楊 軍，唐勝剛，許新權(quán),2

(1. 東南大學(xué) 交通學(xué)院，江蘇 南京 211189； 2. 廣東華路交通科技有限公司 道路研究所，廣東 廣州 510420)

0 引 言

GAC(GAI asphalt concrete)混合料作為一種粗級(jí)配的瀝青混合料，不同于常見的SMA、AC、OGFC等混合料。SMA混合料高、低溫性能均比較好，但瀝青用量較大；普通細(xì)級(jí)配AC混合料性能衰減較快，易出現(xiàn)抗滑不足、車轍等病害；OGFC混合料多用于抗滑表層，雖具有不錯(cuò)的抗滑性能，但耐久性較差[1]。GAC是一種處于SMA和AC之間的混合料，它接近于骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，各項(xiàng)路用性能指標(biāo)也較好。目前該混合料多用于廣東地區(qū)的瀝青路面表層中，其級(jí)配范圍規(guī)定也僅存于地方標(biāo)準(zhǔn)，并未體現(xiàn)于國(guó)家規(guī)范中。

學(xué)界一直認(rèn)為細(xì)集料對(duì)混合料的性能有較大的影響，尤其是細(xì)集料棱角性對(duì)混合料抗車轍性能的影響[2-4]。許多學(xué)者針對(duì)細(xì)集料對(duì)混合料性能影響方面展開了研究，并取得了相應(yīng)成果。WU Shaopeng等[5]以加工的石灰?guī)r砂做細(xì)集料對(duì)瀝青混合料的性能影響進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：加工后的石灰?guī)r砂能提高混合料的動(dòng)穩(wěn)定度(DS)和高溫穩(wěn)定性，可降低瀝青用量，且加工后的石灰?guī)r砂質(zhì)量要比天然砂更易保證，有利于施工質(zhì)量的提高；CAO Weidong等[6]通過對(duì)玄武巖和石灰?guī)r集料混合料的性能對(duì)比發(fā)現(xiàn)：玄武巖集料混合料有較好的抗車轍性能，但低溫抗裂性和水穩(wěn)定性相對(duì)較差；SHANG Fei等[7]分析了4種不同細(xì)集料對(duì)混合料性能的影響，結(jié)果表明：細(xì)集料性能與混合料性能之間具有較好相關(guān)性，不同類型細(xì)集料對(duì)混合料的各項(xiàng)性能有著不同影響；E.JOHNSON等[8]對(duì)Superpave混合料中細(xì)集料棱角性指標(biāo)的合理性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：混合料抗車轍性能和動(dòng)態(tài)模量與混合料的FAA(fine aggregate angularity)值密切相關(guān)，F(xiàn)AA指標(biāo)是合理的，且目前FAA的測(cè)試方法也可滿足需求；ZHU Zhongrong等[9]分析了細(xì)集料尺寸和含量對(duì)瀝青瑪蹄脂混合料的影響，選用8種不同細(xì)集料類型和含量的瀝青瑪蹄脂混合料，在不同加載條件下進(jìn)行單軸壓縮和靜態(tài)蠕變?cè)囼?yàn)，結(jié)果表明：細(xì)集料體積分?jǐn)?shù)對(duì)抗壓強(qiáng)度有較大影響，64%為最佳體積分?jǐn)?shù)，且體積分?jǐn)?shù)對(duì)蠕變影響也十分顯著。還有學(xué)者采用分形理論分析了細(xì)集料對(duì)GAC-20混合料高、低溫及路用性能的影響，并建立了相關(guān)指標(biāo)與混合料性能之間的預(yù)測(cè)模型[10-12]。其它一些類型的材料也可被用作細(xì)集料。例如，M.NAZARY等[13]對(duì)建筑廢料(陶瓷、大理石、紅磚)作為細(xì)集料在瀝青混合料中的應(yīng)用性展開了研究，結(jié)果表明：大理石混合料的性能優(yōu)于其它混合料，在25%時(shí)擁有最佳性能，陶瓷瀝青膠漿的高、低溫性能優(yōu)于其它類型瀝青膠漿；SUN Yihan等[14]分析了以再生水泥混凝土骨料作為細(xì)集料對(duì)花崗巖瀝青混合料性能的影響，結(jié)果表明：以再生水泥混凝土骨料作為細(xì)集料可提高混合料的高溫性能，且水穩(wěn)定性也滿足要求，但抗疲勞性能有所降低，仍優(yōu)于傳統(tǒng)的石灰?guī)r細(xì)集料。

學(xué)者們雖然一致認(rèn)為細(xì)集料特性會(huì)對(duì)混合料路用性能有影響，但對(duì)其路用性能的貢獻(xiàn)和測(cè)量方法仍存在爭(zhēng)議[15-17]。許多指標(biāo)已被用于分析細(xì)集料的特征參數(shù)，但如何根據(jù)這些指標(biāo)區(qū)分集料及各指標(biāo)與混合料性能之間的相關(guān)性還尚未明確。目前的研究多是針對(duì)普通AC和SMA混合料，很少分析細(xì)集料特性對(duì)GAC混合料性能的影響[18-19]?？紤]現(xiàn)有研究的不足，筆者依托實(shí)際工程，全面分析了細(xì)集料特性對(duì)GAC混合料路用性能的影響。

1 原材料

兩種細(xì)集料分別為廣東連平石灰?guī)r機(jī)制砂和廣東連平輝綠巖機(jī)制砂，GAC-16瀝青混合料所用粗集料為廣東連平輝綠巖，填料采用某石灰?guī)r磨細(xì)制備的礦粉，瀝青結(jié)合料采用殼牌PG76-22 SBS改性瀝青。各原材料均滿足實(shí)際使用要求，粗、細(xì)集料技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果如表1、表2。

表1 粗集料技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果Table 1 Test results of coarse aggregate technical indicators

表2 細(xì)集料技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Test results of fine aggregate technical indicators

2 GAC-16配合比設(shè)計(jì)

為分析細(xì)集料特性對(duì)混合料性能的影響，筆者利用1種粗集料和2種細(xì)集料設(shè)計(jì)了3種GAC-16瀝青混合料，方案如表3。

這3種方案采用馬歇爾法進(jìn)行設(shè)計(jì)，細(xì)集料級(jí)配如表4，混合料合成級(jí)配曲線如圖1，混合料相關(guān)力學(xué)指標(biāo)如表5。

表4 細(xì)集料級(jí)配組成Table 4 Gradation composition of fine aggregates

表5 GAC-16瀝青混合料體積和力學(xué)指標(biāo)Table 5 GAC-16 asphalt mixture volume and mechanical index

圖1 GAC-16瀝青混合料合成級(jí)配曲線Fig. 1 GAC-16 asphalt mixture synthesis gradation curve

3 技術(shù)性能評(píng)價(jià)

3.1 細(xì)集料特性

3.1.1 掃描電鏡試驗(yàn)

掃描電鏡(SEM)作為一種用以揭示物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的工具，現(xiàn)已得到廣泛應(yīng)用。它能很好揭示物質(zhì)表面微觀構(gòu)造，為分析物質(zhì)某些性質(zhì)提供依據(jù)，直觀且具有較強(qiáng)說服力。因此，筆者采用SEM對(duì)兩種細(xì)集料表面微觀構(gòu)造進(jìn)行分析，研究其表面紋理構(gòu)造對(duì)細(xì)集料特性影響。掃描結(jié)果如圖2。

圖2 細(xì)集料電鏡掃描結(jié)果Fig. 2 SEM results of fine aggregates

從圖2可看出：輝綠巖有著比石灰?guī)r更為粗糙的表面構(gòu)造，表面紋理更為復(fù)雜。這表明在相同的條件下，輝綠巖可依靠自身表面構(gòu)造特性吸附更多的瀝青，提升其與瀝青的黏附性。

3.1.2 吸柱試驗(yàn)

表面能理論可解釋集料與瀝青黏附性的關(guān)系，已被廣泛應(yīng)用。為了研究?jī)煞N細(xì)集料表面能大小，更好地分析兩種細(xì)集料的吸附特性，筆者采用吸柱法對(duì)兩種細(xì)集料表面能進(jìn)行評(píng)價(jià)。在常溫(20 ℃)下，煤油對(duì)集料的潤(rùn)濕作用可定性模擬集料與瀝青在高溫條件(如拌合溫度)下的黏附作用[20]，故采用煤油對(duì)兩種集料的表面能進(jìn)行評(píng)價(jià)。具體步驟如下：將兩根內(nèi)徑7 mm，外徑10 mm的開孔細(xì)玻璃管作毛細(xì)管，用醫(yī)用脫脂棉堵住底部開口，用天平稱量3 g兩種細(xì)集料，分別裝于玻璃管中；在玻璃管側(cè)面輕輕敲擊20次，以達(dá)到相同的密實(shí)度；之后將玻璃管置于煤油之上，底部脫脂棉浸入煤油中；待煤油上升到細(xì)集料處開始計(jì)時(shí)，分別記錄10、30、60、90、120、150、180、210、240 s時(shí)的上升高度。試驗(yàn)結(jié)果如圖3。

圖3 吸柱高度隨時(shí)間的變化規(guī)律Fig. 3 Variation law of suction column height changing with time

由圖3可看出：相比于石灰?guī)r，煤油在輝綠巖細(xì)集料中的上升速度更快，到達(dá)穩(wěn)定高度所需時(shí)間更短，且所能達(dá)到的穩(wěn)定高度也較高。這表明輝綠巖擁有比石灰?guī)r更大的表面自由能，在相同條件下，輝綠巖能更好的吸附瀝青，與瀝青黏附性更好。

3.1.3 水煮試驗(yàn)

鑒于浸水車轍試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)用于檢驗(yàn)細(xì)集料黏附性較為困難，也無法說明問題；而溶劑洗脫法相對(duì)比較復(fù)雜，操作難度較大；故筆者用改進(jìn)后的傳統(tǒng)水煮法對(duì)細(xì)集料與瀝青的黏附性進(jìn)行評(píng)價(jià)[21-22]。

水煮試驗(yàn)具體步驟為：將兩種細(xì)集料(1.18～2.36 mm)進(jìn)行清洗，清除表面灰塵后烘干、晾涼備用；各自稱取100 g放入盤中，置于120 ℃烘箱內(nèi)1.5 h；將細(xì)網(wǎng)篩置于天平上，分別量取30 g細(xì)集料，取下網(wǎng)篩輕輕篩動(dòng)，并清除天平表面灰塵，接著稱量，分量不足30 g則補(bǔ)足分量，如此反復(fù)幾次，直至篩動(dòng)前后稱量質(zhì)量無變化；將網(wǎng)篩浸入加熱的瀝青中，待瀝青完全浸潤(rùn)集料開始計(jì)時(shí)，浸潤(rùn)10 min，確保集料充分吸附瀝青后取出；浸潤(rùn)瀝青后的集料放置于160 ℃的烘箱中加熱6 h，使瀝青自由流淌，直至無瀝青向下躺滴為止；將兩種細(xì)集料取出，進(jìn)行稱重并采用三氯乙烯回收細(xì)網(wǎng)篩上的集料，對(duì)細(xì)網(wǎng)篩上殘余的集料進(jìn)行稱重，得到實(shí)際吸附瀝青的細(xì)集料的量并據(jù)此計(jì)算出單位質(zhì)量細(xì)集料的瀝青吸附率；分別稱取20 g吸附瀝青的細(xì)集料在水中煮沸10 min，試驗(yàn)中油膜由水面撈出，之后取出細(xì)集料，放入烘箱中烘干，稱重，損失質(zhì)量與原本質(zhì)量(20 g)的比值即為瀝青剝落率。水煮試驗(yàn)結(jié)果如表6。

表6 水煮試驗(yàn)結(jié)果Table 6 Boiling test results

從表6可看出：輝綠巖細(xì)集料瀝青吸附率要大于石灰?guī)r，考慮是由于輝綠巖有著比石灰?guī)r更大的表面自由能和表面粗糙度，從而可更好地吸附瀝青，這與前述試驗(yàn)結(jié)論一致；水煮試驗(yàn)結(jié)果則相反，輝綠巖集料水煮后的瀝青剝落率大于石灰?guī)r，與以往兩種巖石粗集料水煮試驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果一致。這是由于輝綠巖雖可依靠自身較大的表面自由能和粗糙度更好的吸附瀝青，但其堿性低，與瀝青中酸性成分的中和反應(yīng)較差，因此在有水環(huán)境下，黏附瀝青更易被水分子取代，有更高的剝落率[23]。

3.2 高溫抗車轍性能

根據(jù)文獻(xiàn)[24]要求，筆者采用室內(nèi)車轍試驗(yàn)對(duì)設(shè)計(jì)的3種GAC-16瀝青混合料進(jìn)行高溫抗車轍性能評(píng)價(jià)，試驗(yàn)在60、70 ℃條件下進(jìn)行，如表7。

表7 GAC-16瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果Table 7 Rutting test results of GAC-16 asphalt mixture

從表7可看出：兩種溫度條件下的動(dòng)穩(wěn)定度，2#均優(yōu)于1#、 3#，這3者之間的關(guān)系為2#>3#>1#。這表明采用輝綠巖細(xì)集料制備的GAC-16混合料的高溫抗車轍性能要優(yōu)于石灰?guī)r細(xì)集料制備的混合料。依據(jù)表面能理論，瀝青與集料之間的黏結(jié)過程實(shí)際是瀝青對(duì)礦料的浸潤(rùn)過程，在浸潤(rùn)過程中，瀝青與集料表面會(huì)產(chǎn)生能量交換，系統(tǒng)表面能降低，這種交換作用就是材料間黏附性來源[25-26]。根據(jù)細(xì)集料特性試驗(yàn)結(jié)果，輝綠巖擁有比石灰?guī)r更大的表面自由能和表面粗糙度，因此可更好地吸附瀝青；其次高溫下更多瀝青從高彈態(tài)向黏流態(tài)轉(zhuǎn)變，結(jié)構(gòu)瀝青層減薄，瀝青與集料之間的黏結(jié)作用大幅降低，此時(shí)集料強(qiáng)度對(duì)高溫抗車轍性能影響更大；輝綠巖有著比石灰?guī)r更高的密度和強(qiáng)度，因此制備的混合料高溫抗車轍性能更好[26]。3#的各項(xiàng)性能均優(yōu)于1#，這是因?yàn)槠漭^粗的級(jí)配能更好的形成部分骨架結(jié)構(gòu)，使得抗車轍性能更優(yōu)。

由表7還可看出： 2#具有比1#、3#更高的動(dòng)穩(wěn)定度(DS)衰減率。這表明采用輝綠巖制備的GAC-16混合料在高溫條件下對(duì)溫度變化更為敏感。考慮水煮試驗(yàn)中本身也存在著溫度對(duì)細(xì)集料與瀝青黏附性影響，因此綜合水煮試驗(yàn)與高溫車轍試驗(yàn)結(jié)果，初步認(rèn)為輝綠巖細(xì)集料與瀝青的黏附性受溫度變化影響較大，從而導(dǎo)致其制備的混合料在高溫條件下對(duì)溫度變化更為敏感。

3.3 低溫抗裂性能

筆者采用-10 ℃條件下彎曲小梁試驗(yàn)評(píng)價(jià)GAC-16瀝青混合料低溫抗裂性能。成型的標(biāo)準(zhǔn)尺寸小梁試件通過萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行跨中單點(diǎn)加載，加載速率50 mm/min，試驗(yàn)結(jié)果如表8。

表8 GAC-16瀝青混合料低溫小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果Table 8 GAC-16 asphalt mixture trabecular bending test results atlow temperature

由表8可知：2#有著比1#、3#更高的抗彎拉強(qiáng)度和抗彎模量，但相應(yīng)的極限彎拉應(yīng)變也更小，抗彎拉強(qiáng)度和抗彎模量為2#>3#>1#，極限拉應(yīng)變則為1#>3#>2#。這表明：采用輝綠巖細(xì)集料制備的GAC-16混合料相比與石灰?guī)r擁有更低的低溫抗裂性能。瀝青混合料在低溫下的抗裂性能取決于集料-瀝青的黏附性及瀝青自身特性。而細(xì)集料特性研究表明：輝綠巖與石灰?guī)r相比，具有更大的表面自由能和粗糙度，能更好的黏附瀝青。所以在相同的應(yīng)變條件下，瀝青結(jié)合料中產(chǎn)生的彎曲拉應(yīng)力更大，因此更易被拉裂，低溫抗裂性能更差。1#中混合料的低溫抗裂性優(yōu)于3#，這是因?yàn)?#中粗集料含量較多，集料之間嵌擠力及粗集料與瀝青之間的黏附力較高所導(dǎo)致，從而使得3#的低溫抗裂性較差。

3.4 水穩(wěn)定性能

水對(duì)瀝青混合料的影響可分為兩方面。① 在浸水后的瀝青混合料中，瀝青由高彈態(tài)變?yōu)椴ＡB(tài)時(shí)，溫度會(huì)降低，即瀝青更易變脆，在荷載作用下瀝青與集料間的黏結(jié)界面更易開裂造成損壞[26-27]；② 水分進(jìn)入到瀝青混合料空隙中，會(huì)在車輛荷載作用下形成動(dòng)水壓力，動(dòng)水壓力在反復(fù)的車輛荷載作用下不斷產(chǎn)生和消散，從而引起混合料破壞[28]。

常用的評(píng)價(jià)瀝青混合料水穩(wěn)定性方法是浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)，但這兩種方法均存在一定缺陷，對(duì)水穩(wěn)定性的檢驗(yàn)更偏向于混合料自身在浸水條件的性能變化，不能很好地反映車輛在行駛過程中動(dòng)水壓力對(duì)混合料的破壞作用[29]。浸水飛散試驗(yàn)通過浸水模擬瀝青老化，以反復(fù)機(jī)械沖擊磕碰打磨考察瀝青混合料的礦料嵌擠能力、瀝青老化后的黏結(jié)能力、抗剝離能力，用于檢驗(yàn)瀝青用量或黏結(jié)能力不足造成路面集料脫落和散失的程度，能最大程度的模擬瀝青混合料水損害過程，與實(shí)際路用條件下瀝青混合料的水損害過程有更好的相關(guān)性。

考慮到目前工程實(shí)際中多是以浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)檢驗(yàn)混合料的水穩(wěn)定性，筆者同時(shí)采用浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)和浸水飛散試驗(yàn)來綜合評(píng)價(jià)GAC-16瀝青混合料水穩(wěn)定性能，試驗(yàn)結(jié)果如表9。

表9 GAC-16瀝青混合料水穩(wěn)定性能試驗(yàn)結(jié)果Table 9 GAC-16 asphalt mixture water stability performancetest results

由表9可知：3種GAC-16瀝青混合料在的不同評(píng)價(jià)方法下，表現(xiàn)出抗水損害能力具有一定差異。在浸水馬歇爾試驗(yàn)下，采用石灰?guī)r細(xì)集料的1#、3#水穩(wěn)定性較好；采用凍融劈裂試驗(yàn)時(shí)，采用輝綠巖細(xì)集料的2#表現(xiàn)最優(yōu)。浸水飛散損失試驗(yàn)結(jié)果顯示：浸水飛散損失為3#最大?？紤]到試驗(yàn)方法和試驗(yàn)誤差等因素，總體上認(rèn)為3種GAC-16瀝青混合料的水穩(wěn)定性能相當(dāng)；結(jié)合水煮試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，認(rèn)為混合料水穩(wěn)定性基本不受細(xì)集料影響。

3.5 疲勞性能

筆者采用四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)對(duì)3種GAC-16瀝青混合料進(jìn)行疲勞性能評(píng)價(jià)。試驗(yàn)采用控制應(yīng)變模式(500 με)，通過UTM-130試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行彎曲疲勞加載，試驗(yàn)溫度為15 ℃，加載頻率為10 Hz，當(dāng)所測(cè)試件模量下降至初始勁度模量的50%時(shí)結(jié)束加載。試驗(yàn)結(jié)果如圖4。

圖4 GAC-16瀝青混合料疲勞壽命對(duì)比Fig. 4 Comparison of fatigue life of GAC-16 asphalt mixture

由圖4可知：采用輝綠巖細(xì)集料的2#的瀝青混合料疲勞壽命要低于1#、3#；從疲勞破壞試件來看，2#的瀝青混合料試件表面密實(shí)程度較差。根據(jù)細(xì)集料特性試驗(yàn)結(jié)果，輝綠巖細(xì)集料表面自由能較大，能更好的黏結(jié)瀝青，并且自身擁有較高的表面粗糙度和更大的強(qiáng)度，從而使得在相同的壓實(shí)功下，瀝青混合料不易壓實(shí)，會(huì)導(dǎo)致輝綠巖細(xì)集料制備的瀝青混合料疲勞壽命較低[25]。對(duì)比表4中最佳油石比下的3種GAC-16瀝青混合料的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果，初步認(rèn)為混合料疲勞壽命指標(biāo)隨著空隙率增大而降低，但鑒于本次試驗(yàn)數(shù)據(jù)有限，細(xì)集料特性對(duì)混合料疲勞性能的影響仍待進(jìn)一步分析。

3.6 動(dòng)態(tài)特性

3.6.1 動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)

根據(jù)文獻(xiàn)[30]規(guī)定，將瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量作為瀝青路面結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)的重要參數(shù)。為獲取準(zhǔn)確的計(jì)算參數(shù)以便更好地指導(dǎo)瀝青路面設(shè)計(jì)，筆者對(duì)采用不同細(xì)集料方案成型的GAC-16瀝青混合料進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)研究。

瀝青混合料作為黏彈性材料，其動(dòng)態(tài)模量受到溫度和加載頻率影響。為研究加載頻率對(duì)不同細(xì)集料制備的GAC-16瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量的影響程度及規(guī)律，選用0.1、0.5、1、5、10、25Hz這6種加載頻率分別對(duì)3種GAC-16瀝青混合料進(jìn)行動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)。試驗(yàn)溫度為20 ℃，采用動(dòng)態(tài)伺服液壓試驗(yàn)系統(tǒng)(UTM)，以控制應(yīng)變方式(85～115 με)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行正弦波加載，如圖5。

圖5 不同加載頻率下GAC-16動(dòng)態(tài)模量變化規(guī)律(20 ℃)Fig. 5 Variation law of dynamic modulus of GAC-16 under differentloading frequencies

由圖5可知：3種不同的GAC-16瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量隨加載頻率的升高而增大，當(dāng)加載頻率從1 Hz提升到5 Hz時(shí)，3種GAC-16瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量增長(zhǎng)幅度最大。不同的加載頻率，1#制備的GAC-16瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量始終最大，2#次之，3#最小。這在一定程度表明，GAC-16瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量與混合料級(jí)配、細(xì)集料類型等有關(guān)，但受限于試驗(yàn)數(shù)量和水平，細(xì)集料特性對(duì)動(dòng)態(tài)模量的具體影響規(guī)律暫不明確。

3.6.2 動(dòng)態(tài)模量主曲線分析

瀝青混合料作為典型的黏彈性材料，受溫度和荷載作用時(shí)間影響顯著。建立瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量主曲線，可以在進(jìn)行有限試驗(yàn)基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)材料在更寬溫度和時(shí)間范圍內(nèi)的力學(xué)性質(zhì)。為了更好的分析細(xì)集料對(duì)瀝青混合料動(dòng)態(tài)特性的影響，筆者根據(jù)動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)結(jié)果擬合了3種混合料的動(dòng)態(tài)模量。

根據(jù)時(shí)間-溫度等效原理，在不同溫度、不同頻率下實(shí)測(cè)的瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量通過非線性最小二乘法擬合形成西格摩德(Sigmoidal)函數(shù)建立瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量主曲線，如式(1)。

(1)

式中：E*為動(dòng)態(tài)模量，MPa；fr為加載頻率，Hz；α、β、γ、δ分別為回歸系數(shù)。

不同溫度條件下瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量，可通過時(shí)間-溫度轉(zhuǎn)化因子α(T)所得。α(T)代表了不同溫度下動(dòng)態(tài)模量主曲線移到參考溫度下主曲線的平移距離，由非線性擬合確定。式(1)中加載頻率與荷載作用時(shí)間的關(guān)系如式(2)。將式(2)代入式(1)可得到試驗(yàn)溫度為T時(shí)的不同加載頻率動(dòng)態(tài)模量。

(2)

式中：f為試驗(yàn)溫度的加載頻率，Hz；T為試驗(yàn)溫度，℃。

3種GAC-16瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量主曲線參照20 ℃時(shí)的動(dòng)態(tài)模量并結(jié)合非線性最小二乘法擬合構(gòu)建，主曲線擬合結(jié)果及位移因子如表10，3種GAC-16瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量主曲線如圖6。

圖6 GAC-16瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量主曲線Fig. 6 Dynamic modulus master curve of GAC-16 asphalt mixture

表10 GAC-16瀝青混合料Sigmoidal 函數(shù)擬合結(jié)果及位移系數(shù)Table 10 Sigmoidal function fitting results and displacement coefficients of GAC-16 asphalt mixture

由圖6可知：隨著縮減頻率降低，3種GAC-16瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量差異愈發(fā)明顯，在低頻(對(duì)應(yīng)高溫)條件下，3種GAC-16混合料抗變形能力差別最大。對(duì)比2#、3#，無論縮減頻率高低，摻入輝綠巖細(xì)集料的GAC-16瀝青混合料抗變形能力較好；對(duì)比1#和2#，在縮減頻率中等或較高時(shí)，混合料動(dòng)態(tài)模量相當(dāng)，但在低頻(高溫)作用下時(shí)，摻入輝綠巖細(xì)集料的GAC-16瀝青混合料抗變形能力出現(xiàn)明顯的衰減。說明在高溫條件下，采用輝綠巖細(xì)集料的GAC-16混合料對(duì)溫度變化更敏感，這與高溫車轍試驗(yàn)結(jié)果一致。

綜合水煮試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)結(jié)果來看，初步認(rèn)為輝綠巖細(xì)集料與瀝青的黏附性受溫度變化影響較大，且導(dǎo)致制備的混合料在高溫下對(duì)溫度變化的敏感性較高。

4 結(jié) 論

筆者通過掃描電鏡、吸柱試驗(yàn)和水煮試驗(yàn)分析了石灰?guī)r、輝綠巖兩種細(xì)集料自身的特性；利用輝綠巖粗集料與兩種細(xì)集料設(shè)計(jì)了3種不同的GAC-16瀝青混合料；并對(duì)其高低溫性能、疲勞性能、水穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，得出如下結(jié)論：

1)兩種細(xì)集料特性試驗(yàn)結(jié)果表明：輝綠巖細(xì)集料有著更高的表面粗糙度和表面自由能，但抗水煮剝落性差。

2)高溫車轍試驗(yàn)結(jié)果顯示：采用輝綠巖細(xì)集料制備的GAC-16混合料有著比石灰?guī)r細(xì)集料制備的混合料更高的動(dòng)穩(wěn)定度和衰減率，這表明輝綠巖細(xì)集料制備的GAC-16混合料具有更好的高溫抗車轍性能，但相應(yīng)對(duì)溫度變化的敏感性也較高。

3)疲勞性能和低溫抗裂性能試驗(yàn)結(jié)果表明：采用輝綠巖細(xì)集料制備的GAC-16混合料擁有比采用石灰?guī)r細(xì)集料的混合料更低的疲勞壽命和低溫抗裂性。對(duì)比3種混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果，初步認(rèn)為疲勞壽命隨著空隙率增大而降低，但受限于疲勞試驗(yàn)數(shù)量和試驗(yàn)水平，疲勞性能仍待進(jìn)一步評(píng)價(jià)。

4)3種GAC-16混合料在不同水穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法下表現(xiàn)出不同差異，綜合考慮試驗(yàn)方法和試驗(yàn)誤差等因素及水煮試驗(yàn)結(jié)果，認(rèn)為3種混合料水穩(wěn)定性基本不受細(xì)集料影響，水穩(wěn)定性能相當(dāng)。

5)從動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)結(jié)果來看：細(xì)集料對(duì)GAC-16混合料動(dòng)態(tài)模量具有一定影響。在低頻(高溫)條件下，摻入輝綠巖細(xì)集料的GAC-16瀝青混合料抗變形能力出現(xiàn)明顯的衰減，表明其在高溫下具有較高的溫度變化敏感性，這與室內(nèi)車轍試驗(yàn)結(jié)果一致。