澆注式瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)及性能研究

董超君，何 艷

（武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，湖北武漢 430023）

1 概述

澆注式瀝青混凝土屬于密實(shí)級(jí)配瀝青混凝土，其特點(diǎn)是在施工溫度條件下，瀝青混合料呈流淌狀態(tài)，一般不需要用壓路機(jī)，只需要用簡(jiǎn)單的攤鋪整平機(jī)具即可完成施工，并能達(dá)到規(guī)定的密實(shí)度和平整度?；旌狭媳旧砭哂袨r青含量高、細(xì)集料含量高、礦粉含量高等“三高”特點(diǎn)，較多的瀝青及細(xì)集料含量使粗骨料處于懸浮狀態(tài)；與熱拌瀝青混凝土不同的是，其空隙率很小（小于1%），并且內(nèi)部空隙不相連。澆注式瀝青混凝土具有良好的防水、抗老化、抗疲勞性能以及對(duì)鋼橋面板優(yōu)秀的追從性和粘結(jié)性能，在國(guó)外應(yīng)用于橋面鋪裝已有70多年的歷史，我國(guó)的多座鋼橋的橋面鋪裝中也有所使用。詳細(xì)介紹了澆注式瀝青混凝土的配合比設(shè)計(jì)，并將其與SMA、AC進(jìn)行了性能方面的對(duì)比分析。

2 配合比設(shè)計(jì)研究

2.1 原材料

（1）瀝青膠結(jié)料

澆注式瀝青混合料中瀝青含量通常高達(dá)8%，瀝青的品質(zhì)對(duì)混合料的性能有重要影響。德國(guó)通常采用B45級(jí)和B25級(jí)瀝青作為膠結(jié)料，或者摻配一定比例的天然瀝青TLA，摻配TLA比例一般為15%～35%。日本常采用AH-30#瀝青作為基質(zhì)瀝青，摻配一定比例的湖瀝青。在我國(guó)，一般采用殼牌公司生產(chǎn)的高劑量SBS改性瀝青—克裂王（Cariphalt）與多巴哥產(chǎn)特立尼達(dá)湖瀝青按一定的比例摻配，或采用針入度為20～40的瀝青摻入聚合物改性而成的改性瀝青作為膠結(jié)料。

（2）集料

集料應(yīng)選用堅(jiān)硬致密、耐磨、顆粒形狀較好，并與結(jié)合料有良好的黏結(jié)性能的一級(jí)石料。另外粗集料表面應(yīng)具有粗糙的紋理，并符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）的要求。澆注式瀝青混合料中允許使用天然砂，但天然砂與機(jī)制砂的用量比不得超過(guò)2:1（質(zhì)量比）。

（3）礦粉

礦粉一般選用石灰石礦粉。澆注式瀝青混合料中礦粉用量一般在25%左右，是瀝青用量的2.5～4倍。所以礦粉的質(zhì)量在很大程度上影響著混合料的質(zhì)量。除符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）的要求外，由于澆注式瀝青混合料生產(chǎn)時(shí)溫度要求比較高，所以礦粉使用時(shí)必須加熱。

2.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)

由于澆注式瀝青混合料不同于普通瀝青混合料，所以澆注式瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)不像普通混合料那樣采用馬歇爾設(shè)計(jì)法或Superpave配合比設(shè)計(jì)法，它主要采用劉埃爾流動(dòng)度值和貫入度及貫入度增量為設(shè)計(jì)指標(biāo)，輔以低溫彎曲試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)進(jìn)行配合比檢驗(yàn)。

劉埃爾流動(dòng)度是評(píng)價(jià)混合料施工和易性的指標(biāo)，它是以999.5 g的錐形重錘在240℃混合料中下降50 mm深度所需要的時(shí)間，以秒計(jì)。我國(guó)規(guī)范規(guī)定劉埃爾值范圍為3～20 s，以18 s為目標(biāo)值。

貫入度是評(píng)價(jià)混合料抗變形能力的指標(biāo)，它是指在40℃時(shí)，52.5 kgf作用在0.05 m2面積上，30 min內(nèi)貫入瀝青混合料的深度（0.01 mm）貫入度試件為70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm的立方體，由于我國(guó)氣候變化較大，所以我國(guó)采用60℃貫入度為設(shè)計(jì)指標(biāo)。

2.3 級(jí)配的確定

澆注式瀝青混合料最大粒徑一般為13.2 mm，混合料中粗骨料含量大約為25%，細(xì)集料含量大約為50%，填料含量大約為25%。表1為我國(guó)GA-10級(jí)配范圍。

表1 GA-10級(jí)配范圍

級(jí)配的選擇可依據(jù)我國(guó)工程實(shí)踐以及國(guó)外特別是德國(guó)、日本的規(guī)范和經(jīng)驗(yàn)，在級(jí)配范圍內(nèi)選出3組粗細(xì)不同級(jí)配，根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)選擇出適宜的瀝青用量進(jìn)行流動(dòng)度試驗(yàn)、貫入度和孔隙率試驗(yàn)。選出滿(mǎn)足要求的級(jí)配。

2.4 初始最佳油石比的確定

將不同油石比試樣的240℃劉埃爾流動(dòng)度、60℃貫入度、孔隙率試驗(yàn)結(jié)果繪制在圖上，并用圓滑的曲線將數(shù)據(jù)點(diǎn)連接起來(lái)。根據(jù)所做的圖，求出符合技術(shù)要求的油石比。

2.5 最佳油石比的確定

將求得的初始最佳油石比增減0.5%，組成不同油石比的的三種澆注式瀝青混合料，進(jìn)行車(chē)轍試驗(yàn)和低溫極限彎曲試驗(yàn)。根據(jù)車(chē)轍試驗(yàn)和低溫彎曲試驗(yàn)求出符合技術(shù)要求的油石比作為最佳油石比。

3 路用性能研究

3.1 施工和易性

施工和易性是澆注式瀝青混合料施工性能的重要指標(biāo)，采用劉埃爾流動(dòng)度試驗(yàn)衡量，圖1為不同溫度下三種瀝青用量的澆注式瀝青混合料的流動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果。

圖1 不同溫度與瀝青用量時(shí)混合料的流動(dòng)度

由圖1可見(jiàn)，混合料的流動(dòng)度受瀝青用量與試驗(yàn)溫度的影響十分明顯。當(dāng)瀝青用量由7.5%增加到8.5%時(shí)，澆注式瀝青混合料在240℃時(shí)的流動(dòng)度由29 s較少到13 s，變化幅度達(dá)55%;當(dāng)溫度由220℃增加到240℃時(shí)，瀝青用量為8.5%的混合料流動(dòng)度由37 s降低至13 s，降幅達(dá)70%。因此，在實(shí)體工程中，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)脑黾訛r青用量或提高混合料的保溫溫度等措施來(lái)改善混合料的施工和易性。

3.2 高溫穩(wěn)定性

眾所周知，澆注式瀝青混合料為典型的懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)。表2為不同類(lèi)型的瀝青混合料的車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果，可以看出，與SMA、AC相比，澆注式瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度較小，60 min車(chē)轍變形較大，但仍滿(mǎn)足我國(guó)《公路改性瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中的規(guī)定（大于 800次·mm-1）。

表2 不同類(lèi)型瀝青混合料車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)表明，混合瀝青中湖瀝青(TLA)的摻量由25%提高到45%時(shí)，混合料的動(dòng)穩(wěn)定度由740次·mm-1提高到1 172次·mm-1，增幅達(dá)60%。如圖2所示：當(dāng)混合料表面壓入12 kg·m-2預(yù)拌瀝青碎石后，澆注式瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度分別增長(zhǎng)至 1 800次·mm-1(45%TLA)與 1050次·mm-1(25%TLA)；增幅分別達(dá)53%與42%。

圖2 動(dòng)穩(wěn)定度與預(yù)拌瀝青碎石灑布量的關(guān)系

由此可以得出，澆注式瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性可以通過(guò)摻加TLA或者其他方式得到明顯改善。

3.3 低溫抗裂性

澆注式瀝青混合料的低溫抗裂性能可以用低溫彎曲試驗(yàn)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)，表3為試驗(yàn)溫度為-10℃，加載速率為50 mm/min時(shí)三種瀝青混合料低溫性能試驗(yàn)結(jié)果。

表3 不同混合料低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果（-10℃）

可以得出，無(wú)論是極限破壞強(qiáng)度還是最大彎拉應(yīng)變，澆注式瀝青混合料都優(yōu)于SMA和AC。而且，澆注式瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變值幾乎為SMA和AC的8倍。主要是因?yàn)闈沧⑹綖r青混合料為懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)，并且含有較大的瀝青含量和礦粉用量，其空隙率極低，因此，大大提高了低溫時(shí)的抗拉性能和抗裂性能。

4 結(jié)論

澆注式瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)不同于普通瀝青混合料，設(shè)計(jì)時(shí)要嚴(yán)格控制流動(dòng)度和60℃貫入度兩個(gè)指標(biāo)；澆注式瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性較低，但可以采用適當(dāng)?shù)姆椒▉?lái)提高；澆注式瀝青混合料的低溫性能明顯優(yōu)于SMA和AC，并且與鋼板的隨從性好，因此更適合做鋼橋面的鋪裝材料。

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