摘 要：

通过汉堡车辙仪对环境、级配(粗细)、木质素纤维掺量、温度进行均匀正交试验及方差 分析,检验沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)高温稳定性影响因素。结果表明,不同因素对混合料高 温性能的影响差异明显,环境>级配(粗细)>温度>木质素纤维掺量;在不同环境中,高温性能影 响强弱为水浴>空气浴;不同级配混合料中,高温性能优劣依次为粗>中>细;在高温重载条件 下,不论是在空气中还是水浴中,SMA—13均具备较好的高温稳定性;使用60 ℃ 作为评价控制温 度,在空气或水浴环境下均能较好地评价SMA—13沥青混合料的高温性能。

关键词：公路;重载交通;沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA);高温稳定性

近年来,随着交通量及车辆轴载的急剧增加,沥 青路面出现了较多不良病害沥青网sinoasphalt.com。尤其是南方地区受高 温环境作用的影响,重载高温下的沥青路面承受更 多考验。而中国应用最广泛的普通密级配沥青混合 料受级配组成理论所限,很难较好地解决这一问题。沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)是在德国浇注式沥 青砼的基础上发展而来的一种新型混合料,其主要 依靠间断级配理论和纤维沥青胶浆填充理论,近年 在湖南、江西、广西、广东等南方地区得到推广应用。但由于南方地区存在的重载交通导致SMA路面高 温稳定性较难控制。该文对环境、级配(粗细)、木质 素纤维掺量、温度等高温稳定性影响因素展开研究,   为提高SMA高温稳定性提供参考。

1 原材料性能

1. 1   沥青

采用壳牌SBS改性沥青,其性能指标达到中国I—D、SHRP PG76—22级要求(见表1) 。

1. 2   集料填料

考虑到中国严重的重载和超载情况,根据国内 大量研究成果,岩石的硬度较高或石质较好的粗集 料有利于混合料的抗车辙性能。集料采用广西贵港 辉绿岩,矿粉由石灰岩磨细而成,同时采用32. 5    MPa水泥提高集料与沥青的黏附性。各集料的技 术指标见表2、表3。

1.3   纤维

采用江苏理想环球新材料有限公司生产的絮状木质素纤维,其技术指标见表4。

1. 4   合成级配

采用SMA—13级配,通过捣实试验确定捣实 骨架间隙率VCADRC  ,然后根据设计级配选取3组不同的级配,其差异主要以4. 75 mm  筛孔通过率来 反映。合成级配见表5。

由表5 可知:3组级配通过控制4. 75 mm  筛孔 通过率来实现,填料为水泥与矿粉的混合物(水泥:矿粉=2: 7) , 控制空隙率3%~4. 5%为最佳油石比 初选依据。成型马歇尔试件进行试验,结果见表6。

由表6 可知:1#  级配(粗)、2#  级配(中)、3#  级 配(细)的最佳油石比分别为6. 5% 、6. 2% 、5. 9% 。

2 正交试验设计

通过均匀正交设计试验探讨环境、级配(粗细)、木质素纤维掺量、温度对SMA 高温稳定性的影响 程度及对应评价指标,采用德infraTest  轮碾成型 机成型试件、infraTest汉堡车辙仪进行试验。

2. 1   影响因素

油石比与级配固定对应,因此选取油石比与级 配(粗细)、木质素纤维掺量、温度(空气、水浴温度)   作为分析对象,每个因素选取3 个水平进行正交试 验(见表7) 。

2. 2   评价指标

沥青混合料高温性能的主要评价指标为马歇尔 稳定度及车辙动稳定度。考虑到欧盟EN  12697—22规范《热拌沥青混合料的轮辙试验方法》、美国 AASHTO T324—04《汉堡车辙仪规范》及中国规范 JTG E20—2011《沥青及沥青混合料试验规程》中沥 青混合料车辙试验的参数设置、条件均有所不同,主要按照欧盟EN 12697—22、美国AASHTO T324—04的试验参数及条件设置,空气浴下试验轮载使 用橡胶轮,水浴下试验轮载使用钢轮。为更好地模 拟重载交通下沥青路面的性能,荷载选为1. 4 Mpa ,高于国内规范要求0. 7  Mpa ,  加载速率均为52    次/min , 次数上限为20000次,车辙深度上限为20    mm 。以车辙变形率为评价指标,其值越小,混合料 的高温稳定性能越好。表达式如下:

3 试验结果分析

4 结论

(1)  SMA—13在高温重载条件下性能优异,同 时具有较高的行车舒适性、安全性,建议在高温、重 载及多雨地区优先作为路面级配类型使用,以达到 较好的沥青路面性能,减少养护成本。

(2)  在同一环境下,级配(粗细)是影响SMA —13高温稳定性的主要因素;温度高低对SMA — 13    高温稳定性的影响较大;木质素纤维掺量增加可改 善SMA—13的高温抗车辙性能。

(3)  在水浴中,级配(粗细)、温度、木质素纤维 掺量对SMA—13马歇尔稳定度与车辙变形率的影 响均不显著,说明在重载地区,高温与雨水是SMA    路面的主要影响因素。

(4)  在交通量较大的南方湿热地区,沥青路面 面层推荐最佳组合为A1B2, 即粗级配SMA — 13,木质素纤维掺量为0. 4% 。