瀝青路面SAC礦料級(jí)配設(shè)計(jì)檢驗(yàn)與應(yīng)用

王偉巍

（河北省公路工程定額站，河北 石家莊050000）

1 SAC的開(kāi)發(fā)

1987 年頒布的《瀝青路面施工及驗(yàn)收規(guī)范》中列了兩類(lèi)瀝青混凝土及其性能：Ⅰ型級(jí)配瀝青混凝土，其透水性小，但表面構(gòu)造深度也小，不能滿足高速公路表面層抗滑性能的要求；Ⅱ型級(jí)配瀝青混凝土，雖然表面構(gòu)造深度能滿足要求，但由于其透水性大的缺點(diǎn)，容易造成嚴(yán)重的水破壞，而且由于表面構(gòu)造深度常與結(jié)構(gòu)層內(nèi)部較大的開(kāi)口孔隙相連，竣工時(shí)用鋪砂法測(cè)得的表面構(gòu)造深度常偏大，但這是假象，過(guò)幾年再次測(cè)定時(shí)會(huì)大幅度降低，甚至下降50%左右，因此在高速公路上也不宜用作表面層。

Ⅰ型瀝青混凝土孔隙率小和透水性小的原因主要是由于它是連續(xù)式密級(jí)配，粗集料含量少，其含量的范圍中值僅為40%多，而細(xì)集料含量多，因此表面層的表面構(gòu)造深度太小，離設(shè)計(jì)規(guī)范要求太遠(yuǎn)。例如，京津塘高速公路瀝青路面竣工時(shí)的表面構(gòu)造深度只有0.25mm 左右，不到設(shè)計(jì)規(guī)范要求的一半。隨后建成的多條高速公路瀝青混凝土面層的表面構(gòu)造深度也都與規(guī)范的要求相差較大。當(dāng)時(shí)，只有滬嘉高速公路鋪的抗滑表層試驗(yàn)路的表面構(gòu)造深度能達(dá)到要求，是因?yàn)椴捎芒蛐图?jí)配瀝青混凝土，再加上所用粗集料多、細(xì)集料少，所以有較大的表面構(gòu)造深度，但又因結(jié)構(gòu)層空隙率大和透水性大，已造成水破壞。

可見(jiàn)，較為理想的結(jié)構(gòu)是將Ⅰ型級(jí)配空隙率小的特點(diǎn)與Ⅱ型級(jí)配表面構(gòu)造深度大的特點(diǎn)相結(jié)合，即可揚(yáng)長(zhǎng)避短。沙慶林院士曾提出了粗集料斷級(jí)配SLH—20中的粗集料含量中值為59%，馬歇爾試驗(yàn)正反兩面各擊實(shí)75 次，空隙率為4.4%～5.0%，改用方孔篩后為SAC16，并于1988 年11 月用于初鋪筑京石高速公路正定試驗(yàn)路。試驗(yàn)路竣工后，在SLH—20 表面層上測(cè)得的表面構(gòu)造深度達(dá)0.5mm左右，是Ⅰ型級(jí)配瀝青混凝土表面構(gòu)造深度的2 倍，接近設(shè)計(jì)規(guī)范要求的0.55mm。這是我國(guó)第一次在高速公路上鋪筑我國(guó)自主研發(fā)的密實(shí)式粗集料斷級(jí)配瀝青混凝土抗滑表層，并獲得成功，從此后在多條高速公路上得到推廣應(yīng)用。

2 SAC 16的推廣應(yīng)用

2.1 濟(jì)青高速公路

1993 年12 月通車(chē)的山東濟(jì)青高速公路，全長(zhǎng)318km，其中267km路段上采用多碎石瀝青混凝土方孔篩SAC16 做表面層。面層厚4cm，直到1999年2月通車(chē)5年多后，表面層產(chǎn)生水破壞（不計(jì)橋面產(chǎn)生的水破壞）后修補(bǔ)的面積約占全部路面面積的0.3%。少部分路段，如濰坊東段面產(chǎn)生了嚴(yán)重的泛油。但青島段40km，直到2003年還很少有水破壞，也沒(méi)有泛油現(xiàn)象，仍保持著較好的粗糙度。

2.2 滬寧高速公路

1996年9月滬寧高速建成通車(chē)，其中約240多km 長(zhǎng)路段采用SAC16 作表面層。SAC16 的原定級(jí)配和實(shí)際采用的級(jí)配列于表1。

表1 SAC16級(jí)配范圍

由于這是國(guó)內(nèi)第一條對(duì)路面平整度提出明確要求的高速公路，但由于缺乏經(jīng)驗(yàn)，沒(méi)有同時(shí)規(guī)定必須達(dá)到的面層壓實(shí)度的要求，造成施工單位過(guò)度追求平整度，卻忽視了面層特別是表面層的壓實(shí)度，使表面層SAC16 的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際空隙率達(dá)到10%左右，個(gè)別施工單位的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際空隙率甚至高達(dá)13%～14%。此外，在使用玄武巖碎石的瀝青混合料中沒(méi)有加抗剝落劑，加上瀝青混凝土的不均勻性過(guò)大，使該高速公路通車(chē)1～2 年后，一些標(biāo)段的瀝青面層產(chǎn)生了嚴(yán)重水破壞現(xiàn)象和輕重不一的泛油現(xiàn)象。

表2 列出了第三標(biāo)段3 個(gè)施工單位在表面層施工期間，各自取樣抽提篩分10 多次后根據(jù)篩分結(jié)果計(jì)算所得每個(gè)篩孔通過(guò)量的變異系數(shù)；表3出了同一施工單位3個(gè)月抽提篩分結(jié)果計(jì)算所得每個(gè)篩孔通過(guò)量的變異系數(shù)；表4、表5 分別列出抽提篩分試驗(yàn)和馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果。

表3 同一施工單位3個(gè)月SAC16各個(gè)篩孔通過(guò)量的變異系數(shù)（%）

表4 某標(biāo)段SAC16各個(gè)篩孔通過(guò)量的范圍和變異系數(shù)（%）

表5 SAC16馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

究其原因，規(guī)格料級(jí)配范圍要求過(guò)大是導(dǎo)致礦料級(jí)配顯著變化的根本原因。而礦料級(jí)配的顯著變化又必然導(dǎo)致瀝青混凝土的物理、力學(xué)性質(zhì)也產(chǎn)生顯著變化；再加之瀝青混合料拌和不均勻、礦料和溫度離析以及鉆件密度的確定方法問(wèn)題等，使得瀝青路面現(xiàn)場(chǎng)空氣率的變異性過(guò)大。但該高速公路竣工時(shí)，瀝青路面的平整度達(dá)到了原定目標(biāo)：全線平均標(biāo)準(zhǔn)差0.7mm，且全線絕大多數(shù)面層的表面構(gòu)造深度在0.8～0.9mm 之間，少數(shù)在0.7～0.8mm以及0.9～1.0mm之間。

該高速公路通車(chē)一年后，在總結(jié)SAC16 使用經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，沙院士對(duì)其礦料級(jí)配進(jìn)行了正式調(diào)整。調(diào)整后的級(jí)配列于表6。

表6 調(diào)整后的SAC16級(jí)配范圍

1997 年正式頒布的部標(biāo)《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》將上述高速公路的原定SAC16 級(jí)配正式列入其中，并取名為AK—16A，這為SAC16 的推廣應(yīng)用作出了重要貢獻(xiàn)。

3 SAC16的應(yīng)用及改進(jìn)

3.1 長(zhǎng)吉高速公路

1997 年9 月通車(chē)的長(zhǎng)吉高速公路，全長(zhǎng)約82km，表面層采用了SAC16 礦料級(jí)配。該高速公路是國(guó)內(nèi)第一條由業(yè)主在開(kāi)工前出資生產(chǎn)路面用碎石料的高速公路，其生產(chǎn)過(guò)程中，瀝青混合料的顆粒組成和馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果的變異系數(shù)都較?。ㄒ?jiàn)表7、表8），其表面構(gòu)造深度在0.8～0.9mm 之間，表觀比較均勻，且全線平整度達(dá)到0.54mm。

表7 長(zhǎng)吉高速公路22天SAC16各個(gè)篩孔通過(guò)量的變異系數(shù)（%）

表8 長(zhǎng)吉高速公路22組SAC16馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果的變異系數(shù)（%）

長(zhǎng)吉高速公路瀝青面層的不足由壓實(shí)度偏小和碾壓不均勻?qū)е?。雨后在局部位置可?jiàn)有水印，這說(shuō)明在下雨過(guò)程中有水從該處透入瀝青面層。因此，也可以說(shuō)這是另一條重視平整度、忽視壓實(shí)度的高速公路的例子。

3.2 石安高速公路

1997 年12 月通車(chē)，河北第一條世行貸款石安高速全長(zhǎng)216km，其中204km路段上厚4cm的表面層采用了調(diào)整后的SAC16 礦料級(jí)配以及試驗(yàn)確定的5%左右的最佳油石比，其中10個(gè)標(biāo)段室內(nèi)馬歇爾試件的空隙率在3.2%～4.0%之間，表面層竣工時(shí)的表面構(gòu)造深度一般為0.8～0.9mm，大者達(dá)1.0mm，完全達(dá)到了抗滑表層的要求。

由于使用的瀝青偏稀、瀝青質(zhì)量不穩(wěn)定和馬歇爾試驗(yàn)確定的最佳油石比太大，1998年6月中旬連續(xù)多天高溫后在部分路段的行車(chē)道上開(kāi)始出現(xiàn)輕重不一的泛油現(xiàn)象，表現(xiàn)為行車(chē)道上的兩條輪跡帶發(fā)黑。1999 年夏季過(guò)后，泛油現(xiàn)象又有加重，表現(xiàn)為行車(chē)道上的兩條黑帶顯著變寬而且開(kāi)始發(fā)亮，使這些路段的表面構(gòu)造深度顯著下降。開(kāi)放交通3年后，多數(shù)標(biāo)段的泛油現(xiàn)象嚴(yán)重，表現(xiàn)為行車(chē)道全部變黑、發(fā)亮。

泛油和車(chē)轍成為石安高速公路瀝青面層的主要病害現(xiàn)象。在通車(chē)3年后，部分路段的車(chē)轍深度超過(guò)30mm，不得不臨時(shí)用瀝青稀漿封層補(bǔ)平車(chē)轍，以求行車(chē)舒適和安全。而此時(shí)全線超車(chē)道的表面層仍與竣工時(shí)的狀況相同，仍保持著優(yōu)良的表面構(gòu)造深度。

3.3 成雅高速公路

作為抗滑表層，SAC13 于1999 年底通車(chē)的四川成雅高速公路100km 四車(chē)道路面上成功應(yīng)用，SAC13 的級(jí)配范圍見(jiàn)表9。由于該路沿線夏季溫度不高，但年降水量大，瀝青混凝土的高溫抗永久變形能力不是主要問(wèn)題，而防止水透入瀝青面層造成水破壞和雨天路面抗滑性能不足是主要矛盾。

表9 SAC13礦料級(jí)配范圍

該高速公路實(shí)際施工時(shí)，采用的大于4.75mm的碎石含量接近65%。由于施工質(zhì)量較好，竣工面層的表面構(gòu)造深度平均為0.88mm，平整度為0.64mm。

由于碎石均勻且互相嵌擠緊密，成雅高速公路通車(chē)4 年后表面層的使用狀況很好，仍然保持著原先的表面構(gòu)造深度；100km SAC13 表面層（修補(bǔ)的坑洞面積）僅產(chǎn)生了不到1/200000 的水破壞。

綜上所述，SAC結(jié)構(gòu)通過(guò)不斷應(yīng)用和調(diào)整而日趨成熟。SAC 系列包括做表面層的SAC16、SAC13、SAC10，做中面層的SAC20、SAC25 和做底面層的SAC25和SAC30。雖然實(shí)際高速公路路面工程中應(yīng)用最多的是SAC16，其他的SAC礦料級(jí)配也都已在高速公路路面工程中正式應(yīng)用或做了試驗(yàn)工程。例如，SAC20、SAC25和SAC30都分別在廣珠東線高速公路、河南焦新高速公路、河北石黃高速公路和宣大高速公路等路面工程中得到正式應(yīng)用，效果良好。