密級配AC-16C瀝青混合料配合比設(shè)計及驗證

【中圖分類號】：U414 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】：A 【文章編號】：1008-3197（2025）05-61-04

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2025.05.014

Design and Validation of Dense-Graded AC-16C Asphalt Mixture Mix Ratio

GONG Junwei1，ZHAO Jun2，HE Yuqian3

（1.SichuanXingyuTianchngConstructionEngineeringQualityTstingCo.Ltd.，Chengdu60299，Chia;2.Chengduaucal ExperimentalFctorodegda;.angispratioEiingodd 610047，China）

【Abstract】：According tothe trafic volumeofhighwayasphaltconcretepavement，travelingdesignsped，passing vehicle load and other actual conditions，completed the screening of raw materials needed for AC-16C asphalt mixtures，mineral mix ratio design，the best asphalt dosage，asphalt mixture performance verification tests.Test results show that：AC-16C asphalt mixture of the mineral ratio of 9.5～16 mm gravel： 4.75～9.5 mm gravel： 2.36～4.75 mm gravel： 0～2.36 mm sand：mineral powder =28：22：20：25：5 （mass ratio），the optimal asphalt dosage OAC is 4.4% ，rutting test dynamic stabilityof3150 times/mm，water-soaked Marshalltest residual stabilityof 90.7%，seepage coefficient of 36.5mL/minare to meetthe technical requirements.

【Key words】： AC-16C asphalt mixtures；mineral gradation； proportioning

AC-16C瀝青混合料中的粗集料顆粒處于懸浮狀態(tài)，使瀝青混合料缺少粗集料顆粒形成的骨架支撐作用，導(dǎo)致其在高溫和降雨集中的環(huán)境下，強(qiáng)度及高溫穩(wěn)定性難以滿足實際需求。相關(guān)研究表明，使用各種性能優(yōu)良的材料，但沒有一個合理且性能良好的配合比，將會造成巨大的浪費，所以滿足各項指標(biāo)要求的配合比不一定是最優(yōu)的，一個好的設(shè)計必須要經(jīng)過實踐考驗。瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度和車轍深度的相關(guān)性不是很好，只以馬歇爾穩(wěn)定度來評價瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性不穩(wěn)妥，所以選擇合理的性能驗證方法也是特別重要的。本文以成都市為例，根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件、交通條件、公路的特點及使用經(jīng)驗等，系統(tǒng)介紹了AC-16C瀝青混合料配合比設(shè)計及驗證的整個過程，包括原材料試驗檢測、礦料配合比設(shè)計、最佳瀝青用量確定、配合比驗證。

1試驗設(shè)計

1.1試驗原理

瀝青混合料是由礦料骨架和瀝青結(jié)合料所構(gòu)成，具有空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的一種多相分散體系3。在懸浮密實結(jié)構(gòu)（AC型）中，粒徑較大的粗顆粒含量較低無法形成骨架，或者形成的骨架被細(xì)集料、填料和瀝青結(jié)合料形成的填料和瀝青結(jié)合料形成的瀝青膠漿擠開，造成粗顆粒之間不能直接接觸，懸浮與較小顆粒和瀝青膠漿中間，形成了懸浮密實結(jié)構(gòu)的低孔隙率瀝青混合料。

1.2試驗材料

1.2.1 瀝青

根據(jù)成都市的氣候條件、交通條件、公路的特點及使用經(jīng)驗，確定使用SBS類I-D聚合物改性瀝青。經(jīng)檢測，該瀝青的各項試驗檢測結(jié)果符合JTGF40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中的技術(shù)要求。見表1。

表1SBS類I-D聚合物改性瀝青的技術(shù)指標(biāo)及檢測結(jié)果

1.2.2粗集料

粗集料為干燥、潔凈且表面粗糙的碎石，不應(yīng)使用篩選礫石和礦渣。因石灰?guī)r、玄武巖、輝綠巖等巖石的性能較好，所以在瀝青混凝土中常被使用。碎石1粒徑為 9.5～16mm. 碎石2粒徑為 4.75～9.5mm. 碎石3粒徑為 2.36～4.75mm ，經(jīng)檢測，各項試驗檢測結(jié)果符合JTGF40—2004技術(shù)要求。見表2。

表2粗集料的技術(shù)指標(biāo)及檢測結(jié)果

續(xù)表2

1.2.3細(xì)集料

細(xì)集料常使用天然砂、機(jī)制砂、石屑，應(yīng)潔凈、干燥、無風(fēng)化并有適當(dāng)?shù)念w粒級配。由于天然砂對瀝青混合料動穩(wěn)定度、抗滑性和耐疲勞度的影響較大，所以在密級配的瀝青混凝土中用量通常不宜超過集料總量的 10%^[4] 。本次使用的細(xì)集料為 0～2.36mm 的機(jī)制砂，經(jīng)檢測，各項試驗檢測結(jié)果符合JTGF40—2004技術(shù)要求。見表3。

表3細(xì)集料的技術(shù)指標(biāo)及檢測結(jié)果

1.2.4礦粉

礦粉必須是石灰?guī)r或巖漿巖中的強(qiáng)基性巖石等憎水性石料經(jīng)磨細(xì)得到，摻入礦粉可以提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性5。礦粉應(yīng)潔凈、干燥，各項試驗檢測結(jié)果符合JTGF40—2004技術(shù)要求。見表4。

表4礦粉的技術(shù)指標(biāo)及檢測結(jié)果

1.3試驗過程

1.3.1礦料篩分

使用振擊式標(biāo)準(zhǔn)振篩機(jī)、方孔瀝青篩、電子天平、電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱等設(shè)備對粗集料、細(xì)集料、礦粉水洗法試驗，見表5。

表5各礦料篩分（水洗法）試驗結(jié)果

1.3.2礦料配合比設(shè)計

將各礦料在對應(yīng)篩孔的通過百分率與對應(yīng)所摻礦料的比例相乘后求和，初步得到該篩孔的合成級配通過率，調(diào)整各礦料的摻配比例使合成礦料的級配在要求的上下限中并盡可能接近要求的上下限中值，按照初步得到的各礦料的摻配比例進(jìn)行礦料合成并進(jìn)行篩分試驗（水洗法）進(jìn)行驗證，當(dāng)結(jié)果不滿足要求的上下限時，應(yīng)將礦料摻配比例進(jìn)行微調(diào)，最終得到符合要求的級配曲線。

1.3.3瀝青配合比設(shè)計

在礦料配合比設(shè)計的基礎(chǔ)上，選擇 3.3%.3.8% 、4.3%4.8%5.3% 共5個瀝青用量進(jìn)行配合比研究。

2試驗結(jié)果

2.1最佳礦料配合比及礦料配合比設(shè)計

根據(jù)合成礦料的篩分試驗結(jié)果、要求的上下限及泰勒曲線的橫坐標(biāo)繪制礦料級配曲線。見圖1。

圖1礦料合成級配曲線

礦料合成級配各篩孔的通過率 P_n

式中： P_i1 為碎石1各篩空的通過率， %;P_i2 為碎石2各篩空的通過率， %;P_i3 為碎石3各篩空的通過率， %;P_i4 為細(xì)集料各篩空的通過率， %;P_is 為礦粉各篩空的通過率， %;m_i 為碎石1在合成礦料中的質(zhì)量比， %;m₂ 為碎石2在合成礦料中的質(zhì)量比， %;m₃ 為碎石3在合成礦料中的質(zhì)量比， %;m₄ 為細(xì)集料在合成礦料中的質(zhì)量比； m_s 為礦粉在合成礦料中的質(zhì)量比， % 。

礦料的合成毛體積相對密度 γ_sb

式中： P₁，P₂，P₃，P₄，P₅ 分別為各種礦料成分的配合比， %;γ₁，γ₂，γ₃，γ₄ 分別為各種礦料相應(yīng)的毛體積相對密度； γ_s 為礦粉的表觀相對密度。

礦料的合成表觀相對密度 γ_sa

式中： γ^′₁?γ^′₂?γ^′₃?γ^′₄ 分別為各種礦料相應(yīng)的毛體積相對密度； 為礦粉的表觀相對密度。

通過式（1初步得到該篩孔的合成級配通過率，再經(jīng)篩分試驗（水洗法）調(diào)整各礦料的摻配比例，得到的摻配比例為碎石1：碎石2：碎石3：細(xì)集料：礦粉=28：22：20：25：5 （質(zhì)量比）；通過式（2）得出合成級配的礦料混合料的合成毛體積相對密度為2.686，通過式（3）得出合成級配的礦料混合料的合成表觀相對密度為2.717。

2.2最佳瀝青用量

根據(jù)礦料配合比進(jìn)行馬歇爾試驗（馬歇爾電動擊實儀擊實次數(shù)為雙面75次）。選擇5個瀝青用量，分別是 3.3%.3.8%.4.3%.4.8%.5.3% 。

合成礦料的有效相對密度 γ_se

γ_se=C×γ_sa+（1-C）×γ_sb

合成礦料的瀝青吸收系數(shù) C

C=0.033ω_x²-0.2936ω_k+0.9339

合成礦料的吸水率 ω_x

瀝青混合料的最大理論相對密度 γ_ii

試件的空隙率 VV

試件的礦料間隙率VMA

試件的有效瀝青飽和度（有效瀝青含量占 VMA 的 體積比例）VFA

式中： γ_f 為試件的毛體積相對密度； γ_ι 為瀝青混合料的最大理論相對密度； P_si 為所計算的瀝青混合料的礦料含量， %;P_bi 為所計算的瀝青混合料的瀝青用量， %;P_s 為各種礦料占瀝青混合料總質(zhì)量的百分率之和 （P_s=100-P_b），%;P_b 為試驗采用的瀝青用量； γ_sb 為礦料的合成毛體積相對密度； γ_b 為 25^°C 的瀝青相對密度。最佳瀝青用量 OAC₁

式中： a₁ 為密度最大值對應(yīng)的瀝青用量， %;a₂ 為穩(wěn)定度最大值對應(yīng)瀝青用量， %;a₃ 為目標(biāo)空隙率中值對應(yīng)的瀝青用量， %;a₄ 為瀝青飽和度范圍的中值對應(yīng)的瀝青用量， % 。

各項指標(biāo)均符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（不含VMA）的瀝青用量范圍的瀝青用量范圍中值 OAC₂

式中： OAC_min 為各項指標(biāo)均符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（不含VMA）的瀝青用量范圍的瀝青用量最小值， %;OAC_max 為各項指標(biāo)均符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（不含VMA）的瀝青用量范圍的瀝青用量最大值。

最佳瀝青用量 OAC

根據(jù)馬歇爾試驗結(jié)果，得知最大密度對應(yīng)的瀝青用量 a₁=4.36% ，最大穩(wěn)定度對應(yīng)的瀝青用量 a₂ =4.25% ，空隙率中值對應(yīng)的瀝青用量 a₃=5.12% ，瀝青飽和度中值對應(yīng)的瀝青用量 a₄=4.05% ，以各項指標(biāo)均符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求（不含VMA）的瀝青用量，根據(jù)表6得到 OAC_min=4.16% 、 OAC_max=4.65% 、 OAC₁=4.44% 、OAC₂=4.40% ，最終確定最佳瀝青用量 OAC=4.4% 。

表6馬歇爾試驗技術(shù)指標(biāo)及檢測結(jié)果

2.3瀝青配合比驗證

根據(jù)此次設(shè)計的配合比進(jìn)行驗證，使用自動混合料拌和機(jī)、液壓式車轍試樣成型機(jī)、全自動車轍試驗儀、馬歇爾電動擊實儀、馬歇爾穩(wěn)定度試驗儀、路面水份滲透儀等主要儀器設(shè)備分別進(jìn)行車轍試驗、浸水馬歇爾試驗、滲水試驗來驗證其高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、滲水系數(shù)。各項試驗檢測結(jié)果符合JTGF40—2004技術(shù)要求。見表7。

表7配合比驗證技術(shù)指標(biāo)及檢測結(jié)果

3結(jié)論及建議

1）礦料配合比為 9.5～16mm 碎石 ：4.75～9.5mm 碎石： 2.36～4.75mm 碎石： 0～2.36mm 機(jī)制砂：礦粉=28：22：20：25：51 （質(zhì)量比）。

2）AC-16C瀝青混合料的最佳瀝青用量0AC為4.4% ，車轍試驗動穩(wěn)定度為3150次 /mm ，浸水馬歇爾試驗殘留穩(wěn)定度為 90.7% ，滲水系數(shù)為 36.5mL/min 均滿足技術(shù)要求。

3）在配合比的礦料合成級配中，至少應(yīng)包括0.075、2.36、4.75mm 及公稱最大粒徑篩孔的通過率接近工程設(shè)計級配范圍的中值。

4）瀝青混合料的穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性及水穩(wěn)定性依賴于良好的礦料級配、瀝青用量。

5）礦料的形狀和表面性能非常重要。瀝青混合料工程實際運用中，應(yīng)可能選擇棱角豐富、表面粗糙、形狀接近正方體的集料，這將有助于集料顆粒形成有效的嵌擠，能夠極大地提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。

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