油石比对沥青混合料水稳定性的影响

　　摘要：水损害己经成为我国高等级公路沥青路面的主要病害之一，也是导致我国高速公路沥青路面早期损坏的主要原因。导致沥青混合料水损坏的原因有很多，本文通过油石比的变化，采用间接拉伸试验模拟沥青膜从集料－结合料界面上的撕裂剥离过程，以冻融劈裂试验的残余劈裂强度比来研究沥青混合料的水损害。
　　关键词：沥青混合料，油石比，冻融劈裂，水损害
　　
　　前言
　　沥青路面水损害的模式主要有六种形式分别是：①沥青膜移动；②沥青膜分离；③起泡；④沥青膜破裂；⑤粘结层的破坏；⑥孔隙动水压力及水力冲刷等，导致了沥青路面表面层产生坑洞、表面层和中面层同时产生坑洞以及局部表面产生变形、网裂、卿浆以及坑洞等各种破坏[1]。沥青路面的水损害可以从两个层面进行理解：一是均质沥青胶结料容易从集料表面剥落；另一方面由于车轮荷载产生的水力冲刷作用，使得集料之间丧失粘结力，并加速了沥青膜逐渐从集料表面剥离，从而导致路面发生破坏[2]。二是沥青路面在水分存在的情况下，经过温度胀缩和交通荷载的反复作用，水分逐步浸入到沥青胶结料的内部或沥青与集料的界面上，前者使沥青结合料对集料的粘附性下降，后者使沥青结合料变软，同时自身粘聚力降低，本文采用《公路工程沥青及沥青混合料规程》(JTJ052-2000)[3]中冻融劈裂试验方法来研究沥青混合料的水稳定性能。
　　一油石比与水损害原理
　　通常认为，沥青混合料中的沥青膜越厚，沥青混合料越偏于弹性，耐久性更好；反之沥青膜越薄，沥青混合料就会越脆，越易产生开裂和剥落，沥青混凝土一般要求沥青膜厚在6～8μm[4]。油石比较大，过多的沥青导致自由沥青胶浆过多，集料表面除了自由沥青外还有较厚的自由沥青胶浆，其强度下降；油石比较小时，沥青胶浆不足以包裹集料表面，降低沥青混合料的耐久性以及水稳性；通过改变油石比可以调节集料表面的自由沥青数量，来增强粘聚力进而提高其结构强度。因此，本课题选取4.6%、5.0%和5.4%三种油石比，来研究油石比的不同对沥青混合料的水稳定性的影响。
　　二矿料技术指标及测定
　　沥青混合料结合料采用表SBS-70#重交通改性沥青，其指标见表1：
　　表1：SBS-70#重交通改性沥青性质
　　技术指标 试验结果 技术要求
　　针入度(25℃、100g、5s）（0.1mm） 74 60～80
　　软化点（环球法）（℃） 79 ≥55
　　延度（5℃、5cm/min)（cm） 55 ≥30
　　试验矿料采用石灰岩，其中粗集料试验结果及技术要求见表2：
　　表2集料指标
　　试验项目 石灰岩 中、下面层技术要求 试验方法
　　压碎值 16.3 不大于(%) 28 T0316
　　洛杉矶磨耗损失 19.9 不大于(%) 30 T0317
　　视密度 2.705 不小于g/cm3 2.5 T0304
　　吸水率 0.3 不大于(%) 3 T0304
　　三试验方法
　　采用击实法成型马歇尔试件，拌和温度为160℃，击实温度150℃，每组试件成型24个。由于沥青混合料因油石比，以及老化程度等的不同，击实曲线也有很大差异，如果按照常规双面击实50次的成型方式，并不足以保证试件与设计的的空隙率相差很小，因此在本课题研究过程中，所需空隙率的击实次数是通过沥青混合料击实实际次数与空隙率的关系曲线来最终确定的，饱水率是以抽真空的时间来确定的。
　　四试验结果分析
　　三种不同油石比的沥青混合料不同冻融循环的残余劈裂强度比见图1：
　　
　　图1在不同冻融循环中油石比对劈裂强度比影响的变化趋势图
　　从上表3看出：①一次冻融残余劈裂强度比的排序为最佳油石比4.7%>4.4%>5.0%；②多次冻融残余劈裂强度比的排序为最佳油石比5.0%>4.7％>4.4%；虽然在一次冻融循环中，油石比4.7%的残余劈裂强度比最大，但是三种油石比的残余劈裂强度比相差并不是很大，均满足沥青混合料水稳定性的要求，说明在经过一次冻融循环过程中，在最佳油石比范围内，油石比对水稳定性影响不大，当然这也可能与级配好坏存在关系。但经过多次冻融循环，油石比4.4%沥青混合料的劈裂强度损失最大，已经不能满足沥青混合料水稳定性的要求，也就是抗水损害能力下降很大，这说明当油石比较小的情况下，沥青混合料表面只有结构沥青而没有自由沥青，在水侵入的情况下，结构沥青层直接与水接触，受到水的浸蚀，在冻融循环中，也将直接遭到水的破坏；随着粉胶比的减小，过多的沥青存在，使得沥青混合料表面不仅有结构沥青并且还包裹了一层自由沥青胶浆，降低结构沥青与水接触的程度，使水不容易渗入到结构沥青内部，减少了结构沥青受到水的侵害；
　　四结论
　　可以得出油石比对沥青混合料水稳定性影响如下：第一，随着油石比的增加，抗水损害能力应该是逐渐增强的，在最佳油石比的条件下，劈裂强度比能达到最大值，说明具有很好的水稳定性；第二，同时从图中也可以看出，油石比的增加能提高沥青混合料的抗水损害能力，但如果油石比太大，沥青混合料之间主要依靠自由沥青相互粘结，其劈裂强度比也会下降，因此，可以得出结论，合理的油石比对提高沥青混合料的水稳定性的效果是非常明显的。
　　参考文献
　　[1]周骊巍.沥青混和料水稳定性研究.河北工业大学硕士论文.2005
　　[2]杨文锋.沥青混合料抗水损害能力研究.武汉理工大学硕士论文.2005
　　[3]《公路工程沥青及沥青混合料规程》(JTJ052-2000).
　　[44]王鸿博钱春香王修田.粉胶比与集料级配对开级配沥青混凝土性能的影响.公路.2006,(2):153-157

《油石比对沥青混合料水稳定性的影响》

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