AC—16瀝青混凝土上面層工程級配優(yōu)化研究

李紅梅，劉文方

（四川理工學院建筑工程學院，四川 自貢643000）

0 引言

柞小高速公路瀝青路面結構為上面層5cm SBS改性瀝青混凝土（AC—16）+中面層7cm SBS改性瀝青混凝土（AC—25）+下面層10cm 瀝青穩(wěn)定碎石（ATB—30）。《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》（JTG F40—2004）中對AC—16瀝青混凝土的礦料級配范圍規(guī)定的太寬，需結合工程實際情況提出工程設計級配范圍。在提出柞小高速公路瀝青路面使用性能氣候分區(qū)的基礎上，對兩種AC—16 級配形成的瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性等路面使用性能進行了研究，根據(jù)該地區(qū)氣候分區(qū)下高等級公路瀝青路面的特點，并結合試驗數(shù)據(jù)，提出了適用于該地區(qū)高等級公路瀝青路面的AC—16型密級配瀝青混凝土上面層工程設計級配范圍，供廣大設計和施工人員參考，以指導工程實踐。

1 原材料技術性質和級配的選取

瀝青采用韓國SK—90 號基質瀝青，并通過SBS進行改性，按瀝青試驗規(guī)程進行主要技術性能試驗，其技術指標滿足規(guī)范要求。礦料采用陜西省鎮(zhèn)安縣青銅關料場的閃長巖，按照公路工程集料試驗規(guī)程進行主要技術性能試驗，其技術指標均滿足規(guī)范要求。陜西地區(qū)高等級公路的瀝青路面上面層，首先結合工程實際情況初步確定出工程設計級配范圍。本研究級配的選取以JTG F40—2004提供的級配為基礎，并參考AC—16瀝青混凝土在其他高等級公路中的使用情況，適當調整各篩孔通過率，確定出AC—16 瀝青混凝土的兩個典型級配（M級配和N級配），如表1所示。

表1 兩種級配的合成級配通過率

2 AC—16瀝青混凝土油石比的確定

AC—16 瀝青混凝土按照傳統(tǒng)馬歇爾試驗進行最佳油石比的確定，試件尺寸為Φ101.6mm×63.5mm，雙面各擊實75 次，通過試驗確定出的M級配和N 級配的最佳油石比分別為4.9%和4.1%，兩種級配在各自最佳油石比下的試驗結果見表2。

表2 馬歇爾試驗結果

從表2的數(shù)據(jù)可以看出，M級配瀝青混凝土混合料的各項指標均能較好地滿足技術要求，而N級配的瀝青混凝土混合料不滿足最小VMA 的要求，這與細集料的含量偏高有關，建議對N級配進行適當調整。

3 AC—16瀝青混凝土性能分析

陜西柞小高速公路的氣候分區(qū)屬于1-3-2區(qū)，即夏炎熱冬冷濕潤區(qū)[1]。上面層直接承受車輛荷載的作用，并且直接暴露在大氣作用下，所以夏季高溫季節(jié)易產(chǎn)生車轍，冬天的低溫易產(chǎn)生低溫裂縫，雨季對水穩(wěn)性的要求較高[2]。考慮AC—16 瀝青混凝土上面層的層位功能和該地區(qū)的氣候分區(qū)，對AC—16瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性以及水穩(wěn)定性等路用性能都進行了試驗研究。

3.1 高溫性能

兩種典型級配在最佳油石比下的車轍試驗結果見表3。

表3 車轍試驗結果

從表3的試驗數(shù)據(jù)可以看出，兩種級配在最佳油石比下的動穩(wěn)定度都遠遠滿足施工技術規(guī)范的要求，表現(xiàn)出很強的抗車轍能力。研究表明[3]，4.75mm 以上粗集料的含量對瀝青混合料抵抗永久變形的能力有顯著影響：碎石含量越多，其抗永久變形能力越強。本研究中，M 級配中4.75mm 以上碎石顆粒含量較高，試驗結果也顯示M 級配形成瀝青混合料的動穩(wěn)定度比N級配高。

3.2 低溫性能

瀝青混合料的低溫抗裂性能用低溫彎曲試驗來評價，將AC—16 瀝青混凝土輪碾成車轍板，并切割成小梁試件，在試驗溫度為-10℃、加載速率50mm/min的條件下進行小梁試件彎曲試驗[4]，其結果見表4。可以看出，兩種級配均滿足規(guī)范破壞應變不低于2 800 的要求，表現(xiàn)出較好的低溫抗裂性能。

表4 低溫彎曲試驗結果

3.3 水穩(wěn)定性

檢驗瀝青混合料水穩(wěn)性能的試驗方法很多，本研究采用現(xiàn)行規(guī)范要求的浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗，進行瀝青混合料的水穩(wěn)定性試驗。兩種級配下的試驗結果見表5。

表5 水損害試驗結果

從表5 試驗數(shù)據(jù)可以看出，兩種級配的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂殘留強度比均能滿足規(guī)范要求，這表明兩種級配在最佳油石比下的水穩(wěn)性能較好。N 級配的水穩(wěn)定性要優(yōu)于M 級配，原因可能是N 級配在最佳油石比下的空隙率小于M 級配，孔隙率越小，水分滲入瀝青膜與礦料界面就會越困難，從而在凍融循環(huán)中進入試件中的水分相對較少，試件受到的水損害就會較小[5]。

4 結論

兩種級配形成的瀝青混合料通過了規(guī)范要求的夏炎熱冬冷濕潤區(qū)路面使用性能的檢驗，M級配符合馬歇爾試驗技術標準的規(guī)定，但N級配不滿足最小礦料間隙率VMA 的要求，說明N 級配的細集料含量偏高，在此基礎上可將N 級配的關鍵篩孔4.75mm 及以下篩孔的細集料通過率適當調低，并使各粒徑的變化范圍控制在10%以內(nèi)，得出上面層用AC—16 瀝青混凝土建議的工程設計級配范圍見表6，建議AC—16 瀝青混凝土油石比控制在4.1%～4.9%。

表6 AC—16工程級配范圍

[1] JTG F40—2004，公路瀝青路面施工技術規(guī)范[S].

[2] 沈金安.瀝青與瀝青混合料路用性能[M].北京：人民交通出版社，2001．

[3] 侯國京.級配對AC—13瀝青混合料高溫性能的影響[J].交通標準化，2013（12）：37-39．

[4] JTJ 052—2000,公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程[S].

[5] 蒙華，朱洪洲，徐新，等.不同級配瀝青穩(wěn)定碎石水穩(wěn)定性評價[J].公路與汽運，2008（1）：77-79．