级配离析对沥青混合料体积参数的影响分析

朱慧峰，孙 强

(1.南通市交通工程质量监测站海门分站;2.河海大学土木与交通学院)

沥青混合料的离析是当前沥青路面施工中普遍存在的现象，也是沥青路面早期损坏的一个重要原因。级配离析是沥青混合料离析的主要形式，当级配离析发生时将使材料设计与实际施工情况严重脱节，离析部位的级配和油石比脱离了设计要求，导致路面空隙率、矿料间隙率等体积参数发生了不同程度的变化，进而导致路面早期损坏的发生和发展，比如粗集料集中区域水稳定性降低，细集料集中区域抗车辙能力降低等。

1 试验方案设计

1.1 试验材料

本试验采用的沥青为泰州产SBS改性石油沥青，集料产地为南京六合，1#、2#、3#料为玄武岩，4#料为石灰岩，矿粉由镇江产石灰石磨制而成。混合料类型采用AC-13型混合料，矿料及沥青的各项指标均符合规范的要求，矿料及沥青的密度结果见表1和表2。

表1 矿料相对密度试验结果表

表2 沥青相对密度试验结果表

1.2 级配的确定

当混合料级配发生离析时，离析混合料级配曲线将偏离标准混合料级配曲线，两条级配曲线之间所包围面积的大小反映了2组级配组成的离析程度，该面积越大，表明级配离析程度越大。采用式(1)计算2组混合料的级配偏差值S，S可以间接地反映2组混合料级配曲线之间的面积，S值越大，表明级配离析程度越大。

式中:Pi，j为离析混合料筛孔 j的通过百分率;Pa，j为标准混合料筛孔j的通过百分率。

同济大学李立寒教授研究确定，当以级配偏差值S判断级配的离析程度时，无离析、轻度离析、中度离析和严重离析分别为:＜10%、10% ～20%、20% ～35%和 ＞35%。根据以上判别标准设计了7种级配:重度粗、中度粗、轻度粗、未离析、轻度细、中度细和重度细。具体级配见表3，级配曲线图见图1。

1.3 沥青用量的确定

本试验中各级配混合料的沥青用量按照沥青膜厚度相等的原则进行换算，沥青膜厚度按照《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)附录B中的方法计算，换算后各级配混合料的油石比见表4。

表3 七种级配筛分结果

表4 不同级配混合料的集料比表面积和油石比

2 试验结果与分析

按照设计级配和油石比成型马歇尔试件，由于偏粗级配的试件空隙率比较大，故采用体积法测定试件的毛体积相对密度，根据《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中的规定，对于改性沥青混合料的最大理论密度应由计算法求得，故本试验中试件的最大理论密度采用计算法求得，各项体积参数见表5。

表5 不同级配混合料的体积参数

为更直观地体现体积参数的变化趋势，对数值进行归一化处理，以未离析时的体积参数值为标准归一化处理后的数值见表6。

图1 七种级配的级配曲线图

表6 不同级配混合料归一化处理后的体积参数

分析表5和表6可知，混合料的毛体积相对密度呈现先增大后减小的趋势，在轻度细时达到最大值，重度粗时的值最小，极差为0.181，这是因为重度粗时混合料的粗细集料比例严重偏离设计要求，使得混合料的结构类型由悬浮密实型变为了骨架悬浮型，从而使混合料难以压实，毛体积相对密度偏小，随着离析程度的逐渐减小，混合料结构趋于合理，毛体积相对密度逐渐增大，当混合料过细时，沥青用量过多，同样使混合料难以压实，故毛体积相对密度又出现减小的趋势。

空隙率随着混合料级配的变细越来越小，原因就是细集料多、沥青多相比于粗集料多、沥青少的情况更易压实。

由于空隙率的变化直接影响到其他体积参数的变化，空隙率也是影响混合料其他性能的关键因素，我国《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)规定AC-13型混合料的空隙率为4%～6%，由此判断，级配离析将对路面性能产生不良影响，应予以防止。

3 结论

级配离析是沥青路面施工过程中一个严重的问题。离析导致沥青混合料油石比和空隙率畸变，这是导致混合料性能改变的内在原因。空隙率增大时，混合料的透水性增强，水稳定性变差;空隙率减小时，则高温时不足以满足沥青体积的变化，导致混合料失稳，在荷载作用下产生车辙。可见，空隙率是影响混合料性能的关键因素，在混合料设计及施工过程中应重点控制。

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