AC-25C瀝青混合料級配優(yōu)化及應(yīng)用研究

符　博

(湖南省龍永高速建設(shè)開發(fā)有限公司，湖南　長沙　410016)

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AC-25C瀝青混合料級配優(yōu)化及應(yīng)用研究

符博

(湖南省龍永高速建設(shè)開發(fā)有限公司，湖南長沙410016)

文章以湖南省龍永高速公路路面工程項(xiàng)目為依托，以穩(wěn)定骨架和密實(shí)為目的進(jìn)行了AC-25C的級配優(yōu)化，擬定3個不同的AC-25型級配，進(jìn)行馬歇爾性能試驗(yàn)及室內(nèi)路用性能實(shí)驗(yàn)分析，同時進(jìn)行了試鋪效果對比。結(jié)果表明：優(yōu)化后的骨架密實(shí)級配具有最優(yōu)的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性，并且試鋪效果很好；增加3～5 mm砂料使得AC-25C混合料的壓實(shí)和密實(shí)質(zhì)量顯著變差，將0～5 mm的石屑按照0～3 mm和3～5 mm分檔有利于3～5 mm的用量控制，減少溢料。

瀝青混合料；AC-25C；級配優(yōu)化；壓實(shí)度；滲水試驗(yàn)

0　引言

調(diào)查發(fā)現(xiàn)[1]，車轍和水損害是高速公路瀝青路面最為嚴(yán)重的早期病害，其中瀝青混合料組成設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致的瀝青路面抗車轍能力低、空隙率偏大是造成瀝青路面發(fā)生早期車轍和水損害破壞的主要原因。李娜等[2]采用重交瀝青AH-90對AC-25I型級配進(jìn)行了改善混合料中粗細(xì)集料分布的級配優(yōu)化研究，達(dá)到了改善瀝青混合料的高溫性能的目的。陸學(xué)元等[3]應(yīng)用正交試驗(yàn)研究了各因素水平對馬歇爾性能指標(biāo)的影響，結(jié)果表明，2.36 mm篩孔通過率是空隙率、毛體積密度、礦料間隙率和穩(wěn)定度的主要影響因素，基于此，進(jìn)行了AC-25的級配優(yōu)化，并通過力學(xué)性能試驗(yàn)和實(shí)體工程檢驗(yàn)，證明了其具有良好的高溫性能。鄧家喜等[4]以骨架密實(shí)為目標(biāo)進(jìn)行了AC-25級配優(yōu)化設(shè)計(jì)，嚴(yán)格控制了2.36～4.75 mm的用量，增加了粗骨料的用量，試驗(yàn)結(jié)果表明優(yōu)化后的級配有較好的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性?；贏C-25C的層位功能，要求其具有較好的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性，研究結(jié)果表明：增加粗骨料的用量可以增大瀝青混合料的內(nèi)摩擦角，根據(jù)摩爾庫倫理論，瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度將隨之增大，高溫性能得到改善；嚴(yán)格控制2.36 mm篩孔通過率即粉料和減少2.36～4.75 mm砂料的用量，可以提高瀝青混合料的密實(shí)質(zhì)量，水穩(wěn)定性能得到改善。此外，減少砂料還可以減小其對粗集料骨架的干涉作用。

湖南省龍山(湘鄂界)至永順高速公路(簡稱“龍永高速”)路面T34合同段，全長29.25 km，其路面結(jié)構(gòu)為典型的半剛性基層瀝青路面，瀝青面層結(jié)構(gòu)為：4 cm SMA(SBS改性瀝青)+6 cm AC-20C(SBS改性瀝青)+8 cm AC-25C(70號A級道路石油瀝青)。本文依托該項(xiàng)目路面工程，進(jìn)行AC-25C瀝青混合料的級配優(yōu)化，并研究砂料用量對AC-25C的力學(xué)性能和實(shí)體攤鋪質(zhì)量的影響。

1　原材料技術(shù)指標(biāo)

龍永高速路面T34標(biāo)AC-25C用集料為龍溪料場產(chǎn)的石灰?guī)r，填料采用石灰?guī)r石料經(jīng)加工磨細(xì)得到的礦粉，瀝青為中石化70號重交瀝青，各原材料的技術(shù)性質(zhì)見表1和表2。

表1　集料技術(shù)性質(zhì)表

表2　AH-70瀝青技術(shù)性質(zhì)表

2　試驗(yàn)級配的擬定

本文擬定3個不同的AC-25型級配，其中級配一接近規(guī)范中值，級配二為優(yōu)化級配，級配三為在級配二的基礎(chǔ)上增加砂料用量的調(diào)整級配，各級配的礦料組成見表3，各級配的合成級配見表4。

表3　各設(shè)計(jì)級配的礦料組成比例表

表4　各設(shè)計(jì)級配的合成級配表

從表3和表4中可以看出，級配一接近規(guī)范設(shè)計(jì)級配中值，其級配相對偏細(xì)，粗骨料(>11 mm)含量占總礦料的42%，其中9.5 mm的通過率為56.6%；為提高混合料的高溫穩(wěn)定性，級配二增加了粗骨料的用量，其粗骨料占總礦料的55%，其中9.5 mm的通過率為44.0%，同時減少了砂料3～6 mm的用量，其用量為5%，合成級配中2.36～4.75 mm的用量為5.7%，比級配一少了5.6%；為了探究砂料對AC-25C混合料性能的影響，級配三在優(yōu)化級配二的基礎(chǔ)上進(jìn)行了調(diào)整，即增加了3～6 mm用量，其用量為12%，其合成級配中2.36～4.75 mm的用量為11.3%，和級配一一致。

3　試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1馬歇爾試驗(yàn)分析

文章按照馬歇爾試驗(yàn)方法[5]，進(jìn)行馬歇爾性能試驗(yàn)和最佳油石比的確定。因?yàn)樵囼?yàn)溫度對馬歇爾性能指標(biāo)影響較大，試件成型時嚴(yán)格控制其溫度，其中集料溫度為165 ℃±2 ℃，瀝青加熱溫度為160 ℃±2 ℃，拌合溫度為155 ℃±3 ℃，擊實(shí)溫度為150 ℃±2 ℃。其最大理論密度由真空法實(shí)測得到，得到AC-25C的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5　AC-25C瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果表

由馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果可知，三種級配在最佳油石比條件下的馬歇爾試驗(yàn)相關(guān)指標(biāo)均能滿足規(guī)范要求。馬歇爾試驗(yàn)各指標(biāo)中與車轍和水穩(wěn)性能相關(guān)的指標(biāo)分別是穩(wěn)定度和空隙率，從穩(wěn)定度指標(biāo)來看，級配二>級配三>級配一，可見隨著粗骨料含量增加，AC-25C的高溫穩(wěn)定性能得到提高；從空隙率指標(biāo)來看，級配二<級配一<級配三，級配二經(jīng)優(yōu)化后屬于骨架密實(shí)型級配，級配一屬于典型的懸浮密實(shí)型，而級配三是在級配二的基礎(chǔ)上保持粉料不變，增加砂料而減少了粗集料的含量，砂料的增加對粗集料的骨架形成起了干涉作用，導(dǎo)致其密實(shí)度降低。總之，從馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果來看，級配二具有較多的粗集料，低含量的砂料沒有干涉粗骨料的骨架形成，而是與粉料有效地填充了粗骨料的殘余空隙，因此其具有較好的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性。

3.2室內(nèi)路用性能試驗(yàn)分析

對三種設(shè)計(jì)級配的AC-25C瀝青混合料進(jìn)行室內(nèi)路用性能驗(yàn)證，以車轍試驗(yàn)的動穩(wěn)定度評價(jià)混合料的抗車轍能力，以浸水馬歇爾和凍融劈裂試驗(yàn)的殘留穩(wěn)定度和劈裂強(qiáng)度比評價(jià)混合料的水穩(wěn)定性，其試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6　AC-25C路用性能試驗(yàn)結(jié)果表

從室內(nèi)路用性能試驗(yàn)結(jié)果來看，嵌擠密實(shí)的級配二無論水穩(wěn)性能還是抗車轍性能均明顯優(yōu)于傳統(tǒng)按照規(guī)范中值設(shè)計(jì)的懸浮密實(shí)型級配一。由于目前很多地區(qū)對于0～5 mm的石屑并沒有按照規(guī)范要求進(jìn)行0～3 mm和3～5 mm的分檔，若按照級配二的礦料組成設(shè)計(jì)，將導(dǎo)致3～5 mm的溢料嚴(yán)重，增加生產(chǎn)成本和降低生產(chǎn)效率。為此，施工方通常為了降低溢料程度，增加3～5 mm砂料的用量而減少粗集料的用量。從級配三的路用性能試驗(yàn)結(jié)果來看，由于砂料比例的增加，混合料的水穩(wěn)定性比級配一的還低，而其抗車轍能力也相對于級配二降低了約33.4%，這是因?yàn)檫^多砂料將粗骨料撐開，導(dǎo)致骨架的穩(wěn)定性不如級配二，同時由于砂料的干涉作用導(dǎo)致空隙率變大，所以其水穩(wěn)定性能也相應(yīng)降低。由此可見，嚴(yán)格控制砂料的用量和適當(dāng)增加粗集料的用量，有利于改善AC-25C型瀝青混合料的水穩(wěn)定性能和高溫穩(wěn)定性能。

4　試驗(yàn)段檢驗(yàn)

基于以上研究成果，依托龍永高速公路T34標(biāo)路面工程，將以上三種級配采用相同的施工工藝分別進(jìn)行了200 m的試驗(yàn)段鋪筑。從現(xiàn)場攤鋪過程來看，在同樣的噴水量條件下，級配一和級配三的混合料碾壓時粘輪現(xiàn)象較為嚴(yán)重，需延遲碾壓時間或增加噴水量，而級配二完全沒有粘輪現(xiàn)象發(fā)生，這主要是因?yàn)榧?xì)集料偏多，可見增加粗骨料可以避免粘輪現(xiàn)象，提高混合料的初壓溫度，改善其壓實(shí)質(zhì)量。

4.1芯樣檢測

對各段試驗(yàn)段進(jìn)行鉆芯取樣，其代表性的芯樣圖分別見圖1～3，從芯樣的外觀來看，級配一細(xì)集料較多，屬于懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)，其骨架效果不理想；級配三骨架效果較級配一略好，但是其砂料用量太多，并沒有更多的粉料填充空隙，導(dǎo)致砂眼明顯增多；級配二既有非常理想的粗骨料骨架，密實(shí)效果又非常好。因此，從芯樣外觀來看，級配二的水穩(wěn)性能和抗車轍能力最優(yōu)。

圖1　級配一芯樣圖

圖2　級配二芯樣圖

圖3　級配三芯樣圖

4.2壓實(shí)度檢測

對各級配的試驗(yàn)段進(jìn)行了壓實(shí)度檢測，其檢測結(jié)果見表7，從檢測結(jié)果看級配二的壓實(shí)效果最佳，其次為級配一，級配三的壓實(shí)質(zhì)量最差，其主要原因是砂料將粗骨料的骨架撐開，使得粗骨料的殘留空隙增加，而沒有足夠的粉料填充，導(dǎo)致壓實(shí)不良。級配二由于砂料含量少，其主要起填充粗集料殘留空隙的作用，而沒有對骨架干涉，因此其壓實(shí)質(zhì)量較好。

表7　各級配試驗(yàn)壓實(shí)度檢測結(jié)果表

4.3滲水檢測

對各級配試驗(yàn)路段進(jìn)行了滲水試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果見表8，從滲水試驗(yàn)結(jié)果來看，級配二的密實(shí)質(zhì)量最好，其平均滲水系數(shù)為46.2 ml/min；其次為級配一，其平均滲水系數(shù)為81.8 ml/min；級配三的密實(shí)效果最差，其平均滲水系數(shù)為122.9 ml/min。結(jié)合前文壓實(shí)度檢測結(jié)果可知，這與壓實(shí)質(zhì)量有較大的相關(guān)性，即壓實(shí)質(zhì)量差的AC-25C面層其密實(shí)質(zhì)量也差。對于密實(shí)性較好的瀝青面層，其表面水分在路面橫坡的作用下能迅速排干，而對于密實(shí)性差的路面其表面水分將沿著貫通空隙滲入結(jié)構(gòu)層能，長時間不能蒸發(fā)而浸泡瀝青混合料，同時在行車荷載引起的動水沖刷作用下，瀝青混合料很容易發(fā)生早期的水損害。

表8　各級配滲水試驗(yàn)檢測結(jié)果表

5　結(jié)語

(1)適當(dāng)提高11～22 mm的粗骨料用量，嚴(yán)格控制3～5 mm的砂料用量可以形成骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)的AC-25C型瀝青混合料，其高溫穩(wěn)定性能和水穩(wěn)定性能均較傳統(tǒng)的規(guī)范中值(懸浮密實(shí)型)好。

(2)增加3～5 mm砂料的用量，減小粗骨料的相對用量，使得AC-25C的壓實(shí)質(zhì)量和滲水質(zhì)量明顯變差，同時還會造成施工過程粘輪現(xiàn)象，因此建議對于0～5 mm的石屑進(jìn)行0～3 mm和3～5 mm的分檔，方便控制3～5 mm的用量。

(3)優(yōu)化的AC-25C(級配二)由于粗骨料含量多、砂料少，其骨架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，密實(shí)效果較好，具有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性，同時避免高溫碾壓時的粘輪現(xiàn)象，具有較好的施工性能。因此，采用該級配指導(dǎo)龍永高速公路瀝青下面層AC-25C的施工。

[1]沙慶林.高速公路瀝青路面早期破壞現(xiàn)象及預(yù)防[M].北京：人民交通出版社，2008.

[2]李娜，吳瑞麟，李向東，等.重交瀝青AC-25I混合料優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(城市科學(xué)版)，2006(S1)：16-18.

[3]陸學(xué)元，張治鋒.AC-25瀝青混合料礦料級配優(yōu)化及應(yīng)用研究[J].中外公路，2009(2)：207-213.

[4]鄧家喜，張洪剛.六宜路底面層瀝青混合料組成優(yōu)化設(shè)計(jì)分析[J].西部交通科技，2013(7)：1-3，22.

[5]JTG F40-2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

Study on Gradation Optimization and Application of AC-25C Asphalt Mixtures

FU Bo

(Hunan Longyong Expressway Construction and Development Co.，Ltd.，Changsha，Hunan，410016)

Relying on pavement construction project of Hunan Longyong Expressway，and with stable framework and compaction as the purpose，this article conducted AC-25C gradation optimization，pro-posed three different AC-25 type gradation，and conducted Marshall performance test and indoor pavement performance test analysis，while conducting the contrast of trial paving effect.The results showed that：the skeleton compaction gradation after the optimization has the best high-temperature stability and water stability，with good trial paving effect；the increase of 3～5 mm sand materials can make the rolling and compaction quality of AC-25C mixtures significantly deteriorated，and classifying the 0～5 mm stone chips according to 0～3 mm and 3～5 mm will help the amount control of 3～5 mm，re-ducing the material flash.

Asphalt mixtures；AC-25C；Gradation optimization；Compaction degree；Seepage test

U414

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.03.004

1673-4874(2016)03-0015-04

2016-03-04

符博(1987—)，研究方向：高速公路路基路面。