瀝青路面SAC礦料級配設計檢驗與應用

王偉巍

（河北省公路工程定額站，河北 石家莊050000）

1 SAC的開發

1987 年頒布的《瀝青路面施工及驗收規范》中列了兩類瀝青混凝土及其性能：Ⅰ型級配瀝青混凝土，其透水性小，但表面構造深度也小，不能滿足高速公路表面層抗滑性能的要求；Ⅱ型級配瀝青混凝土，雖然表面構造深度能滿足要求，但由于其透水性大的缺點，容易造成嚴重的水破壞，而且由于表面構造深度常與結構層內部較大的開口孔隙相連，竣工時用鋪砂法測得的表面構造深度常偏大，但這是假象，過幾年再次測定時會大幅度降低，甚至下降50%左右，因此在高速公路上也不宜用作表面層。

Ⅰ型瀝青混凝土孔隙率小和透水性小的原因主要是由于它是連續式密級配，粗集料含量少，其含量的范圍中值僅為40%多，而細集料含量多，因此表面層的表面構造深度太小，離設計規范要求太遠。例如，京津塘高速公路瀝青路面竣工時的表面構造深度只有0.25mm 左右，不到設計規范要求的一半。隨后建成的多條高速公路瀝青混凝土面層的表面構造深度也都與規范的要求相差較大。當時，只有滬嘉高速公路鋪的抗滑表層試驗路的表面構造深度能達到要求，是因為采用Ⅱ型級配瀝青混凝土，再加上所用粗集料多、細集料少，所以有較大的表面構造深度，但又因結構層空隙率大和透水性大，已造成水破壞。

可見，較為理想的結構是將Ⅰ型級配空隙率小的特點與Ⅱ型級配表面構造深度大的特點相結合，即可揚長避短。沙慶林院士曾提出了粗集料斷級配SLH—20中的粗集料含量中值為59%，馬歇爾試驗正反兩面各擊實75 次，空隙率為4.4%～5.0%，改用方孔篩后為SAC16，并于1988 年11 月用于初鋪筑京石高速公路正定試驗路。試驗路竣工后，在SLH—20 表面層上測得的表面構造深度達0.5mm左右，是Ⅰ型級配瀝青混凝土表面構造深度的2 倍，接近設計規范要求的0.55mm。這是我國第一次在高速公路上鋪筑我國自主研發的密實式粗集料斷級配瀝青混凝土抗滑表層，并獲得成功，從此后在多條高速公路上得到推廣應用。

2 SAC 16的推廣應用

2.1 濟青高速公路

1993 年12 月通車的山東濟青高速公路，全長318km，其中267km路段上采用多碎石瀝青混凝土方孔篩SAC16 做表面層。面層厚4cm，直到1999年2月通車5年多后，表面層產生水破壞（不計橋面產生的水破壞）后修補的面積約占全部路面面積的0.3%。少部分路段，如濰坊東段面產生了嚴重的泛油。但青島段40km，直到2003年還很少有水破壞，也沒有泛油現象，仍保持著較好的粗糙度。

2.2 滬寧高速公路

1996年9月滬寧高速建成通車，其中約240多km 長路段采用SAC16 作表面層。SAC16 的原定級配和實際采用的級配列于表1。

表1 SAC16級配范圍

由于這是國內第一條對路面平整度提出明確要求的高速公路，但由于缺乏經驗，沒有同時規定必須達到的面層壓實度的要求，造成施工單位過度追求平整度，卻忽視了面層特別是表面層的壓實度，使表面層SAC16 的現場實際空隙率達到10%左右，個別施工單位的現場實際空隙率甚至高達13%～14%。此外，在使用玄武巖碎石的瀝青混合料中沒有加抗剝落劑，加上瀝青混凝土的不均勻性過大，使該高速公路通車1～2 年后，一些標段的瀝青面層產生了嚴重水破壞現象和輕重不一的泛油現象。

表2 列出了第三標段3 個施工單位在表面層施工期間，各自取樣抽提篩分10 多次后根據篩分結果計算所得每個篩孔通過量的變異系數；表3出了同一施工單位3個月抽提篩分結果計算所得每個篩孔通過量的變異系數；表4、表5 分別列出抽提篩分試驗和馬歇爾試驗結果。

表3 同一施工單位3個月SAC16各個篩孔通過量的變異系數（%）

表4 某標段SAC16各個篩孔通過量的范圍和變異系數（%）

表5 SAC16馬歇爾試驗結果

究其原因，規格料級配范圍要求過大是導致礦料級配顯著變化的根本原因。而礦料級配的顯著變化又必然導致瀝青混凝土的物理、力學性質也產生顯著變化；再加之瀝青混合料拌和不均勻、礦料和溫度離析以及鉆件密度的確定方法問題等，使得瀝青路面現場空氣率的變異性過大。但該高速公路竣工時，瀝青路面的平整度達到了原定目標：全線平均標準差0.7mm，且全線絕大多數面層的表面構造深度在0.8～0.9mm 之間，少數在0.7～0.8mm以及0.9～1.0mm之間。

該高速公路通車一年后，在總結SAC16 使用經驗的同時，沙院士對其礦料級配進行了正式調整。調整后的級配列于表6。

表6 調整后的SAC16級配范圍

1997 年正式頒布的部標《公路瀝青路面設計規范》將上述高速公路的原定SAC16 級配正式列入其中，并取名為AK—16A，這為SAC16 的推廣應用作出了重要貢獻。

3 SAC16的應用及改進

3.1 長吉高速公路

1997 年9 月通車的長吉高速公路，全長約82km，表面層采用了SAC16 礦料級配。該高速公路是國內第一條由業主在開工前出資生產路面用碎石料的高速公路，其生產過程中，瀝青混合料的顆粒組成和馬歇爾試驗結果的變異系數都較小（見表7、表8），其表面構造深度在0.8～0.9mm 之間，表觀比較均勻，且全線平整度達到0.54mm。

表7 長吉高速公路22天SAC16各個篩孔通過量的變異系數（%）

表8 長吉高速公路22組SAC16馬歇爾試驗結果的變異系數（%）

長吉高速公路瀝青面層的不足由壓實度偏小和碾壓不均勻導致。雨后在局部位置可見有水印，這說明在下雨過程中有水從該處透入瀝青面層。因此，也可以說這是另一條重視平整度、忽視壓實度的高速公路的例子。

3.2 石安高速公路

1997 年12 月通車，河北第一條世行貸款石安高速全長216km，其中204km路段上厚4cm的表面層采用了調整后的SAC16 礦料級配以及試驗確定的5%左右的最佳油石比，其中10個標段室內馬歇爾試件的空隙率在3.2%～4.0%之間，表面層竣工時的表面構造深度一般為0.8～0.9mm，大者達1.0mm，完全達到了抗滑表層的要求。

由于使用的瀝青偏稀、瀝青質量不穩定和馬歇爾試驗確定的最佳油石比太大，1998年6月中旬連續多天高溫后在部分路段的行車道上開始出現輕重不一的泛油現象，表現為行車道上的兩條輪跡帶發黑。1999 年夏季過后，泛油現象又有加重，表現為行車道上的兩條黑帶顯著變寬而且開始發亮，使這些路段的表面構造深度顯著下降。開放交通3年后，多數標段的泛油現象嚴重，表現為行車道全部變黑、發亮。

泛油和車轍成為石安高速公路瀝青面層的主要病害現象。在通車3年后，部分路段的車轍深度超過30mm，不得不臨時用瀝青稀漿封層補平車轍，以求行車舒適和安全。而此時全線超車道的表面層仍與竣工時的狀況相同，仍保持著優良的表面構造深度。

3.3 成雅高速公路

作為抗滑表層，SAC13 于1999 年底通車的四川成雅高速公路100km 四車道路面上成功應用，SAC13 的級配范圍見表9。由于該路沿線夏季溫度不高，但年降水量大，瀝青混凝土的高溫抗永久變形能力不是主要問題，而防止水透入瀝青面層造成水破壞和雨天路面抗滑性能不足是主要矛盾。

表9 SAC13礦料級配范圍

該高速公路實際施工時，采用的大于4.75mm的碎石含量接近65%。由于施工質量較好，竣工面層的表面構造深度平均為0.88mm，平整度為0.64mm。

由于碎石均勻且互相嵌擠緊密，成雅高速公路通車4 年后表面層的使用狀況很好，仍然保持著原先的表面構造深度；100km SAC13 表面層（修補的坑洞面積）僅產生了不到1/200000 的水破壞。

綜上所述，SAC結構通過不斷應用和調整而日趨成熟。SAC 系列包括做表面層的SAC16、SAC13、SAC10，做中面層的SAC20、SAC25 和做底面層的SAC25和SAC30。雖然實際高速公路路面工程中應用最多的是SAC16，其他的SAC礦料級配也都已在高速公路路面工程中正式應用或做了試驗工程。例如，SAC20、SAC25和SAC30都分別在廣珠東線高速公路、河南焦新高速公路、河北石黃高速公路和宣大高速公路等路面工程中得到正式應用，效果良好。