沥青混合料路用性能影响因素

1、广西南友公路沥青混合料路用性能的影响因素与试验分析二航局四公司 汪继平摘 要：据南友高速公路沿线的气候、水文地质等情况分析影响沥青混合料路用性能的主要因素，根据 矿料级配试验研究的成果，提出采取的级配范围。关键词：沥青混合料路用性能影响因素改善措施级配试验1工程概况国道主干线衡阳-昆明公路支线南宁至友谊关公路主线全长179.19km，联线长41.848km， 为广西首条采用全沥青路面的高速公路，工程于2003年底开工，要求2005年10月1日前竣工 通车。南友公路位于北回归线以南，属亚热带季风气候，年平均降雨量1400mm以上，年平均日照 1700h以上，年平均气温2122.1T，年无霜期35

2、2d，年平均蒸发量1350mm。根据沿线的气象 条件，按文献1，南友路属于东南湿热区中的华南沿海台风区（VI7）；按照文献2附录A的 沥青路面施工气候分区，广西属于热区，最低月平均气温0C，另外根据广西南宁地区的降雨 量1000mm，属于多雨潮湿地区。根据文献3的沥青路用性能气候分区，广西南宁地区属夏炎 热冬温区1-4区。在这样的气候条件下，高温、降雨以及重车渠化等将是影响沥青混合料路用性能的主要因 素，沥青混合料需着重考虑高温稳定性、水稳性、耐久性以及面层的抗滑性能。下面就影响沥 青混合料路用性能的主要因素结合南友公路的特点作出级配的试验研究，并提出一些建议和改 善措施，为沥青面层的施工提供

3、参考。2沥青混合料路用性能的影响因素2.1沥青混合料沥青混合料是用具有一定粘度和适当用量的沥青材料与一定级配的矿质集料经过充分拌和 而形成的混合物。其路用性能主要有：高温稳定性、水稳定性、抗疲劳性能、耐久性、低温抗 开裂性能、表面特性。影响沥青混合料路用性能的因素是多方面的，其中矿料的级配组成较为关键，从使用性能 上来说，骨架密实结构是最理想的级配组成。2.2.影响沥青混合料路用性能的主要因素2.2.1集料级配沥青混合料高温稳定性的形成机理来源于沥青结合料的高温粘性和矿料级配的嵌挤作用， 提高矿料的嵌挤作用是改善沥青混合料高温稳定性的主要途径。综合集料级配对沥青混合料高温稳定性、水稳性、耐久性

4、、抗疲劳性的影响，从而找出适合南友公路的合适级配，南友公路与长沙理工大学对几种级配进行了试验研究，现将各种矿料 的级配列表如表1。沥青混合料矿料级配范围表1孔径(m)31_5_26.519_1613295475_2361180.60.30.15CW75表面1H艮1001007540312420171510SAC-13下限1009560302216121086表面1H艮100100856850382820158DC-13下限906838241510754中1H艮1001009281664935221714118AC-20J下限100958068513623149654中1H艮1001009077

5、603428232016129SAC-20下限9578654725181310765卜面层上限 10010093817059402718141197AC-25J 下限10095816958473019116543卜面层上限 100100837667553729231815129SAC25 下限90_706355_44271914_10_7_5_4试验在同一原材料下进行的对比试验，米用茂名产道路重交通沥青AH-70和SBS改性沥青 (I-D),中下面层采用C4合同段加工生产的石灰质矿料，表面层采用业主生产的英安岩矿料，矿粉则米用湖南长沙生产的石灰石矿粉。通过对表1各种级配的试验确定南友公路沥青混

6、合料 的矿料级配范围，同时研究在各种级配情况下混合料的其它性能是否满足南友公路的建设要求， 级配的试验研究针对了南友公路的气候条件、交通渠化等不利因素重点考虑了混合料的热稳定性和水稳定性，以满足该两项指标的级配做为南友公路沥青混合料的设计级配。下面将沥青混合料马歇尔试件试验结果列表说明。(1)表面层试验研究结果见下表25。SBS试件指标测试汇总表(SAC-13 上限)表2油石比(%)体积指标4.04-4.6：4.9矿料全体的相对密度r2.4852.4852.4852.485试件的理论最大相对密度rt2.3572.3482.3402.331试件的毛体积密度如g/cm2.1852.1902.202

7、2.220矿料间隙率(VMA) (%)15.415.515.314.8试件的空隙率匕(%)7.38.85.94.8沥青体积率vb (%)8.28. 89.410.1沥青饱和度VFA(%)_52.8_56.561_67.8_SBS试件指标测试汇总表(SAC-13下限)表3油石比(%)体积指标4 04 34.64 9矿料全体的相对密度r2.5242.5242.5242.524试件的理论最大相对密度rt2.391.3822.3732.364试件的毛体积密度、，g/cm2.1572.1622.1702.181矿料间隙率(VMA) (%)17.817.917.817.7试件的空隙率匕(%)9.89.28

8、.57.8沥青体积率vb (%)8.18. 79.39.9沥青饱和度VFA(%)45.248.452.156SBS试件指标测试汇总表(SAC-13中值)表4体积指标油石比-.04.64.9矿料全体的相对密度r2.5032.5032.5032.503试件的理论最大相对密度rt2.3732.3642.3552.347试件的毛体积密度、，g/cm2.1832.1932.1742.184矿料间隙率(VMA) (%)16.216.017.016.9试件的空隙率匕(%)8.07.27.77.0沥青体积率vb (%)8.28. 89.39.9沥青饱和度VFA(%)50 454_8_54_8_58 8SBS试

9、件指标测试汇总表(DAC-13下限)表5体积指标油石比(%)43_464.952矿料全体的相对密度r2.4872.4872.4872.487试件的理论最大相对密度rt2.3502.3422.3332.325试件的毛体积密度如g/cm2.2242.2232.2392.249矿料间隙率(VMA) (%)14.314.614.214.1试件的空隙率七(%)5.45.14.03.3沥青体积率vb (%)8.99.510.210.8沥青饱和度VFA(%)62.465.271.576.8马歇尔稳定度(KN)11.9711.8711.9010.90马歇尔流值(0.1mi)41.8735.0340.0741.

10、17马歇尔试验试件体积指标试验结果表明：SAC-13三条级配曲线在可接受的油石比条件下， 试件的空隙率明显偏大，不能满足密级配混合料4%的空隙率要求，只有DAC-13级配范围下限 沥青混合料马歇尔试件体积指标在可接受的油石比条件下满足设计要求，最佳油石比4.9%，设 计空隙率4%，混合料毛体积密度为2.239g/cm3。根据马歇尔试验结果所确定的油石比对DAC-13 级配范围下限的沥青混合料按文献4检验其高温稳定性，DAC-13下限沥青混合料车辙试验结 果见表6。表面层试验确定的DAC-13级配下限的水稳性检验列表如表7，试验采用美国ASTM T283 LOTTMAN冻融劈裂试验，按7%试件空

11、隙率的击实次数成型冻融劈裂试件。DAC-13下限车辙试验结果 表6高温指标动稳定度1500次变形量3000次变形量(次/mm)(mm)(mm)改性沥青表面层3000 次/mm47281.2671.587DAC-13下限冻融劈裂试验结果表7E,、顿冻融劈裂强度未冻融劈裂强度冻融劈裂强度比技术指标,、,、(MEa)(MEa)(%)改性沥青面层=80%0.46802193试验结果表明,DAC-13级配下限的沥青混合料高温稳定性与水稳性均能满足规范要求，矿 料由业主统一加工生产，试验具有一定的代表性，因此建议南友公路沥青表面层采用DAC-13 级配的下限进行混合料配合比设计。中面层试验研究结果见表81

12、3。AH-70试件指标测试汇总表(SAC-20 上限)表8体积指标油石比(%)44.64.955_矿料全体的相对密度r2.7872.7872.7872.7872.787试件的理论最大相对密度rt 2.6042.5932.5822.5712.560试件的毛体积密度孔，g/cm 2.465 2.4872.4802.4902.492矿料间隙率(VMA) (%)15.214.715.215.115.3试件的空隙率匕(%)5.34.14.03.12.6沥青体积率vb (%)9.910.611.212.012.7沥青饱和度VFA(%)64.872.273.979.282.6马歇尔稳定度(KN)14.391

13、4.7111.5810.799.89马歇尔流值(0.1ml)42.5048.0035.0345.0754.93毛体积密度2.480g/cm3。SAC-20上限设计空隙率4%,最佳油石比4.9%, AH-70试件指标测试汇总表(SAC-20中值)表9毛体积密度2.480g/cm3。体积指标油石比(%)体积指标油石比(%)_0_.6_49_52矿料全体的相对密度r2.7542.7542.7542.7542.754试件的理论最大相对密度rt2.5882.5772.5662.5552.544试件的毛体积密度孔，g/cm 2.4552.4762.4852.4982.477矿料间隙率(VMA) (%)14

14、.313.813.713.514.5试件的空隙率七(%)5.23.93.02.12.5沥青体积率vb (%)9.19.910.311.011.5沥青饱和度VFA(%)64.071.677.183.581.7马歇尔稳定度(KN)15.7512.799.9711.358.88马歇尔流值(0 1mm)316_40 246 0045 3736 03SAC-20中值设计空隙率4%,最佳油石比4.3%,AH-70试件指标测试汇总表(SAC-20 下限)表10油石比(%)体积指标-4.Q4.64.95.2矿料全体的相对密度r2.7702.7702.7702.7702.770试件的理论最大相对密度rt2.60

15、12.5902.5792.5682.557试件的毛体积密度、，g/cm2.4282.4662.4802.4622.476矿料间隙率(VMA) (%)15.214.614.415.315.0试件的空隙率七(%)6.64.83.84.13.2沥青体积率Vb (%)8.69.810.611.211.8沥青饱和度VFA(%)59.067.373.473.078.8马歇尔稳定度(KN)10.8310.8210.7410.889.44马歇尔流值1mm43 5737 8337 9350 2340 20SAC-20下限设计空隙率4%,最佳油石比4.5%,SAC-20中面层车辙试验结果表11毛体积密度2.476

16、g/cm3。毛体积密度2.476g/cm3。级配类型动稳定度(次/mm)1500次变形量(mm)3000次变形量(mm)SAC-20上限14532.5663.599SAC-20中值23671.9902.674SAC-20下限21371.9692.676技术指标(60C0 7MP):木1200次/mm中面层SAC-20冻融劈裂试验结果表12级配类型冻融劈裂强度(MPa)未冻融劈裂强度(MEa)TSRSAC-20中值0.5290.69676%技术指标TSR不低于70%根据马歇尔试验结果所确定的油石比和毛体积密度，按文献4分别对SAC-20级配的上中 下限进行动稳定度检验，检验结果见表11。通过马歇

17、尔试验与动稳定度检验，可以判断中面层SAC-20的级配中值有较小的沥青含量、 较高的强度与动稳定度，优先选用级配中值进行水稳性检验，采用美国ASTM T283 LOTTMAN 冻融劈裂试验，按7%试件空隙率的击实次数成型冻融劈裂试件。试验结果见表12。南友公路在2003年委托长沙理工大学就表1中的中面层AC-20J建议级配做了沥青混合料 的性能试验，试验用料基本同以上业主提供的沥青和矿料，现将结果列表与SAC-20级配试验结 果对比，以便施工参考使用。级配混合料性能试验对比表13物理力学指标SA试件毛体积密度（g/cm3）C-20级配中值2.476LAC-20J级配中值2.426空隙率（%）3

18、.93.98最佳油石比（%）4.34.6矿料间隙率（%）13.813.8沥青饱和度（%）71.671.1稳定度（KN）12.7910.34流值（0.1mm40.236.8动稳定度（次/mm）23671292冻融劈猎强度比（）7686.对比试验结果可以分析，AC-20J的动稳定度仅为1292次/mm，而SAC-20级配则有较高的动稳定度和较合适的油石比。AC-20J级配虽有较高的粗集料通过量，但没有相应限制细集料的含量，结构组成上仍是密实悬浮结构。通过对比，建议南友公路的中面层米用SAC-20的矿料级配作为实际控制级配，以获取较好的热稳定性和耐久性。（3）下面层试验研究结果见表1419。AH-7

19、0试件指标测试汇总表（SAC-25 上限）表14体积指标油石比（%）4 04.64 9_5 2矿料全体的相对密度r2.7762.7762.7762.7762.776试件的理论最大相对密度rt 2.6062.5952.5842.5722.562试件的毛体积密度孔，g/cm 2.4442.4832.4912.4862.474矿料间隙率（VMA） （%）15.314.214.214.615.3试件的空隙率va （%）6.24.33.63.43.4沥青体积率匕（%）9.19.910.611.211.9沥青饱和度VFA（%）59.569.874.677.177.5马歇尔稳定度（KN）11.8512.73

20、10.9210.0110.58马歇尔流值（0 1mm）_50 533 341 50_48 7_52 1SAC-25上限设计空隙率4.0%，最佳油石比4.5%，毛体积密度2.487g/cm3。AH-70试件指标测试汇总表（SAC-25中值）表15体积指标油石比（%）4.04.34.64.95.2矿料全体的相对密度r2.7702.7702.7702.7702.770试件的理论最大相对密度rt 2.6022.5902.5792.5682.557试件的毛体积密度、，g/cm 2.4392.4672.4952.4952.483矿料间隙率（VMA）（%）15.414.613.914.114.8试件的空隙率

21、Va（%）6.34.73.32.92.9沥青体积率V（%） b9.59.810.211.812.5沥青饱和度VFA（%）59.167.576.579.880.4马歇尔稳定度（KN）11.3711.269.5610.559.67马歇尔流值（0532.57_4138.8351.7743.57SAC-25中值设计空隙率3.8%，最佳油石比4.5%，毛体积密度2.485g/cm3。AH-70试件指标测试汇总表（SAC-25下限）表16体积指标油石比(%)4.0_44.6-4.95.2矿料全体的相对密度rm 2.7722.7722.7722.7722.772试件的理论最大相对密度rt 2.601 2.5

22、90 2.5782.5672.557试件的毛体积密度r，g/cm 2.431 2.486 2.4972.4902.482矿料间隙率（VMA）（%）15.613.913.814.314.8试件的空隙率Va（%）6.54.03.63.02.9沥青体积率匕（%）9.19.910.211.311.9沥青饱和度VFA（%）58.271.374.979.180.3马歇尔稳定度（KN）9.6313.0510.929.968.30马歇尔流值（0 1 m57 6047 8745 0744 80_39 07SAC-25下限设计空隙率4.0%，最佳油石比4.3%，毛体积密度2.486g/cm3。SAC-25下面层车

23、辙试验结果表17级配类型动稳定度1500次变形量3000次变形量(次/mm)(mm)(mm)SAC-25上限24232.1372.903SAC-25中值18752.5483.365SAC-25下限30121.5542.055技术指标（600 7州？）.七1200/mm根据马歇尔试验结果所确定的油石比和毛体积密度，按文献4分别对SAC-25级配的上中下限进行动稳定度检验，检验结果见表17。通过马歇尔试验与动稳定度检验，可以判断下面层SAC-25的级配上限有较高的稳定度与相 对较小流值，优先选用级配上限进行水稳性检验，按7%试件空隙率的击实次数成型冻融劈裂试 件。试验结果见表18。SAC-25下面

24、层冻融劈裂试验结果表18级配类型冻融劈裂强度未冻融劈裂强度TSR（MPa）（MPa）SAC-25上 限0.5120.68475%技术指标:TSR不低于70%采用美国ASTM T283 LOTTMAN冻融劈裂试验方法。级配混合料性能试验对比表19物理力学指标SAC级配上限AC-25级配中值试件毛体积密度g/cm3）2.4872.410空隙率）4.04.17最佳油石比（）4.54.5矿料间隙率（）14.314.33沥青饱和度（）72.570.9稳定度KN）11.359.16流值（0.1mm）39.536.8动稳定度（次mm）24231225冻融劈猎强度比%0757现将下面层SAC-25级配与AC-

25、25J建议级配的沥青混合料性能试验结果列表如表19,对比 分析适合南友公路建设情况的合适级配，供施工时参考使用。对比试验说明，在同样的油石比条件下，SAC-25级配较AC-25J建议级配有着较高的动稳 定度和稳定度，同中面层试验结果有着相似的地方，推荐在实际施工时，下面层按SAC-25级配 进行配合比设计和控制。影响沥青混合料热稳定性的其它因素还有：集料的颗粒形状、沥青的品种、混合料空隙率、 环境因素。2.2.2水稳定性影响沥青混合料水稳定性的因素有：集料性质的影响、沥青性质的影响、混合料类型的影 响、施工碾压的影响、离析和不均匀的影响、路面排水的影响。2.2.3疲劳性影响沥青混合料疲劳性能的

26、因素主要有：荷载条件、材料性质、环境条件。这些影响因素 与混合料的疲劳性能和劲度关系如表20所示。影响沥青混合料劲度和疲劳性能的因素表20疲劳寿命因素因素的改变劲度控制应力加载模式控制应变加载模式荷载加甾速率增增增减加甾时间增减减增材料沥青含量增有最佳值有最佳值增性质沥青针入度增减减增和组集料表面特性增加粗糙度和棱角增增减成集料级配由开式到闭式增增影响可忽略空隙率增减减减环境温度增减减增从表中可以看出，影响沥青混合料疲劳寿命的因素是多方面的，应综合考虑。2.2.4耐久性耐久性即沥青混合料的抗老化性能。沥青路面在铺筑时受加热作用，建成后受自然因素和 交通荷载的作用，沥青的技术性质发生不可逆的变化

27、即沥青的老化，受沥青老化的影响，路面 沥青混合料的物理力学性能随着时间的推移逐年降低，直至满足不了交通荷载的要求而发生劣 化。2.2.5表面特性沥青路面铺筑后所应具有的抗滑性能、吸收噪声的能力和反光特性构成了沥青混合料的表 面特性。而影响这些特性的因素主要是混合料的组成结构所构成的表面宏观构造。3结束语针对影响沥青混合料的性质结合南友公路的实际情况和矿料级配的试验研究成果，建议南 友公路沥青路面应采用的混合料级配类型。尤其针对南友公路的高温、多雨的情况，应重点提 高混合料的热稳定性和水稳定性。结合南友公路的情况，施工应从以下几方面控制，供参考。（1）择优质的重交通道路沥青材料，薄膜加热试验是模

28、仿沥青在施工中短期老化较方便的 试验方法，其试验指标应满足文献2中重交通道路石油沥青技术要求，SBS改性沥青应满足文 献3中的聚合物改性沥青技术要求。（2）合理地进行混合料设计，采用密实式沥青混合料，降低空隙率，减轻沥青的氧化和剥 落。在保证沥青混合料具有足够热稳定性的条件下，适当增加沥青用量，增厚集料颗粒表面的 沥青膜厚度，能提高混合料的耐久性。（3）使用适当的外掺剂，在沥青中掺加橡胶、碳黑或消石灰粉可以提高沥青混合料的耐久 性。建议南友公路在混合料中填加不超过矿料总量2%的消石粉，既可以提高水稳定性，也能提 高耐久性。（4）提高施工质量，加强路面养护。混合料拌和过程中严格控制沥青的加热温度，最高不 得超过170C，混合料在储存仓中不能存放时间过长，改性沥青应随拌随用，另外必须保证足 够的压