MA浇注式沥青混凝土高温稳定性能影响因素研究

张顺先

（广东省长大公路工程有限公司，广州　510000）

MA浇注式沥青混凝土高温稳定性能影响因素研究

张顺先

（广东省长大公路工程有限公司，广州510000）

对MA浇注式沥青混凝土高温稳定性能进行研究。采用硬度值及动稳定度作为高温稳定性能评价指标，从细集料级配组成设计、可溶沥青用量、矿粉含量、老化程度等方面分析高温稳定性能影响因素。研究表明：细集料级配组成越细，MA浇注式沥青混凝土高温稳定性能就越好；可溶沥青用量越大，MA浇注式沥青混凝土高温稳定性能就越差；矿粉用量越大，MA浇注式沥青混凝土高温稳定性能就越好；老化可提高MA浇注式沥青混凝土的高温稳定性能，与短期老化相比，长期老化影响更加显著。

MA浇注式沥青混凝土；硬度值；高温稳定性；细集料级配；可溶沥青；矿粉；老化

浇注式沥青混凝土起源于德国，后在欧洲和日本得到广泛应用。由于浇注式沥青混凝土具有沥青含量高、矿粉含量高和施工温度高的“三高”特点，故其具有良好的防水性能、低温抗裂性能和变形协调性能，在大跨径钢桥面铺装中得到广泛应用［1-2］。

浇注式沥青混凝土按照施工工艺可分为“GA （Guss Asphalt）”和“MA（Mastic Asphalt）”2大类，GA浇注式沥青混凝土主要采用聚合物改性沥青和连续级配集料通过沥青拌和楼1次搅拌成型；而MA浇注式沥青混凝土则首先通过拌和楼将细集料与沥青胶结料拌和均匀，形成沥青砂胶，然后将沥青砂胶放到Cooker车中并加入粗集料进行2次搅拌，进而形成浇注式沥青混凝土。MA浇注式沥青混凝土级配属于间断级配，且2次搅拌时间总长约6 h。

纵观国内外已有研究成果，针对GA浇注式沥青混凝土的研究较多，而对于MA浇注式沥青混凝土研究相对较少。笔者对目前浇注式沥青混凝土铺装使用效果进行了调查，其结果表明，部分GA浇注式沥青混凝土铺装在使用过程中表现出高温性能不理想，在炎热夏天易出现高温车辙现象［3］；而以香港青马大桥、昂船洲大桥为代表的MA浇注式沥青混凝土铺装在使用过程中表现出良好的路用性能，迄今为止未发生任何形式的破坏。本文针对MA浇注式沥青混凝土铺装的特点，对其高温稳定性能及影响因素进行研究。

1　MA浇注式沥青混凝土组成设计

在沥青胶结料方面，英国规范规定采用普通石油沥青（针入度60～80）与天然湖沥青掺配制成硬质沥青［4-6］。拌和时，先将14% ～16%的硬质沥青与细集料（矿粉含量40%～60%）拌制成沥青砂胶，然后将其装入Cooker车中与40%～50%的粗集料（质量比）进行2次搅拌，拌和时间约为6 h，最终形成MA浇注式沥青混凝土。MA浇注式沥青混凝土级配组成如表1所示。

为了提高MA浇注式沥青混凝土的抗滑性能及高温稳定性能，通常在表面上散布1层粒径约为10～15 mm预拌碎石，碎石经过小型压路机碾压后被嵌入到浇注式沥青混凝土中，嵌入深度约为石料粒径的2/3。

本文MA浇注式沥青混凝土所用沥青胶结料为壳牌基质沥青与TLA天然湖沥青的混合物，2种沥青的试验结果分别如表2和表3所示。

表1　MA浇注式沥青混凝土级配组成

表2　基质沥青检测结果

表3　TLA湖沥青试验结果

2　MA浇注式沥青混凝土高温性能评价指标

由于MA浇注式沥青混凝土拌和温度高、矿粉及沥青含量高，其强度来源主要取决于沥青砂胶的性能，因此采用普通沥青混凝土高温性能评价方法（车辙试验）并不能完全真实反映其高温性能。英国规范BS5284：1993建议采用硬度值指标来评价MA浇注式沥青混凝土中沥青砂胶在恒定温度下抵抗变形的能力。硬度值试验采用圆柱体MA浇注式沥青混凝土试件，其直径不小于100 mm，高度不小于25 mm，试验温度为35℃。硬度值试验设备如图1所示。图1中圆形接触杆直径为6.35 mm，硬度值为在固定重力作用（施加荷载重力为311 N）下圆形接触杆稳压试件60 s时的位移［7］。结合国内外研究成果，为更加准确、全面地反映MA浇注式沥青混凝土高温稳定性能，本文拟采用硬度值指标和动稳定度指标来评价浇注式沥青混凝土的高温稳定性能。

图1　硬度值试验设备

3　MA浇注式沥青混凝土高温性能影响因素分析

3.1细集料级配影响

英国标准BS1447：1988对MA浇注式沥青混凝土细集料级配及可溶沥青含量有明确要求［8］。根据BS1447：1988要求，本文提出MA浇注式沥青混凝土3种细集料级配，分别为级配A、级配B、级配C，其级配组成如表4所示，细集料级配筛分通过率如图2所示。

表4　MA浇注式沥青混凝土不同细集料级配组成

对拌和好的MA浇注式沥青混凝土试件进行沥青砂胶硬度值试验和车辙试验，以研究其高温稳定性能，试验结果如表5和图3所示。

由图3可以看出，采用级配C的MA沥青砂胶硬度值较小，为3.83 mm，而硬度值越小，表明沥青砂胶越硬，在相同试验温度条件下沥青砂胶抵抗变形能力就越强；采用级配C时，MA浇注式沥青混凝土的动稳定度值为306次/mm，较级配A和级配B的动稳定度大。为了探索MA沥青砂胶硬度值与MA浇注式沥青混凝土动稳定度之间的关系，本文对表5中的试验数据进行了统计分析，结果如图4所示。从图4可以看出，MA沥青砂胶硬度值与MA浇注式沥青混凝土动稳定度之间具有良好的线性相关性，随着MA沥青砂胶硬度值减少，MA浇注式沥青混凝土的动稳定度逐渐提高。

3.2沥青用量影响

根据3.1节分析结果，确定级配C为最佳级配，并选取4组可溶沥青含量进行MA浇注式沥青混凝土高温稳定性能试验，其级配组成如表6所示。

图2　MA浇注式沥青混凝土不同细集料级配筛分曲线

表5　不同级配MA浇注式沥青混凝土高温性能试验结果

图3　不同级配下MA浇注式沥青混凝土硬度值与动稳定度

图4　砂胶硬度值与动稳定度关系

表6　MA浇注式沥青混凝土级配组成

不同可溶沥青含量的MA沥青砂胶硬度值及MA浇注式沥青混凝土动稳定度试验结果如表7和图5所示。

表7　不同可溶沥青含量的MA浇注式沥青混凝土高温性能试验结果

图5　不同可溶沥青含量下MA浇注式沥青混凝土硬度值与动稳定度

由表7和图5可以看出，随着可溶沥青含量增加，MA沥青砂胶硬度值逐渐增大，MA浇注式沥青混凝土动稳定度逐渐减少，表明MA浇注式沥青混凝土抵抗高温变形能力变弱，即高温稳定性能较差。因此，可溶沥青含量对MA浇注式沥青混凝土高温稳定性能具有较大影响。

3.3矿粉含量影响

MA浇注式沥青混凝土中的矿粉与沥青胶结料和细集料结合形成沥青砂胶，而沥青砂胶对混凝土高温稳定性能有重要影响。为考察矿粉含量对MA浇注式沥青混凝土高温性能的影响，分别对不同矿粉含量的MA浇注式沥青混凝土进行硬度值试验与车辙试验，试验结果如表8和图6所示。

表8　不同矿粉含量的MA浇注式沥青混凝土高温性能试验结果

由表8和图6可以看出，随着矿粉含量增加，MA沥青砂浆硬度值逐渐减小，MA浇注式沥青混凝土动稳定度逐渐增大，表明矿粉含量增加可提高MA浇注式沥青混凝土高温稳定性能。因此，为增强MA浇注式沥青混凝土的高温稳定性能，可提高矿粉掺入比例。

图6　不同矿粉含量下MA浇注式沥青混凝土硬度值与动稳定度

3.4混凝土老化程度影响

为考查MA浇注式沥青混凝土在不同老化程度下的高温稳定性能，按照JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》试验方法对MA浇注式沥青混凝土进行短期老化与长期老化试验［8］，并对经过短期和长期老化后的MA浇注式沥青混凝土分别进行车辙试验，试验结果如图7所示。

图7　不同老化程度对MA浇注式沥青混凝土动稳定度的影响

由图7可知，短期老化与长期老化均对MA浇注式沥青混凝土的动稳定有影响，短期老化只能小幅度提高MA浇注式沥青混凝土的高温稳定性能，而长期老化则可使MA浇注式沥青混凝土的高温稳定性能得到大幅度提高。

4　结论

1）细集料级配组成对MA浇注式沥青混凝土高温稳定性能影响较大，当细集料级配组成较细时，混凝土的高温稳定性能较好。

2）MA沥青砂胶硬度值与MA浇注式沥青混凝土动稳定度之间具有良好的线性相关性，随着沥青砂胶硬度值的减少，MA浇注式沥青混凝土动稳定度逐渐提高。

3）可溶沥青含量对MA浇注式沥青混凝土高温稳定性能具有较大影响，随着可溶沥青含量增加，沥青砂胶硬度值减小，MA浇注式沥青混凝土动稳定度增大，其抵抗高温变形的能力得到增强。

4）矿粉含量对MA浇注式沥青混凝土高温稳定性能有较大影响。随着矿粉含量增加，混凝土的高温稳定性能逐渐增强。因此，为提高MA浇注式沥青混凝土的高温稳定性能，可适当提高矿粉掺入比例。

5）老化可提高MA浇注式沥青混凝土的高温稳定性能。与短期老化相比，长期老化对于MA浇注式沥青混凝土高温稳定性能的提高影响更明显。

［1］李洪涛，黄卫.浇注式沥青混凝土在日本桥面铺装上的应用［J］.华东公路，1999（3）：39-42.

［2］皮育晖，陈仕周.浇注式沥青混凝土在桥面铺装中的应用［J］.中外公路，2006，26（1）：155-158.

［3］张顺先.江阴长江大桥钢桥面铺装层改性沥青浇注式砼的组成与性能研究［D］.重庆：重庆交通大学，2009.

［4］BRITISH STANDARDS INSTITUTION.BS6925：1988，Mastic AsphaltforBuildingandCivilEngineeringWork （Limestone Aggregate）［S］.London：British Standards Institution，2000.

［5］BRITISH STANDARDS INSTITUTION.BS5284：1993，Methods of Sampling and Testing Mastic Asphalt and Pich Mastic UsedinbuiIding［S］.London：BritishStandards Institution，2000.

［5］谭诗亮.沥青玛蹄脂混合料高温性能研究［D］.广州：华南理工大学，2012.

［6］王琪.TLA改性沥青的研究和应用［J］.石油沥青，2006，20（5）：7-11.

［7］ BRITISH STANDARDS INSTITUTION.BS1447：1988，Specification for Mastic Asphalt for roads，footways and pavings in building［S］.London：British Standards Institution，1988.

［8］交通运输部公路科学研究院.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.

Study on Influence Factors to High Temperature Stability Performance of MA Cast Asphalt Concrete

ZHANG Shunxian

This paper studies high temperature performance stability of MA cast asphalt concrete.Use hardness and dynamic stability of rut as high temperature performance stability evaluation indices，to analyze the high temperature performance stability influencing factors in aspects such as fine aggregate gradation composition design，soluble asphalt quantity，mineral powder content，aging degree，etc.Study results show that the finer fine aggregate gradation composition，the better high temperature performance stability of MA cast asphalt concrete；The more soluble asphalt quantity，the worse high temperature performance stability of MA cast asphalt concrete；the more content of mineral powder，the better high temperature performance stability of MA cast asphalt concrete；ageing may improve the high temperature performance stability of MA cast asphalt concrete，compare with short time aging，long time aging has better effect.

MA cast asphalt concrete；hardness value；high temperature performance stability；fine aggregate gradation；soluble asphalt；mineral powder；aging

1009-6477（2016）04-0010-05

U416.21

A

10.13607/j.cnki.gljt.2016.04.003

国家重大科技支撑计划项目（2011BAG07B03）

2016-03-18

张顺先（1984-），男，黑龙江省讷河市人，博士，工程师。