瀝青混合料按其結(jié)構(gòu)特點分類
瀝青混合料按其結(jié)構(gòu)特點可分為下列三種類型:
(1)懸浮密實結(jié)構(gòu)
根據(jù)連續(xù)級配的原理組成的密級配瀝青混合料, 礦料級配基本上是按照富勒(Fuller equa- tion) 曲線的指數(shù)原理構(gòu)成的。在下式中, Fuller和Thompson從理論分析為得到混合料的最大 密度時, 指數(shù)n=0.5。1960年美國聯(lián)邦公路總署(FHWA) 從最大密度原理和實際的集料級配 出發(fā),提出了公稱最大粒徑的概念,并調(diào)整提出了更實用的0.45次方的級配關(guān)系式:
這種級配由于材料從大到小連續(xù)存在,并且各有一定的數(shù)量,實際上同檔較大顆料都被 較小一檔顆粒擠開,大顆料猶如以懸浮狀態(tài)處于較小顆料之中這種結(jié)構(gòu)通常按密實級配原 則進行設(shè)計,其密實度與強度較高,水穩(wěn)定性,低溫抗裂性能、耐久性都比較好,是最普使用 的瀝青混合料。但由于受瀝青材料的性質(zhì)和物理狀態(tài)的影響較大,故高溫穩(wěn)定性較差。我國 規(guī)范規(guī)定的I型密級配瀝青混凝土是典型的懸浮密實結(jié)構(gòu)。Ⅱ型及抗滑表層瀝青混合料雖然 基本上也是按照連續(xù)級配的原則設(shè)計的,但空隙率大都大于5%,實際上是一種懸浮的半密實 式瀝青混合料。
(2)骨架空隙結(jié)構(gòu)
瀝青混合料的粗顆粒集料彼此緊密相接,石料與石料能夠形成互相嵌擠的骨架。當較細 粒料數(shù)量較少,不足以充分填充骨架空隙時,混合料中形成的空隙較大,這種結(jié)構(gòu)是按嵌擠原 則構(gòu)成的。在這種結(jié)構(gòu)中,粗集料之間內(nèi)摩擦力與嵌擠力起著決定性作用。其結(jié)構(gòu)強度受 青的性質(zhì)和物理狀態(tài)影響較小,因而高溫穩(wěn)定性較好。但由于空隙率較大,其透水性、耐老化 性能、低溫抗裂性能、耐久性較差。我國規(guī)范中的半開式瀝青碎石混合料及國外使用的開式大 空隙排水式瀝青混合料(OGF C) 是典型的骨架空隙結(jié)構(gòu)。
(3)骨架密實結(jié)構(gòu)
綜合以上兩種方式組成的結(jié)構(gòu),一方面混合料中有足夠數(shù)量的粗集料形成骨架,又根據(jù)粗 集料骨架的空隙的多少加人足夠的較細的瀝青填料,形成較大的密實度和較小的殘余空隙率, 因此礦料級配是一種非連續(xù)的間斷級配。這種結(jié)構(gòu)兼?zhèn)渖鲜鰞煞N結(jié)構(gòu)的優(yōu)點,是一種較為理 想的結(jié)構(gòu)類型?,F(xiàn)在國際上普遍得到重視的瀝青瑪蹄脂碎石混合料(SMA) 是典型的骨架密實結(jié)構(gòu)。
對瀝青混合料來說,在不同的溫度域的破壞模式有很大的不同。在低溫溫度域,瀝青路面 的破壞主要是由于溫度降低過快,瀝青混合料收縮產(chǎn)生的應力來不及松弛面產(chǎn)生積聚,當收縮應力超過破壞強度或破壞應變、破壞勁度模量時面產(chǎn)生開裂。溫縮裂縫也可以是溫度反復降 溫的溫度疲勞所致。這是低溫破壞模式。在低溫溫度域,混合料的模量很高,既不會產(chǎn)生高溫 時常見的車轍流動變形,也不會由于荷載作用產(chǎn)生導致混合料開裂的很大的拉應力。
在常溫溫度域,瀝青混合料的模量既不太高,又不太低,荷載反復作用造成的疲勞破壞成 為瀝青路面的主要破壞模式。我國目前的瀝青路面設(shè)計基本上是按照這個破壞模式進行的。
在高溫溫度域,瀝青混合料的勁度模量很低,混合料的破壞模式主要是失去穩(wěn)定性,產(chǎn)生 車轍等流動變形?;旌狭习l(fā)生流動的原因可能是車輛交通的水平力剪應力超過其抗剪強度所 致,也可能是蠕變變形的累積形成,有種種解釋,這是瀝青路面的高溫破壞模式。
研究瀝青混合料的強度、穩(wěn)定性、破壞模式等等,都必須緊密地與瀝青混合料的破壞環(huán)境 密切聯(lián)系分析。如果不注意溫度的影響,亂套用混合料的破壞模式,往往出現(xiàn)一些反常的結(jié) 果。例如對同一種級配瀝青混合料,在高溫條件下試驗,勝利瀝青比克拉瑪依稠油瀝青稀得 多,高溫穩(wěn)定性也差得多。但是如果在路面設(shè)計溫度15℃試驗時,當采用勝利瀝青時,由于瀝 青混合料較脆,破壞強度較高,而采用質(zhì)量很好的克拉瑪依稠油瀝青則由于柔性較好,強度較 低,以強度作為設(shè)計指標將會得出瀝青越脆,由此設(shè)計的瀝青路面厚度將越范的反常結(jié)果。