瀝青混合料的變異性及對瀝青路面性能的影響

楊志剛 何長清

(1.貴州省貴陽公路管理局，貴州 貴陽 550002; 2.重慶市重慶交通大學，重慶 400074)

1 瀝青混合料的變異機理和類型

瀝青混合料是由瀝青材料和各種不同粒徑大小的礦石集料組成的膠結聚合體，通常在外力的作用下聚合物的內部會發生運動。瀝青混合料的離析可從宏觀和微觀兩方面來理解，從宏觀上看，瀝青混合料的離析是由于瀝青與集料的不同性質及集料顆粒大小的差異而使混合料各部分的受力不同導致了分離;從微觀來看，離析是瀝青混合料在顆粒運動過程中滲漏、幾何重組及整體或部分發生對流等現象的一個過程。瀝青混合料的變異類型可以分為集料離析、瀝青和集料的離析、溫度離析［1］。

2 瀝青含量變異性

瀝青含量是瀝青混合料設計和生產的最關鍵性指標。瀝青含量的大小會直接影響混合料的離析程度。國外有研究表明，混合料中瀝青含量的輕微增加能顯著地減少混合料的離析現象，并建議在瀝青混合料設計時，取瀝青含量=最佳瀝青用量+0.2%，根據工程實例，當真實瀝青含量偏離達到0.3個百分點的時候，就會顯著影響混合料的使用性能［2］。當瀝青含量過低時，不能完全裹覆石料，在施工時難以壓實，同時使石料間黏結不足，強度顯著下降，路面通車后容易產生開裂、松散等各種病害;而瀝青含量過高時，混合料孔隙率過小，在高溫天氣下容易產生泛油等病害，嚴重時甚至使混合料內部形成石料懸浮在自由瀝青中的形態，在行車荷載作用下極易導致材料流動變形，直接破壞路面結構［3］。

以貴州省某高速公路路面工程第二十七標段為例，路面采用瀝青混凝土路面，上面層為設計厚度4 cm的AC-13C瀝青混凝土，根據《公路瀝青路面施工技術規范》［4］瀝青混合料的設計要求，結合貴州省的氣候環境以及當地施工經驗，通過實驗室對集料篩分試驗，確定以最佳油石比為5.5%進行施工。通過現場取料的方式，對不同時間瀝青含量的數據進行監測。由于各種外界因素的影響，在試驗過程中也會出現一定的誤差，因此，現場取混合料所測得油石比與設計油石比的差值在±0.3%內都滿足規范要求。檢測表明，15次檢測的平均值為5.41%，變異系數為0.033，大多數數據都滿足了要求，只有第6次，第7次和第15次超出了±0.3%的范圍，表1記錄了這三種油石比混合料試件的馬歇爾試驗技術指標試驗值［5］。

表1 不同瀝青含量的混合料馬歇爾試驗數據

從表1中數據看出，瀝青用量不足時，混合料的空隙率會增大，甚至會超出設計范圍，不利于路面的壓實，而飽和度的降低，會使得混合料中瀝青膜變薄，降低路面抵抗水損害的能力。從檢測數據看出普遍油石比都低于確定的最佳油石比，因為在各個環節可能會發生瀝青含量的變異，針對這種現象，可以考慮提高瀝青開始的拌和量，從而使得在路面鋪筑過程中混合料中的瀝青含量盡量接近最佳油石比。

3 瀝青混合料級配變異性

瀝青混合料的級配直接影響著瀝青路面的性能，合理的礦料級配是根據眾多條件設計而成的，在實際生產中，由于各種原因都會引起瀝青混合料級配發生變化。通過結合我國現行的《公路瀝青路面施工技術規范》［4］與前一節的分析，選取當4.75 mm通過率發生變異時來模擬在施工中發生粗集料和細集料離析。保持油石比為5.5%不變，對通過率發生變異的瀝青混合料進行馬歇爾試驗，從而得出瀝青混合料性能的變化情況。以基準配合比為標準，4.75 mm通過率按±10%，±6%來調配變化后的級配配比如表2所示。

從表2的級配配比數據變化可以將4.75 mm通過率從小到大的變化看成是一個瀝青混合料從粗集料離析到細集料離析的過程。通過馬歇爾試驗得到試驗結果如表3所示。

表2 級配配比變化表 %

表3 混合料級配變異馬歇爾試驗結果

4 溫度離析對路面結構的影響

研究表明，路面的早期病害發生和空隙率大小是緊密相連的，要降低路面病害的發生頻率，減小瀝青混合料壓實后的空隙率是一個關鍵的方法。影響壓實效果的一個重要因素就是瀝青混合料的溫度，如果產生溫度離析那么壓實效果必定會下降，從而空隙率受到影響，同時路面性能也受到影響［6］。

為了確定溫度的變化對瀝青混合料空隙率的影響，對瀝青混合料在不同溫度的情況下進行擊實試驗，獲得溫度變化與混合料密度以及空隙率的關系，見圖1，圖2。

圖1 瀝青混合料溫度與密度的關系圖

圖2 瀝青混合料溫度與空隙率的關系圖

5 結語

本文研究了瀝青混合料的變異，分析了變異發生的機理和類型，包括三個方面，瀝青含量的變異，瀝青混合料級配變異和溫度變異，并且針對各種變異提出了控制措施。

1)檢測得到瀝青含量的變異系數為0.033，當瀝青用量不足時，混合料的空隙率會增大，甚至會超出設計范圍，不利于路面的壓實，而飽和度的降低，會使得混合料中瀝青膜變薄，降低路面抵抗水損害的能力。

2)瀝青混合料級配的變異與集料的變異相關性較高，針對級配發生的離析，模擬發生輕度離析時混合料，當4.75 mm通過率降低超過6%以后，可以看出空隙率增大非?？?，已經不能滿足工程技術要求，飽和度在±6%的范圍內尚可滿足要求65% ～75%，如果超過這個范圍則飽和度無法達到要求，穩定度也是相似的規律，雖然在+10%可以達到要求，但是在中間的一段可能會發生穩定度過低的現象。而流值受到的影響不大，均可滿足要求。級配離析對瀝青混合料的高溫性能影響顯著，無離析混合料的抗車轍性能最好，細集料離析和粗集料離析發生后，抗車轍性能嚴重下降，動穩定度降幅隨著離析程度的增加而加劇。細集料離析混合料的水穩定性略有改善，殘留穩定度和凍融劈裂強度比都略有升高，隨著粗集料離析程度增加，抗水損害性能有明顯的降幅。按照規范嚴格控制關鍵篩孔的通過率防止級配離析發生。

3)研究溫度離析對瀝青混合料密度和空隙率的影響，在壓實過程中瀝青混合料的溫度越高，越容易被壓實，其密度越大;溫度變化與密度變化有很好的相關性。隨著溫度的升高，瀝青混合料空隙率從7.8%減小到3.7%，溫度越高，瀝青混合料密度越大，空隙率越小。溫度離析不可超過20。