AC－20C 中面層級(jí)配優(yōu)化

劉蕙婷，周小勇，許雅俊

(1.江西交通咨詢公司，江西南昌 330008;2.江西省交通科學(xué)研究院，江西 南昌 330038)

為了提高AC－20 瀝青混凝土在道路工程施工與使用時(shí)的應(yīng)用性能，本文通過采用正交試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，在原材料性能試驗(yàn)完全按照J(rèn)TG E42－2005 進(jìn)行檢測(cè)后，研究影響馬歇爾體積參數(shù)以及其它性能指標(biāo)的各因素水平，提出了更加合適該地區(qū)AC－20 瀝青混合料級(jí)配的設(shè)計(jì)范圍。試驗(yàn)結(jié)果表明，2.36 mm 的篩孔孔徑通過率是影響瀝青混合料空隙率、礦料間隙率、毛體積相對(duì)密度及瀝青混合料穩(wěn)定度的主要因素;瀝青混合料性能指標(biāo)主要由細(xì)集料(＜2.36 mm)含量的多少和級(jí)配組成來進(jìn)行控制。對(duì)采用優(yōu)化后的AC－20 瀝青混合料進(jìn)行相關(guān)力學(xué)性能和實(shí)體工程的檢驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)，在此范圍內(nèi)，材料的各項(xiàng)性能都能有所改善，比如具有良好的力學(xué)性能、骨架密實(shí)特性、抗水損害能力及高溫抗車轍性能等。可應(yīng)用于高溫多雨地區(qū)的高速公路瀝青路面中，同時(shí)對(duì)有效地控制瀝青混合料的質(zhì)量和其組成設(shè)計(jì)水平的提高具有良好的指導(dǎo)作用。

1 試驗(yàn)原材料、設(shè)計(jì)方案

試驗(yàn)材料中，該項(xiàng)目路面標(biāo)AC－20 中面層粗集料(d ＞4.75 mm)采用石灰?guī)r，細(xì)集料則采用的是石灰?guī)r機(jī)制砂，產(chǎn)地同于粗集料;礦粉作為填料，選用殼牌SBS 改性瀝青作為結(jié)合料，來自某瀝青有限公司。各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范要求。

正交試驗(yàn)方法的優(yōu)點(diǎn)在于可以在確定其它因素一致的情況下考慮單獨(dú)因子對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，本章就是采用正交表格安排試驗(yàn)的方法，以孔徑為0.075、2.36、4.75、9.5、16 mm 的篩孔和油石比總共6 個(gè)因素和各因素對(duì)應(yīng)的5 個(gè)不同水平進(jìn)行試驗(yàn)，具體的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案見表1。為了確保試驗(yàn)的準(zhǔn)確、嚴(yán)謹(jǐn)，通過設(shè)計(jì)不同的篩孔通過百分率使混合料達(dá)到不同的級(jí)配類型，這樣可以盡可能地將影響馬歇爾各項(xiàng)指標(biāo)的各個(gè)因素都考慮進(jìn)去。試驗(yàn)方案數(shù)據(jù)的設(shè)定見表2。

表1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

表2 試驗(yàn)方案數(shù)據(jù)安排

續(xù)表2 試驗(yàn)方案數(shù)據(jù)安排

2 試驗(yàn)以及試驗(yàn)結(jié)果

本文將試驗(yàn)時(shí)的擊實(shí)溫度和次數(shù)分別控制在165 ℃左右、75 次，試件采用馬歇爾方法成型，每組制作6 個(gè)試件，通過計(jì)算法測(cè)得最大理論密度。根據(jù)瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程(JTG E20－2011)，采用表干法進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)。結(jié)果見表3，極差分析的結(jié)果見表4。

表3 AC－20C 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

續(xù)表3

表4 極差分析結(jié)果

續(xù)表4 極差分析結(jié)果

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

1)影響瀝青混凝土空隙率的因素排序:D ＞F＞E ＞B ＞A ＞C，即2.36 mm 篩孔通過率＞油石比＞0.075 mm 篩孔通過率＞9.5 mm 篩孔通過率＞16 mm 篩孔通過率＞4.75 mm 篩孔通過率。其中前3個(gè)因素是主要影響因素，最后1 個(gè)因素即孔徑為4.75 mm 的篩孔通過率對(duì)瀝青混合料空隙率的影響最小。因此，將細(xì)集料(d ＜2.36 mm)的含量和礦料級(jí)配對(duì)瀝青混合料空隙率的影響列入考慮范圍，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)細(xì)集料的質(zhì)量控制。

2)影響馬歇爾試件的毛體積相對(duì)密度和礦料間隙率的大小排序?yàn)?D ＞E ＞B ＞A ＞F ＞C，即篩孔為2.36 mm 的通過率＞篩孔為0.075 mm 的通過率＞篩孔為9.5 mm 的通過率＞篩孔為16 mm 的通過率＞油石比＞篩孔為4.75 mm 的通過率，試驗(yàn)結(jié)果表明:其主要影響因素是孔徑為2.36、0.075 mm 的篩孔通過率。礦料間隙率與2.36 mm 和0.075 mm篩孔通過率成正比，而毛體積相對(duì)密度則與2.36、0.075 mm 篩孔通過率成反比。因此，在進(jìn)行瀝青混合料設(shè)計(jì)的時(shí)候，建議應(yīng)優(yōu)先考慮2.36 mm 和0.075 mm 篩孔通過率，并合理調(diào)整細(xì)集料(d ＜2.36 mm)的用量，以便降低空隙率和提高試件的密度。

3)根據(jù)因素對(duì)瀝青飽和度影響大小對(duì)其進(jìn)行排序?yàn)?C ＜A ＜B ＜E ＜D ＜F，即4.75 mm 篩孔通過率＜16 mm 篩孔通過率＜9.5 mm 篩孔通過率＜0.075 mm 篩孔通過率＜2.36 mm 篩孔通過率＜油石比。其中對(duì)飽和度影響顯著的則是2.36 mm 篩孔通過率和油石比;影響馬歇爾穩(wěn)定度的因素排序:D ＞A ＞F ＞C ＞B ＞E。隨著2.36 mm 篩孔通過率的增大，馬歇爾穩(wěn)定度呈嚴(yán)格的單調(diào)遞增趨勢(shì)，這說明:2.36 mm 篩孔通過率水平的變化對(duì)馬歇爾穩(wěn)定度值的變化影響很大。由此可見，影響馬歇爾性能指標(biāo)的各因素所在列的不同只能反映該因素由于水平變動(dòng)引起指標(biāo)的波動(dòng)，并不受其他因素水平變動(dòng)的影響。4.75 mm 篩孔通過率由30%增大至45%這一過程中，馬歇爾性能指標(biāo)值變化不大，而當(dāng)2.36 mm 篩孔通過率由16%增大到30%時(shí)，馬歇爾性能指標(biāo)所受影響十分大，其所在列的穩(wěn)定度波動(dòng)了30.5%，另外，飽和度、空隙率、毛體積相對(duì)密度、礦料間隙率的波動(dòng)分別為19.7%、39.4%、3.1%、14.5%，這充分表明了對(duì)馬歇爾物理－力學(xué)性能起控制性作用的是2.36 mm 篩孔通過率。所以，需要限制細(xì)集料級(jí)配通過率范圍，以此來保證瀝青混合料性能指標(biāo)。

綜合考慮各個(gè)因素，確定該地區(qū)AC－20 礦料工程級(jí)配的建議范圍如圖1 中所示，各因素通過率的取值范圍分別為:A 為75%～85%，B 為45%～65%，C 為28%～35%，D 為20%～30%，E 為4%～6%，F(xiàn) 為3.8%～4.5%。

圖1 該地區(qū)AC－20 礦料工程級(jí)配建議范圍

4)由于該地區(qū)地處熱帶，氣溫較高，尤其在夏季日照時(shí)間長(zhǎng)，瀝青路面溫度一般都達(dá)到70 ℃以上，因此規(guī)范規(guī)定的空隙率為3%～6%下限應(yīng)適當(dāng)提高;而本人對(duì)該地區(qū)多條在建高速公路進(jìn)行過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，不僅是本項(xiàng)目，其余2 條在建的高速公路施工工藝以及水平對(duì)空隙率的控制都不到位，檢測(cè)結(jié)果都顯示空隙率偏大，某些路段滲水十分嚴(yán)重，因此空隙率控制的上限應(yīng)適當(dāng)降低。綜合推薦的空隙率為3.5%～5%，礦料間隙率則是根據(jù)對(duì)應(yīng)的空隙率以及最大公稱粒徑來確定。規(guī)范規(guī)定的最大公稱粒徑為26.5 mm 的瀝青混合料瀝青飽和度限定為55%～70%，該地區(qū)的集料表面積大，吸油多，因此最大公稱粒徑為26.5 mm 的與最大公稱粒徑為19、16 mm 的統(tǒng)一定為65%～75%。根據(jù)該地區(qū)交通統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)許多路段都存在重載交通，規(guī)范規(guī)定炎熱地區(qū)的重載穩(wěn)定度MS≥8、流值FL 為1.5 ～4，穩(wěn)定度可以適當(dāng)放大，流值應(yīng)適當(dāng)減小來控制車轍的產(chǎn)生，確定為MS≥10，F(xiàn)L 取1.5 ～3.5。見表5。

表5 最大公稱粒徑為26.5 mm 的瀝青混合料推薦馬歇爾技術(shù)指標(biāo)

4 實(shí)體工程檢驗(yàn)

4.1 級(jí)配曲線的選取

通過上一節(jié)制定的AC－20 瀝青混合料級(jí)配范圍，選取3 條級(jí)配曲線進(jìn)行室內(nèi)馬歇爾試驗(yàn)以及試驗(yàn)段的鋪筑。見表6，圖2。

4.2 室內(nèi)馬歇爾試驗(yàn)

采用標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試驗(yàn)，雙面擊實(shí)75 次，油石比為4.0%。試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表6 根據(jù)推薦級(jí)配范圍選取級(jí)配曲線

圖2 在建議級(jí)配范圍內(nèi)取的級(jí)配曲線

表7 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

4.3 試驗(yàn)段鋪筑

該項(xiàng)目路面標(biāo)中面層試驗(yàn)路樁號(hào)為K11+050～K11+550，第2 日進(jìn)行鉆芯取樣現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。統(tǒng)計(jì)見表8。

表8 現(xiàn)場(chǎng)取芯結(jié)果

由表8 可知，由于試驗(yàn)段只有500 m，取芯數(shù)不宜過多，因此樣本數(shù)為6 個(gè)，壓實(shí)度均值為97.13%，變異系數(shù)為0.08。路面施工壓實(shí)指標(biāo)能夠滿足要求。

4.4 力學(xué)性能試驗(yàn)與結(jié)果分析

對(duì)該瀝青混合料進(jìn)行水溫定性檢測(cè)以及車轍動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表9、表10。

表9 瀝青混合料AC－20 的水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果

表10 瀝青混合料AC－20 的高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果

由上述結(jié)果可知，采用推薦級(jí)配范圍的瀝青混合料施工過程能夠達(dá)到好的壓實(shí)效果，力學(xué)性能也能得到保證。

5 結(jié)語

本文以AC－20 SBS 改性瀝青混合料為研究對(duì)象，通過正交設(shè)計(jì)的試驗(yàn)可以得出影響馬歇爾試驗(yàn)各大指標(biāo)的影響因素及其大小。試驗(yàn)表明影響瀝青混合料空隙率的主要因素是2.36 mm 以及0.075 mm 的通過百分率，細(xì)集料的含量才是影響瀝青混合料性能指標(biāo)的主要因素。鑒于這些影響因素可以根據(jù)氣候條件及交通量的大小更加精確地確定適用于某個(gè)地區(qū)的級(jí)配范圍以及設(shè)計(jì)參數(shù)的范圍。該地區(qū)AC－20C 瀝青混合料的級(jí)配范圍及設(shè)計(jì)參數(shù)范圍可采用優(yōu)化后的范圍來設(shè)計(jì)。

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

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［3］JTG E20－2011，瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程［S］.

［4］薛小剛 瀝青混合料級(jí)配優(yōu)化及配合比設(shè)計(jì)方法研究［D］.西安:長(zhǎng)安大學(xué)，2005.

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［6］陸學(xué)元.瀝青混合料性能與施工變異性研究［D］.西安:長(zhǎng)安大學(xué)，2009.

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