AC-10F瀝青混合料配合比優(yōu)化及路用性能研究

蔣光偉

【摘要：】為合理設(shè)計(jì)都巴高速公路AC-10F應(yīng)力吸收功能層施工配比，文章采用70#道路瀝青作為膠結(jié)料，通過(guò)試驗(yàn)確定級(jí)配、油石比對(duì)AC-10F瀝青混合料馬歇爾體積指標(biāo)的影響，獲得AC-10F瀝青混合料設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)選都巴高速AC-10F瀝青混合料級(jí)配和油石比參數(shù)，對(duì)其路用性能進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明：AC-10F瀝青混合料的2.36 mm篩孔通過(guò)率確定在45%～48%，其各項(xiàng)馬歇爾體積指標(biāo)較優(yōu)，最佳油石比為5.0%;AC-10F瀝青混合料各項(xiàng)性能均達(dá)到規(guī)范要求，其實(shí)際施工厚度宜≤3 cm。

【關(guān)鍵詞：】高速公路;AC-10F瀝青混合料;配合比優(yōu)化;路用性能

U416.03A060183

0 引言

半剛性基層是廣西地區(qū)高速公路瀝青路面的主要基層形式。半剛性基層具有強(qiáng)度高、承載力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但因半剛性材料具有溫縮和干縮特性，所以極易引起裂縫，從而誘發(fā)瀝青路面反射裂縫的產(chǎn)生[1]。應(yīng)力吸收功能層代替?zhèn)鹘y(tǒng)同步碎石封層，可有效減少反射裂縫的產(chǎn)生，延緩反射裂縫發(fā)展速度，有利于改善瀝青路面長(zhǎng)期服役性能[2]。相比層厚較薄（1 cm左右）的同步瀝青碎石或者2.5 cm稀漿封層，AC-10F瀝青混合料應(yīng)力吸收層具備更好的防水性能和層間粘結(jié)性能，能針對(duì)性提升高速公路服役質(zhì)量。目前，AC-10F應(yīng)力吸收層的膠結(jié)料主要為各類(lèi)改性瀝青[3-4]。采用改性瀝青作為膠結(jié)料固然容易設(shè)計(jì)出符合規(guī)范指標(biāo)要求的應(yīng)力吸收層，但也存在造價(jià)昂貴、不便于施工的缺點(diǎn)。

都巴高速公路采用70#瀝青作為AC-10F應(yīng)力吸收層膠結(jié)料，但AC-10F瀝青混合料對(duì)級(jí)配、油石比等關(guān)鍵因素較為敏感。為確定級(jí)配關(guān)鍵篩孔以及油石比參數(shù)，本文通過(guò)研究不同級(jí)配、油石比下都巴高速公路AC-10F瀝青混合料馬歇爾體積指標(biāo)，優(yōu)選級(jí)配并獲得關(guān)鍵篩孔通過(guò)率范圍，以此優(yōu)化都巴高速公路AC-10F瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)，為瀝青混合料施工提供參考建議。

1 原材料

都巴高速公路AC-10F瀝青混合料所用礦料為石灰?guī)r，集料來(lái)源為自加工。瀝青采用廣西汽車(chē)工業(yè)交通材料有限公司提供的70#A級(jí)道路石油瀝青。對(duì)原材料開(kāi)展室內(nèi)試驗(yàn)，礦料主要為密度、吸水率、集料篩分等，瀝青主要為三大指標(biāo)和抗老化性能。試驗(yàn)結(jié)果如表1～3所示。所采用的集料和瀝青滿(mǎn)足規(guī)范要求。

2 配合比優(yōu)選

2.1 級(jí)配設(shè)計(jì)

根據(jù)表2的集料及礦粉篩分試驗(yàn)結(jié)果開(kāi)展配合比設(shè)計(jì)。由于AC-10F瀝青混合料公稱(chēng)粒徑為9.5 mm，所以2.36 mm通過(guò)率決定了AC-10F瀝青混合料級(jí)配粗細(xì)程度。因此，級(jí)配設(shè)計(jì)原則為：改變4～7 mm和7～11 mm集料配比組成，而不改變0～4 mm集料與礦粉比例，設(shè)計(jì)級(jí)配2.3 mm篩孔通過(guò)率在46%～47%。再根據(jù)4.75 mm篩孔和9.5 mm篩孔通過(guò)率不同，分為粗、中、細(xì)三種級(jí)配。粗、中、細(xì)三種級(jí)配的配比及合成級(jí)配如表4和圖1所示。

2.2 馬歇爾體積指標(biāo)

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，以5.0%油石比，采用上述粗、中、細(xì)三種級(jí)配制作馬歇爾試件，按照相關(guān)規(guī)范[5]要求進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。由表5可以看出，粗、中、細(xì)三種級(jí)配對(duì)馬歇爾體積指標(biāo)有一定的影響，粗級(jí)配更容易獲得更大的VMA和VV。本文所設(shè)計(jì)的三種級(jí)配馬歇爾體積指標(biāo)變化有一定規(guī)律，具體規(guī)律如下：VFA為級(jí)配3>級(jí)配2>級(jí)配1;VMA為級(jí)配1>級(jí)配2>級(jí)配3;VV為級(jí)配1>級(jí)配2>級(jí)配3。上述變化規(guī)律表明，4～7 mm集料與7～11 mm集料的比例變化引起馬歇爾體積指標(biāo)變化?？傮w而言，級(jí)配不應(yīng)過(guò)粗或過(guò)細(xì)，級(jí)配2可以平衡飽和度和礦料間隙率指標(biāo)，為三種級(jí)配中的最佳級(jí)配。最終綜合權(quán)衡各項(xiàng)馬歇爾體積指標(biāo)后，選擇級(jí)配2作為都巴高速公路AC-10F瀝青混合料設(shè)計(jì)級(jí)配。

3 馬歇爾體積指標(biāo)影響因素分析

前文通過(guò)試驗(yàn)，初步確定了都巴高速公路AC-10F瀝青混合料級(jí)配。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，2.36 mm篩孔通過(guò)率對(duì)AC-10F瀝青混合料馬歇爾體積指標(biāo)影響較大。為進(jìn)一步研究2.36 mm篩孔通過(guò)率對(duì)AC-10F瀝青混合料馬歇爾體積指標(biāo)的影響，設(shè)計(jì)不同的2.36 mm篩孔通過(guò)率的級(jí)配，以確定最終級(jí)配，并在所選級(jí)配條件下設(shè)計(jì)不同油石比的馬歇爾試件，獲得最佳油石比。具體如下。

3.1 2.36 mm篩孔通過(guò)率

根據(jù)前文礦料篩分結(jié)果，設(shè)計(jì)2.36 mm通過(guò)率分別為45.6%、48.1%、49.8%的三種級(jí)配，合成級(jí)配如表6和圖2所示。在5.0%油石比下分別成型三種級(jí)配馬歇爾試件，試驗(yàn)結(jié)果如下頁(yè)表7所示。從表7可知，AC-10F瀝青混合料馬歇爾體積指標(biāo)對(duì)2.36 mm篩孔通過(guò)率較為敏感，當(dāng)2.36 mm篩孔通過(guò)率>48%時(shí)，礦料間隙率有較大的下降，且空隙率較低，不利于其高溫穩(wěn)定性。因此，最終確定都巴高速公路AC-10F瀝青混合料級(jí)配為級(jí)配2，該級(jí)配2.36 mm篩孔通過(guò)率為45.6%，滿(mǎn)足<48%的要求，且大于規(guī)范要求的45%。

3.2 油石比

設(shè)置5種不同油石比（分別為4.4%、4.7%、5.0%、5.3%、5.5%），每種油石比各制備5組馬歇爾試件，進(jìn)行相應(yīng)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。由表8可知，在級(jí)配相同但不同油石比下AC-10F瀝青混合料指標(biāo)有顯著差異，大致的規(guī)律為：隨著油石比增加，VV明顯下降，而VMA變化并不明顯;與此對(duì)應(yīng)，VFA有較大升高。因此，通過(guò)對(duì)比5種油石比下AC-10F瀝青混合料VV，最終確定AC-10F瀝青混合料最佳油石比為5.0%。

4 路用性能

4.1 高溫性能

瀝青混合料高溫性能關(guān)乎瀝青路面服役水平。盡管都巴高速公路應(yīng)力吸收層所在層位距離路表18 cm，但由于采用基質(zhì)瀝青作為膠結(jié)料，其高溫性能有待驗(yàn)證。根據(jù)國(guó)內(nèi)學(xué)者的實(shí)測(cè)研究表明，當(dāng)路表溫度為35 ℃時(shí)，路表以下20 cm處的溫度可達(dá)到50 ℃左右[6]。廣西地區(qū)溫度較高，瀝青路面在高溫下產(chǎn)生永久變形的概率相比其他地區(qū)更大。E478299F-2AA7-47A9-AF52-9D63ECEA0766

根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011）中T0703-2011的條文說(shuō)明“試件的厚度可根據(jù)集料粒徑大小選擇”，而AC-10F瀝青混合料公稱(chēng)粒徑為9.5 mm，選擇30 mm車(chē)轍試件厚度較為合適[7]。為對(duì)比分析不同車(chē)轍試件厚度下AC-10F瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度，本次配合比設(shè)計(jì)中AC-10F瀝青混合料的車(chē)轍試件厚度采用30 mm、50 mm兩種進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表9所示。

由表9可以看出，50 mm厚AC-10F瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度小于30 mm厚AC-10F瀝青混合料的，表明車(chē)轍試件厚度對(duì)AC-10F瀝青混合料高溫性能影響顯著，

且30 mm厚度AC-10F瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度滿(mǎn)足≥1 000次/min的規(guī)范要求，30 mm厚度AC-10F瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度得到了較大的提升。都巴高速公路AC-10F功能層設(shè)計(jì)厚度為2.5 cm，在實(shí)際施工中應(yīng)當(dāng)控制厚度均勻性，避免出現(xiàn)厚度>3 cm的情況，以保障應(yīng)力吸收層的高溫性能。

4.2 水穩(wěn)定性

廣西地區(qū)高溫多雨，在雨水作用下瀝青混合料容易發(fā)生水損害，因此有必要對(duì)都巴高速公路AC-10F瀝青混合料水穩(wěn)定性能進(jìn)行驗(yàn)證。采用我國(guó)常用的瀝青混合料水穩(wěn)定性能試驗(yàn)，結(jié)果如表10所示，所設(shè)計(jì)AC-10F瀝青混合料水穩(wěn)定性能良好，各項(xiàng)指標(biāo)均滿(mǎn)足規(guī)范要求，且達(dá)到較為優(yōu)異的水平。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）級(jí)配粗細(xì)對(duì)AC-10F瀝青混合料馬歇爾體積指標(biāo)有一定影響，過(guò)粗或過(guò)細(xì)均會(huì)造成馬歇爾體積指標(biāo)不合格。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，最終選擇的礦料配比為7～11 mm∶4～7 mm∶0～4 mm∶礦粉 = 32∶16∶50∶2。

（2）AC-10F瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)關(guān)鍵篩孔為2.36 mm，通過(guò)率控制在45%～48%。

（3）最終選擇級(jí)配2和5.0%的油石比，但AC-10F瀝青混合料厚度對(duì)其高溫性能影響顯著，建議實(shí)際施工中控制AC-10F混合料厚度以<30 mm為宜。

參考文獻(xiàn)：

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[6]王 琨， 郝培文. 不同層位瀝青路面溫度預(yù)估模型[J]. 長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2017， 37（6）：24-30.

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