關鍵詞：道路工程 | 高模量瀝青混合料 | 礦料級配 | 力學性能 | 動態(tài)模量 | 疲勞性能

瀝青混合料由礦料與瀝青兩種材料組成，礦料級配對瀝青混合料性能的影響不言而喻。目前國內(nèi)外關于礦料級配設計理論的研究較多，如zui大密度線理論、粒子干涉理論、計算法、骨架嵌擠理論、體積設計法等，但這些理論本質(zhì)上是相通或類似的，即只有zui大程度的減小粒子干涉效應才能達到zui大密度，才能形成穩(wěn)定的骨架嵌擠結(jié)構(gòu)。

相對于目前常用的各種瀝青混合料而言，EME在更大的程度上依靠瀝青膠結(jié)料來提高強度和性能，多采用低針入度的硬質(zhì)瀝青或在混合料中加入外摻劑。正因為瀝青的性能發(fā)生了顯著改變，因此EME對級配的要求相對寬松。本文采用針入度為30(0.1mm)的低標號瀝青，對比了國內(nèi)常用的幾種典型級配混合料的力學性能，分析礦料級配對混合料動態(tài)模量和抗疲勞性能的影響。

礦料級配

EME級配要求

法國EME更傾向于采用連續(xù)級配，且要求在對數(shù)坐標系下為光滑的曲線，但其標準中并沒有對瀝青混合料礦料級配曲線(顆粒分布曲線)的規(guī)定，僅對0. 063mm、2mm、4mm及6mm篩孔的通過率進行了規(guī)定。這些規(guī)定并不能直接用于我國現(xiàn)行的瀝青混合料設計體系中。我國規(guī)范中集料公稱zui大粒徑(NMPS)指集料可能全部通過或允許有少量不通過(篩余≤10%)的zui小標準篩篩孔尺寸，通常比集料zui大粒徑小一個粒級；法國標準中采用的集料zui大粒徑D指滿足2D尺寸篩孔的集料通過率為100%，1.4D尺寸篩孔集料通過率為98%~100%，D尺寸篩孔集料通過率為85%～98%的篩孔尺寸。法國標準中EME的關鍵篩孔通過率范圍見表1。

從表1數(shù)據(jù)可見，法國標準建議的EME級配控制范圍較我國規(guī)范更窄一些，關鍵篩孔目標通過率較我國常用的控制值高，也就是說法國標準高模量瀝青混合料所采用的礦料級配總體上偏細。圖1為法國標準中EME20級配控制范圍與我國規(guī)范中AC20瀝青混合料級配范圍中值曲線在對數(shù)坐標曲線下的對比，其中AC20級配各篩孔的中值通過率按照內(nèi)插法換算到法國標準篩孔體系下。從圖中可以看出，我國規(guī)范所采用的級配與法國標準控制的級配存在較大區(qū)別，同時我國規(guī)范中的級配控制范圍中值在對數(shù)坐標體系下存在駝峰，與法國標準連續(xù)光滑級配曲線的要求相悖。

典型礦料級配

選取的4種典型級配，包括河北GTM試驗方法采用的級配、superpave級配、SAC級配及采用貝雷法設計的礦料級配，集料zui大公稱粒徑均為20mm。其中，貝雷法設計的級配無級配范圍的概念，因此先將前3種級配的級配范圍繪制在一起進行對比，其中SAC20級配的上限及下限分別取其級配中4.75mm篩孔通過率為40%及30%的級配曲線，對比結(jié)果見圖2。

從圖2可見，GTM20與SUP20級配范圍的差異較小，兩者的上限除1.18mm、0.6mm及0.075mm篩孔的通過率存在2%~3%的差別外，其它各篩孔通過率zui大相差1%，而兩者的級配范圍下限除19.0mm篩孔通過率存在5%的差別外，其它各篩孔的通過率相差均在1%~2%，但在0.3mm及以下篩孔，GTM20級配要求的通過均高于SUP20級配2%?？傮w而言，兩者級配范圍相差較大的點出現(xiàn)在19.0mm篩孔及super-pave級配范圍的限制區(qū)內(nèi)。

SAC20的級配范圍與GTM20及SUP20相比則存在顯著不同。首先，其上下限之間的范圍相對較小，特別是其上下限端部兩篩孔的通過率相等，使得其整個級配范圍形成閉合;其次，SAC20的級配整體更粗一些，尤其在9.5mm及以下篩孔，其上限靠近GTM及SUP級配的中值及下限，而其下限在2.36~9.5mm篩孔范圍內(nèi)均在GTM及SUP級配范圍的下限之外，但下限的兩端又均在另外兩者的范圍之內(nèi)?？傮w而言，SAC級配的中間部分篩孔偏粗，而較大篩孔部分偏細，較細篩孔部分通過率適中。

在上述級配范圍的基礎上，結(jié)合各級配的應用經(jīng)驗和所采用集料的具體情況，分別確定了EME20、GTM20、SUP20及SAC20的級配曲線，另外采用貝雷法確定了BAL20級配曲線，5條級配曲線的對比見圖3。

從圖中可見，5條級配曲線的主要區(qū)別在于中間篩孔的通過率不同，相比之下，5種級配由細到粗的排序為EME→GTM→SUP→BAL→SAC，相應的4.75mm篩孔的通過率由大到小分別為52.8%、44.5%、41.2%、37.5%及35.4%，粗集料含量zui大差值為17.4%。

表2為EME20及4種典型級配各篩孔的質(zhì)量通過百分率，從數(shù)值上看，GTM、SUP、SAC及BAL4種級配0.075mm篩孔的通過率基本相當，zui大差值為0.6%，而EME級配0.075mm篩孔的通過率較高，達到7.3%，5種級配2.36~4.75mm檔集料的含量分別為19.1%，13.3%、12.5%、9.6%及11.5%，zui大差值為9.5%?？傮w上4種典型級配細集料部分的相差不是太明顯，而EME級配細集料含量稍多，在4.75mm篩孔以下明顯偏細。

試驗結(jié)果

配合比設計

在級配確定的基礎上，采用30號瀝青，依據(jù)已有配合比設計數(shù)據(jù)確定混合料的油石比，EME級配的油石比為4.8%，GTM、SUP及BAL3種級配均為4.5%，SAC級配為4.2%，相應的瀝青膜厚度分別為EME7.52μm、GTM8.39μm、SUP8.45μm、BAL8.51μm、SAC8.58μm，粉膠比分別為1.52、1.29、1.33、1.31及1.36。

確定配合比后，制備1500px×1000px×325px的大塊試件，切割為上底寬25mm、下底寬70mm、高250mm、厚25mm的梯形試件進行試驗，梯形試件的體積孔隙率均在2%～3%，無顯著差異。

動態(tài)模量

參照EN12697－26中梯形試件兩點彎曲的試驗方法進行動態(tài)模量測試，測試的溫度為15℃，共采用40Hz、30Hz、20Hz、10Hz等4個加載頻率，采用4個試件進行平行試驗。不同頻率下的模量及相位角測試結(jié)果見表3、圖4、圖5所示。

由試驗結(jié)果可見，級配對混合料的模量有一定影響，EME及GTM級配混合料的模量相對于其它3種級配較高，平均提高約8%；而superpave、SAC及貝雷法3種級配混合料的模量相差不大，均在同一水平，相比之下采用較小油石比的SAC級配混合料模量略高。整體上從級配分析可見，級配組成中細集料含量高有利于提高混合料的彎拉動態(tài)模量，這可能與偏細的級配具有相對較大的比表面積有關。EME級配的模量略低于GTM級配或與其瀝青膜厚度較小有關。

從相位角的對比上看，EME、GTM與SAC級配混合料在不同頻率下的相位角基本一致，而superpave級配混合料與貝雷法級配混合料在不同頻率下的相位角基本一致，說明相應級配混合料的粘彈特性比較接近。

疲勞性能

參照EN12697-24中梯形試件兩點彎曲的試驗方法進行疲勞性能測試，梯形試件尺寸與模量測試采用的試件尺寸相同。疲勞試驗的溫度為10℃，采用25Hz的加載頻率。疲勞試驗的失效標準為初始模量衰減50%。每種級配均采用3個應變控制水平，每水平6個平行試件，不同級配混合料的疲勞試驗結(jié)果見表4所示。

從表4疲勞試驗結(jié)果可見，依然是級配越連續(xù)、細集料含量越多的混合料抗疲勞性能越好，其中在130με水平下，GTM級配混合料的疲勞壽命達到SAC及貝雷級配的2倍以上，較superpave級配提高25%以上，而EME級配混合料雖然瀝青膜厚度小于GTM級配，但其細集料含量相對更高，因此疲勞壽命較GTM級配仍提高近40%，這或與其比表面積更大有關。

圖6、圖7分別為5種混合料疲勞曲線及130με水平下加載力的衰減曲線，從加載力的衰減曲線看，連續(xù)性越好、細集料含量越多，疲勞加載過程中平穩(wěn)階段的加載力(模量)衰減速率也越小，平穩(wěn)階段相對越長。

結(jié)論

本文中5種級配混合料的兩點彎曲動態(tài)模量及疲勞試驗結(jié)果表明：

(1)相同瀝青用量條件下級配越連續(xù)、細集料含量越多越有利于提高混合料的兩點彎曲動態(tài)模量及抗疲勞性能。

(2)級配對混合料動態(tài)模量的影響程度總體上并不顯著，在瀝青及用量不變的條件下，調(diào)整級配對混合料模量的影響程度不超過10%。

(3)調(diào)整級配，增加細集料的用量可顯著提高混合料的疲勞壽命，提高幅度在20%以上。

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全文完? 發(fā)布于《道路工程》2018年第2期? ?

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