LSAM路用性能研究

桂志成

（广西路建工程集团有限公司，广西 南宁 530001）

0 引言

近年来，随着对沥青路面材料、工艺和技术等方面的深入研究，针对路面的高温抗车辙和耐久性能问题等制定了较多的解决方案。其中，大粒径沥青混合料（Large Stone Asphalt Mixes，简称“LSAM”）因具备优良的高温抗车辙性能，工程造价略低，施工周期短等优势，逐渐应用于道路基层。

根据我国部分路段实验数据和相关科研人员的研究成果显示，LSAM沥青混合料作为路面结构的柔性基层，在抗车辙、抗永久变形能力和抗反射裂缝方面具有显著的特点，但基于混合料自身特性，也出现了在施工过程中容易离析，且路面空隙率不易控制等问题。刘红瑛等利用开发的集料离析测量仪评价了5种不同级配LSAM沥青混合料，指出贝雷法设计更适用于该类型混合料［1］［6］；邹太平阐述了LSAM沥青混合料采用密级配结构的相关路用性能和施工工艺［2］；李彩霞提出大粒径沥青混合料在旧路结构补强层的应用，优化了在不同结构层应用的合理厚度［3］；江晓霞研究了超大粒径沥青混合料（SLSM）的级配特性，建立了分形维数值与体积指标之间的关系，分析了粒径、频率等参数对相关力学性能的影响［7］。

综上所述，针对LSAM沥青混合料在道路基层中应用的研究涉及较少，还需要进行深入的系统研究。笔者采用改进的大型马歇尔试验、高温抗车辙试验、单轴抗压强度试验、劈裂试验及水稳定性试验，通过改变矿料级配、集料公称最大粒径及试验温度等因素对LSAM沥青混合料进行研究，全面分析LSAM沥青混合料的路用性能，为实体工程应用提供技术支持。

1 试验材料及方案

1．1 原材料选择

采用壳牌70＃基质沥青作为LSAM沥青混合料的胶结料，各项指标依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20－2011）进行检测［4］，均符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40－2004）中的相关要求［5］，检测结果见表1；集料为石灰岩，矿粉由石灰岩研磨而成，具体指标见表2。

表1 70＃沥青性能检测结果表

表2 矿粉检测结果表

1．2 试验方案设计

借鉴国内外相关研究结果，LSAM沥青混合料具备优良的抗车辙性能和力学性能与混合料的级配组成、公称最大粒径大小等有关。本文结合以往研究经验，具体设定以下方案对其进行综合分析研究：

（1）试验选择两种公称最大粒径为37．5mm和31．5mm的集料，两种级配类型（连续密级配和连续开级配），研究公称最大粒径、级配组成等对路用性能的影响，其合成矿料级配范围见表3。

表3 LSAM沥青混合料合成级配设计表

（2）采用大型马歇尔方法对其进行试验分析，具体参数为 152．4mm×95．3mm，击实112次成型，其他按照常规方法。3种级配的LSAM沥青混合料体积参数，主要包括沥青用量、空隙率、矿料间隙率等指标（见表4）。

表4 LSAM沥青混合料试件基本性能指标表

（3）LSAM沥青混合料路用性能试验方法选择。其中，高温抗车辙性能评价采用动稳定度指标，水稳定性能采用冻融劈裂指标，低温抗裂性能采用劈裂强度指标，具体参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20－2011）中的相关方法进行试验。

2 试验结果分析

2．1 高温稳定性能分析

目前，现行规范中没有涉及LSAM大粒径沥青混合料的车辙试验方法。本文结合相关研究成果，对规范中的标准车辙试验试模进行适当改进，制作了300mm×300mm×100mm（试模厚度为集料公称最大粒径的1．5倍）和300mm×300mm×150mm两种厚度的试模，分析LSAM大粒径沥青混合料的抗车辙能力，试验结果见图1。

LSAM沥青混合料动稳定度测试结果对比图

图1描述了3种不同级配LSAM沥青混合料的动稳定度试验结果，经分析可知：

（1）LSAM的级配组成结构对动稳定度指标存在显著影响。其中，级配2＃动稳定度值最大，级配1＃次之，级配3＃最小。级配2＃的动稳定度值提高了约26．6%（与级配1＃相比）。这是由于级配2＃为连续开级配，公称最大粒径为37．5mm，级配1＃为连续密级配，公称最大粒径为37．5mm，说明公称最大粒径相同条件下，开级配沥青混合料的高温抗车辙能力优于连续密级配。开级配沥青混合料的粗集料偏多，试件内部形成了骨架－嵌挤结构，而连续密级配沥青混合料细集料偏多，粗集料之间没有形成骨架结构，因此在荷载作用下的抗变形能力稍弱。如级配2＃中粒径13．2mm筛孔的通过率为35%，级配1＃的通过率为43%，二者相差8%，31．5mm筛孔的通过率相差约12%。

（2）成型试件的厚度对高温性能也存在一定的影响。随试件成型厚度的增加，动稳定度指标下降，且厚度对动稳定度值的影响程度与级配类型有关。对于3种不同级配LSAM沥青混合料（级配1＃、级配2＃、级配3＃），厚度为100mm试样的动稳定度指标均高于厚度为150mm试样，分别提高了约15．7%、33．5%和39．5%。这说明沥青混合料的车辙变形随沥青结构层厚度的增加而增大，该结论与相关文献研究结果相一致。

2．2 水稳定性能分析

沥青路面发生破坏的主导因素与水的作用存在直接关系，水分子的加入降低了沥青混合料集料－沥青的粘附性能，促使矿料发生剥离，导致路面产生坑槽等现象。评价沥青混合料的水稳定性能具有重要的意义，文中选择冻融劈裂试验对LSAM沥青混合料水稳定性能进行评价，试验结果见图2。

图2 冻融劈裂强度试验结果对比图

由图2分析可知：

（1）3种不同级配类型的LSAM沥青混合料水稳定性整体性能良好，均满足规范《公路沥青路面设计规范》（JTG D50－2017）的技术要求（≥75%），TSR值在80%以上，其中级配1＃和级配2＃的TSR值相接近，分别为86．5%和85．9%，而级配3＃的TSR值稍差，其值为81．9%。这说明级配1＃和级配2＃的抗水损害能力优于级配3＃，LSAM沥青混合料同样具备优良的水稳定性能。

（2）结合LSAM沥青混合料基本性能指标分析，级配1＃和2＃的公称最大粒径均为37．5mm，级配类型分别为密级配和开级配，级配1＃的沥青含量高于级配2＃和3＃，空隙率和矿料间隙率均低于二者，冻融循环过程中水分难以进入混合料内部结构，水分发生结晶，冻胀率较低；而级配3＃的矿料间隙率高（VMA＝13．53%），公称最大粒径为31．5mm，尽管采用开级配，但矿料之间没有形成良好的嵌挤－密实结构，导致冻融循环过程中水结晶膨胀作用力破坏了试件的内部结构，水稳定性能下降，这与高温抗车辙能力评价相对应。

2．3 低温抗裂性能分析

LSAM沥青混合料劈裂强度指标依据《沥青混合料劈裂试验》（T0716－2011）中的试验方法进行，试验温度选择15℃，压条选择19mm，加载速率为1mm／min，试验结果见图3。

图3 劈裂强度试验结果对比图

由图3可知：

（1）3种LSAM沥青混合料的劈裂强度值关系与冻融劈裂强度TSR表示相一致，级配1＃的劈裂强度值最佳，级配2＃次之，级配3＃最低，且级配2＃和3＃的劈裂强度值接近。这说明级配类型对劈裂强度值影响更为显著，而公称最大粒径对混合料劈裂强度值的影响较小，密级配沥青混合料的低温抗裂性能优于开级配沥青混合料。如级配1＃的劈裂强度值分别提高了30%（与级配2＃相比）和40%（与级配3＃相比）。

（2）对于LSAM沥青混合料（公称最大粒径≥26．5mm），低温抗裂性能一直作为重点的研究对象，这主要是因为粗集料偏多的嵌挤－骨架结构，沥青胶结料的用量显著低于密级配沥青混合料（最佳沥青用量相差约0．2%～0．5%），尽管在高温抗车辙性能方面表现优良，但对低温抗变形能力的贡献主要为沥青胶结料，最佳沥青用量的降低或偏少势必降低其低温抗裂性能。因此，适当提高最佳沥青用量上限，可以保证LSAM沥青混合料间具备充分的“结构沥青”，进一步提高其劈裂强度值。

3 结语

（1）LSAM沥青混合料具有良好的高温抗车辙性能，增加集料公称最大粒径、采用间断级配结构均能有效优化沥青混合料的动稳定度指标；而成型试件厚度的增加，降低了LSAM沥青混合料的抗车辙性能，推荐采用嵌挤－骨架结构。

（2）级配和公称最大粒径的变化均对LSAM沥青混合料的水稳定性能和低温抗裂性能产生一定的影响，采用密级配沥青混合料的冻融劈裂强度指标和低温劈裂强度指标优于开级配沥青混合料，而降低公称最大粒径并没有改善二者的性能。

（3）LSAM沥青混合料的各项路用性能均能满足规范要求，适当地提高最佳沥青用量能够改善低温劈裂强度值弱化的现象，可为实体工程的应用提供充分的理论依据和指导。