一種瀝青混合料AC-10的組成設(shè)計(jì)及應(yīng)用

黃敏新 趙承偉

摘要：為設(shè)計(jì)一種未摻配纖維、與SMA-10高低溫性能和彎曲變形能力性能相當(dāng)?shù)腁C-1O，按瀝青混合料組成結(jié)構(gòu)的分散、膠漿理論，以空隙率≤2.5%為設(shè)計(jì)要求，按瀝青混合料最緊密嵌擠狀態(tài)（即礦料間隙率VMA達(dá)到最小時(shí)）、析漏損失率陡增拐點(diǎn)、小梁彎曲試驗(yàn)破壞應(yīng)變、動(dòng)穩(wěn)定度確定油石比。結(jié)果表明：改進(jìn)的AC-10的關(guān)鍵篩孔2.36mm、0.075mm的通過(guò)率宜為（27±3）%、（8.0±0.5）%，4.75mm的通過(guò)率為35%～55%，油石比為5.8%～6.6%，60℃動(dòng)穩(wěn)定度≥2000次/mm，0℃低溫彎曲試驗(yàn)破壞應(yīng)變≥5000釁，具有很好的抗變形能力及延展性能。

關(guān)鍵詞：道路工程;瀝青混合料;級(jí)配;油石比;空隙率;抗變形能力

中圖分類(lèi)號(hào)：U416.217 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.07.012

文章編號(hào)：1673-4874（2019）07-0035-04

0引言

為減少半剛性基層、舊混凝土層上的瀝青路面出現(xiàn)反射裂縫，防止水分下滲，提高結(jié)構(gòu)層的水穩(wěn)定性能及層間連續(xù)性，瀝青混合料AC-10常作為舊混凝土層和瀝青面層之間的應(yīng)力吸收層使用。其礦料合成級(jí)配中的2.36mm關(guān)鍵篩孔的通過(guò)率按SMA-10的礦料級(jí)配范圍來(lái)控制，設(shè)計(jì)空隙率≤2.5%，有別于傳統(tǒng)密級(jí)配瀝青混凝土AC-10。

依托廣西舊混凝土加鋪瀝青路面精品工程，本文對(duì)改進(jìn)的AC-1O的礦料組成、油石比、技術(shù)性能等進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，相關(guān)參數(shù)可作為類(lèi)似工程項(xiàng)目的參考依據(jù)。

1原材料

（1）SBS（1-D）改性瀝青

SBS（1-D）改性瀝青的檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

（2）礦料

粗集料為1#（5～10mm）、2#（3～5mm）石灰?guī)r碎石。細(xì)集料為3#（0～3mm）石灰?guī)r機(jī)制砂。填料為石灰?guī)r礦粉。集料及填料的吸水率及密度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2，集料及填料的篩分試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

2瀝青混合料AO-10的級(jí)配設(shè)計(jì)

瀝青混合料是由礦質(zhì)骨架和瀝青膠結(jié)物所構(gòu)成的、具有空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的一種多相分散體系。瀝青混合料的力學(xué)強(qiáng)度主要由礦質(zhì)顆粒之間的內(nèi)摩阻力和嵌擠力以及瀝青膠結(jié)料及其與礦料之間的粘結(jié)力所構(gòu)成。為提高骨架穩(wěn)定度，根據(jù)礦料的篩分結(jié)果，在SMA-10與AC-10的礦料級(jí)配（≥4.75m）公共范圍內(nèi)，將關(guān)鍵篩孔2.36m的通過(guò)率設(shè)計(jì)為27%±3%，O.075m的通過(guò)率設(shè)計(jì)為8%±0.5%。兩組改進(jìn)的AC-10及SMA-10（比對(duì)用）的礦料級(jí)配組成設(shè)計(jì)見(jiàn)表4。

3油石比的確定及性能驗(yàn)證

為提高細(xì)粒式瀝青混合料AC-10的粘彈特性及瀝青砂漿及膠漿的粘聚性，微調(diào)相關(guān)技術(shù)參數(shù)，AC-10的油石比以空隙率≤2.5%為設(shè)計(jì)技術(shù)要求，按瀝青混合料最緊密嵌擠狀態(tài)（即礦料間隙率VMA達(dá)到最小時(shí)）、析漏損失率陡增拐點(diǎn)、小梁彎曲試驗(yàn)破壞應(yīng)變、動(dòng)穩(wěn)定度來(lái)確定。

3.1確定油石比的第一控制點(diǎn)

以表4合成級(jí)配一為例，采用瀝青混合料最緊密嵌擠狀態(tài)（即礦料間隙率VMA達(dá)到最小時(shí)）下的油石比作為SBS改性瀝青混合料AC-10油石比的第一控制點(diǎn)。

以0.4%間隔變化，采用5個(gè)不同的油石比5.O%、5.4%、5.8%、6.2%、6.6%制備5組馬歇爾試件，馬歇爾試件均是單個(gè)試件配料，試件尺寸為ψ101.6mnq×（63.5±1.3）mm，按技術(shù)要求的每個(gè)試件雙面各擊實(shí)75次的方法成型。試驗(yàn)過(guò)程中集料的烘料溫度為175℃，瀝青的加熱溫度為165℃，瀝青混合料的拌合溫度為160℃，擊實(shí)成型控制溫度約為160℃。

馬歇爾試件成型后靜置冷卻≥12h，脫模測(cè)定其馬歇爾試驗(yàn)指標(biāo)，馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。其中毛體積相對(duì)密度的測(cè)試方法為表干法，最大理論相對(duì)密度采用計(jì)算法而得。

3.2繪制油石比與馬歇爾指標(biāo)關(guān)系圖

根據(jù)表5馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果，繪制油石比與毛體積相對(duì)密度、空隙率、飽和度、礦料間隙率、穩(wěn)定度、流值的關(guān)系圖。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，馬歇爾試件最緊密狀態(tài)（即礦料間隙率VMA達(dá)到最小時(shí)）所對(duì)應(yīng)的油石比wa為5.8%，將此油石比作為下限。

3.3確定油石比的第二控制點(diǎn)

通過(guò)控制最大油石比保證瀝青混合料的施工和易性，該最大油石比為不同油石比下析漏試驗(yàn)損失率的陡增拐點(diǎn)。以0.4%為間隔變化進(jìn)行8個(gè)油石比的析漏試驗(yàn)，試驗(yàn)油石比范圍為5.0%～7.8%。析漏試驗(yàn)結(jié)果如表6和圖1所示。

由圖1可知，析漏損失率陡增拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)油石比為6.6%，將此油石比作為第二控制點(diǎn)ωe。

3.4確定油石比的第三控制點(diǎn)

開(kāi)展ωA與ωB之間瀝青混合料0℃的低溫小梁彎曲試驗(yàn)，確定滿足彎曲應(yīng)變要求所對(duì)應(yīng)的油石比為第三控制點(diǎn)ωc。

選用前述確定的第一控制點(diǎn)5.8%（馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)最緊密狀態(tài)對(duì)應(yīng)油石比）、第二控制點(diǎn)6.6%（析漏試驗(yàn)析漏損失陡增拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)油石比）以及油石比上下限區(qū)間內(nèi)6.2%油石比進(jìn)行小梁彎曲試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度為O℃。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

由表7中數(shù)據(jù)可知，在油石比5.8%～6.6%范圍內(nèi)，0℃小梁彎曲試驗(yàn)破壞應(yīng)變均滿足其技術(shù)要求，第三控制點(diǎn)ωc的范圍為5.8%～6.6%。

3.5確定油石比的第四控制點(diǎn)

開(kāi)展ωA與ωB之間瀝青混合料的車(chē)轍試驗(yàn)，根據(jù)瀝青混合料高溫穩(wěn)定度最佳狀態(tài)確定第四控制點(diǎn)ωD。

選用前述確定的第一控制點(diǎn)5.8%（馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)最緊密狀態(tài)對(duì)應(yīng)油石比）、第二控制點(diǎn)6.6%（析漏試驗(yàn)析漏損失陡增拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)油石比）以及油石比上下限區(qū)間內(nèi)6.2%油石比進(jìn)行60℃的車(chē)轍試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

由表8中的數(shù)據(jù)可知，在油石比為5.8%～6.6%范圍內(nèi)，其高溫穩(wěn)定性能均滿足技術(shù)要求，第四控制點(diǎn)ωD的范圍為5.8%～6.6%。

3.6確定滿足SBS改性瀝青混合料AC-10體積指標(biāo)要求的油石比范圍

通過(guò)馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)的空隙率與油石比的回歸關(guān)系可知，符合設(shè)計(jì)要求的空隙率上限值2.5%對(duì)應(yīng)的油石比為6.05%，即油石比應(yīng)≥6.05%時(shí)方能滿足空隙率≤2.5%的設(shè)計(jì)要求。

3.7確定油石比的合理區(qū)間

將本文3.2～3.6節(jié)的試驗(yàn)結(jié)果匯總?cè)缦拢?/p>

（1）第一控制點(diǎn)油石比叫ωA=5.8%;

（2）第二控制點(diǎn)油石比ωB=6.6%;

（3）第三控制點(diǎn)油石比范圍ωc為5.8%～6.6%;

（4）第四控制點(diǎn)油石比范圍ωD為5.8%～6.6%;

（5）滿足SBS改性瀝青混合料AC-10體積指標(biāo)要求的油石比范圍為≥6.05%。

綜合SBS改性瀝青混合料AC-10的體積指標(biāo)、緊密狀態(tài)、變形適應(yīng)性、抗反射裂縫性能、高溫穩(wěn)定性、防水性能以及施工和易性，SBS改性瀝青混合料AC-10油石比合理區(qū)間為6.05%～6.6%。

3.8水穩(wěn)定性能檢驗(yàn)試驗(yàn)

按上限6.6%油石比分別以浸水殘留穩(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)果見(jiàn)表9、表10。

同理，表4合成級(jí)配二SBS改性瀝青混合料AC-10見(jiàn)表11。對(duì)比SMA-10的相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果如表12～13所示。

從表8、表11、表13可以得到，改進(jìn)設(shè)計(jì)的AC-10與SMA-10高溫性能相當(dāng)。

4AO-10瀝青路面的檢測(cè)及評(píng)價(jià)

每次施工完成后的第二天即對(duì)AC-10瀝青路面滲水檢測(cè)并鉆取芯樣，其檢測(cè)結(jié)果如表1 4所示。

由表1 4分析可知，應(yīng)力吸收層AC-1 0瀝青路面整體施工情況較好，所選用的配合比較為合理，攤鋪碾壓無(wú)推移，路面平整度較好，其標(biāo)準(zhǔn)差穩(wěn)定在0.6～1.2mm的范圍之內(nèi)，表面基本無(wú)離析現(xiàn)象，取出的芯樣基本均勻密實(shí)，滲水系數(shù)均<10 mI/min，密水性較好，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。

廣西舊混凝土路面加鋪瀝青層（厚度≥12cm，路面結(jié)構(gòu)為應(yīng)力吸收層AC-10+中面層+SMA表面層）開(kāi)放交通運(yùn)營(yíng)在3年以上，重載濕熱多雨工況下瀝青路面未出現(xiàn)裂縫，車(chē)轍變形量可控制在6 mm以下。

5結(jié)語(yǔ)

（1）SMA-10具有良好的高低溫性能和彎曲變形能力，但是必須添加纖維，工程造價(jià)較高，采用經(jīng)優(yōu)化改良設(shè)計(jì)的AC-10，其混合料性能與SMA-10相當(dāng)。

（2）改進(jìn)設(shè)計(jì)AC-10，≥2.36mm的礦料級(jí)配可按SMA-10的礦料級(jí)配范圍進(jìn)行確定，0.075mm的通過(guò)率宜為8.0%±0.5%，油石比宜為6.2%±3%。