澆注式瀝青混凝土配合比設計及性能研究

董超君，何 艷

（武漢市政工程設計研究院有限責任公司，湖北武漢 430023）

1 概述

澆注式瀝青混凝土屬于密實級配瀝青混凝土，其特點是在施工溫度條件下，瀝青混合料呈流淌狀態，一般不需要用壓路機，只需要用簡單的攤鋪整平機具即可完成施工，并能達到規定的密實度和平整度。混合料本身具有瀝青含量高、細集料含量高、礦粉含量高等“三高”特點，較多的瀝青及細集料含量使粗骨料處于懸浮狀態；與熱拌瀝青混凝土不同的是，其空隙率很小（小于1%），并且內部空隙不相連。澆注式瀝青混凝土具有良好的防水、抗老化、抗疲勞性能以及對鋼橋面板優秀的追從性和粘結性能，在國外應用于橋面鋪裝已有70多年的歷史，我國的多座鋼橋的橋面鋪裝中也有所使用。詳細介紹了澆注式瀝青混凝土的配合比設計，并將其與SMA、AC進行了性能方面的對比分析。

2 配合比設計研究

2.1 原材料

（1）瀝青膠結料

澆注式瀝青混合料中瀝青含量通常高達8%，瀝青的品質對混合料的性能有重要影響。德國通常采用B45級和B25級瀝青作為膠結料，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#瀝青作為基質瀝青，摻配一定比例的湖瀝青。在我國，一般采用殼牌公司生產的高劑量SBS改性瀝青—克裂王（Cariphalt）與多巴哥產特立尼達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料。

（2）集料

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

（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。所以礦粉的質量在很大程度上影響著混合料的質量。除符合《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）的要求外，由于澆注式瀝青混合料生產時溫度要求比較高，所以礦粉使用時必須加熱。

2.2 設計指標

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計不像普通混合料那樣采用馬歇爾設計法或Superpave配合比設計法，它主要采用劉埃爾流動度值和貫入度及貫入度增量為設計指標，輔以低溫彎曲試驗和疲勞試驗進行配合比檢驗。

劉埃爾流動度是評價混合料施工和易性的指標，它是以999.5 g的錐形重錘在240℃混合料中下降50 mm深度所需要的時間，以秒計。我國規范規定劉埃爾值范圍為3～20 s，以18 s為目標值。

貫入度是評價混合料抗變形能力的指標，它是指在40℃時，52.5 kgf作用在0.05 m2面積上，30 min內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，由于我國氣候變化較大，所以我國采用60℃貫入度為設計指標。

2.3 級配的確定

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%，細集料含量大約為50%，填料含量大約為25%。表1為我國GA-10級配范圍。

表1 GA-10級配范圍

級配的選擇可依據我國工程實踐以及國外特別是德國、日本的規范和經驗，在級配范圍內選出3組粗細不同級配，根據當地經驗選擇出適宜的瀝青用量進行流動度試驗、貫入度和孔隙率試驗。選出滿足要求的級配。

2.4 初始最佳油石比的確定

將不同油石比試樣的240℃劉埃爾流動度、60℃貫入度、孔隙率試驗結果繪制在圖上，并用圓滑的曲線將數據點連接起來。根據所做的圖，求出符合技術要求的油石比。

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，進行車轍試驗和低溫極限彎曲試驗。根據車轍試驗和低溫彎曲試驗求出符合技術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，采用劉埃爾流動度試驗衡量，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試驗結果。

圖1 不同溫度與瀝青用量時混合料的流動度

由圖1可見，混合料的流動度受瀝青用量與試驗溫度的影響十分明顯。當瀝青用量由7.5%增加到8.5%時，澆注式瀝青混合料在240℃時的流動度由29 s較少到13 s，變化幅度達55%;當溫度由220℃增加到240℃時，瀝青用量為8.5%的混合料流動度由37 s降低至13 s，降幅達70%。因此，在實體工程中，可以通過適當的增加瀝青用量或提高混合料的保溫溫度等措施來改善混合料的施工和易性。

3.2 高溫穩定性

眾所周知，澆注式瀝青混合料為典型的懸浮密實結構。表2為不同類型的瀝青混合料的車轍試驗結果，可以看出，與SMA、AC相比，澆注式瀝青混合料動穩定度較小，60 min車轍變形較大，但仍滿足我國《公路改性瀝青路面施工技術規范》中的規定（大于 800次·mm-1）。

表2 不同類型瀝青混合料車轍試驗結果

試驗表明，混合瀝青中湖瀝青(TLA)的摻量由25%提高到45%時，混合料的動穩定度由740次·mm-1提高到1 172次·mm-1，增幅達60%。如圖2所示：當混合料表面壓入12 kg·m-2預拌瀝青碎石后，澆注式瀝青混合料的動穩定度分別增長至 1 800次·mm-1(45%TLA)與 1050次·mm-1(25%TLA)；增幅分別達53%與42%。

圖2 動穩定度與預拌瀝青碎石灑布量的關系

由此可以得出，澆注式瀝青混合料的高溫穩定性可以通過摻加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指標來評價，表3為試驗溫度為-10℃，加載速率為50 mm/min時三種瀝青混合料低溫性能試驗結果。

表3 不同混合料低溫彎曲試驗結果（-10℃）

可以得出，無論是極限破壞強度還是最大彎拉應變，澆注式瀝青混合料都優于SMA和AC。而且，澆注式瀝青混合料的最大彎拉應變值幾乎為SMA和AC的8倍。主要是因為澆注式瀝青混合料為懸浮密實結構，并且含有較大的瀝青含量和礦粉用量，其空隙率極低，因此，大大提高了低溫時的抗拉性能和抗裂性能。

4 結論

澆注式瀝青混合料的配合比設計不同于普通瀝青混合料，設計時要嚴格控制流動度和60℃貫入度兩個指標；澆注式瀝青混合料的高溫穩定性較低，但可以采用適當的方法來提高；澆注式瀝青混合料的低溫性能明顯優于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。

[1]黃衛.大跨徑橋梁鋼橋面鋪裝設計理論與方法[M].北京:中國建筑工業出版社,2006.

[2]重慶交通科研設計院.公路鋼箱梁橋面鋪裝設計與施工指南[M].北京:人民交通出版社,2006.

[3]樊葉華,楊軍,錢振東等.國外澆注式瀝青混凝土鋼橋面鋪裝綜述[J].中外公路,2003,23(6):1-4.

[4]凌桂香,羅享文.澆注式瀝青混合料配合比設計及試驗研究[J].中外公路,2010,30(4):271-273.

[5]陳先華,黃衛,李洪濤,等.鋼橋面澆注式瀝青混合料鋪裝性能[J].公路交通科技,2004,21(9):28-31.