大粒径透水性沥青混合料的路用性能研究

2011-09-06吴俊

黑龙江交通科技 2011年6期

关键词：路用性能沥青混合料

吴俊

(忻州公路分局)

大粒径透水性沥青混合料的路用性能研究

吴俊

(忻州公路分局)

摘要:随着经济的不断发展，我国公路交通量迅速增长，沥青路面普遍出现了车辙以及耐久性较差等路面质量问题，大粒径透水沥青混合料作为柔性联接层，可以有效预防路面的车辙以及反射裂缝等病害。首先分析大粒径透水沥青混合料的优势，进而详细论述了大粒径透水沥青混合料的路用性能，可以为类似应用研究提供可靠的参考。

关键词:大粒径;沥青混合料;路用性能

1 大粒径透水性沥青混合料优势分析

相关研究资料表明，大粒径沥青混凝土的使用将有以下几方面的优点:(1)良好的级配可以抵抗较大的塑性和剪切变形，提高沥青路面高温稳定性，具有较好的抗车辙能力;(2)大粒径集料的增多，会减少沥青用量，从而降低工程造价;(3)可一次性摊铺较大的厚度，缩短工期;(4)沥青层内部储温能力高，热量不易散失，利于寒冷季节施工，延长施工期。

大粒径透水沥青混合料的粗集料必须形成稳定的空间骨架嵌挤结构，以承受车辆荷载的作用。在级配组成上，大粒径透水性沥青混合料与传统的沥青混合料级配设计理念有所不同，通常需要考虑粗集料在嵌挤状态下的体积和空隙率等来确定粗集料与细集料的比例。在进行沥青混合料设计时，应考虑它在路面结构中所处层位的功能特性，一方面通过增大矿料粒径来提高沥青混合料的承载力;另一方面通过增大骨料之间的相互嵌挤力来提高沥青混合料的整体强度，以抵抗重载作用下产生的剪切和竖向变形，从而提高沥青路面的强度，满足路面结构性能对沥青混合料的不同要求。

2 大粒径透水沥青混合料路用性能试验分析

2.1 大粒径透水沥青混合料高温稳定性分析

目前，高温车辙问题己成为当今世界上沥青路面三大破损形式(疲劳、车辙、低温开裂)中最为突出的问题。相关研究资料指出，沥青路面的高温稳定性能60%依赖于矿料级配的嵌挤，40%依赖于结合料的粘结性，因此以嵌挤作用为主的LSPM具有较好的抗车辙能力，大量试验研究也证明大粒径透水沥青混合料具有较好的稳定性、较高的压缩强度和回弹模量值，特别是具有较好的抗车辙性能。大粒径透水沥青混合料的回弹模量比常用的沥青混合料大两倍左右，因而其抗车辙和耐久性能也要优于常用的沥青混合料。

通过进行动稳定试验可以发现大粒径透水沥青混合料的动稳定度较大，主要是因为这种级配的粗集料都形成了骨架嵌挤结构，粗集料之间的摩擦力与嵌挤力对混合料的强度起着主要作用，它受孔隙率的影响很小，因而高温稳定性较好。动稳定度公式

式中:d1为时间t1的车辙试件变形量;d2为时间t2的变形量，mm;C1，C2为车辙试验机类型修正系数。

同一沥青用量下的不同类型混合料的动稳定度试验对比数据如表1所示。

表1 不同级配车辙试验数据

2.2 水稳定性

水损害是沥青路面的主要病害之一。降雨或者地下水在路面使用过程中逐步渗入沥青与集料的作用界面，从而导致沥青粘附性降低甚至丧失粘结力，沥青膜从石料表面剥落，沥青混合料强度降低，沥青层的应变变得更大，将加速路面的破坏，在路表面形成坑槽、推挤变形等损坏现象。沥青混合料的水稳定性是通过浸水马歇尔试验得到的残留稳定度来评价的。不同沥青用量下的不同类型混合料的动稳定度试验对比数据如表2所示。

表2 不同类型混合料的残留稳定度

上述试验结果表明由于大粒径的沥青混合料减少了矿料的总表面积，因而可以在保证较厚沥青膜的前提下，减少沥青混合料的沥青用量，因而可以使水稳定性能得以保证，因此LSPM抗水害能力普遍优于普通沥青混合料的抗水害能力。

2.3 大粒径透水性沥青混合料的力学性能研究

(1)LSPM的劈裂强度。劈裂试验主要为了测试其间接抗拉能力。在我国沥青路面结构设计规范中，普通沥青混合料的抗拉强度是以劈裂强度实验来测定。劈裂抗拉强度的计算为其中:Rt是劈裂抗拉强度;Pt是试验荷载的最大值;h是试件高度。

通过试验得到LAM-30的平均劈裂抗拉强度为0.85 MPa，而半刚性基层的平均劈裂抗拉强度为0.3～0.8 MPa，平均值为0.56 MPa，前者比后者高出51.7%。因此LSAM-30作为基层将比半刚性基层有更好的防裂能力。

(2)LSPM的无侧限抗压强度。通过试验，20℃试验温度环境下，LSPM的无侧限抗压强度平均值为7.98 MPa;在15℃试验温度环境下，LSM无侧限抗压强度平均值为9.36 MPa;根据相关试验数据统计，水泥稳定碎石7 d无侧限抗压强度在3～6 MPa之间，因此，20℃时LSPM的无侧限抗压强度比半刚性稳定材料还要大，这足以说明大粒径透水沥青混合料具有较好的力学抗压性能。

2.4 抗疲劳性能

LSPM由于其空隙率较大，沥青用量较少，粗集料含量较多，因此抗疲劳性能较密级配沥青混凝土要低，但与密级配沥青碎石相当。如果经验算该层内存在较大的拉应力，就必须采取相应的措施，改善其抗疲劳性能。通过室内的四点小梁疲劳试验可以模拟混合料的疲劳过程，从而得到沥青混合料的疲劳寿命。沥青混合料疲劳性能通过疲劳方程为

通过对应力水平和疲劳寿命进行双对数回归，可得一直线，疲劳方程的两个参数k，n即为直线的截距和斜率。n值越大，疲劳曲线越陡，疲劳寿命对应力水平变化越敏感;而k值表示疲劳曲线线位的高低，k值越大，疲劳曲线线位越高，抗疲劳性能越好。疲劳寿命随着沥青用量的增加而显著增加，从提高沥青混合料抗疲劳性能的角度，应在大型马歇尔设计方法确定的沥青用量的基础上增加0．3% ～0．5%的沥青作为最佳沥青用量。

2.5 渗透性能

空隙率是影响沥青混合料排水性能和疲劳性能的重要指标，通过大量的试验和研究发现，过大空隙率并不能继续提高大粒径沥青混凝土的排水性能，反而会降低其抗疲劳性能，而空隙率过小(一般小于12%)则会导致排水性能的大幅度下降。

3 大粒径透水沥青混合料生产施工注意事项

LSPM的粒径大，减少了矿料的总表面积，因而可以在保证较厚沥青膜的前提下，可以有效减少沥青混合料的沥青用量，从而降低工程造价。因此，大粒径的沥青混合料引入基层就成了大势所趋。但是沥青用量较小、易产生离析现象，所以施工工艺有别于一般的沥青混合料。

首先沥青和集料的加热温度以及沥青混合料的出场温度控制。沥青加热温度根据沥青性质决定，必须保证矿料温度比沥青高10～15℃左右，沥青混合料出场温度一般取两者中值。其次，LSPM的拌制过程与普通HMA的拌制过程基本相同，但由于LSPM的矿料粒径较大、沥青用量较小、不易拌和均匀，不足以使矿料获得均匀一致的沥青裹覆层，所以LSAM拌制时应适当延长拌和时间。第三，由于LSPM是一种完整的粗骨架结构，空隙率较大，施工时既要保证粗骨料的骨架结构又要防止由于过碾而导致骨架棱角的破坏。