沥青混合料高温稳定性试验检测方法及其影响因素

沥青混合料高温稳定性试验检测方法及其影响因素[摘要]本文介绍沥青混合料车辙试验方法，分析沥青混合料高温稳定性的影响因素。

【关键词】沥青混合料；高温稳定性；车辙；动稳定度

一、概述

沥青混合料是一种典型的流变性材料，它的强度和变形量随着温度的升高而降低。所以沥青混凝土路面在夏季高温时，在重交通荷载的重复作用下，由于交通的渠化，在轮迹带逐渐形成变形下凹、两侧鼓起的所谓“车辙”，这是高速公路沥青路面最常见的病害。众多研究表明，动稳定度能较好地反映沥青路面在高温季节抵抗形成车辙的能力。

二、沥青混合料高温稳定性的检测方法

检测沥青混合料高温稳定方法有很多，如：最常见马歇尔稳定度试验和三轴压缩试验。由于三轴试验较为复杂，所以马歇尔稳定度被广泛采用，并且已成为国际通用的方法。辽宁高速公路有着的多年经验，我省采用车辙动稳定度试验（以正式列入《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）来评价沥青混合料的抗车辙能力。

1、原理

沥青混合料的车辙试验是试件在规定温度及荷载条件下，测定试验轮往返行走所形成的车辙变形速率，以每产生1mm变行的行走次数即用动稳定度表示。

2、试件成型

车辙试件采用轮碾法制成，尺寸为300mm*300mm*50-100mm。（厚度根据需要确定）。也可以从路面切割得到需要尺寸的试件。碾压轮为与钢筒式压路机相似的圆弧形碾压轮，轮宽300mm，压实线荷载为300N/cm，碾压行程为试件宽度即300mm，经碾压后的试件的密度应为马歇尔试验标准击实密度的100±1%。

3、沥青混合料车辙试验方法

将试件连同试模一起，置于已达到试验温度60℃±1℃的恒温室中，保温不少于5h，也不得超过12h。之后，将试件连同试模移置于车辙试验机的试验台上，试验轮在试件的中央部位，其行走方向必须与试件碾压方向或行车方向一致。启动试验机，使试验轮往返行走，时间1h，记录仪自动记录变形曲线及时间温度。

DS={（t2-t1）*N/（d2-d1）}*C1*C2

式中：DS--沥青混合料的动稳定度（次/mm）

d1—对应于时间t1（一般为45min）的变形量（mm）；

d2—对应于时间t2（一般为60min）的变形量（mm）；

C1--试验机类型修正系数，曲柄连杆驱动加载轮往返运行走方式为1.0；

C2--试件系数，试验室制备的宽300mm的试件为1.0；

N—试验轮往返碾压速度，通常为42次/min。

4、车辙试验注意事项

（1）称料。试验规程规定，一个车辙试件混合料用量按试件的体积乘以马歇尔标准确击实密度，再乘以系数1.03计算。根据笔者的经验，系数不一定必须是1.03，应根据现场实际情况而定。高速公路常用的I型沥青混凝土的密度一般采用毛体积密度或表观密度，而表观密度比毛体积密度大，所以同一种混合料如果按表观密度计算比按毛体积密度计算所需材料用量多。所以在混合料成型时，如果采用表观密度或者试件表面高出试模，称料时应降低系数值，笔者建议选用1.025。

（2）碾压次数。车辙试件正式压实前，应经试压，决定碾压次数。一般先在一个方向上预压2个往返，再掉转方向，碾压12个往返左右可达到马歇尔密度的100±1%。有的施工单位认为碾压次数越多，车辙试验结果越好，这种想法是错误的。其实，如果碾压次数过多，不但容易把集料碾碎，而且也不符合车辙试验的变形机理，实际的试验结果不一定好。

（3）拌和及碾压温度。普通沥青混合料的拌和温度为163℃，碾压温度为130-140℃；改性沥青混合料拌和温度为180℃，碾压温度为150-160℃。需要强调的是：碾压温度一定要保证，如果碾压温度低，就是碾压次数再多，试件的亮度也不能达到要求，造成试验结果与实际情况不符。

三、沥青混合料高温稳定性的影响因素

沥青混合料是由沥青结合料粘结矿料组成的，其高温稳定性的形成机理来源于矿料之间的嵌挤力与粘聚力的原材料、矿料级配、沥青用量以及施工质量成为影响沥青混合料高温稳定性的主要因素。

1、材料

沥青混合料由沥青、集料以及矿粉混合组成，这些材料的物理力学直接影响

沥青混合料的高温稳定性。

（1）集料。集料包括粗集料和细集料。不论是粗集料还是细集料，其表状况和化学成分对沥青混合料的高温稳定性有很大的影响。通常，表面破碎、坚硬、纹理粗糙、多棱角、颗粒接近立方体的碱性集料，其相应的沥青混合料的高温稳定性就比较好。细集料中机制砂大大增加了混合料的流动性，使整体混合料表面粗糙、有较好棱角的集料组成的混合具有较大的嵌挤力和内摩阻力。

（2）沥青。沥青本身的性质对沥青混合料高温稳定性的影响很大。通常沥青的60℃粘度越高、软化点越高，相应的沥青混合料的高温抗车辙能力就越强。我们结合沈阳绕城高速公路改扩建工程LAC-25型沥青混合料与LAC-20型沥青混合料车辙试验，采用辽河油田AH-70沥青和SBS掺量为5%的改性沥青混合料做车辙试验，试验结果为1850次/mm、3340次/mm。试验结果表明，使用改性沥青与普通沥青能大大担高沥青混合料的抗车辙能力。我们经大量的试验发现：改性沥青（SBS掺量为5%、基质沥青为辽河油田AH-70）比普通沥青（辽河油田AH-70）的软化点提高了30℃左右，而60℃粘度是普通沥青的30倍。因此，使用改性剂掺量适宜的改性沥青能够提高沥青与石料的粘附性，增加沥青与矿料之间的粘聚力，从而提高沥青混合料的高温稳定性。

2、矿料级配

沥青混合料的高温稳定性能，就是沥青混合料抵抗车辆反复压缩变形及侧向流动的能力，它首先取决于矿料骨架的嵌挤作用即矿料级配的空隙率值。空隙率过大或过小动稳定度都会下降，空隙率大，沥青混合料的水稳定性不好，沥青与矿料的粘附性下降使动稳定度降底。空隙率小，说明级配中粗集料少，细集料多，不能形成矿料骨架的嵌挤作用，从而降低了沥青混合料的高温抗车辙能力。

3、施工

沥青路面在施工过程中，施工单位应制定质量保证和质量控制体系，加强施工中的质量控制。首先要严把原材料的质量关，其次，应对施工中的混合料的各项指标如：马歇尔试验各项指标、矿料级配、油石比、动稳定度等进行严格的控制；同时控制好施工温度（包括拌和、摊铺及碾压温度）及压实度。只有严格控制施工质量，才能使铺筑的沥青混合料获得最佳嵌挤作用和粘结作用，提高沥青混凝土路面的高温稳定性。

四、结束语

影响沥青混合料高温稳定性的因素很多，除了有材料、矿料级配、油石比及施工质量的影响外，与荷载、温度、时间（含车速）的关系也很大。为了提高沥青混合料的高温稳定性，从主观上应采用表面粗糙、破碎面积大、坚硬并且与沥青粘附性好的集料；适当的提高沥青的稠度，或采用改性沥青在级配允许范围内增加骨料用量，控制空隙率，使集料形成空间骨架结构，以提高混合料的内摩阻力，严格控制沥青用量，严格控制施工质量。