关键词：道路工程 | 集料粒径 | 级配类型 | 沥青混合料 | 路用性能

沥青混合料是由集料、填料和沥青胶结料组成的复合材料，其中集料不论在质量还是体积含量上都占据相当大的比例，对混合料性能具有较大的影响。研究表明集料在级配类型和集料粒径方面对混合料性能产生影响，其中董泽蛟［1］、郭瑞［2］、刘红瑛［3］等研究了级配、抗车辙剂、集料尺寸、设计方法、荷载压力和压实厚度对混合料高温性能的影响；张争奇［4］、刘栋［5］等通过对不同级配类型混合料进行低温弯曲试验，分析了沥青混合料低温性能的变化规律；刘智勇［6］等分析了集料粒径对混合料性能的影响；樊统江［7］、彭浩［8］、李伟［9］、申爱琴［10］等分析级配粗细、级配类型等对混合料综合性能的影响。

道路工作者在集料因素对混合料性能的影响开展了较多试验研究，取得的成果能够对提升沥青混合料性能起到指导作用。但是在集料zui大公称粒径和集料级配类型方面对混合料性能影响的对比研究不足，变化规律原因解释不够详细。因此，开展SMA－13、AC－13、AC－16 和 AC－20 型沥青混合料性能系统研究。

原材料与试验方案

原材料

研究中沥青胶结料采用 SBS 改性沥青，矿料使用石灰岩，填料使用石灰岩矿粉，木质素纤维用量为混合料质量的0.40% 。原材料检测结果如表1~表4所示，均符合研究的需求。

配合比设计

试验中矿料级配根据相关技术规范进行设计［11］，混合料合成级配表如表5所示。不同级配混合料zui佳油石比下物理指标如表6所示。

试验方案

通过开展沥青混合料路用性能试验［12］，研究沥青混合料性能随矿料zui大公称粒径、矿料级配类型的变化规律。

(1) 车辙试验

车辙试验过程能够模拟实际车轮行驶对路面造成的影响。根据相关规程，环境箱温度为60 ℃，试验使用长300 mm、宽300 mm、厚50mm 的块状试件。该试验以动稳定度作为评价抗车辙能力的指标。

(2) 小梁低温弯曲试验

低温弯曲试验能够体现低温条件下混合料的拉伸性能。根据相关规程，试验在-10℃环境箱中进行，速率为50 mm /min。试验使用长 250 mm、宽30mm、厚35mm的小梁试件，模具跨径为200mm。该试验主要以极限破坏应变作为评价混合料低温条件下抵抗开裂的指标。

(3) 浸水马歇尔试验

浸水马歇尔试验一定程度上能够体现沥青混合料抗水损坏的能力，试验采用标准马歇尔试件，试验中分别将试件浸水0.5 h、48 h，以两种情况下的稳定度的比值作为残留稳定度，并以此评价混合料水稳定性。

试验结果与讨论

不同级配沥青混合料高温性能

对不同级配混合料开展车辙试验，试验结果见图1

由图1试验结果可得，同一种级配类型沥青混合料，随着集料zui大公称粒径zeng大，沥青混合料高温稳定性逐渐提升，以AC-13型混合料试验结果为基准，AC-16型混合料动稳定度提高13%，AC-20型混合料动稳定度提高39% 。这是因为随着AC型混合料为连续级配沥青混合料，粒径大的集料被粒径小的集料和沥青胶浆分散开来，混合料中自由沥青增多便会不利于集料之间形成骨架，使沥青混合料抗变形能力降低。随着集料zui大公称粒径zeng大，沥青混合料zui佳沥青用量逐渐降低，空隙率在一定范围内适当zeng大，提高了粗集料之间接触的几率，使沥青混合料高温稳定性有所提升。在集料zui大公称粒径相同的条件下，以AC-13型混合料试验结果为基准，SMA型混合料动稳定度提高51% 。SMA型混合料具有一定的嵌挤力，也具有相当的粘聚力，因此SMA型沥青混合料具有更好的抗变形能力。

对比不同级配沥青混合料车辙试验结果可得51%＞39%＞13% ，这说明集料级配类型比集料zui大公称粒径对沥青混合料高温稳定性的影响更大。

不同级配沥青混合料低温性能

对不同级配沥青混合料开展小梁低温弯曲试验，极限破坏应变结果见图2

由图2试验结果可得，在混合料级配类型相同的前提下，混合料极限破坏应变随集料zui大公称粒径zeng大逐渐减小，以AC-13型混合料试验结果为基准，AC-16型混合料试验结果降低 8% ，AC-20型混合料试验结果降低20%。这是因为在级配类型条件相同的情况下，沥青混合料的低温抗裂性主要与沥青胶结料的用量有关。由沥青混合料马歇尔试验结果可知，沥青zui佳用量随集料zui大公称粒径zeng大有所降低。在集料zui大公称粒径相同的条件下，以AC-13型混合料试验结果为基准，SMA型沥青混合料极限破坏应变提高17% 。SMA型混合料填料含量高，沥青用量高，玛蹄脂具有更好的粘结性，因此低温条件下抗裂性能较好。

对比不同级配混合料试验结果可得20%＞17%＞8%，这说明集料级配类型与集料zui大公称粒径对沥青混合料低温抗裂性的影响相当。

不同级配沥青混合料水稳定性

对不同级配沥青混合料开展浸水马歇尔试验，试验结果见图 3

由图 3 试验结果可得，同一种级配类型沥青混合料，随着集料zui大公称粒径zeng大，混合料抗水损坏性能略有下降，但整体变化不大。这是因为混合料水稳定性主要与空隙率、集料关键筛孔通过率相关。根据以上研究可知，不同级配关键筛孔通过率差异性不大，混合料空隙率随集料zui大公称粒径zeng大相差不大，因此，沥青混合料水稳定性变化不大。在集料zui大公称粒径相同的条件下，SMA型混合料具有更低的空隙率，沥青与集料的粘结性低于玛蹄脂与集料，故SMA型混合料具有更好的水稳定性。

结论

(1) 集料zui大公称粒径zeng大，AC型混合料抗车辙性能逐渐提升，低温条件下的抗裂性逐渐降低，水稳定性略有下降但整体变化不大。

(2) SMA型混合料在高低温、水稳定性能方面均优于AC型混合料，级配对混合料性能影响主要在混合料空隙率方面体现。

(3) 对比沥青混合料整体性能可得出集料级配类型比集料zui大公称粒径对混合料性能的影响更大。

 参考文献：

［1］董泽蛟、肖桂清、龚湘兵，级配及抗车辙剂对沥青混合料抗车辙性能的影响分析［J］． 公路交通科技，2014，31( 2) : 27-31 + 46．

［2］郭瑞、洪刚、李萍等，AC-16沥青混合料高温稳定性试验［J］．长安大学学报( 自然科学版) ，2013，33( 2) :10-15．

［3］刘红瑛、戴经梁，不同级配对沥青混合料车辙性能的影响［J］．长安大学学报( 自然科学版) ，2004 ( 5) :11-15．

［4］张争奇、赵战利、张卫平，矿料级配对沥青混合料低温性能的影响［J］．长安大学学报( 自然科学版) ，2005( 2) : 1-5．

［5］刘栋、杨朝辉，AC-16 沥青混合料抗裂性能评价［J］．公路工程，2011，36( 6) : 134- 137 + 148．

［6］刘智勇、刘志远、傅燕峰，zui大公称粒径对路用性能的影响分析［J］．内蒙古公路与运输，2007( 1) : 18-21．

［7］樊统江，不同级配对沥青混合料的力学性能和路用性能的影响［J］．重庆交通学院学报，2004( 1) : 22-25．

［8］彭浩、王福成、杨涛等，矿料级配对沥青混合料路用性能影响的试验分析［J］．公路工程，2013，38 ( 2) :36-39 + 64．

［9］李伟、程培峰，级配对Superpave沥青混合料性能的影响［J］．黑龙江工程学院学报(自然科学版) ，2010，24( 3) : 17-20．

［10］申爱琴、蒋庆华、祁秀林，矿料级配对沥青混合料路用性能的影响［J］．长安大学学报(自然科学版) ，2002( 6) : 1-4．

［11］交通部公路科学研究所，JTG F40-2004 公路沥青路面施工技术规范［M］．人民交通出版社，2009: 25-35．

［12］ 交通运输部，JTG E20-2011 公路工程沥青及沥青混合料试验规程［M］．人民交通出版社，2011:186-265．

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