CAVF法與低標號瀝青的應用研究

楊健民

（山西省交通新技術發展有限公司，山西 太原 030012）

0 引言

隨著“一帶一路”戰略的推進，對我國公路質量將提出更高的標準。目前交通量與重載車輛日益增多，瀝青路面早期破壞逐漸加劇，以車轍與水損害最為嚴重。采用優質的SBS改性瀝青能提高抗車轍性能與水穩定性，然而在目前較短的使用壽命與養護周期背景下會消耗大量的資金。

鑒于此，采用體積設計法（CAVF法）、使用低標號瀝青得到了學者們的關注，并取得了相應成果。楊櫟通過配合比設計與性能驗證對比，發現體積設計法優于傳統設計方法，各項性能均表現良好[1]。周根榮采用體積設計法設計了ATB-30，與常規設計方法相比有著更優的溫度穩定性、水穩定性與疲勞性能[2]。李東海提出了AC-13的體積設計法，旨在提升表面層混合料的構造深度與抗滑性能[3]。

硬質瀝青是一種低標號的瀝青，在上世紀80年代法國將硬質瀝青用于中、下面層[4]，道路工作者開始關注價格低廉的低標號瀝青。羅萍根據不同厚度車轍板測試結果的變異系數提出了采用50號瀝青的AC-25混合料車轍板厚度與動穩定度標準[5]。李愛國在西商高速路段將50號瀝青應用在中面層，發現可有效減少路面車轍[6]。郭寅川等通過DSR與BBR試驗研究了不同標號瀝青用于面層的路用性能，發現50號與70號瀝青的高溫性能優于90號瀝青與SBS改性瀝青，利于延長道路使用壽命[7]。

渡口附近道路由于重載車輛的長期作用，并且雨水較多，對抗車轍性能與水穩定性能有一定要求，因此本文采用CAVF法對下面層瀝青混合料的配合比進行設計，并采用50號瀝青替代70號瀝青，對此進行路用性能驗證。

1 原材料

1.1 瀝青

低標號瀝青采用鎮海50號瀝青，原路段采用的是70號瀝青，技術指標見表1。

表1 瀝青技術性質

1.2 粗集料

粗集料采用陜西某石材廠生產的石灰巖碎石，其技術性質見表2。

表2 粗集料的技術性質

1.3 細集料

細集料采用石灰巖機制砂，其技術性質見表3。

表3 細集料的技術性質

1.4 礦粉

礦粉采用石灰巖碎石自行加工生產的石灰巖礦粉，其技術性質見表4。

表4 礦粉技術性質

1.5 級配

原道路下面層AC-20采用的級配見表5。

表5 AC-20混合料級配

2 級配設計

2.1CAVF法

常用下面層AC-20混合料的級配范圍并未采用填充原則確定，而連續級配中的次級填料易撐開骨架形成干涉，在重載作用下易形成車轍[8]。因此張肖寧提出了瀝青混合料的體積設計方法，通過測定形成骨架結構的集料空隙率，將其換算成體積，以細集料、礦粉與瀝青進行填充，既不會發生干涉，又能充分結合骨料的嵌擠與細料的填充。

2.2 細集料級配

CAVF設計法中細集料起填充作用，通過泰波公式設計，見式（1）：

有研究指出，應用于瀝青混合料時n通常取0.3～0.7，而當n取0.45時密度最大，此時細集料的級配見表6。

表6 細集料級配

2.3 粗集料級配

CAVF設計法中集料、礦粉與瀝青的比例通過式（2）、式（3）確定：

式中：qc、qf、qp、qa為粗、細集料、礦粉及瀝青的質量分數，%；ρsc、ρtf、ρtp、ρa為粗集料擊實后的密度、細集料與礦粉的表觀密度、瀝青密度，g/cm3；Vvc、Vvs為粗集料擊實后的空隙率與目標空隙率，%。

粗集料級配通過粗集料骨架間隙率確定，將4.75 mm以上的粗集料按不同的比例裝入馬歇爾試驗擊實100次，測試擊實后的緊裝密度為1.64 g/cm3，根據細集料、礦粉與瀝青的密度，擬定不同的粗集料比例而獲得的最小空隙率為42.8%。按AC-20的常規油石比取qa為4.5%，礦粉取6%，目標空隙率為4%。代入CAVF法的公式可得粗集料質量分數為59.2%，細集料用量36.3%。通過最小空隙率與上式計算得到級配，見表7。

表7 AC-20混合料級配

3 性能驗證

3.1 室內試驗

3.1.1 馬歇爾試驗

為了與常規設計方法的級配進行對比，將采用70號瀝青的原級配記為“Y-20”，采用CAVF法與50號瀝青的改進級配記為“CAVF-20”，馬歇爾試驗結果見表8。

表8 最佳油石比下的馬歇爾試驗結果

由表8可知，采用CAVF法進行設計后，油石比有所降低，不僅密度增大，且空隙率與流值有著相應的減少，這是因為更低的骨架間隙率使得集料之間的嵌擠更加緊密。

3.1.2 性能試驗

室內路用性能評價包括溫度穩定性與水穩定性，其中高溫穩定性通過車轍試驗評價，成型5 cm車轍板；低溫性能通過低溫彎曲試驗評價；水穩定性通過凍融劈裂強度比來評價，試驗結果見表9。

表9 不同攤鋪工藝下的路用性能

由表9可知，CAVF法使得主骨料堆積相互嵌擠成更密實的骨架結構，并且50號瀝青的硬度與抗永久變形能力優于70號瀝青，因此對高溫性能的提升尤為明顯，約提升36%，水穩定性約提升6%。而由于50號瀝青的延度低于70號瀝青，導致低溫性能有所降低。

3.2 現場驗證

車轍的形成往往由于道路建成通車后會被進一步壓密[9]，因此采用CAVF設計法與50號瀝青后，如何達到良好的應用效果需要通過施工組織實現。

3.2.1 施工控制要點

為了達到良好的壓實效果，參考當地的施工經驗鋪筑200 m試驗段，針對50號低標號瀝青混合料提出以下控制要點：

a）采用具有熨平板的攤鋪機進行下面層AC-20混合料的攤鋪，使下面層充分預壓。

b）采用16 t膠輪壓路機對預壓后的下面層AC-20混合料碾壓1～2遍，使骨料在搓揉作用下相互嵌擠，而后第二臺攤鋪機緊隨其后進行上面層AC-13混合料的攤鋪。

c）初壓先采用25 t膠輪壓路機碾壓1～3遍，目的在于避免骨料在鋼輪壓路機強振作用下發生破碎。

3.2.2 現場檢測

不同級配的現場芯樣檢測結果見表10。

表10 不同試驗段芯樣密度和壓實度

由表10可知，采用CAVF法設計的級配現場結果高于常規路段，并且低標號瀝青成本更低，且能滿足壓實度的要求。

4 結論

采用CAVF法進行下面層AC-20混合料的配合比設計，將常規采用的70號瀝青替換為50號瀝青，旨在提升高溫性能與水穩定性。經室內試驗與現場取芯驗證，主骨料堆積相互嵌擠成更密實的骨架結構，最佳油石比降低0.3%，高溫性能約提升36%，水穩定性約提升6%，低溫性能降低約2%。并根據改進級配的特性與低標號瀝青的特點提出了施工控制要點。