马歇尔法对改性沥青混合料配合比设计适用性研究.docx

          马歇尔法对改性沥青混合料配合比设计适用性研究                    ◎文／郑国永编者按：不同的设计方法，对采用相同材料的改性沥青混合料配合比设计结果的影响很大本文分析了成型方法、压实温度对改性沥青混合料体积参数的影响，以及体积参数的测试计算方法对配合比设计参数的影响0前言近年来，改性沥青的应用越来越广泛，但是，由于改性沥青的物理力学特性、流变性能与普通沥青相比有较大的差别，如果按照常规沥青及其混合料的设计、施工方法来指导改性沥青混合料的施工应用极容易出现问题影响改性沥青混合料设计参数的因素主要有沥青混合料成型方式、成型温度以及参数的测试计算方法等本文分析了成型方法、压实温度对混合料体积参数的影响，以及体积参数的测试计算方法对配合比设计参数的影响，以此探讨改性沥青混合料的配合比设计方法1原材料性质和试验方法1.1原材料性质试验选用ESSO AH-90改性沥青和克拉玛依AH-90改性沥青，矿料级配采用Superpave-12.5和AC-131，级配组成如表1所示1.2试验方法马歇尔击实试验按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中沥青混合料试件制作方法（击实法）的步骤进行；旋转压实试验按照《Superpave水准1沥青混合料设计》中试件准备和压实的步骤进行；改性沥青混合料理论最大相对密度试验按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》…中沥青混合料理论最大相对密度试验的步骤进行。

2试验结果与讨论2.1成型方式对改性沥青混合料配合比设计的影响2.1.1 改性沥青混合料马歇尔成型按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》的要求，按表1所示的矿料级配配制混合料，成型马歇尔试件，分别测试各试件的马歇尔指标，试验结果如表2所示2.1.2改性沥青混合料旋转压实成型使用旋转压实仪（Superpave Gyratory compactor，简称SGC）按照《Superpave水准1沥青混合料设计》的步骤压实成型试件，对试件进行体积指标测试，试验结果如表3所示2.1.3试验结果对比分析马歇尔成型试件和旋转压实成型试件的体积参数比较如图1、图2所示2 1.3 1在相同油石比下，旋转压实成型试件的毛体积密度比马歇尔成型试件大0.03g/cm3以上，空隙率小0.3%～1.5%左右这说明在相同条件下，旋转压实成型比马歇尔击实成型的压实空隙率小，压实效果好这主要是由二者不同的成型机理引起的，旋转压实更有利于混合料的密实成型，且其搓揉成型方法更接近施工现场的压实情况2.1.3.2由于旋转压实成型的压实功能强，空隙率略低于马歇尔成型法，所以旋转压实成型混合料的沥青饱和度也略高于马歇尔法2.2不同压实温度对马歇尔指标的影响为了研究压实温度对改性沥青混合料马歇尔指标的影响，采用同一种沥青不同级配混合料分别在不同温度下压实成型马歇尔试件，进行马歇尔试验，试验结果如表4、表5所示。

2.2.1两种改性沥青混合料的空隙率一压实温度（如图3所示）和矿料间隙率一压实温度关系曲线（如图4所示）均出现谷值温度升高，两种改性沥青混合料的空隙率和矿料间隙率均减小，并在某一温度出现最小值，随后随温度增加两指标又逐渐增大而毛体积密度一压实温度关系曲线（如图5所示）和沥青饱和度一压实温度关系曲线（如图6所示）均有峰值，并随着温度的增加逐渐变大，在某一温度出现峰值，随后随温度增加逐渐变小SK改性沥青混合料的空隙率和矿料间隙率曲线出现谷值及毛体积密度出现峰值的压实温度在150℃左右（如图3—图5所示）2.2.2随着压实温度的变化，两种改性沥青混合料的毛体积密度、空隙率、矿料间隙率和沥青饱和度的变化各不相同不同改性沥青混合料毛体积密度随温度变化的幅度差别不大，这说明试验中的两种改性沥青混合料在实验温度范围130℃～170℃内，毛体积密度对温度不敏感；在130℃~1 70℃内，AC-131改性沥青混合料的空隙率变化量为1.3%，Superpave-，I2.5改性沥青混合料的空隙率变化量为0.7%，这说明压实温度对改性沥青混合料的空隙率影响比较显著；两种改性沥青混合料的矿料间隙率随压实温度的变化不大，这说明对不同的级配而言，压实温度对矿料间隙率的影响不同；两种改性沥青混合料沥青饱和度随着压实温度的变化差别很大，AC-131改性沥青混合料为11.3%，Superpave-12.5改性沥青混合料为3.9%，说明不同压实温度对改性沥青混合料的饱和度影响显著。

2.3体积参数的测试计算方法对马歇尔指标的影响在马歇尔设计方法中，体积参数的测试计算方法不同，会得出不同的结果，进而影响改性沥青混合料的设计结果理论最大相对密度的确定方法有实测法和计算法，不同确定方法往往会得出不同的参数结果，特别是对空隙率有较大的影响（如表6和表7所示）两种不同方法计算得出的空隙率差异比较明显，达到0.11%~2.27%由于空隙率指标对于确定最佳沥青用量至关重要，所以这种差异是不容忽视的用计算法确定最大相对理论密度时，《公路沥青路面施工技术规范》考虑了沥青吸收系数的影响，该系数与矿料的吸水率有关，而矿料对沥青的吸收系数应该与矿料岩性有关由表7的试验结果可知，玄武岩在三种矿料中是最致密的，所以对沥青的吸附最小，通过理论计算和实测得到的结果相差不大；但石灰岩表面粗糙且是碱性石料，极易吸收沥青，所以实测法和计算得到的最大理论相对密度相差最大因此，《公路沥青路面施工技术规范》对所有岩性的石料采用同样的设计参数进行混合料配合比设计的做法值得商榷3结论3.1从SGC和马歇尔成型试件的马歇尔体积参数比较来看，在相同条件下，旋转压实成型比马歇尔击实成型的压实空隙率小，压实效果好，这主要是由二者不同的成型机理引起的，旋转压实更有利于混合料的密实成型，且其搓揉成型方法更接近现场压实情况。

3.2在不同压实温度下，改性沥青混合料的压实效果不同，混合料体积参数不同，进而影响着混合料设计结果，且对不同改性沥青混合料的影响有一定差别，所以在使用马歇尔法对改性沥青混合料进行设计时，应对混合料试件的成型温度有一个明确的规定3.3《公路沥青路面施工技术规范》规定的马歇尔法虽然在理论密度测试计算中考虑了有效沥青的概念，但在马歇尔试件成型中并没有考虑沥青吸收后对混合料体积参数的影响，所以建议在马歇尔成型过程中也要增加短期老化过程，以排除矿料对沥青吸附从而对体积参数的影响3.4矿料岩性不同，不同的测试或计算最大理论相对密度的方法对改性沥青混合料体积设计参数影响非常明显，因此如何准确确定改性沥青混合料的理论最大相对密度非常重要，《公路沥青路面施工技术规范》应该进一步作出更明确的规定参考文献[1]交通部，公路工程沥青及沥青混合料试验规程[Z]北京：人民交通出版社．2000.[2]余叔藩.Superpave水准1沥青混合料设计[M]重庆：交通部重庆公路科学研究所，1 997．[3]交通部，公路沥青路面施工技术规范[Z]北京：人民交通出版社，2004.[4]余叔藩[来自wwW.L]，热拌沥青混合料材料、混合料设计与施工[M]，重庆：重庆交通科研设计院，2000．作者单位：石家庄市公路管理处勘测设计队收稿日期：2010-04-02  -全文完-。