魏建国，徐敬道，吴 琪，付其林，严 鑫，徐 倩

随着交通事业的快速发展，车辆轴载加大，沥青路面的损害较为严重。为了提高沥青路面的承载能力，ATB沥青混合料得到了广泛的应用。目前，学者们对ATB沥青混合料的性能、设计方法及应用技术等方面进行了较多的研究［1－5］。研究发现：ATB沥青混合料具备良好的路用性能，能承受重载交通，抵抗较大的剪切变形与塑性变形。在设计过程中，只要能保证形成骨架密实结构，就能很大程度地提高其路用性能［6］。但对ATB沥青混合料级配的研究较少，特别是对其粗细集料比研究不足，粗集料在混合料中的作用是形成结构与骨架，细集料的作用是填充空隙，因此合理的粗细集料比对ATB沥青混合料的性能尤为重要［7］。作者拟采用5种粗细集料比，分别研究其高温稳定性、低温稳定性及水稳定性在不同粗细集料比下的变化规律，为ATB沥青混合料的组成设计提供参考依据。

1 材料与级配

1.1 原材料

试验所用粗细集料及矿粉均为石灰岩，沥青采用70号基质沥青，矿料与沥青均按照试验规程进行主要性质试验，结果均符合规范［8］要求，分别见表1，2。

表1 集料的物理性能指标试验结果Table 1 Physical properties of aggregates

表2 沥青技术指标Table 2 The asphalt specifications

1.2 级配组成

根据施工规范提出的ATB25的级配范围确定粗集料与细集料之间的比例，分别按60／40，65／35，70／30，75／25及80／20变化粗细集料之间的比例得到5种级配（见表3）。试验时，对所有矿料进行严格筛分，然后采用逐级回归的方法配置混合料。5种粗细集料比采用的油石比见表4。

表3 不同粗细集料比的集料级配Table 3 The gradation in different coarse and fine ratios

表4 不同粗细集料比的最佳油石比Table 4 The optimal asphalt content in different coarse and fine ratios

2 马歇尔试验结果分析

本试验采用标准马歇尔试件，成型尺寸为φ101.6mm×63.5mm，双面击实各75次，集料拌合温度为160℃，击实温度控制在145℃左右，每种级配成型4个试件，取其平均值，其结果分别如图1～4所示。

图1 不同粗细集料比的毛体积相对密度Fig.1 The gross volume relative density in different coarse and fine ratios

图2 不同粗细集料比的空隙率Fig.2 The void ratio in different coarse and fine ratio

图3 不同粗细集料比的稳定度Fig.3 The stability in different coarse and fine ratio

图4 不同粗细集料比的流值Fig.4 The flow value in different coarse and fine ratio

从图1中可以看出，随着粗细集料比的增大，毛体积相对密度呈下降趋势。粗细集料比从60／40到65／35时，下降幅度较小。粗细集料比从65／35到80／20时，下降幅度较大。

从图2中可以看出，随着粗细集料比的增大，空隙率呈增大趋势，空隙率增大的幅度接近一致。当粗细集料比为75／25时，空隙率已超过混合料空隙率设计范围。其原因是粗集料过多，填充粗集料形成的骨架空隙的细集料较少。

从图3中可以看出，随着粗细集料比的增大，稳定度呈先增大再减小的趋势。粗细集料比从60／40到65／35，稳定度增大。其原因是粗细集料比为60／40时，细集料过多，不足以形成骨架密实结构。粗细集料比从65／35到80／20时，稳定度呈下降趋势。并且当粗细集料比为80／20时，稳定度小于7.5kN。其原因是随着粗集料的增加，细集料的减少，粗集料形成的骨架没有足够的细集料进行填充，使其结构不稳定。试验结果表明，选择合适的粗细集料比对提高混合料稳定度有显著的影响。

从图4中可以看出，随着粗细集料比的增大，流值呈下降趋势。当粗细集料比从60／40到65／35时，流值下降幅度较大。当粗细集料比从65／35到80／20时，流值的下降幅度较小。这说明当粗细集料比较小时，粗细集料比的变化对流值的影响显著。

3 冻融劈裂试验结果分析

将成型标准的马歇尔试件进行冻融劈裂试验。双面击实各50次，在试验温度25℃、加载速度50mm／min条件下，采用冻融劈裂强度比对沥青混合料的水稳定性进行评价。试验结果如图5所示。

图5 不同粗细集料比冻融劈裂强度比Fig.5 The freeze－thaw cleavage strength in different coarse and fine ratio

从图5中可以看出，冻融劈裂强度比随着粗细集料体积比的增大呈现下降趋势。粗细集料比为60／40时，冻融劈裂强度比接近90%，说明其具有良好的水稳定性。粗细集料比为80／20时，冻融劈裂强度比低于75%，说明其水稳定性较差。并且粗细集料比75／25～80／20时，冻融劈裂强度比的下降幅度最大。由此表明，粗细集料比对ATB沥青混合料的水稳定性有显著的影响。其原因是水分会阻断集料与沥青间的粘附，粗细集料比过大，导致空隙率过大，致使更多的水分进入到空隙中，水分使得沥青稳定碎石的强度降低。试验结果表明，适当采用较小的粗细集料比的集料级配，降低其空隙率，对提高ATB沥青混合料的抗水损坏能力有显著作用。

4 车辙试验结果分析

本试验成型的车辙试件尺寸为300mm×300mm×100mm，车辙试验温度为60℃。试验结果如图6所示。

图6 不同粗细集料比的动稳定度Fig.6 The dynamic stability in different coarse and fine ratio

从图6中可以看出，粗细集料比从60／40到65／35时，动稳定度随之增大。其原因是当粗细集料比为60／40时，粗集料较少，使之没有形成稳定的骨架结构。粗细集料比从65／35到80／20时，动稳定度呈减小趋势。粗细集料比从75／25到80／20时，动稳定度已低于2 000次／mm。这说明粗细集料比对ATB沥青混合料的高温性能有显著的影响。其原因是随着粗细集料比的增大，粗集料过多，不易形成良好的骨架密实结构，轮压将骨料间的间隙拉大，使得骨料发生滑移，致使车辙深度加大，导致其高温稳定性降低。试验结果表明，选择合理的粗细集料比对提高混合料的高温性能有显著的影响，ATB沥青混合料的高温稳定性不仅与集料骨架有关，骨架的密实程度对其也有很大的影响。

5 小梁低温弯曲试验结果分析

低温弯曲试验采用小梁试件，小梁试件是由车辙试件切割而成的。其尺寸为250mm×30mm×35mm，跨径为200mm。为了避免小梁试件在车辙板中所处的位置不同而给试验结果带来较大的误差，取切自同一车辙板的6根小梁编为一组，在－10℃温度、加载速率为50mm／min的条件下，进行低温弯曲试验，获得试件破坏时的最大荷载和跨中挠度。根据公式计算出的弯曲梁的抗弯拉强度和最大弯拉应变分别如图7，8所示。

图7 不同粗细集料比的抗弯拉强度Fig.7 The flexural strength in different coarse and fine ratio

图8 不同粗细集料比的最大弯拉应变Fig.8 The maximum bending strain in different coarse and fine ratio

从图7中可以看出，随着粗细集料比的增大，抗弯拉强度呈减小的趋势，在粗细集料比为80／20时最小，粗细集料比的变化导致抗弯拉强度降低的幅度接近一致。这说明粗细集料比对ATB沥青混合料的抗弯拉强度有显著的影响。其原因是粗细集料比的增大会导致混合料的强度不足，抵抗弯拉作用的能力降低。从图8中可以看出，各粗细集料比的最大弯拉应变也随着粗细集料比的增大呈现下降趋势。当粗细集料比为75／25时，最大弯拉应变已低于2 000με。其原因是随着粗细集料比的增大，粗集料的增多降低了ATB沥青混合料的变形能力，使得混合料的低温稳定性能随之降低。由此可见，粗细集料比对ATB沥青混合料的低温抗裂性有显著的影响，较小的粗细集料比对提高ATB沥青混合料的低温稳定性能有显著的作用。

6 结论

1）随着粗细集料比的增大，ATB沥青混合料的毛体积相对密度呈减小趋势，空隙率随之增大，稳定度呈先增大后减小的趋势。在粗细集料比为65／35时达到峰值，流值随粗细集料比的增大而减小。

2）随着粗细集料比的增大，ATB沥青混合料的冻融劈裂强度比呈减小趋势。水稳定性在粗细集料比为60／40时最好。在粗细集料比为80／20时，水稳定性较差。

3）粗细集料比对ATB沥青混合料的高温稳定性有显著的影响。动稳定度随着粗细集料比的增大呈先增大后减小趋势。在粗细集料比为65／35时达到峰值。

4）粗细集料比对ATB沥青混合料的低温稳定性有显著的影响。抗弯拉强度和最大弯应变都随着粗细集料比的增大而减小，ATB沥青混合料的低温稳定性随之而降低。

5）根据ATB沥青混合料技术指标的要求：空隙率3%～6%，马歇尔稳定度≥7.5kN，流值15～40（0.1mm），冻融劈裂强度比≥75%，动稳定度≥1 000次／mm，最大弯拉应变≥2 000με。综合考虑各项技术指标，粗细集料比为65／35～75／25时，ATB沥青混合料能够全面满足各项技术要求。因此，建议的ATB沥青混合料粗细集料比的范围为65／35～75／25。

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