离析对沥青混合料性能影响的研究

王燕芳 叶 青

(贵州宏信创达工程检测咨询有限公司，贵州 贵阳 550014)

0 引言

在我国高速公路建设中，沥青路面应用广泛。众所周知，路面工程的质量由施工工艺水平、机械设备配套水平和施工管理水平所决定。施工过程中，摊铺的混合料是否符合设计的要求，直接关系路面质量的优劣。一旦沥青路面一定区域内的混合料产生离析，即出现粗、细集料不均匀，偏离了设计级配，或者沥青含量不均匀，偏离了设计的最佳沥青用量等现象，其路面结构的物理力学特性与设计结果就会出现偏差[1，2]。

热拌沥青混合料离析也是一个普遍存在的问题。离析的产生，加速了路面的损坏，严重影响道路的使用和行驶安全[3-5]，同时也带来巨大的经济损失。由于离析的产生，路面的预期寿命只有设计寿命的50%[6]。因此，对沥青路面离析的研究具有非常重大的意义。

分析离析对沥青混合料性能影响最佳方法是采用现场芯样进行相应的性能研究[7]。但要进行全面的性能测试，完全使用芯样难以实现。本文统计了不同离析状态下路面芯样的级配、油石比和一系列体积指标，根据统计结果确定芯样的离析程度，选择不同程度离析的代表级配、油石比和空隙率成型试件，进行一系列的性能试验测试。

1 试验方案

1.1 原材料

试验研究所采用的粗细集料均为石灰岩，经过筛分后逐级回配，集料的各项技术指标见表1。

表1 集料技术指标

矿粉为石灰石矿粉，其具体技术指标见表2。

表2 矿粉技术指标

沥青为SK70号重交通沥青，其具体技术指标见表3。

表3 SK-70号沥青技术指标

1.2 级配选择

采用AC-20沥青混合料进行试验，其中将沥青混合料离析分为四类：无、轻、中和重度离析。不同程度离析的混合料代表级配、用油量和空隙率见表4。

表4 沥青混合料级配、用油量和空隙率

1.3 试验方案

1.3.1马歇尔稳定度试验

分别测定不同程度离析混合料的马歇尔稳定度。试件采用旋转压实成型的圆柱体试件，马歇尔稳定度试验试件高度为63.5 mm，直径为100 mm，试验温度为25 ℃。

1.3.2动态回弹模量试验

分别测定不同程度离析混合料的动态回弹模量。试件采用旋转压实成型的圆柱体试件，试验试件高度为100 mm，直径为100 mm，试验温度为20 ℃。通过MTS材料试验机对所选路面结构层材料进行重复加载试验，加载频率10 Hz。

首先采用试件破坏荷载的10%对试件进行加载卸载两次静载预压，预压保持1 min，加载速率为2 mm/min。待两次预压卸载完成后将实际施加的半正矢波最大幅值荷载分成5个等级开始分级加载，加载最大幅值荷载为混合料强度值P的50%，分别取0.1P,0.2P,0.3P,0.4P,0.5P作为试验荷载，每级荷载作用试件30 s。

1.3.3高温稳定性试验

使用沥青路面分析仪(APA)来评价不同离析程度混合料的高温稳定性，试验温度分别为25 ℃,40 ℃和60 ℃，采用旋转压实成型圆柱体试件，成型方式控制高度，试件高度为75 mm，直径为150 mm。APA的轮压和软管气压为445 kN和669 kPa。

2 试验结果与分析

2.1 马歇尔稳定度试验结果

马歇尔稳定度试验结果见表5。通过试验结果可以看出，随着沥青混合料离析程度的增大，稳定度是逐渐减小，当沥青混合料为轻度和中度离析的时候，其稳定度分别为均匀沥青混合料的87%和74%，当沥青混合料为重度离析偏粗的时候，其稳定度只有均匀沥青混合料的47%，当重度离析偏细的时候，其稳定度略有升高，为均匀沥青混合料的108%。因此结果表明随着离析程度的增大，其对沥青混合料稳定度的影响也越来越大。其中重度离析偏粗时，其稳定度还达不到均匀混合料的一半，但是当重度离析级配偏细时，其稳定度是升高的。

表5 马歇尔稳定度试验结果

分析沥青混合料稳定度与油石比、空隙率的关系分别如图1,图2所示，随着油石比的增加，沥青混合料稳定度逐渐增加，而随着空隙率的增加，稳定度是逐渐减小。分析原因主要是沥青用量增加，在一定范围内，沥青与集料粘结力增加，其强度也就增加；空隙率增大，其实际的沥青有效粘结面积减小，整体强度就会降低。所以沥青混合料从宏观上表现出随着油石比的减少和空隙率增大，其稳定度减小。

2.2 动态回弹模量试验结果

动态回弹模量试验结果如表6所示，随着离析程度的增加，沥青混合料动态模量都是逐渐减小。当沥青混合料为轻度和中度离析的时候，动态模量分别为均匀沥青混合料的94%和78%；当沥青混合料重度离析，偏粗和偏细的级配其动态模量为均匀沥青混合料的62%和102%。因此，当沥青混合料发生轻度离析的时候，其动态模量为均匀沥青混合料的90%～100%；当沥青混合料发生中度离析的时候，其动态模量为均匀沥青混合料的70%～80%；当沥青混合料发生重度离析的时候，级配偏粗部分其动态模量为均匀沥青混合料的60%～70%；级配偏细部分，动态模量有所升高。

表6 动态回弹模量试验结果

2.3 高温稳定性试验结果

分别测试了5种级配在25 ℃,40 ℃和60 ℃试验条件下的车辙深度，结果见表7。

表7 APA试验结果

用TUKEY-KRAMER方法对因素“离析程度”的五个水平进行相应均值比较，以确定5水平间均值差异的显著性。预设显著性水平α=0.05，结果见表8。通过结果比较可知，重度离析级配偏细的部分高温稳定性与其他级配高温稳定性存在明显差异；沥青混合料未发生离析的时候，其高温稳定性与轻度、中度离析的车辙深度没有明显区别，与重度离析级配偏粗的部分有显著差异。由此可以判断：当沥青混合料发生轻度或者中度离析的时候，其高温稳定性没有显著变化；当发生重度离析的时候，其高温稳定性显著降低；当沥青混合料偏细的时候，其高温稳定性也有显著变化，高温稳定性显著降低。

表8 离析程度五水平间均值比较

3 结语

1)沥青混合料的离析会直接导致油石比和空隙率发生变化，使得混合料易透水，这也充分表明离析是路面结构水破坏的根源。

2)沥青混合料的离析对其稳定度、动态模量及高温稳定性均会产生影响，且离析程度越严重影响越大。