沥青玛蹄脂碎石混合料高温抗车辙性能试验研究
2014-03-20 14:07刘建勋等
筑路机械与施工机械化 2014年2期
刘建勋等
摘要：通过大量室内的马歇尔和车辙试验，分析了沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）的矿料级配、温度、碾压次数及沥青用量对其高温性能的影响。通过对试验结果进行分析，得出矿料级配、碾压温度与次数、最佳沥青用量等结果，对同类施工具有参考意义。
关键词：SMA；车辙试验；马歇尔试验；高温稳定性
中图分类号：U414.03 文献标志码：B
0引言
SMA是一种骨架密实型沥青混合料，粗骨料颗粒相互嵌挤形成骨架结构，骨架间空隙由矿粉和沥青形成的马蹄脂胶浆填充，空隙率减小[1]。SMA是现行国内外沥青路面所采用的典型沥青混合料型式之一。SMA的组成具有与其他沥青混合料迥然不同的特点，即：粗骨料、矿粉及沥青含量多，细集料含量少。SMA的结构组成使其具有良好的高温抗车辙性能，但其前期投资费用比普通沥青混合料高，因此在国内沥青路面铺筑中应用并不多。本文通过大量室内马歇尔试验和车辙试验分析了矿料级配、温度、碾压次数及粗集料骨架间隙率对SMA沥青混合料高温抗车辙性能的影响，旨在探讨上述影响因素更为合理的取值范围，为SMA设计与施工中上述影响因素的取值提供更为合理的范围。
1材料性能
1.1沥青性质
1.1.1基质沥青
试验采用克拉玛依AH70基质沥青，其相关指标如表1所示。
1.1.2SBS改性沥青
试验采用燕山石化生产的热塑性丁苯橡胶沥青改性剂，考虑到中国沥青分级采用针入度指标，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052—2000）的操作要求，试验仅对改性剂掺量为3%的改性沥青的三大指标进行了试验，结果如表2所示。
1.2集料性质
试验用粗细集料为石灰岩，经筛分后逐级称量回配。矿粉为石灰石磨制而成，集料密度按照《公路工程集料试验规程》（JTJ 058-2000）的要求进行，其各级粒径集料的密度测量结果见表3、4。
（1） 在规范级配内，且4.75 mm以上粗集料颗粒的用量占总矿料的70%～80%，矿粉的用量为8%～13%，细集料用量较少。
（2） 考虑到SMA混合料中细集料较少，为避免混合料的高温稳定性不足，选择级配时应避开Superpave12.5的限制区。
（3） 级配曲线宜平滑，避免出现犬牙交错。
1.4试验条件
车辙仪采用北京航天航宇测控技术研究所生产的HYCX1型车辙试验仪。将拌和均匀的沥青混合料倒置于300 mm×300 mm×50 mm的车辙试件成型模具中，并置于轮碾机上碾压成型。其压实密实度为马歇尔试验标准击实密度的（100±1）%，将碾压成型后的车辙试件在室温下冷却12 h后，再置于温度（60±1）℃的车辙仪中保温5～24 h，最后进行车辙试验，且每组车辙试件的数量不得少于3个[12]。
2试验结果分析与讨论
2.1矿料级配对SMA高温稳定性的影响
（1） 碾压次数对SMA的高温抗车辙性能有较大影响。碾压18次与碾压12次相比，其动稳定度值有很大提高，提高幅度为110%，碾压24次与碾压18次相比，SMA动稳定度值变化幅度较小，提高幅度为11.6%。究其原因为：在其他试验条件相同的情况下，随着碾压次数增加，SMA矿料间空隙率减小，混合料密实度增大，抗变形能力提高。
（2） 从相对变形量来看，不同碾压次数下的相对变形量从小到大为A、B、C；变形速率从小到大为A、B、C。可以看出，随着碾压次数的增加，SMA的相对变形量和变形速率的变化趋势相同，但与动稳定度DS的变化趋势相反。
2.3温度对SMA高温稳定性的影响
文献[69]指出，温度对沥青混合料的高温稳定性有显著影响，选用60 ℃、65 ℃、70 ℃三种温度进行车辙试验，试验结果如图1所示。
从图2可以看出，在其他试验条件相同的条件下，三种级配沥青混合料的动稳定度值随沥青用量的增加呈抛物线变化，表明SMA沥青混合料的沥青用量存在最佳值。级配A、级配B、级配C三种级配的沥青混合料的最佳沥青用量分别为49%、47%、46%，比它们的马歇尔试验最佳沥青用量分别高0.3%、0.33%、0.4%；级配B沥青混合料的动稳定度值最大，级配A次之，级配C最小。但当SMA的间隙率过小时，细集料过多会使粗骨料被撑开，不能形成有效的骨架嵌挤结构，从而导致SMA高温稳定性降低。
3结语
（1） 进行SMA沥青混合料级配设计，应适当地增加集料中粗骨料（粒径不小于4.75 mm）和矿粉含量，减少细集料用量，以发挥SMA中粗集料间的嵌挤作用，进而提高其高温抗车辙性能。
（2） 温度和压实功对SMA高温稳定性的影响较为显著，施工中应严格控制其施工温度和摊铺压实次数。
（3） 在其他条件相同的情况下，所选3种级配
SMA沥青混合料的沥青用量存在最佳值，其最佳沥青用量为46%～4.9%，比马歇尔试验沥青用量大0.3～0.4%。
参考文献：
[1]JTJ 052—2000，公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].
[2]JTG F40—2004，公路沥青路面施工技术规范[S].
[3]徐世法.沥青路面的的粘弹性力学分析与车辙预估[D].上海：同济大学，1988.
[4]曹林涛.沥青混合料高温抗变形能力研究[D].上海：同济大学，2003.
[5]李一鸣.沥青混合料车辙试验探索[J].中国公路学报，1992，5（3）：2227.
[6]李一鸣，俞建荣.沥青路面车辙形成机理力学分析[J].东南大学学报：自然科学版，1994，24（1）：9095.
[7]杨忠，谢祥根，何建.车辙王抗车辙剂在邵怀哦高速公路沥青中面层中的应用[J].湖南交通科技，2008，34（2）：3258.
[8]伍石生，徐希娟.掺加PR PLASTS 抗车辙剂的沥青混合料性能研究[J].公路， 2005（1）：156159.
[9]徐建国，韩波，汪永林，等.沥青路面抗车辙性能研究[J].筑路机械与施工机械化，2011，28（1）：5962.
[责任编辑：杜卫华]endprint
摘要：通过大量室内的马歇尔和车辙试验，分析了沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）的矿料级配、温度、碾压次数及沥青用量对其高温性能的影响。通过对试验结果进行分析，得出矿料级配、碾压温度与次数、最佳沥青用量等结果，对同类施工具有参考意义。
关键词：SMA；车辙试验；马歇尔试验；高温稳定性
中图分类号：U414.03 文献标志码：B
0引言
SMA是一种骨架密实型沥青混合料，粗骨料颗粒相互嵌挤形成骨架结构，骨架间空隙由矿粉和沥青形成的马蹄脂胶浆填充，空隙率减小[1]。SMA是现行国内外沥青路面所采用的典型沥青混合料型式之一。SMA的组成具有与其他沥青混合料迥然不同的特点，即：粗骨料、矿粉及沥青含量多，细集料含量少。SMA的结构组成使其具有良好的高温抗车辙性能，但其前期投资费用比普通沥青混合料高，因此在国内沥青路面铺筑中应用并不多。本文通过大量室内马歇尔试验和车辙试验分析了矿料级配、温度、碾压次数及粗集料骨架间隙率对SMA沥青混合料高温抗车辙性能的影响，旨在探讨上述影响因素更为合理的取值范围，为SMA设计与施工中上述影响因素的取值提供更为合理的范围。
1材料性能
1.1沥青性质
1.1.1基质沥青
试验采用克拉玛依AH70基质沥青，其相关指标如表1所示。
1.1.2SBS改性沥青
试验采用燕山石化生产的热塑性丁苯橡胶沥青改性剂，考虑到中国沥青分级采用针入度指标，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052—2000）的操作要求，试验仅对改性剂掺量为3%的改性沥青的三大指标进行了试验，结果如表2所示。
1.2集料性质
试验用粗细集料为石灰岩，经筛分后逐级称量回配。矿粉为石灰石磨制而成，集料密度按照《公路工程集料试验规程》（JTJ 058-2000）的要求进行，其各级粒径集料的密度测量结果见表3、4。
（1） 在规范级配内，且4.75 mm以上粗集料颗粒的用量占总矿料的70%～80%，矿粉的用量为8%～13%，细集料用量较少。
（2） 考虑到SMA混合料中细集料较少，为避免混合料的高温稳定性不足，选择级配时应避开Superpave12.5的限制区。
（3） 级配曲线宜平滑，避免出现犬牙交错。
1.4试验条件
车辙仪采用北京航天航宇测控技术研究所生产的HYCX1型车辙试验仪。将拌和均匀的沥青混合料倒置于300 mm×300 mm×50 mm的车辙试件成型模具中，并置于轮碾机上碾压成型。其压实密实度为马歇尔试验标准击实密度的（100±1）%，将碾压成型后的车辙试件在室温下冷却12 h后，再置于温度（60±1）℃的车辙仪中保温5～24 h，最后进行车辙试验，且每组车辙试件的数量不得少于3个[12]。
2试验结果分析与讨论
2.1矿料级配对SMA高温稳定性的影响
（1） 碾压次数对SMA的高温抗车辙性能有较大影响。碾压18次与碾压12次相比，其动稳定度值有很大提高，提高幅度为110%，碾压24次与碾压18次相比，SMA动稳定度值变化幅度较小，提高幅度为11.6%。究其原因为：在其他试验条件相同的情况下，随着碾压次数增加，SMA矿料间空隙率减小，混合料密实度增大，抗变形能力提高。
（2） 从相对变形量来看，不同碾压次数下的相对变形量从小到大为A、B、C；变形速率从小到大为A、B、C。可以看出，随着碾压次数的增加，SMA的相对变形量和变形速率的变化趋势相同，但与动稳定度DS的变化趋势相反。
2.3温度对SMA高温稳定性的影响
文献[69]指出，温度对沥青混合料的高温稳定性有显著影响，选用60 ℃、65 ℃、70 ℃三种温度进行车辙试验，试验结果如图1所示。
从图2可以看出，在其他试验条件相同的条件下，三种级配沥青混合料的动稳定度值随沥青用量的增加呈抛物线变化，表明SMA沥青混合料的沥青用量存在最佳值。级配A、级配B、级配C三种级配的沥青混合料的最佳沥青用量分别为49%、47%、46%，比它们的马歇尔试验最佳沥青用量分别高0.3%、0.33%、0.4%；级配B沥青混合料的动稳定度值最大，级配A次之，级配C最小。但当SMA的间隙率过小时，细集料过多会使粗骨料被撑开，不能形成有效的骨架嵌挤结构，从而导致SMA高温稳定性降低。
3结语
（1） 进行SMA沥青混合料级配设计，应适当地增加集料中粗骨料（粒径不小于4.75 mm）和矿粉含量，减少细集料用量，以发挥SMA中粗集料间的嵌挤作用，进而提高其高温抗车辙性能。
（2） 温度和压实功对SMA高温稳定性的影响较为显著，施工中应严格控制其施工温度和摊铺压实次数。
（3） 在其他条件相同的情况下，所选3种级配
SMA沥青混合料的沥青用量存在最佳值，其最佳沥青用量为46%～4.9%，比马歇尔试验沥青用量大0.3～0.4%。
参考文献：
[1]JTJ 052—2000，公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].
[2]JTG F40—2004，公路沥青路面施工技术规范[S].
[3]徐世法.沥青路面的的粘弹性力学分析与车辙预估[D].上海：同济大学，1988.
[4]曹林涛.沥青混合料高温抗变形能力研究[D].上海：同济大学，2003.
[5]李一鸣.沥青混合料车辙试验探索[J].中国公路学报，1992，5（3）：2227.
[6]李一鸣，俞建荣.沥青路面车辙形成机理力学分析[J].东南大学学报：自然科学版，1994，24（1）：9095.
[7]杨忠，谢祥根，何建.车辙王抗车辙剂在邵怀哦高速公路沥青中面层中的应用[J].湖南交通科技，2008，34（2）：3258.
[8]伍石生，徐希娟.掺加PR PLASTS 抗车辙剂的沥青混合料性能研究[J].公路， 2005（1）：156159.
[9]徐建国，韩波，汪永林，等.沥青路面抗车辙性能研究[J].筑路机械与施工机械化，2011，28（1）：5962.
[责任编辑：杜卫华]endprint
摘要：通过大量室内的马歇尔和车辙试验，分析了沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）的矿料级配、温度、碾压次数及沥青用量对其高温性能的影响。通过对试验结果进行分析，得出矿料级配、碾压温度与次数、最佳沥青用量等结果，对同类施工具有参考意义。
关键词：SMA；车辙试验；马歇尔试验；高温稳定性
中图分类号：U414.03 文献标志码：B
0引言
SMA是一种骨架密实型沥青混合料，粗骨料颗粒相互嵌挤形成骨架结构，骨架间空隙由矿粉和沥青形成的马蹄脂胶浆填充，空隙率减小[1]。SMA是现行国内外沥青路面所采用的典型沥青混合料型式之一。SMA的组成具有与其他沥青混合料迥然不同的特点，即：粗骨料、矿粉及沥青含量多，细集料含量少。SMA的结构组成使其具有良好的高温抗车辙性能，但其前期投资费用比普通沥青混合料高，因此在国内沥青路面铺筑中应用并不多。本文通过大量室内马歇尔试验和车辙试验分析了矿料级配、温度、碾压次数及粗集料骨架间隙率对SMA沥青混合料高温抗车辙性能的影响，旨在探讨上述影响因素更为合理的取值范围，为SMA设计与施工中上述影响因素的取值提供更为合理的范围。
1材料性能
1.1沥青性质
1.1.1基质沥青
试验采用克拉玛依AH70基质沥青，其相关指标如表1所示。
1.1.2SBS改性沥青
试验采用燕山石化生产的热塑性丁苯橡胶沥青改性剂，考虑到中国沥青分级采用针入度指标，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052—2000）的操作要求，试验仅对改性剂掺量为3%的改性沥青的三大指标进行了试验，结果如表2所示。
1.2集料性质
试验用粗细集料为石灰岩，经筛分后逐级称量回配。矿粉为石灰石磨制而成，集料密度按照《公路工程集料试验规程》（JTJ 058-2000）的要求进行，其各级粒径集料的密度测量结果见表3、4。
（1） 在规范级配内，且4.75 mm以上粗集料颗粒的用量占总矿料的70%～80%，矿粉的用量为8%～13%，细集料用量较少。
（2） 考虑到SMA混合料中细集料较少，为避免混合料的高温稳定性不足，选择级配时应避开Superpave12.5的限制区。
（3） 级配曲线宜平滑，避免出现犬牙交错。
1.4试验条件
车辙仪采用北京航天航宇测控技术研究所生产的HYCX1型车辙试验仪。将拌和均匀的沥青混合料倒置于300 mm×300 mm×50 mm的车辙试件成型模具中，并置于轮碾机上碾压成型。其压实密实度为马歇尔试验标准击实密度的（100±1）%，将碾压成型后的车辙试件在室温下冷却12 h后，再置于温度（60±1）℃的车辙仪中保温5～24 h，最后进行车辙试验，且每组车辙试件的数量不得少于3个[12]。
2试验结果分析与讨论
2.1矿料级配对SMA高温稳定性的影响
（1） 碾压次数对SMA的高温抗车辙性能有较大影响。碾压18次与碾压12次相比，其动稳定度值有很大提高，提高幅度为110%，碾压24次与碾压18次相比，SMA动稳定度值变化幅度较小，提高幅度为11.6%。究其原因为：在其他试验条件相同的情况下，随着碾压次数增加，SMA矿料间空隙率减小，混合料密实度增大，抗变形能力提高。
（2） 从相对变形量来看，不同碾压次数下的相对变形量从小到大为A、B、C；变形速率从小到大为A、B、C。可以看出，随着碾压次数的增加，SMA的相对变形量和变形速率的变化趋势相同，但与动稳定度DS的变化趋势相反。
2.3温度对SMA高温稳定性的影响
文献[69]指出，温度对沥青混合料的高温稳定性有显著影响，选用60 ℃、65 ℃、70 ℃三种温度进行车辙试验，试验结果如图1所示。
从图2可以看出，在其他试验条件相同的条件下，三种级配沥青混合料的动稳定度值随沥青用量的增加呈抛物线变化，表明SMA沥青混合料的沥青用量存在最佳值。级配A、级配B、级配C三种级配的沥青混合料的最佳沥青用量分别为49%、47%、46%，比它们的马歇尔试验最佳沥青用量分别高0.3%、0.33%、0.4%；级配B沥青混合料的动稳定度值最大，级配A次之，级配C最小。但当SMA的间隙率过小时，细集料过多会使粗骨料被撑开，不能形成有效的骨架嵌挤结构，从而导致SMA高温稳定性降低。
3结语
（1） 进行SMA沥青混合料级配设计，应适当地增加集料中粗骨料（粒径不小于4.75 mm）和矿粉含量，减少细集料用量，以发挥SMA中粗集料间的嵌挤作用，进而提高其高温抗车辙性能。
（2） 温度和压实功对SMA高温稳定性的影响较为显著，施工中应严格控制其施工温度和摊铺压实次数。
（3） 在其他条件相同的情况下，所选3种级配
SMA沥青混合料的沥青用量存在最佳值，其最佳沥青用量为46%～4.9%，比马歇尔试验沥青用量大0.3～0.4%。
参考文献：
[1]JTJ 052—2000，公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].
[2]JTG F40—2004，公路沥青路面施工技术规范[S].
[3]徐世法.沥青路面的的粘弹性力学分析与车辙预估[D].上海：同济大学，1988.
[4]曹林涛.沥青混合料高温抗变形能力研究[D].上海：同济大学，2003.
[5]李一鸣.沥青混合料车辙试验探索[J].中国公路学报，1992，5（3）：2227.
[6]李一鸣，俞建荣.沥青路面车辙形成机理力学分析[J].东南大学学报：自然科学版，1994，24（1）：9095.
[7]杨忠，谢祥根，何建.车辙王抗车辙剂在邵怀哦高速公路沥青中面层中的应用[J].湖南交通科技，2008，34（2）：3258.
[8]伍石生，徐希娟.掺加PR PLASTS 抗车辙剂的沥青混合料性能研究[J].公路， 2005（1）：156159.
[9]徐建国，韩波，汪永林，等.沥青路面抗车辙性能研究[J].筑路机械与施工机械化，2011，28（1）：5962.
[责任编辑：杜卫华]endprint
