汉堡试验评价空隙率对车辙和水稳定性的影响

赵 志 强

(南通市交通工程建设管理处，江苏 南通 226007)

1 概述

空隙率作为沥青混合料的重要物理指标之一，是体积法级配设计中确定最佳油石比的核心[1,2]。国内外的道路研究者对空隙率与沥青混合料路用性能之间的关系较为关注[3-5]。集料作为沥青混合料的主要成分，占沥青混合料总体积的90%以上，其形态和分布对沥青混合料的空隙率有着重要影响。有研究指出[4]，当空隙率低于4%时，沥青混合料的抗疲劳性能较好且早期损坏较小。而实践证明[5]，当空隙率小于3%时，就有可能因为高温时发生沥青膨胀，从而导致路面形成推挤或车辙。由此可见，合适的空隙率可以保证沥青不易老化，防止混合料出现水损害和车辙等病害，延长路面的寿命。

本文首先成型不同级配的沥青混合料，然后确定各个级配的空隙率，最后采用汉堡车辙试验评价不同空隙率的沥青混合料在不同水温条件下对其抗车辙性能和水稳定性的影响。

2 沥青混合料性能试验

2.1 原材料

沥青：试验采用的沥青为SBS聚合物改性沥青，按照JTG E20—2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程进行沥青性能试验，其具体指标见表1。

表1 SBS改性沥青基本性质

2.2 级配设计

试验采用级配类型为SMA-13，级配曲线见图1。

2.3 试件成型

采用旋转压实法成型φ150 mm×66±2 mm试件，仪器压力为100 kPa，旋转碾压次数为100次，其中沥青混合料的沥青含量为5.9%。

2.4 空隙率确定

参考《规程》中压实沥青混合料密度试验T0705—2011所述的步骤计算体积指标。表2为采用旋转压实法成型试件的试验结果。

表2 沥青混合料体积指标 %

2.5 汉堡车辙试验

为评价空隙率对沥青混合料的高温和水稳定性的影响，将成型好的不同空隙率的试件在60 ℃水温下进行车辙试验，研究其车辙深度的变化规律。

3 沥青混合料的高温及水稳定性

60 ℃环境下空隙率对高温及水稳定性的影响:

通常情况下，汉堡车辙试验中的最终碾压次数和剥落拐点作为评价沥青混合料的高温抗车辙性能和抗水损害性能。在浸水和高温的环境下，沥青混合料首先发生蠕变变形，蠕变速率反映了混合料的抗车辙性能；当蠕变变形结束后，混合料的结构破坏，产生剥落变形，相应的剥落点和剥落速率用来评价沥青混合料的水稳定性。图2和表3为不同空隙率试件在60 ℃环境中车辙实验结果。随着试件空隙率的增大，沥青混合料的最终碾压次数逐渐减小，相应混合料的蠕变速率减小，发生剥落变形时对应的碾压次数减小，车辙深度增加。当混合料的空隙率为2.2%时，试件在循环载荷作用下仅仅发生蠕变变形，试件发生1 mm的形变量需经过12 151次的重复碾压。当空隙率增加至7%时，试件的蠕变速率减小，只需经过2 137次的循环载荷作用，混合料的车辙深度便增加1 mm，经过7 852次循环碾压后，

混合料开始发生剥落变形。沥青混合料空隙率的增加，使得水更加容易进入混合料内部，在循环载荷以及高温的作用下，进入混合料内部的水不断产生动水压力或真空负压抽吸的反复循环作用，水分逐渐深入沥青与集料的界面上，使沥青的粘附性降低并逐渐丧失粘结力，集料表面的沥青膜脱落，混合料的结构发生破坏。

表3 沥青混合料汉堡轮辙实验结果数据

编号最终深度/mm最终次数蠕变次数/mm剥落次数/mm剥落点对应次数剥落点对应深度1号3.020 00012 151———2号11.815 3585 05137312 3404.193号11.411 5282 1376547 8525.82

4 结语

采用汉堡车辙试验评价空隙率对沥青混合料的高温抗车辙性能和水稳定性能的影响。降低空隙率有助于提高沥青混合料的高温抗车辙性能和抗水损害性能，较低的空隙率使得混合料结构更加密实，可以阻止水浸入混合料内部，防止混合料出现水损害现象。