沥青膜厚度对ATB混合料性能的影响研究

邓明荣，黄雅婷，戚谢军

(1.广西道路结构与材料重点实验室，广西　南宁　530007；2.广西交通科学研究院，广西　南宁　530007)



沥青膜厚度对ATB混合料性能的影响研究

邓明荣1，2，黄雅婷1，2，戚谢军1，2

(1.广西道路结构与材料重点实验室，广西南宁530007；2.广西交通科学研究院，广西南宁530007)

邓明荣(1982—)，工程师，主要从事路桥设计与道路科研、检测工作；

黄雅婷(1986—)，助理工程师，主要从事道路科研、检测、设计工作；

戚谢军(1986—)，助理工程师，主要从事道路科研、检测、设计工作。

摘要：为研究沥青膜厚度的变化对沥青稳定碎石基层ATB性能的影响，文章以ATB混合料沥青膜厚度为变量，通过进行稳定度试验、动稳定度试验、冻融劈裂试验以及弯曲试验，分析沥青膜厚度的改变对混合料性能的影响，并根据不同使用环境条件提出对应的最优沥青膜厚度参考值，优化了ATB混合料路用性能。

关键词：ATB；沥青膜厚度；混合料性能；影响因素

0引言

沥青稳定碎石基层ATB作为柔性基层的代表，越来越受到人们的重视。ATB相较于半刚性基层具有多个优势，其抗剪强度高且耐疲劳性能好，对于半刚性基层易产生的反射裂缝具有很好的抑制作用。同时，由于ATB混合料中沥青含量较低，因而沥青含量极大地影响了混合料的各项性能。有效控制ATB混合料中的沥青含量成为保证ATB混合料具有良好路用性能的措施之一[1-2]。

我国目前所使用的基层主要为半刚性基层，对于沥青稳定碎石基层的研究还不够充分[3]。挪威的InvarHorvli等人研究了集料对车辙的影响，研究结果表明集料最大粒径对沥青混合料永久变形有很大的影响。Arizona，Coetzee和Monismith等人设置应力吸收膜来预防反射裂缝的发生，研究发现应力吸收膜在早期能很好地防止反射裂缝的发生，但是后期的效果不是很明显[4]。重庆交通大学唐军采用车辙试验与单轴静载蠕变试验对ATB混合料高温性能进行评价，结果表明级配对其高温性能具有较大影响，级配过粗或者过细对沥青稳定碎石混合料的抗车辙性能都有不利影响[5]。本文从混合料沥青膜厚度入手，考虑不同沥青膜厚度对ATB混合料性能产生的影响，给出不同环境下的ATB混合料最佳沥青膜厚度参考值，为优化其路用性能提供参考和依据。

1沥青膜厚度对ATB混合料马歇尔性能指标的影响

试验选用70#基质沥青，采用级配如表1所示。对比分析研究不同沥青膜厚度对ATB混合料的高温性能、低温性能、水稳定性能稳定度及流值的影响规律。

表1　级配表

按照表1中的级配成型标准选取马歇尔试件，选用70#基质沥青，按不同沥青膜厚度分别成型4个试件，在误差允许范围内对数据求均值并列于表2。

表2　不同沥青膜厚度马歇尔性能指标试验结果表

由表2可得：

(1)随着沥青膜厚度减小，混合料中沥青所占比重减小，因而毛体积密度随之增加。

(2)随着沥青膜厚度减小，混合料中自由沥青减少，集料得不到润滑从而使摩擦系数增大，同时空隙率变大。

(3)混合料的稳定度随着沥青膜厚度的减小呈先增大后减小的趋势。沥青膜厚度减小的过程中，首先降低的是自由沥青含量，在降低至适当厚度的过程中混合料稳定度增高；自由沥青继续减少则导致沥青润滑受限，混合料稳定度值降低。

2沥青膜厚度对ATB混合料高温稳定性的影响

依照表1中级配标准在不同沥青膜厚度下成型300 mm×300 mm×100 mm车辙试件，选用70#基质沥青，控制沥青拌合温度160 ℃，试验温度60 ℃、轮压0.7 MPa条件下进行车辙试验，结果见图1。

图1　不同沥青膜厚度的动稳定度曲线图

从图1可见，沥青膜厚度的变化对混合料高温稳定性具有一定影响。混合料的动稳定度随沥青膜厚度的减小而逐渐增大，沥青膜厚度从11 μm减小到10 μm时，动稳定度的变化幅度最大。这是由于沥青膜厚度较大时，自由沥青量较多，集料颗粒在沥青的润滑作用下易产生相对滑移。随着沥青膜厚度的减小，集料颗粒间缺少了沥青的裹附使得内摩擦力增大，在一定的沥青膜厚度范围内集料不易发生相对移动，提高了混合料的动稳定度。

由于《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中没有对ATB混合料的动稳定度作具体要求，本文建议沥青膜厚度宜控制在10～8 μm之间时，即动稳定度达到2 000次/mm，有利于提高ATB混合料的高温性能。

3沥青膜厚度对ATB混合料水稳定性的影响

按照表1级配在不同沥青膜厚度下成型标准马歇尔试件。试验使用70#基质沥青，控制混合料拌合温度160 ℃，击实温度145 ℃左右。在试验温度25 ℃、加载速度50 mm/min条件下进行试验，结果见图2。将混合料空隙率与沥青膜厚度进行相关性分析，结果见图3。

图2　不同沥青膜厚度的冻融劈裂强度比曲线图

图3　沥青膜厚度与空隙率相关性曲线图

从图2可以看出，沥青膜厚度从12 μm减小到8 μm的过程中，冻融劈裂强度比下降了18%，并呈下降趋势，这表明混合料的水稳定性受沥青膜厚度变化的影响。综合分析发现，在沥青膜厚度降低的同时可填充集料间空隙的沥青砂浆变少，混合料的空隙率变大，过大的空隙率易使水分进入混合料内部，降低水稳定性。

将混合料沥青膜厚度与空隙率进行相关性分析发现，两者具有很好的相关性，由于混合料空隙率对水稳定性具有显著影响，因而通过沥青膜厚度的改变优化混合料的水稳定性是可行的。

4沥青膜厚度对ATB混合料低温性能的影响

根据表1中级配同时改变沥青膜厚度，按照规范要求成型小梁试件，在试验温度为-10 ℃、加载速率为50 mm/min的条件下进行低温弯曲试验，结果如图4～5所示。

图4　不同沥青膜厚度抗弯拉强度曲线图

图5　不同沥青膜厚度最大弯拉应变曲线图

由图4可知，沥青膜厚度的减小导致混合料的抗弯拉强度随之减小，沥青膜厚度从10 μm减小至9 μm的过程中混合料抗弯拉强度降幅最大。图5表明随沥青膜厚度减小混合料最大弯拉应变呈下降趋势，这说明ATB混合料受沥青膜厚度变化的影响。随着沥青膜厚度减小，沥青砂浆在混合料中的比重变少，集料颗粒间内摩擦力变大，影响了混合料的变形性能，从而降低了其低温抗裂性能。

5结语

经分析可知，沥青膜厚度对ATB混合料的综合性能有显著的影响，具体结论如下：

(1)沥青膜厚度在10～8 μm之间时，ATB混合料高温稳定性较好。

(2)沥青膜厚度在12～9 μm之间时，ATB混合料水稳定性较好。

(3)沥青膜厚度在12～10 μm时，ATB混合料低温性能与抗反射裂缝性能较好。

参考文献

[1]李平.基于胶浆特性的沥青混合料设计[D].西安：长安大学，2007.

[2]赵育新.沥青稳定碎石高温变形试验研究[D].重庆：重庆交通大学，2008.

[3]王玲娟.沥青稳定碎石基层混合料设计方法与路用性能研究[D].西安：长安大学，2004.

[4]Hyun Jong Lee，Jung Hun Lee，Hee Mun Park.Performance evaluation of high modulus asphalt mixtures for long life asphalt pavements[J].Construction and Building Materials，2007，13(21)：1079-1087.

[5]唐军.沥青稳定碎石柔性基层路用性能及应用研究[D].重庆：重庆交通大学，2008.

Research on the Effect of Asphalt Membrane Thickness on ATB Mixture Performance

DENG Ming-rong1，2，HUANG Ya-ting1，2，QI Xie-jun1，2

(1.Guangxi Key Laboratory of Road Structure and Materials，Nanning，Guangxi，530007；2.Guangxi Transportation Research Institute，Nanning，Guangxi，530007)

Abstract：In order to study the effect on ATB performance of asphalt stabilized macadam layer by the changes in asphalt membrane thickness，with the asphalt membrane thickness of ATB mixtures as variables，and by performing the stability tests，dynamic stability tests，freeze-thaw split test and bending test，this article analyzed the effect on asphalt mixture performance by the changes in asphalt membrane thickness，and proposed the corresponding optimal reference values for asphalt membrane thickness according to different usage environment conditions，which optimized the road performance of ATB mixtures.

Keywords：ATB；Asphalt membrane thickness；Mixture performance；Influential factors

收稿日期：2016-01-29

文章编号：1673-4874(2016)02-0010-03

中图分类号：U416.217

文献标识码：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2016.02.002

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