嚴(yán)國全 顏長平 程玉華

(武漢交通職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430065)

瀝青穩(wěn)定碎石柔性基層路用性能研究*

嚴(yán)國全 顏長平 程玉華

(武漢交通職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430065)

文章系統(tǒng)分析密級(jí)配瀝青碎石(ATB-25)、半開級(jí)配瀝青碎石(AM-25)和開級(jí)配瀝青碎石(ATPB -25)等瀝青穩(wěn)定碎石柔性基層的路用性能。結(jié)果表明，隨著瀝青穩(wěn)定碎石空隙率的減小，ATB-25具有更高的強(qiáng)度和剛度、更好的水穩(wěn)性和高溫穩(wěn)定性及更長的疲勞壽命，能和瀝青混凝土面層較好地粘結(jié)在一起，共同承受車輛荷載作用，并能有效地防止和減緩水泥穩(wěn)定碎石半剛性材料反射裂縫，更適用于承載能力較大的瀝青路面柔性基層。

瀝青穩(wěn)定碎石；水穩(wěn)性；疲勞壽命；回彈模量；動(dòng)穩(wěn)定度

在我國已經(jīng)建成的高速公路瀝青路面中，大部分采用半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)，其本身具有整體強(qiáng)度高、板體性好、承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但是，通過近些年高速公路實(shí)際使用情況和現(xiàn)場路面調(diào)查，發(fā)現(xiàn)半剛性基層瀝青路面出現(xiàn)了較多的裂縫、水損壞及耐久性不足等病害。[1]

國內(nèi)外瀝青穩(wěn)定碎石柔性基層的路面能顯著減少路面開裂，提高路面的耐久性。[2-3]目前單獨(dú)對(duì)ATB-25、AM-25和ATPB -25柔性基層的路用性能研究較多，如何選用瀝青穩(wěn)定碎石柔性基層還沒有明確的標(biāo)準(zhǔn)。為了更好地選擇和修建不同類型的瀝青穩(wěn)定碎石委托基層，本文系統(tǒng)地研究了相同的原材料和不同空隙率的三種瀝青穩(wěn)定碎石的路用性能，結(jié)果表明，ATB-25具有較高的強(qiáng)度、剛度、動(dòng)穩(wěn)定度及較長的疲勞壽命，更適合做具有承載能力的瀝青路面柔性基層。

1 瀝青穩(wěn)定碎石柔性基層集料性能

試驗(yàn)集料選用湖北隨州三里崗的石灰?guī)r。集料物理力學(xué)性能見表1和表2。

表1 不同粒徑表觀相對(duì)密度和毛體積相對(duì)密度

表2 集料主要技術(shù)性能

從以上試驗(yàn)檢測結(jié)果可以看出：選取的石灰石具有較好的物理力學(xué)性能，能滿足瀝青穩(wěn)定碎石柔性基層技術(shù)要求。

2 瀝青穩(wěn)定碎石最佳油石比

采用上述石料和A-70瀝青，擊實(shí)溫度140℃，每面各擊實(shí)75次，按照公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范中的級(jí)配范圍中值，以及公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程中的馬歇爾試驗(yàn)方法，[4-5]ATB-25、AM-25及ATPB-25試驗(yàn)的級(jí)配及確定的最佳油石比見表3和表4。

表3 ATB-25、AM-25及ATPB-25的級(jí)配

表4 ATB-25、AM-25及ATPB-25最佳油石比

3 瀝青穩(wěn)定碎石的空隙率

按確定的最佳油石比進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，測得ATB-25、AM-25及ATPB-25空隙率見表5。

表5 ATB-25、AM-25及ATPB-25空隙率

4 瀝青穩(wěn)定碎石的路用性能

4.1 瀝青穩(wěn)定碎石的水穩(wěn)性

按照瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程中的瀝青混合料劈裂試驗(yàn)及凍融劈裂試驗(yàn)方法，采用上述混合料級(jí)配和最佳油石比，將雙面各50次擊實(shí)法成型的馬歇爾圓柱體試件進(jìn)行劈裂試驗(yàn)及凍融劈裂試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表6、圖1和圖2。

表6 瀝青穩(wěn)定碎石的劈裂強(qiáng)度、凍融劈裂強(qiáng)度及殘留強(qiáng)度比

圖1 瀝青穩(wěn)定碎石的劈裂強(qiáng)度與空隙率關(guān)系

圖2 瀝青穩(wěn)定碎石的殘留強(qiáng)度比與空隙率關(guān)系

從以上試驗(yàn)結(jié)果可以得出：由于密級(jí)配的ATB-25空隙率較小，劈裂強(qiáng)度、凍融劈裂強(qiáng)度及殘留強(qiáng)度比更大，相比AM-25、ATPB-25具有更好的水穩(wěn)性。

4.2 瀝青穩(wěn)定碎石的抗壓回彈模量

按照瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程中瀝青混合料單軸壓縮試驗(yàn)方法，進(jìn)行抗壓回彈模量試驗(yàn)。瀝青穩(wěn)定碎石的配合比與本文前述的配合比相同。標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)溫度分別為15℃和25℃，試驗(yàn)采用直徑φ100mm、高100mm的圓柱體試件。試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 瀝青穩(wěn)定碎石的抗壓回彈模量與空隙率關(guān)系

從以上試驗(yàn)結(jié)果可以得出：按照公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范確定的瀝青混合料結(jié)構(gòu)層抗壓回彈模量設(shè)計(jì)參數(shù)，[6]空隙率為4.3%的ATB-25相比AM-25、ATPB-25具有更高的抗壓回彈模量值，剛度和承載能力更大，更適合用于交通量較大、承載能力要求較高的瀝青路面柔性基層。

4.3 瀝青穩(wěn)定碎石的高溫穩(wěn)定性

瀝青穩(wěn)定碎石的高溫穩(wěn)定性用動(dòng)穩(wěn)定度表示，通過瀝青混合料車轍試驗(yàn)確定。瀝青混合料車轍試驗(yàn)是采用標(biāo)準(zhǔn)的成型方法，制成標(biāo)準(zhǔn)的300×300×50mm混合料試件，在60℃的規(guī)定溫度下，以一個(gè)輪壓為0.7Mpa的實(shí)心橡膠輪胎在其上行走，測量試件在變形穩(wěn)定時(shí)期，每增加1mm變形需要行走的次數(shù)，即動(dòng)穩(wěn)定度，以“次/mm”表示。不同類型瀝青穩(wěn)定碎石的動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4 瀝青穩(wěn)定碎石的動(dòng)穩(wěn)定度與空隙率關(guān)系

試驗(yàn)結(jié)果可以表明：由于密級(jí)配的ATB-25空隙率較小，相比AM-25、ATPB-25具有更大的動(dòng)穩(wěn)定度值，能有效抵抗車轍變形，高溫穩(wěn)定性更好。

4.4 瀝青穩(wěn)定碎石的疲勞性能

依據(jù)現(xiàn)行彈性連續(xù)體系設(shè)計(jì)理論，瀝青穩(wěn)定碎石基層主要考慮彎拉疲勞開裂。[7]試驗(yàn)采用MTS材料試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)溫度15℃；加載波形為連續(xù)式半正弦波；加載頻率為10Hz。試驗(yàn)中采用應(yīng)變控制方式，在重復(fù)荷載試驗(yàn)中始終保持試件底部應(yīng)變峰值不變。試件破壞以瀝青混合料勁度下降到初始的50%作為破壞標(biāo)準(zhǔn)。疲勞試驗(yàn)的試件采用輪碾成型試件，試件尺寸為300×300×100mm，然后切割成100×100×300mm梁試件。應(yīng)變采用200με、400με及600με應(yīng)變水平。由此得到的疲勞曲線見圖5。

圖5 ATB-25、AM-25及ATPB-25疲勞曲線

試驗(yàn)結(jié)果表明：在相同的外界環(huán)境及相同的受力條件下，ATB-25比AM-25和ATPB-25具有更長的疲勞壽命。

5 結(jié)語

本文綜合比較分析了ATB-25、AM-25和ATPB -25瀝青穩(wěn)定碎石柔性基層的路用性能，得出如下結(jié)論：

(1)密級(jí)配ATB-25瀝青穩(wěn)定碎石與AM-25和ATPB -25相比較，空隙率較小，劈裂強(qiáng)度、凍融劈裂強(qiáng)度及殘留強(qiáng)度比均較大，具有更好的水穩(wěn)性。AM-25和ATPB-25粗集料較多，空隙率較大，形成骨架空隙結(jié)構(gòu)，具有良好的排水性能。

(2)ATB-25相比AM-25、ATPB-25具有更高的抗壓回彈模量值，剛度和承載能力更大，更適合用于交通量較大、承載能力要求較高的瀝青路面柔性基層。

(3)由于密級(jí)配的ATB-25空隙率較小，相比AM-25、ATPB-25具有更大的動(dòng)穩(wěn)定度值，高溫穩(wěn)定性更好。

(4)在相同的外界環(huán)境及相同的受力條件下，ATB-25比AM-25和ATPB-25具有更長的疲勞壽命，耐久性更好。

[1] 秦仁杰，李本鵬，侯湘泉，等.瀝青穩(wěn)定碎石基層級(jí)配比選及路用性能研究[J].中外公路，2013，(2)：51-54.

[2]李福普，嚴(yán)二虎.瀝青穩(wěn)定碎石與級(jí)配碎石結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)應(yīng)用指南[M].北京：人民交通出版社，2009：47-55.

[3]P.E. Yuhong Wang,Yong Wen,Kecheng Zhao,etc．Evolution and locational variation of asphalt binder aging in long-life hot-mix asphalt pavements[J]. Construction and Building Materials, 2014,(68)：172-182.

[4]中華人民共和國交通部.公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范(JTG F40-2004)[S]. 北京：人民交通出版社，2004.

[5]中華人民共和國交通部. 公路工程瀝青及瀝青混合料(JTG E20-2011)[S]. 北京：人民交通出版社，2011.

[6]中華人民共和國交通部. 公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D50-2006)[S]. 北京：人民交通出版社，2006.

[7]陳勇軍.瀝青穩(wěn)定碎石基層對(duì)瀝青路面力學(xué)的特性影響分析[J].公路工程，2012，(1):79-82.

2015-04-15

嚴(yán)國全(1978-)，男，湖北鄂州人，武漢交通職業(yè)學(xué)院交通工程學(xué)院高級(jí)工程師，主要從事路基路面設(shè)計(jì)研究。顏長平(1978-)，女，湖南邵陽人，武漢交通職業(yè)學(xué)院交通工程學(xué)院高級(jí)工程師，主要從事路橋教學(xué)研究。程玉華(1969-)，男，湖北孝感人，武漢交通職業(yè)學(xué)院交通工程學(xué)院副教授，主要從事道路橋梁工程技術(shù)研究。

10.3969/j.issn.1672-9846.2015.02.021

U416.214

A

1672-9846(2015)02-0081-03