富瀝青混凝土FAC—13配合比設(shè)計(jì)與路用性能試驗(yàn)研究

陳湛榮　陳冰

【摘要】富瀝青混凝土（FAC， 即Full asphaltAC）是一種粗集料和瀝青用量較多，并添加適量細(xì)集料以填充骨架空隙成為一種與SMA類(lèi)似的骨架密實(shí)型瀝青混合料。論文以FAC-13為例，采用馬歇爾試驗(yàn)進(jìn)行了FAC-13配合比設(shè)計(jì)，得到了FAC-13的級(jí)配和最佳油石比范圍；對(duì)比了FAC-13與SMA-13的高溫性能、水穩(wěn)定性能以及疲勞性能，結(jié)果表明，F(xiàn)AC-13各項(xiàng)路用性能與SMA接近，但造價(jià)卻比SMA要降低20%左右。

【關(guān)鍵詞】道路工程；富瀝青混合料；FAC-13；SMA；路用性能評(píng)價(jià)

【Abstract】Rich asphalt concrete （FAC， namely Full asphaltAC） is a coarse aggregate and asphalt content more， and add the appropriate amount of fine aggregate to fill the gap becomes a skeleton with SMA similar skeleton dense asphalt mixture. Thesis FAC-13， for example， using the Marshall test conducted FAC-13 mix design， has been graded and the best Whetstone FAC-13 ratio range； compared FAC-13 and SMA-13 high temperature performance， water-stable performance and fatigue properties， the results show， FAC-13 road performance with the SMA close， but to reduce the cost of SMA than about 20%.

【Key words】Road works；Rich asphalt mixture；FAC-13； SMA；Performance Evaluation

1 引言

（1）富瀝青混凝土（FAC， 即Full asphaltAC）是一種粗集料和瀝青用量較多， 以粗集料形成空間骨架嵌擠結(jié)構(gòu)， 然后以適量的細(xì)集料填充粗集料空隙， 成為一種與SMA有著類(lèi)似的骨架嵌擠密實(shí)型瀝青混合料。FAC是根據(jù)交通條件和氣候條件確定設(shè)計(jì)參數(shù)， 以干涉理論為原理建立數(shù)學(xué)模型， 從而準(zhǔn)確計(jì)算出最佳礦料級(jí)配和瀝青用量， 并通過(guò)各種檢驗(yàn)方法檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臏?zhǔn)確性。所謂“富瀝青”就是在最佳油石比的基礎(chǔ)上將瀝青用量再提高0.3～0.5%左右，從而使瀝青路面更加密實(shí)，提高抗疲勞性能，達(dá)到較長(zhǎng)壽命的目的。另外，由于富瀝青混合料有效地發(fā)揮了粗集料的骨架嵌擠作用和瀝青膠漿的耐疲勞性能， 與密級(jí)配瀝青混合料相比， 其高溫穩(wěn)定性、耐疲勞性能、低溫抗裂性能、抗滑性能等得到了顯著提高， 同時(shí)具有良好的水穩(wěn)定性。與SMA瀝青瑪蹄脂碎石相比， 以上各項(xiàng)指標(biāo)并無(wú)明顯下降， 但是， 造價(jià)卻降低約20% 左右。

（2）本文以FAC-13為例，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)研究了FAC-13的配合比設(shè)計(jì)，并與SMA的路用性能進(jìn)行對(duì)比研究。

2. 富瀝青混凝土設(shè)計(jì)原則與方法

2.1富瀝青混凝土設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：

（1）FAC 混凝土的配合比設(shè)計(jì)采用馬歇爾試件體積設(shè)計(jì)方法。

（2）FAC 混凝土屬于骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)， 必須具有互相嵌擠緊密的粗集料骨架， 形成石-石嵌擠結(jié)構(gòu)。FAC混凝土采用4.75 mm 以上的粗集料， 礦料級(jí)配的VMA必須大于15%。

（3）馬歇爾試件的空隙率必須在要求范圍內(nèi)。

2.2FAC設(shè)計(jì)方法和步驟同常規(guī)的AC一樣，首先，按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（ JT J 032- 94） 和設(shè)計(jì)文件要求選擇性能滿(mǎn)足要求的瀝青膠結(jié)料、粗集料、細(xì)集料、礦粉等原材料，并做各項(xiàng)檢測(cè)。然后，按照馬歇爾設(shè)計(jì)方法步驟，確定初始瀝青用量，選擇粗中細(xì)三個(gè)試驗(yàn)級(jí)配成型混合料進(jìn)行試驗(yàn)，最后根據(jù)體積指標(biāo)確定最佳油石比和級(jí)配。對(duì)于FAC型混合料，需要增加一個(gè)VCA指標(biāo)的檢驗(yàn)，即通過(guò)測(cè)定瀝青混合料粗集料骨架間隙率（VCA mix）是否小于設(shè)計(jì)主骨料空隙率（VCA）來(lái)檢驗(yàn)瀝青混合料中粗集料的骨架嵌擠結(jié)構(gòu)是否真正形成。

3. FAC-13混合料路用性能評(píng)價(jià)

3.1原材料技術(shù)性能。

（1）瀝青。FAC-13與SMA-13均采用I-D級(jí)SBS改性瀝青，瀝青各指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

（2）礦質(zhì)石料。

粗集料采用3～5mm、5～10mm、10～15mm玄武巖碎石，細(xì)集料采用0～3mm玄武巖機(jī)制砂，填料為石灰?guī)r礦粉。石料指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2～表4。

（3）抗車(chē)轍與木質(zhì)素纖維。

進(jìn)行FAC-13瀝青混合料設(shè)計(jì)時(shí)，摻加某公司生產(chǎn)的HD-II型抗車(chē)轍劑?？管?chē)轍劑與SMA混合料木質(zhì)素纖維技術(shù)要求如表5與表6所示。

3.2配合比設(shè)計(jì)。

（1）FAC-13富瀝青混合料（FAC）礦料級(jí)配范圍見(jiàn)表8，確定的試驗(yàn)級(jí)配如表9。

（2）在設(shè)計(jì)級(jí)配下，選擇4.5%、4.8%、5.0%三個(gè)油石比進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)。不同油石比馬歇爾試件的毛體積密度、空隙率、礦料間隙率、瀝青飽和度以及穩(wěn)定度指標(biāo)見(jiàn)表10所示。由試驗(yàn)結(jié)果確定最佳油石比為4.9%，最佳油石比下馬歇爾各項(xiàng)指標(biāo)如表11。

（3）SMA-13。

A.SMA-13瀝青瑪蹄脂礦料級(jí)配范圍見(jiàn)表12，采用馬歇爾設(shè)計(jì)方法，估算油石比6.2%，纖維摻量為0.3%，確定的試驗(yàn)級(jí)配見(jiàn)表13。

B.在設(shè)計(jì)級(jí)配下，選用5.9%，6.2%，6.5%三個(gè)油石比，纖維摻量為混合料質(zhì)量的0.3%，進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，不同油石比的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果如表4.34所示。由馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果確定的最佳油石比為6.1%，最佳油石比馬歇爾指標(biāo)如表4.35謝倫堡析漏試驗(yàn)與肯塔堡飛散試驗(yàn)結(jié)果如表14。

3.3混合料性能對(duì)比評(píng)價(jià)。

3.3.1高溫性能。

（1）采用60℃車(chē)轍試驗(yàn)和浸水漢堡車(chē)轍試驗(yàn)對(duì)比兩種瀝青混合料的高溫性能，試驗(yàn)結(jié)果如下表17、表18。

次數(shù)均達(dá)到了最終碾壓次數(shù)20000次；FAC-13混合料達(dá)到最終碾壓次數(shù)時(shí)的車(chē)轍深度為4.76mm，SMA-13混合料的車(chē)轍深度為2.85mm?？梢?jiàn)，無(wú)論從車(chē)轍試驗(yàn)還是浸水漢堡車(chē)轍試驗(yàn)來(lái)看，SBS-FAC-13瀝青混合料的抗高溫變形性能與SMA-13混合料比較接近，SMA-13混合料的性能優(yōu)勢(shì)并不明顯。

3.3.2水穩(wěn)性能。

（1）采用真空飽水馬歇爾試驗(yàn)與50℃浸水漢堡車(chē)轍試驗(yàn)對(duì)比幾種瀝青混合料的水穩(wěn)定性能，浸水漢堡車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)上表18，真空飽水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)下表19。

（2）對(duì)比SMA-13與FAC-13瀝青混合料試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：圖4-12中兩種混合料的漢堡車(chē)轍試驗(yàn)曲線(xiàn)均比較連續(xù)，并沒(méi)有出現(xiàn)拐點(diǎn)，說(shuō)明SMA-13與FAC-13兩種混合料在碾壓到20000次的過(guò)程中均沒(méi)有發(fā)生剝落現(xiàn)象；表4.38中真空飽水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果表明兩種混合料浸水48小時(shí)后的殘留穩(wěn)定度均較高，差異也不明顯。因此，認(rèn)為SMA-13與FAC-13兩種瀝青混合料的抗水損害性能基本相當(dāng)。

3.3.3疲勞性能。

（1）采用滾動(dòng)疲勞加載試驗(yàn)評(píng)價(jià)幾種瀝青混合料的抗疲勞性能，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)下表20所示。試驗(yàn)過(guò)程見(jiàn)圖1。

（2）對(duì)比SMA-13與FAC-13瀝青混合料試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：SMA-13瀝青混合料初裂、從初裂到終裂以及終裂三個(gè)階段的疲勞加載次數(shù)均大于SBS-FAC-13瀝青混合料。其中初裂階段加載次數(shù)提高了13.4%，從初裂到終裂階段加載次數(shù)提高了19.3%，終裂階段提高了15.6%。可見(jiàn)SMA-13瀝青瑪蹄脂混合料的抗疲勞性能比SBS-FAC-13混合料有優(yōu)勢(shì)。

4. 結(jié)語(yǔ)

綜合高溫性能、水穩(wěn)性能以及疲勞性能，作為上面層采用的瀝青混合料，采用SBS改性瀝青，摻加抗車(chē)轍劑后的FAC-13混合料具有和SMA-13相當(dāng)?shù)目垢邷刈冃魏涂顾畵p害性能，但抗疲勞性能略差。但是，F(xiàn)AC-13的工程造價(jià)相比SMA-13要低約20%左右，具有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。