瀝青混合料AC-13C的組成設計分析及性能評價

潘炳良 黃小慧 覃金壽

文章為評價一種組成設計的AC-13C級配曲線變化對其性能的影響，以目標曲線2.36 mm、4.75 mm、9.5 mm的分別對應通過率27.7%、38.7%、71.4%為中值，設計偏細的AC-13級配①，與偏粗的AC-13級配②，并采用粗集料間隙率VCA作為評價配比設計的參數。結果表明：AC-13級配①達到了骨架密實狀態，AC-13級配②接近SMA類級配的穩定狀態;4.7%油石比下，AC-13級配①的瀝青油膜厚度、浸水殘留穩定度和凍融劈裂抗拉強度比分別為7.68 μm、98.9%、99%、2 168次/mm，AC-13級配②的瀝青油膜厚度、浸水殘留穩定度和凍融劈裂抗拉強度比分別為9.48 μm、92.9%、99%、1 652次/mm;兩組級配的AC-13C浸水漢堡車轍試驗結果均未出現剝落折點，具有良好的抗水損害能力。

道路工程;瀝青混合料;粗集料間隙率;油膜厚度;高溫穩定性;水穩定性

U416.217-A-15-047-4

0?引言

瀝青路面表面層的級配設計，粗集料組成部分是重點控制9.5 mm、4.75 mm、2.36 mm的通過率，以形成良好的骨架;細集料組成重點控制2.36 mm以下、0.6 mm、0.075 mm的通過率，以形成良好的密實度。其意圖在于粗集料間骨架嵌擠支撐有良好的抗力、細集料密實有良好的粘結力、表面宏觀構造粗糙有良好的抗滑性能[1-3]。

本文采用70#A級道路石油瀝青、石灰巖集料，在AC-13C目標級配的基礎上變化兩組級配，其中一組級配是在目標級配曲線基礎上調細，另一組級配是在目標級配曲線基礎上調粗，其目的是驗證目標級配在關鍵篩孔變化時的性能變化及允許變化范圍。

1?一種AC-13C的礦料級配組成設計及評價

為驗證下頁表1中目標級配曲線的關鍵篩孔變化對瀝青混合料性能的影響，分別設計了級配①和級配②，其中級配①是在目標級配曲線基礎上調細，9.5 mm、4.75 mm篩孔通過率增加4%～5%，0.15～2.36 mm細集料相應增加4%左右，0.075 mm通過率相應略增加0.7%;而級配②是在目標級配曲線基礎上調粗，9.5 mm、4.75 mm篩孔通過率減少約4%，0.15～2.36 mm細集料相應減少3%左右，0.075 mm通過率相應略有減少0.3%。

為減少試驗過程中級配組成變化的偶然性，將石灰巖集料進行單檔篩分，按單檔集料摻配合成級配。

1.1?兩組級配的粗集料間隙率（VCA）

根據試驗規程方法，對表1中變化的兩組級配進行了松散堆積密度、搗實密度試驗，計算了松散狀態和搗實狀態下粗集料間隙率（VCA）。試驗結果如表2所示。

由表2可知，在沒有細集料填充情況下，僅考慮2.36 mm以上粗集料之間形成的間隙，在控制最大公稱粒徑13.2 mm含量及2.36～4.75 mm含量基本一致的情況下，且相同容積情況下，隨著4.75 mm、9.5 mm檔集料含量的增加，礦料級配密度隨之增加，即礦料級配組成存在趨于更加緊密的變化狀態。

對兩種級配進行馬歇爾擊實試驗，測試混合料試件的毛體積相對密度，計算試件中粗集料骨架間隙率（VCA?AC），結果如表3所示，并進行比較研究，結果如表4所示。

AC類瀝青混合料的VCA?DRC會大于VCA?AC，其骨架嵌擠密實狀態可按VCA?AC≤VCA?DRC+2進行評價。由表4可知，AC-13級配①達到了骨架密實狀態，AC-13級配②達到了SMA級配的VCA評價標準，即AC-13級配②在粗集料嵌擠組成上已經達到了SMA的粗集料組成狀態。

1.2?馬歇爾試驗體積指標

采用馬歇爾試驗分析兩組級配的馬歇爾體積指標變化規律，以揭示關鍵篩孔變化對瀝青混合料結構組成的影響規律。試驗結果如表5所示。

由表5可知，由于AC級配①細集料較多，相對而言，馬歇爾試驗的試件毛體積相對密度較大，空隙率偏小，已接近技術要求下限值，VMA偏小，VFA偏大;而AC級配②由于偏粗，4.4%油石比下飽和度接近技術要求的下限。

為便于AC-13C的性能評價，AC級配①和AC級配②均采用油石比為4.7%。兩組礦料級配的瀝青混合料AC-13C的比表面積、有效瀝青用量、瀝青膜厚度、粉膠比等指標如表6所示。

由表6可知，偏細型AC級配①與偏粗型AC級配②的比表面積相差較大，AC級配①比表面積是AC級配②比表面積的1.23倍。4.7%油石比下AC級配①的瀝青膜厚度僅為AC級配②的有效瀝青油膜厚度的81%。

2?兩組級配瀝青混合料AC-13C的路用性能驗證

2.1?浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗的水穩定性驗證

對兩組級配的瀝青混合料AC-13C采用不同油石比制備試件，分別以浸水殘留穩定度和凍融劈裂抗拉強度比評價其水穩定性能。試驗結果如表7所示。

由表7可知，AC級配①和AC級配②取油石比為4.7%時，瀝青混合料的水穩定性良好;AC級配②的油石比為4.4%時，凍融劈裂試驗殘留強度比將大幅度下降。

2.2?浸水漢堡車轍試驗的水穩定性驗證

采用圓柱體試件，用50 ℃浸水水浴5 h，通過在47 mm寬的鋼輪上施加705 N（158 Lb）的力完成對試件的加載，然后采用鋼輪在板塊試件上做往復運動，鋼輪的移動速度大約是340 mm/s，通常用剝落點和剝落速率來評價瀝青混合料的水穩定性。4.7%油石比、50 ℃下浸水漢堡車轍試驗結果如表8～9及圖1～2所示。

由表9浸水漢堡車轍試驗結果可以看出：兩組級配的AC-13C均未出現剝落折點，具有良好的抗水損害能力。

2.3?車轍試驗驗證

對兩組級配的AC-13采用4.7%油石比制備試件進行60 ℃車轍試驗。試驗結果如表10和表11所示。

由表10、表11可知：（1）基質瀝青的AC13級配①和級配②的車轍試驗結果良好，均能達到1 500次/mm以上;（2）室內車轍成型時是模擬鋼輪的反復碾壓狀態，車轍試驗AC13級配①的動穩定度大于AC級配②，這可能與AC13級配①（偏細）的試件壓實度最好，而AC13級配②（偏粗）的相對空隙率偏大有關。在實際工程中采用接近AC級配②的瀝青混合料，只要及時、高溫碾壓，瀝青路面也能獲得良好的使用性能。

3?結語

（1）瀝青混合料AC-13C的9.5 mm、4.75 mm、2.36 mm、0.075 mm的通過率分別為66%～75%、35%～43%、25%～32%、5.3%～6.3%時，骨架嵌擠穩定密實性好，基質瀝青混合料的水穩定性能及高溫穩定性良好。

（2）瀝青混合料AC-13C的9.5 mm、4.75 mm、2.36 mm、0.075 mm的通過率分別為66%、35%、25%、5.3%時，其油石比應≥4.4%，基質瀝青混合料的空隙率應≤5.6%。

（3）瀝青混合料AC-13C的9.5 mm、4.75 mm、2.36 mm、0.075 mm的通過率分別為75%、43%、32%、6.3%時，在4.9%、4.7%油石比下，基質瀝青混合料的油膜厚度分別為8.01 μm、7.68 μm，考慮到瀝青路面的耐久性，AC-13C的2.36 mm的通過率應≤32%。

參考文獻：

[1]沙慶林.礦料級配檢驗方法之一VCADRF方法[J].公路，2005（2）：89-99.

[2]李?智，張肖寧，雷尊貴，等.重載交通道路瀝青混合料級配設計方法研究[J].中南公路工程，2006，31（4）：40-42.

[3]袁萬杰.多級嵌擠密實瀝青混合料設計方法與路用性能研究[D].西安：長安大學，2004.