瀝青混合料AC-13C的組成設(shè)計(jì)分析及性能評(píng)價(jià)

潘炳良 黃小慧 覃金壽

文章為評(píng)價(jià)一種組成設(shè)計(jì)的AC-13C級(jí)配曲線變化對(duì)其性能的影響，以目標(biāo)曲線2.36 mm、4.75 mm、9.5 mm的分別對(duì)應(yīng)通過(guò)率27.7%、38.7%、71.4%為中值，設(shè)計(jì)偏細(xì)的AC-13級(jí)配①，與偏粗的AC-13級(jí)配②，并采用粗集料間隙率VCA作為評(píng)價(jià)配比設(shè)計(jì)的參數(shù)。結(jié)果表明：AC-13級(jí)配①達(dá)到了骨架密實(shí)狀態(tài)，AC-13級(jí)配②接近SMA類(lèi)級(jí)配的穩(wěn)定狀態(tài);4.7%油石比下，AC-13級(jí)配①的瀝青油膜厚度、浸水殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比分別為7.68 μm、98.9%、99%、2 168次/mm，AC-13級(jí)配②的瀝青油膜厚度、浸水殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比分別為9.48 μm、92.9%、99%、1 652次/mm;兩組級(jí)配的AC-13C浸水漢堡車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果均未出現(xiàn)剝落折點(diǎn)，具有良好的抗水損害能力。

道路工程;瀝青混合料;粗集料間隙率;油膜厚度;高溫穩(wěn)定性;水穩(wěn)定性

U416.217-A-15-047-4

0?引言

瀝青路面表面層的級(jí)配設(shè)計(jì)，粗集料組成部分是重點(diǎn)控制9.5 mm、4.75 mm、2.36 mm的通過(guò)率，以形成良好的骨架;細(xì)集料組成重點(diǎn)控制2.36 mm以下、0.6 mm、0.075 mm的通過(guò)率，以形成良好的密實(shí)度。其意圖在于粗集料間骨架嵌擠支撐有良好的抗力、細(xì)集料密實(shí)有良好的粘結(jié)力、表面宏觀構(gòu)造粗糙有良好的抗滑性能[1-3]。

本文采用70#A級(jí)道路石油瀝青、石灰?guī)r集料，在AC-13C目標(biāo)級(jí)配的基礎(chǔ)上變化兩組級(jí)配，其中一組級(jí)配是在目標(biāo)級(jí)配曲線基礎(chǔ)上調(diào)細(xì)，另一組級(jí)配是在目標(biāo)級(jí)配曲線基礎(chǔ)上調(diào)粗，其目的是驗(yàn)證目標(biāo)級(jí)配在關(guān)鍵篩孔變化時(shí)的性能變化及允許變化范圍。

1?一種AC-13C的礦料級(jí)配組成設(shè)計(jì)及評(píng)價(jià)

為驗(yàn)證下頁(yè)表1中目標(biāo)級(jí)配曲線的關(guān)鍵篩孔變化對(duì)瀝青混合料性能的影響，分別設(shè)計(jì)了級(jí)配①和級(jí)配②，其中級(jí)配①是在目標(biāo)級(jí)配曲線基礎(chǔ)上調(diào)細(xì)，9.5 mm、4.75 mm篩孔通過(guò)率增加4%～5%，0.15～2.36 mm細(xì)集料相應(yīng)增加4%左右，0.075 mm通過(guò)率相應(yīng)略增加0.7%;而級(jí)配②是在目標(biāo)級(jí)配曲線基礎(chǔ)上調(diào)粗，9.5 mm、4.75 mm篩孔通過(guò)率減少約4%，0.15～2.36 mm細(xì)集料相應(yīng)減少3%左右，0.075 mm通過(guò)率相應(yīng)略有減少0.3%。

為減少試驗(yàn)過(guò)程中級(jí)配組成變化的偶然性，將石灰?guī)r集料進(jìn)行單檔篩分，按單檔集料摻配合成級(jí)配。

1.1?兩組級(jí)配的粗集料間隙率（VCA）

根據(jù)試驗(yàn)規(guī)程方法，對(duì)表1中變化的兩組級(jí)配進(jìn)行了松散堆積密度、搗實(shí)密度試驗(yàn)，計(jì)算了松散狀態(tài)和搗實(shí)狀態(tài)下粗集料間隙率（VCA）。試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

由表2可知，在沒(méi)有細(xì)集料填充情況下，僅考慮2.36 mm以上粗集料之間形成的間隙，在控制最大公稱粒徑13.2 mm含量及2.36～4.75 mm含量基本一致的情況下，且相同容積情況下，隨著4.75 mm、9.5 mm檔集料含量的增加，礦料級(jí)配密度隨之增加，即礦料級(jí)配組成存在趨于更加緊密的變化狀態(tài)。

對(duì)兩種級(jí)配進(jìn)行馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)，測(cè)試混合料試件的毛體積相對(duì)密度，計(jì)算試件中粗集料骨架間隙率（VCA?AC），結(jié)果如表3所示，并進(jìn)行比較研究，結(jié)果如表4所示。

AC類(lèi)瀝青混合料的VCA?DRC會(huì)大于VCA?AC，其骨架嵌擠密實(shí)狀態(tài)可按VCA?AC≤VCA?DRC+2進(jìn)行評(píng)價(jià)。由表4可知，AC-13級(jí)配①達(dá)到了骨架密實(shí)狀態(tài)，AC-13級(jí)配②達(dá)到了SMA級(jí)配的VCA評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，即AC-13級(jí)配②在粗集料嵌擠組成上已經(jīng)達(dá)到了SMA的粗集料組成狀態(tài)。

1.2?馬歇爾試驗(yàn)體積指標(biāo)

采用馬歇爾試驗(yàn)分析兩組級(jí)配的馬歇爾體積指標(biāo)變化規(guī)律，以揭示關(guān)鍵篩孔變化對(duì)瀝青混合料結(jié)構(gòu)組成的影響規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

由表5可知，由于AC級(jí)配①細(xì)集料較多，相對(duì)而言，馬歇爾試驗(yàn)的試件毛體積相對(duì)密度較大，空隙率偏小，已接近技術(shù)要求下限值，VMA偏小，VFA偏大;而AC級(jí)配②由于偏粗，4.4%油石比下飽和度接近技術(shù)要求的下限。

為便于AC-13C的性能評(píng)價(jià)，AC級(jí)配①和AC級(jí)配②均采用油石比為4.7%。兩組礦料級(jí)配的瀝青混合料AC-13C的比表面積、有效瀝青用量、瀝青膜厚度、粉膠比等指標(biāo)如表6所示。

由表6可知，偏細(xì)型AC級(jí)配①與偏粗型AC級(jí)配②的比表面積相差較大，AC級(jí)配①比表面積是AC級(jí)配②比表面積的1.23倍。4.7%油石比下AC級(jí)配①的瀝青膜厚度僅為AC級(jí)配②的有效瀝青油膜厚度的81%。

2?兩組級(jí)配瀝青混合料AC-13C的路用性能驗(yàn)證

2.1?浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)的水穩(wěn)定性驗(yàn)證

對(duì)兩組級(jí)配的瀝青混合料AC-13C采用不同油石比制備試件，分別以浸水殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比評(píng)價(jià)其水穩(wěn)定性能。試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

由表7可知，AC級(jí)配①和AC級(jí)配②取油石比為4.7%時(shí)，瀝青混合料的水穩(wěn)定性良好;AC級(jí)配②的油石比為4.4%時(shí)，凍融劈裂試驗(yàn)殘留強(qiáng)度比將大幅度下降。

2.2?浸水漢堡車(chē)轍試驗(yàn)的水穩(wěn)定性驗(yàn)證

采用圓柱體試件，用50 ℃浸水水浴5 h，通過(guò)在47 mm寬的鋼輪上施加705 N（158 Lb）的力完成對(duì)試件的加載，然后采用鋼輪在板塊試件上做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，鋼輪的移動(dòng)速度大約是340 mm/s，通常用剝落點(diǎn)和剝落速率來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)定性。4.7%油石比、50 ℃下浸水漢堡車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果如表8～9及圖1～2所示。

由表9浸水漢堡車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果可以看出：兩組級(jí)配的AC-13C均未出現(xiàn)剝落折點(diǎn)，具有良好的抗水損害能力。

2.3?車(chē)轍試驗(yàn)驗(yàn)證

對(duì)兩組級(jí)配的AC-13采用4.7%油石比制備試件進(jìn)行60 ℃車(chē)轍試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表10和表11所示。

由表10、表11可知：（1）基質(zhì)瀝青的AC13級(jí)配①和級(jí)配②的車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果良好，均能達(dá)到1 500次/mm以上;（2）室內(nèi)車(chē)轍成型時(shí)是模擬鋼輪的反復(fù)碾壓狀態(tài)，車(chē)轍試驗(yàn)AC13級(jí)配①的動(dòng)穩(wěn)定度大于AC級(jí)配②，這可能與AC13級(jí)配①（偏細(xì)）的試件壓實(shí)度最好，而AC13級(jí)配②（偏粗）的相對(duì)空隙率偏大有關(guān)。在實(shí)際工程中采用接近AC級(jí)配②的瀝青混合料，只要及時(shí)、高溫碾壓，瀝青路面也能獲得良好的使用性能。

3?結(jié)語(yǔ)

（1）瀝青混合料AC-13C的9.5 mm、4.75 mm、2.36 mm、0.075 mm的通過(guò)率分別為66%～75%、35%～43%、25%～32%、5.3%～6.3%時(shí)，骨架嵌擠穩(wěn)定密實(shí)性好，基質(zhì)瀝青混合料的水穩(wěn)定性能及高溫穩(wěn)定性良好。

（2）瀝青混合料AC-13C的9.5 mm、4.75 mm、2.36 mm、0.075 mm的通過(guò)率分別為66%、35%、25%、5.3%時(shí)，其油石比應(yīng)≥4.4%，基質(zhì)瀝青混合料的空隙率應(yīng)≤5.6%。

（3）瀝青混合料AC-13C的9.5 mm、4.75 mm、2.36 mm、0.075 mm的通過(guò)率分別為75%、43%、32%、6.3%時(shí)，在4.9%、4.7%油石比下，基質(zhì)瀝青混合料的油膜厚度分別為8.01 μm、7.68 μm，考慮到瀝青路面的耐久性，AC-13C的2.36 mm的通過(guò)率應(yīng)≤32%。

參考文獻(xiàn)：

[1]沙慶林.礦料級(jí)配檢驗(yàn)方法之一VCADRF方法[J].公路，2005（2）：89-99.

[2]李?智，張肖寧，雷尊貴，等.重載交通道路瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)方法研究[J].中南公路工程，2006，31（4）：40-42.

[3]袁萬(wàn)杰.多級(jí)嵌擠密實(shí)瀝青混合料設(shè)計(jì)方法與路用性能研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2004.