杨大田 杨锡武

（重庆交通大学土木建筑学院 重庆 400074）

0 引 言

沥青稳定碎石柔性基层［1］与半刚性基层相比，不易产生收缩开裂和水损害；作应力消散层，可以有效地减少路面应力集中现象，延缓路面放射裂缝的产生；与面层材料结构相似，可以与沥青混凝土面层粘结牢固，且模量接近，路面结构的受力、变形更为协调.沥青稳定碎石基层具有修筑时间短、路面结构均匀、受水与冰冻影响较小、维修费用较低、路面材料能全部被重复利用和使用寿命延长等特点，具有良好的发展和应用前景.

《公路沥青施工技术规划》［2］（以下简称《规范》）规定沥青混凝土单层压实厚度不得大于100 mm，ATB－25单层摊铺压实最小厚度为70mm，ATB－30单层摊铺压实最小厚度为90mm，从国内外来看，沥青稳定类基层典型设计厚度一般为150mm［3］.根据《规范》，若按单层进行施工，很难达到压实度标准；若按双层施工，则又受集料最大公称粒径的影响，易于压碎集料，改变混合料级配，从而改变路用性能.

李丽民［4］等用标准车辙试验仪测试了50 mm和70mm 2种厚度试件的动稳定度，发现70 mm试件的动稳定度比50mm试件的大.左劼［5］也采用标准车辙试验仪测试了50mm厚度试件的动稳定度.对于沥青稳定碎石基层，厚度50 mm车辙板试件不满足《规范》规定的2～3倍公称最大粒径，因此，用厚度50mm的试件进行动稳定度试验，其结果有待进一步论证.由于国内车辙试验仪普遍采用杠杆加载，试件的标准厚度为50mm，所以只有在这种厚度情况下，测试轮与试件间的接触压强才不发生变化［6］，测得动稳定度才可靠.杨大田［7］等利用通用材料实验机，对高度在80～100mm之间的沥青稳定碎石试件进行单轴动态蠕变试验，发现施加的轴向荷载不受试件高度影响，成功地评价沥青稳定碎石高温稳定性能.单轴动态蠕变试验是在通用材料实验机上对试件表面施加一个垂直压力，这种实验设备不受试件厚度影响.

基于以上原因，利用单轴动态贯入蠕变试验方法研究沥青稳定碎石基层厚度对其动态力学性能是可行的，它们之间相互关系对沥青稳定碎石基层施工十分必要，可为沥青稳定碎石基层施工提供技术参考，有利于沥青稳定碎石基层推广应用，同时，也采用间接拉伸疲劳试验分析它们之间的关系.

1 原材料及性能

粗集料采用石灰岩碎石，公称最大粒径为31.5mm，平均密度为2.692g／cm3.细集料采用石灰岩碎石，公称最大粒径4.75mm，平均密度为2.714g／cm3.沥青采用70＃道路石油沥青，针入度75（0.1mm），软化点55℃，15℃延度大于100cm［8］.

矿料级配见表1.

表1 矿料级配

2 大型马歇尔试验

根据大型马歇尔试验，得到最佳油石比及其对应的毛体积密度，见表2.

表2 大型马歇尔试验结果

3 沥青稳定碎石动态力学性能试验

3.1 试件成型

依据大马歇尔试验所得毛体积密度与最佳油石比，分别制作ATB25，ATB30公称最大粒径2.0，2.5和3.0倍高度的试件（以下简称n倍NMSA高度试件，n取2.0，2.5和3.0），并测试其毛体积密度，见表3和表4.

表3 沥青稳定碎石基层试件高度

表4 沥青稳定碎石基层试件毛体积密度

由表3可见，采用击实法，成型各n倍NMSA高度的试件，最终实测试件高度与理论计算高度相差在3mm之内，符合误差要求.由表4可见，ATB25试件的毛体积密度比表2中的稍高；ATB30试件的毛体积密度比表2中的稍小，这可能与公称最大粒径和试件成型高度等因素有关，但不影响其他试验结果.

3.2 动态贯入蠕变试验

1）试验条件 试验温度：（40±0.5）℃；加载频率：0.5Hz；试验荷载：225kPa（考虑加载板重量等因素）.动态蠕变试验加载示意图，见图1.加载板直径100mm，因为试件直径为150mm，所以相当于加载板是贯入到试样中，故名为动态贯入蠕变试验.

图1 动态贯入蠕变试验示意图

2）试验结果及讨论 加载3 600次后试件的动态贯入蠕变模量为

式中：σ为施加的实际荷载，225kPa；ε3600为加载3 600次后试件的累积动态贯入形变，10－6.计算结果见表5.

表5 加载3 600次后试件的动态贯入蠕变模量

由表5可见，高度为2倍NMSA，ATB25的动态蠕变模量最大；2.5倍NMSA时，动态蠕变模量最小；3倍NMSA时，动态贯入蠕变模量靠中间.这充分说明试件在高度5～8cm之内不能获得足够的稳定强度.

级配 ATB30在高度为2.5倍 NMSA，即78.8mm时型模量最大.可见粗粒式密级配沥青稳定碎石形成骨架密实结构，并显著影响其稳定性的高度一般为80mm左右.

综合表3、表4，推荐柔性基层施工时一次摊铺压实厚度为80mm左右.

对于ATB25，公称最大粒径为26.5mm，在2倍NMSA高度上最多可能有2颗26.5mm的碎石；在2.5倍NMSA高度上仍然最多可能有2颗26.5mm的碎石和1颗16mm的碎石；在3倍NMSA高度上最多可能有3颗26.5mm的碎石.在最佳沥青用量条件下，3种高度试件的沥青膜厚度是相同的，因而沥青粘结集料的力是相同的，也就是来源于沥青粘结力对集料的围压是相等的.因此，根据压杆原理，试件厚度越大，试件变形越大；但从碎石嵌挤程度上来看，试件体积越大，在相同击实功作用下（从毛体积密度来看，击实程度几乎相同），混合料就越多，试件越容易击实，嵌挤程度越高，因而试件变形越小.这两个过程彼此相互消长，最终高度集中在80mm左右的试件获得较高的动态贯入蠕变模量.

同样，对于ATB30，具有相似原因.

图2 沥青稳定碎石间接拉伸疲劳试验

3.3 间接拉伸疲劳试验

1）试验条件［9］试验温度：（20±0.5）℃；加载时间：100ms；荷载大小：1／3应力比；荷载波形：半正弦波.

2）试验结果及讨论 试验结果见图2.由图2可知，ATB25疲劳寿命最大的为NMAS组试件的3.0倍，所得结果也与动态蠕变实验结论基本相同，试验中试件的疲劳寿命随厚度的增大而增加，在3.0倍NMAS厚度时显著增加变化较大，说明影响因素不仅仅是试件厚度，混合料结构对沥青稳定碎石的疲劳性能有较大影响.同样地对于ATB30具有相似规律.

4 结束语

通过动态贯入蠕变试验，根据动态贯入蠕变模量指标，分析了沥青稳定碎石ATB25和ATB30两种混合料试件成型高度和混合料结构对其动态性能的影响.试验结果表明，试件在厚度80mm左右能获得较高的动态贯入蠕变模量.通过间接拉伸疲劳试验，再次证明该结论.因此，在沥青稳定碎石基层单层摊铺碾压厚度在80mm左右比较合适，即可获得较高高温稳定性能，又可以防止集料被碾碎.

［1］黄开宇.沥青稳定碎石基层结构的应用技术研究［J］.公路工程，2009，34（2）：48－52.

［2］交通部公路科学研究所.JTGF40－2004公路沥青施工技术规范［S］.北京：人民交通出版，2004.

［3］JASON C W.Investigation of permeable asphalt treated base in Alabama［R］.Aubum，Alabama，2007.

［4］李丽民，刘 剑，曾 革.沥青稳定柔性基层的抗车辙性能［J］.材料科学与工程学报，2008，26（4）：540－544.

［5］左 劼.两种沥青稳定碎石混合料关键路用性能分析［J］.华东公路，2008，8（20）：74－76.

［6］交通部公路科学研究所.JTJ025－2000公路工程沥青及沥青混合料试验规程［S］.北京：人民交通出版社，2000.

［7］杨大田，夏文军，杨锡武.蠕变试验评价沥青稳定碎石高温流动变形性能［J］.重庆交通大学学报：自然科学版，2008，27（5）：748－752.

［8］交通部公路科学研究所.JTGE42－2005公路工程集料试验规程［S］.北京：人民交通出版社，2005.

［9］李 斌.沥青稳定碎石基层在高寒地区高速公路的应用［J］.武汉理工大学学报：交通科学与工程版，2007，29（9）：21－24.