张晓星侯永刚曹梦翔李晓明
1.宁夏公路管理中心 宁夏银川 750002；
2.宁夏公路勘察设计院有限责任公司 宁夏银川 750004
硬质沥青混合料具有高模量、抗高温车辙能力强以及向下层传递荷载的能力，硬质沥青和骨料也具有良好的粘结性能，可有效提高沥青混合料粘结性、抗水损害性和抗疲劳性。此外，硬质沥青可以降低施工成本，缓解施工困难[1,2]。
基于此，本研究通过选取不同标号的硬质沥青，利用硬质沥青的高粘度和混合料的高强度和模量特性，通过水稳定性、高温稳定性对混合料进行路用性能评价，探究沥青路面存在的高温稳定性、抗水损害和车辙问题。
1.1 原料
采用的沥青分别为克炼30#（K1)、克炼50#（K2）硬质沥青，各项技术要求见表1。所用粗、细集料技术要求见表2、表3。所用矿粉质量技术要求见表4。
表1 硬质沥青性能指标
表2 粗集料质量技术表
表3 细集料质量技术表
表4 沥青中面层用矿粉质量技术要求表
1.2 配合比设计
常用的典型级配的沥青混合料中，密实性细粒式沥青混合料（AC- 13）适用于表面层，密集配沥青稳定碎石（ATB- 25）适应于下面层。为了评价硬质沥青混合料的性能，本文对AC- 13 和ATB- 25 两种级配类型进行研究。
1.2.1 AC- 13 结构
为探究AC- 13 级配硬质沥青混合料在上面层的路用性能，选用AC- 13 级配设计如图1，确定AC- 13 硬质沥青混合料油石比为4.8%。
图1 AC- 13 沥青混合料矿料级配曲线图
1.2.2 ATB- 25 结构
沥青路面下面层在重复作用下易产生疲劳裂缝，为探究ATB- 25 级配硬质沥青在下面层的路用性能，采用ATB- 25 级配设计如图2 所示，确定ATB- 25 硬质沥青混合料油石比为3.8%。
图2 ATB- 25 沥青混合料矿料级配曲线图
1.3 试验方法
参照规范（JTG E20- 2011）中相关试验方法，对硬质沥青混合料高温稳定性能、水稳定性能各项性能开展相关研究。
2.1 水稳性能
本研究首先采用浸水马歇尔试验对硬质沥青混合料性能进行评价。通过测定浸水后残留稳定度评价不同沥青种类、结构沥青混合料的水稳定性能。图3 是测得的K1 硬质沥青稳定度分布箱形图，其中箱型图的下边缘表示浸水后马歇尔稳定度的下限，上边缘表示浸水后马歇尔稳定度的上限；
箱体的上下限分别为序列中10%、90%的数值。箱体中间的横线表示测得的马歇尔稳定度平均值。
通过比较图3（a）、（b）可以看出，两种硬质沥青浸水后马歇尔稳定度有所不同。在采用级配中值的情况下，K2硬质沥青混合料浸水后的马歇尔稳定度比K1 硬质沥青混合料更大，水稳定性能更好。对于相同标号沥青，AC- 13 结构沥青混合料马歇尔稳定服优于ATB- 25 结构。从箱形图测得的上下边缘可以看出：同组试验中，浸水马歇尔稳定度的数值存在一定范围的波动，整体来看ATB- 25 结构波动更小。结合表5 可知，两种硬质沥青混合料在AC- 13 结构与ATB- 25 结构下的稳定度均满足规范要求，且达到较高水平，体现了硬质沥青混合料良好的水稳定性。这主要是由于硬质沥青的粘性成分较多且含有大量的极性组分，有效防止水对沥青矿物界面的破坏。总体而言，浸水马歇尔试验表明K2 硬质沥青混合料的抗水损害能力优于K1 硬质沥青。
图3 硬质沥青稳定度分布箱型图
表5 硬质沥青残留稳定度计算结果
为了进一步评判硬质沥青混合料的水稳定性，采用更为苛刻的冻融劈裂试验对两种硬质沥青混合料进行评价，结果如图4 所示。其中箱体的上下边线分别代表着每组试件结果的四分位数。
图4 硬质沥青冻融劈裂强度分布箱型图
从冻融劈裂试验可以看出，K2 硬质沥青混合料冻融劈裂强度大于K1 硬质沥青混合料，这与浸水马歇尔试验结果一致。对比各试件冻融后的劈裂强度值可以看出，AC- 13 (K2)劈裂强度最高，ATB- 25(K1)最差，表明结构设计是影响硬质沥青混合料的水稳性能的重要因素之一，推测其原因是AC 类级配沥青含量大，细集料含量较多，且沥青与集料之间黏附性较好，进而保证了冻融循环作用后沥青混合料的强度；
而ATB 类级配相反，沥青含量较少，粗集料较多，集料间的骨架嵌挤结构提供强度，因而在冻融作用下易发生强度失效作用。硬质沥青的TSR如表6 所示，从表6 计算结果可以看出，ATB 类级配的TSR 更小，表明上述推测是合理的。两种硬质沥青混合料在不同结构下均满足规范要求，表明硬质沥青混合料经过冻融循环后仍具有良好的水稳定性。
表6 硬质沥青TSR计算结果
2.2 高温性能
图5（a）为硬质沥青混合料动稳定度试验结果柱状图，由图可知，K1、K2 硬质沥青混合料的动稳定度均满足我国规范的技术要求。K1 硬质沥青的动稳定度大于K2沥青，表明K1 沥青的抗车辙能力更好，这是由于K1 沥青标号更低，粘度更高。ATB- 25 级配的硬质沥青混合料的动稳定度大于AC- 13 级配，表明ATB 类级配优良的高温稳定性。硬质沥青混合料的总变形和相对变形率计算结果如图5（b）、图5（c），其分布规律与动稳定度的规律一致，相对变形率越小，动稳定度越大，硬质沥青混合料高温性能越好。
图5 硬质沥青车辙试验结果
（1）两种硬质沥青混合料在AC- 13 结构与ATB- 25 结构下均具有良好的水稳定性，其中K2 硬质沥青优于K1 硬质沥青；
与此同时，混合料结构对硬质沥青混合料的水稳性能有很大的影响。
（2）相同级配下，标号低的硬质沥青混合料抵抗永久变形能力优于标号高的；
ATB 级配沥青混合料高温稳定性更佳；
且相对变形率指标表现出的高温抗变形规律与动稳定度规律一致。
