高速公路路面施工中集料离析混合料设计和其对沥青混合料性能影响

'高速公路路面施工中集料离析混合料设计和其对沥青混合料性能影响　　摘要：依托某高速公路路面施工项目，对粗集料、细集料、矿粉与沥青结合料进行原材料试验，并结合集料离析混合料设计分析，探讨了集料离析对沥青混合料性能影响。关键词：高速公路路面施工技术；混合料设计；集料离析中图分类号：U412.36+6文献标识码：A文章编号：沥青混合料是一种由粗集料、细集料、填料和胶结料组成复合材料，沥青混合料设计的主要目的是确定使沥青混合料最大限度地发挥其结构强度的效应，粗集料、细集料、矿粉和胶结料相互配合组成比例，使之即满足一定的技术要求。但是在施工过程中容易产生沥青混合料的离析，本章以L高速公路B标中面层为例，通过室内试验分析集料离析对沥青混合料路用性能的影响关系。1依托工程概况L高速公路主线全长50.652公里，项目投资估算约26亿元，计划工期36个月。L公路设计等级为双向四车道高速公路，设计车速100公里/时，路基宽26米，路面宽21米。沥青路面结构设计为：4cmSBS改性沥青AC-13+6cmSBS改性沥青AC-20C+8cm50号A级普通沥青AC-25C+6mm6 稀浆封层+36cm水泥稳定碎石基层+20cm水泥稳定碎石底基层。路面施工时间为2011年2月10日至2011年12月15日，于2011年12月30日竣工通车。2原材料试验L高速公路B标AC-20C沥青混合料中面层集料采用X市碎石场石灰岩。依据《公路工程集料试验规程》（JTGE42－2005）的要求，对粗集料和细集料进行了常规试验。结果可知，所用集料都符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40－2004）中的技术要求。细集料的实验结果如表1所示：表1细集料的主要技术性质填料仍采用L高速公路B标生产的矿粉，沥青结合料仍采用道路石油A级70#SBS改性沥青，各项指标均满足技术要求。3集料离析混合料设计3.1试验级配设计在施工实践中发现，沥青混合料不仅发生粗集料的离析，细集料的离析也同样发生。因此，本文设计了7种试验所用混合料的级配组成，见图1，其中A代表标准级配，B1，B2和B3依次代表轻度、中度和严重的细集料离析混合料；C1，C2和C3依次代表轻度、中度和严重的粗集料离析混合料。图1混合料的级配合成图6 3.2沥青用量的确定将集料逐级筛分用以回配各离析级配混合料，测定各档集料的毛体积相对密度和表观相对密度。在路面施工过程中，沥青混合料主要在装料、卸料和摊铺等运动状态下发生集料离析，由于沥青膜较薄，当发生粗、细集料离析时，集料颗粒表面所吸附的沥青变化较小。因此，假设当混合料发生集料离析后，集料颗粒表面的沥青膜有效厚度DA()按式（1）计算。根据这个假设，计算各个离析混合料中的沥青用量，表2为求得各级配的油石比。表2各级配的油石比（1）——有效沥青含量，%；——沥青含量，%；——各种矿料占沥青混合料总质量的百分率之和，%；SA-集料的比表面积，m2/kg。4集料离析对沥青混合料性能影响4.1集料离析对沥青混合料试件体积参数的影响根据所确定的沥青混合料合成级配和最佳油石配进行马歇尔试验，试验结果见表5。表5混合料的体积参数6 从上表的试验结果可知：在集料发生粗、细集料严重离析的两个极端情况下，同类型沥青混合料的空隙率从9.9%降到1.3%，差值达到8.6％，沥青饱和度从38.1%增大到90.2%，差值52.1％，因此沥青混合料的使用性能必将受到显著的影响。4.2集料离析对沥青混合料路用性能的影响4.2.1车辙试验图2混合料车辙试验结果分布情况从图2的车辙试验结果中可以得出以下结论：1）当沥青混合料发生粗集料离析时，混合料的动稳定度基本一致，相差不大，高温稳定性没有受到显著的影响。虽然混合料的空隙率较大，但由于含有较多的粗集料，能够形成骨架，导致沥青混合料的抗车辙能力的增加。因此，粗集料离析并没有降低混合料的高温性能。2）当沥青混合料发生细集料离析时，混合料的动稳定度随着离析的程度的增加而降低，同时车辙试件的变形数值也随着增大。这是由于当混合料发生细集料离析时，混合料中所含的细集料较多，而粗集料较少，没有形成骨架。因此，当沥青混合料发生集料离析时，路面车辙损坏将较多的发生在细集料离析的区域。4.2.2浸水马歇尔试验6 图3混合料浸水马歇尔试验结果分布情况从试验结果中可以得出以下结论：1）当混合料发生粗集料离析时，混合料的马歇尔稳定度有所减小，并且残留稳定度随着离析程度的增加而减小。这是由于当混合料发生粗集料离析时，其空隙率将显著增大，在沥青膜厚度相同的情况下，水对沥青膜的剥落作用增大，从而降低了沥青混合料的水稳定性。2）当混合料发生细集料离析时，混合料的马歇尔稳定度有所增大，残留稳定度也增大，但三者的数值相差不大。5结束语（1）混合料试件的空隙率随着粗集料离析程度的增加而减小，随着细集料离析程度的增加则增大，严重粗、细集料离析时混合料的空隙率相差达到8.6％，而二者的饱和度相差也达到52.0%，因此这必将严重影响沥青混合料的路用性能。（2）通过试验结果分析来看，沥青混合料高温稳定性受细集料离析的影响较大，在发生细集料离析的区域容易出现路面车辙损坏现象，而粗集料离析对其影响较小。这是由于发生细集料离析时，混合料的粗集料含量较少，不能形成骨架作用，压实空隙率过小，导致混合料的抗车辙能力降低。6 (3)当沥青混合料发生粗集料离析时，由于其空隙增大，渗水性和吸水性随着提高，导致混合料的水稳定性大幅度下降，路面容易发生水损害。参考文献[1]沈金安.沥青与沥青混合料路用性能[M].北京：人民交通出版社，[2]200l中华人民共和国行业标准.公路沥青路面施工技术规范（JTGF40-2004）[S].北京：人民交通出版社，2005[3]郝培文主编.沥青及沥青混合料[M].北京：人民交通出版社，2009：4-226'