普通公路骨架密實(shí)型瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)與路用性能研究

黃慧 張洪剛 陳杰

摘要：文章結(jié)合地方普通公路建設(shè)實(shí)際需求，研究了普通公路抗滑、抗車轍的瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)，提出了基于石灰?guī)r集料、普通瀝青材料特點(diǎn)的骨架密實(shí)型材料組成設(shè)計(jì)技術(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明：文章推薦的上面層瀝青混合料級(jí)配具有良好的馬歇爾指標(biāo)、水穩(wěn)定性能、高溫抗車轍性能;空隙率是影響骨架密實(shí)型瀝青混合料路用性能的主要因素，控制空隙率水平是保障路面施工質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)措施。本研究成果可為普通公路瀝青路面施工和質(zhì)量控制提供重要參考。

關(guān)鍵詞：石灰?guī)r;普通瀝青;抗滑;抗車轍;級(jí)配組成;路用性能

中圖分類號(hào)：U412.36 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.07.003

文章編號(hào)：1673-4874（2019）07-0007-03

0引言

在廣西普通公路建設(shè)中，為解決重載交通及高溫濕熱地區(qū)瀝青路面早期病害問(wèn)題，普通公路路面結(jié)構(gòu)多采用水泥混凝土路面。但受基礎(chǔ)穩(wěn)定性、沖擊荷載、施工質(zhì)量等因素的影響，水泥路面在重載下路面損壞形勢(shì)仍然嚴(yán)峻，同時(shí)存在維修困難、交通受阻等難題。近年來(lái)，隨著人們對(duì)行車舒適性、行車安全性、交通順暢性的要求越來(lái)越高，普通公路路面開始大規(guī)模采用瀝青路面。

然而，受工程投資成本限制的影響，普通公路瀝青路面結(jié)構(gòu)厚度、路面材料等遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及高等級(jí)公路。如普通公路瀝青層厚度多為7～9cm，且采用石灰?guī)r集料和普通瀝青等。隨著普通公路重載交通壓力的逐年增加，使普通公路瀝青路面抗滑、抗車轍問(wèn)題越來(lái)越突出。普通公路瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)一直較為薄弱，缺乏針對(duì)普通公路材料特點(diǎn)的混合料技術(shù)研究，因此有必要針對(duì)普通公路瀝青路面建設(shè)實(shí)際，研究普通公路抗滑、抗車轍的瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)。

本文選用石灰?guī)r集料、普通瀝青為原材料，研究了普通公路常用的AC13、AC16兩種類型的瀝青混合料的級(jí)配設(shè)計(jì)參數(shù)及路用性能評(píng)價(jià)，并提出了相對(duì)應(yīng)的工程施工技術(shù)建議。

1原材料試驗(yàn)

本文試驗(yàn)集料采用石灰?guī)r，填料采用礦粉，瀝青采用70#-A級(jí)道路石油瀝青。瀝青及石灰?guī)r集料的原材料檢測(cè)指標(biāo)如表1、表2所示。

2級(jí)配組成設(shè)計(jì)

通過(guò)路面使用狀況的調(diào)查表明，受路面溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)、交通特征等影響，廣西瀝青路面上、中、下三層均為車轍變形的來(lái)源部位。廣西高溫多雨且濕熱同期，車轍損壞多發(fā)生在雨季后的高溫時(shí)段，混合料設(shè)計(jì)必須同時(shí)考慮骨架抗力和密實(shí)防水等綜合功能。同時(shí)，對(duì)于采用耐磨性較差的石灰?guī)r路面的路網(wǎng)公路，抗滑要求更加嚴(yán)苛。在普通公路開放交通運(yùn)營(yíng)后，路表抗滑衰減非常大，部分路段表面層抗滑指標(biāo)僅為30BPN。因此，在石灰?guī)r表面層抗滑上應(yīng)以級(jí)配優(yōu)化設(shè)計(jì)形成良好的宏觀構(gòu)造為主。

因此，針對(duì)普通公路瀝青混合料抗高溫變形、抗滑等性能需求，結(jié)合已有研究成果及普通公路集料和瀝青材料特點(diǎn)，提出混合料級(jí)配設(shè)計(jì)以控制塑性變形和流變變形，形成骨架嵌擠、支撐的混合料結(jié)構(gòu)，并且以防滲水、保密實(shí)、粗構(gòu)造為目標(biāo)。粗集料組成重點(diǎn)控制13.2mm、4.75mm關(guān)鍵篩孔通過(guò)率，以此形成良好的骨架嵌擠;細(xì)集料組成重點(diǎn)控制2.36mm、0.075mm關(guān)鍵篩孔通過(guò)率，以此形成良好的密實(shí)度;選用合理油石比形成適宜的油膜厚度，保證混合料有效粘結(jié)、耐久。本文結(jié)合試驗(yàn)?zāi)康脑O(shè)計(jì)了4組不同的級(jí)配，對(duì)比了表面層最大粒徑13.2mm和16m通過(guò)率、4.75mm和9.5rf'lqq通過(guò)率、2.36m和0.075am通過(guò)率的影響。如表3所示。

3骨架結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)

針對(duì)骨架密實(shí)型級(jí)配的骨架特征評(píng)價(jià)，目前應(yīng)用最多的是粗集料間隙率VCA法。已有研究表明粗集料骨架間隙率與粗集料的骨架特征密切相關(guān)。在混合料體系中，粗集料松裝密度對(duì)應(yīng)的間隙率VCA是密級(jí)配（AC類）形成骨架結(jié)構(gòu)的下限;粗集料干搗密度對(duì)應(yīng)的間隙率VCA是密級(jí)配（AC類）形成骨架嵌擠結(jié)構(gòu)的上限。因此本文試驗(yàn)采用粗集料間隙率VCA作為級(jí)配優(yōu)化設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)的必要參數(shù)。以AC13型級(jí)配為例，分別進(jìn)行了松散堆積密度、搗實(shí)密度試驗(yàn)，計(jì)算了松散狀態(tài)和搗實(shí)下粗集料間隙率VCA;采用不同油石比進(jìn)行了馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)，測(cè)試了混合料試件的毛體積相對(duì)密度，計(jì)算了試件中粗集料骨架間隙率VCAac。計(jì)算分析結(jié)果如表4所示。

由表4可知，AC-13級(jí)配①達(dá)到了AC類骨架密實(shí)狀態(tài)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn);AC-13級(jí)配②已經(jīng)達(dá)到了SMA的粗集料組成狀態(tài)。然而由于AC類級(jí)配細(xì)集料及填料的填充密實(shí)度、粘結(jié)性等達(dá)不到SMA類級(jí)配的穩(wěn)定狀態(tài)，其混合料性能有可能不佳。

4瀝青混合料體積指標(biāo)

采用馬歇爾試驗(yàn)研究了4種級(jí)配的馬歇爾體積指標(biāo)變化規(guī)律，以揭示關(guān)鍵篩孔通過(guò)率變化對(duì)瀝青混合料結(jié)構(gòu)組成的影響規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

由表5可知：（1）無(wú)論是隨著最大粒徑集料的增粗，還是同種類型級(jí)配的混合料隨著級(jí)配的骨架增粗，比表面積降低，最佳油石比降低，都可獲得良好的空隙率、礦料間隙率、飽和度及穩(wěn)定度等指標(biāo)。（2）相同級(jí)配類型下，不同油石比對(duì)馬歇爾體積指標(biāo)影響較大，對(duì)于AC13型石灰?guī)r瀝青混合料合理油石比約為4.5%～4.7%;ACl6型石灰?guī)r瀝青混合料合理油石比約為4.4%。在這些合理的油石比條件下可獲得良好的馬歇爾試驗(yàn)體積指標(biāo)、粉膠比、瀝青膜厚度等。如表6所示。

5.路用性能試驗(yàn)驗(yàn)證

5.1水穩(wěn)定性試驗(yàn)

分別測(cè)定浸60℃水48h和浸60℃水30m‘ln后的馬歇爾穩(wěn)定度、凍融循環(huán)后劈裂強(qiáng)度，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)果如表7所示。

由表7可知，相同級(jí)配類型，隨著油石比的降低，瀝青膜厚度變薄，水穩(wěn)定性下降;不同級(jí)配類型相比，隨著級(jí)配的增粗，混合料空隙增大，水穩(wěn)定性降低。

5.2高溫抗車轍試驗(yàn)

采用60℃車轍試驗(yàn)測(cè)試瀝青混合料的高溫抗變形能力，并檢測(cè)車轍試件的空隙率分析其影響。試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

由表8可知，采用本文優(yōu)化設(shè)計(jì)的普通瀝青混合料的抗車轍指標(biāo)大于施工技術(shù)規(guī)范要求，尤其是良好骨架密實(shí)狀態(tài)的ACl 3級(jí)配①抗車轍指標(biāo)達(dá)到了2168次/mm，具有優(yōu)良的抗車轍性能;空隙率是影響瀝青混合料抗變形能力的主要因素，隨著混合料成型后空隙率的增大，混合料抗車轍指標(biāo)下降明顯，如ACl6級(jí)配②雖然具有良好的骨架，但是空隙率最大，導(dǎo)致其抗車轍指標(biāo)最小。因此對(duì)于采用骨架密實(shí)性級(jí)配的混合料，施工碾壓是影響其施工質(zhì)量的最主要因素，應(yīng)采用及時(shí)、緊跟、慢壓、連續(xù)等碾壓工藝在可壓實(shí)有效溫度范圍內(nèi)將混合料壓實(shí)。

6結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合普通公路瀝青路面抗車轍技術(shù)和經(jīng)濟(jì)需求，基于普通公路瀝青路面常用石灰?guī)r和普通瀝青等材料特點(diǎn)，研究了骨架密實(shí)型瀝青混合料的體積參數(shù)、路用性能，結(jié)論與建議如下：

（1）為提高普通公路石灰?guī)r集料和普通瀝青的抗車轍、抗滑路用性能，建議在混合料級(jí)配設(shè)計(jì)上采用骨架密實(shí)型級(jí)配，推薦采用本文優(yōu)化設(shè)計(jì)的AC13級(jí)配①型混合料組成設(shè)計(jì)，重點(diǎn)控制4.75 mm、2.36mm、0、075 mm等粗細(xì)集料關(guān)鍵篩孔通過(guò)率。

（2）AC13型石灰?guī)r瀝青混合料合理油石比約為4.5%～4.7%，馬歇爾空隙率約為4%～4.5%，各項(xiàng)路用性能指標(biāo)良好。

（3）壓實(shí)后路面殘余空隙率是影響瀝青混合料抗車轍性能的主要因素。采用骨架密實(shí)型級(jí)配，瀝青混合料抗車轍性能隨空隙率增大而明顯降低。建議采用高溫、及時(shí)、緊跟的碾壓工藝及采用鋼輪振壓和膠輪揉搓的組合壓實(shí)工藝，以保證骨架密實(shí)型瀝青混合料的壓實(shí)質(zhì)量。