面渗水系数可知，GTM法成型的沥青混合料防渗性能最好，Superpave法次之，Marshall法最差。

[1]《公路工程沥青及沥青混合料试验规》（JTG E20-2011）；

[2]《高性能沥青路面（Superpave）基础参考手册》（ISBN 7-114-05568-4，2005年第1版）；

[3]《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）；

[4]周杰.王曦林.郑存艳.暴兴才.沥青混合料Superpave与马歇尔设计方法的比较.[J].武汉理工大学学报.第29卷第9期.2007年9月；

[5]王伟，孟庆营，陈仲良，张红兵.基于GTM设计方法的AC-13C型沥青混合料应用研究.2011年5期。

TU7

B

1007-6344（2016）04-0067-01