两种硬质沥青混合料配比设计及路用性能对比分析

张幸杰 孙海娜

（1.河南省交通科学技术研究院有限公司，河南 郑州 450006；2.河南省公路工程试验检测中心有限公司，河南 郑州 450006）

1 原材料

本文在试验研究过程中共使用了两种沥青，分别为“东海牌”30#沥青和50#沥青，所使用的集料均采用河南产石灰岩，规格分别为0mm～5mm石屑、5mm～10mm碎石、10mm～15mm碎石和10mm～20mm碎石，矿粉为石灰岩矿粉。沥青的性能直接影响着沥青混合料的各种路用性能，而能否准确测验集料的各项指标也直接关系着后面的级配设计。

1.1 沥青的性能检测

沥青的各项技术指标测试，参照《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004），这里列出我国对硬质沥青的技术指标要求，具体结果见表1。

从试验结果可以看出，50#沥青的各项及时指标均能满足我国规范要求，30#沥青15℃延度低于规范要求值。在欧洲CEN沥青标准中，15℃延度尚未纳入规范标准中作为评价低温性能的指标。两种沥青随着沥青的针入度下降，针入度指数逐渐升高，其对温度越不敏感，高温性能越好。

1.2 集料性能试验

在进行试验时，试验方法按照《公路工程集料试验规程》（JTG E42—2005）对于不同粒径集料的要求操作，密度、筛分试验结果见表2。矿粉采用石灰岩矿粉，其相对密度为2.728。

2 AC-20C沥青混合料配比设计

在进行级配设计过程时，按照级配AC-20C，采用50#沥青进行相关沥青混合料试验及指标的检测，并最终确定级配组成。然后用30#沥青和50#沥青分别确定最佳沥青用量，并通过进一步混合料性能验证，确定目标配合比。依据JTG F40—2004关于沥青混凝土的矿料级配范围要求确定粗、中、细3种配合比的级配曲线，见表3和图1。经综合分析选择中级配作为设计级配。

在确定最佳沥青用量时，30#沥青用3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%的5组油石比成型马歇尔试件；50#沥青用3.4%、3.9%、4.4%、4.9%、5.4%的5组油石比成型马歇尔试件；50#沥青马歇尔试件击实成型温度为150℃～155℃，30#沥青马歇尔试件击实成型温度为155℃～160℃，每个试件击实次数为双面各75次。确定混合料最佳油石比的马歇尔试验结果见表4和表5。

表3 AC-20C混合料矿料级配范围要求通过率

表4 50#沥青确定混合料最佳油石比的马歇尔试验

表5 30#沥青确定混合料最佳油石比的马歇尔试验

将表4、表5试验结果以油石比为横坐标，通过绘制沥青用量和各物理—力学指标关系图，确定50#沥青混合料的最佳油石比为4.4%，30#沥青混合料的最佳油石比为4.5%，在最佳油石比的马歇尔试验结果全部符合规范要求。

3 路用性能对比分析

3.1 水稳定性

对沥青混合料采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂强度试验来评价其水稳定性。试验结果见表6。

两种沥青混合料的浸水马歇尔残留强度均高于规范要求值，但具体沥青针入度的变化对混合料的浸水马歇尔残留强度有何影响，由于差异不明显，本试验未能得出具体结论，有待进一步研究。

图1 三种级配曲线图

表6 浸水马歇尔试验残留稳定度

由表7分析数据可知：对于同一种级配，两种沥青混合料的冻融劈裂残留轻度比值均满足规范对河南地区的要求；50#沥青混合料的冻融劈裂残留强度较30#沥青有较大提升。

表7 冻融劈裂试验的残留强度比

3.2 高温稳定性

沥青路面高温稳定性通常是指沥青混合料在荷载作用下抵抗永久变形的能力。车辙试验是评价沥青混合料在规定温度条件下抵抗塑性流动变形能力的有效方法。本次车辙试验见表8。

表8 车辙动稳定度试验

由表8数据分析可知：对于同一种级配，30#沥青混合料的抗车辙性能较50#沥青混合料，有了大幅提高；经过对试验过程中设计的两种沥青混合料高温稳定性的研究，结果表明均能够满足我国《公路沥青路面施工技术规范》对沥青混合料车辙试验动稳定度的技术要求。

3.3 渗水试验

对车辙试件进行室内渗水试验，均满足渗水系数不大于120mL/min的要求，见表9。

通过数据分析可知：两种沥青混合料的渗水系数均远满足规范要求。渗水系数主要受沥青混合料的级配类型和空隙的影响，试验过程中，两种沥青混合料的渗水系数差异不显著，30#沥青的AC-20C级配的沥青混合料渗水系数稍大。

表9 渗水试验

3.4 低温性能

国内外研究沥青混合料低温抗裂性能的试验方法有多种，我国规范《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40—2004推荐使用的是沥青混合料的低温弯曲试验，用最大弯曲破坏应变指标来评价硬质沥青混合料的低温抗裂性能，见表10。

表10 沥青混合料低温弯曲破坏应变试验

由数据分析可知：两种沥青混合料的低温弯曲破坏应变均满足河南地区对基质沥青混合料的低温性能要求，且两种沥青混合料的低温性能差异不显著。

结论

通过本次试验研究，对于同一种级配而言，可以得出以下结论：（1）50#沥青的各项及时指标均能满足我国规范要求，30#沥青15℃延度为低于规范要求值；（2）两种沥青混合料的浸水马歇尔残留强度均高于规范要求，但差异不明显；50#沥青混合料的冻融劈裂残留强度较30#沥青有较大提升；（3）30#沥青混合料的抗车辙性能较50#沥青混合料有了大幅提高；（4）两种沥青混合料的渗水系数差异不显著，30#沥青的AC-20C级配的沥青混合料渗水系数稍大；（5）两种沥青混合料的低温性能差异不显著。