一種瀝青混合料AC-10的組成設計及應用

黃敏新 趙承偉

摘要：為設計一種未摻配纖維、與SMA-10高低溫性能和彎曲變形能力性能相當的AC-1O，按瀝青混合料組成結構的分散、膠漿理論，以空隙率≤2.5%為設計要求，按瀝青混合料最緊密嵌擠狀態（即礦料間隙率VMA達到最小時）、析漏損失率陡增拐點、小梁彎曲試驗破壞應變、動穩定度確定油石比。結果表明：改進的AC-10的關鍵篩孔2.36mm、0.075mm的通過率宜為（27±3）%、（8.0±0.5）%，4.75mm的通過率為35%～55%，油石比為5.8%～6.6%，60℃動穩定度≥2000次/mm，0℃低溫彎曲試驗破壞應變≥5000釁，具有很好的抗變形能力及延展性能。

關鍵詞：道路工程;瀝青混合料;級配;油石比;空隙率;抗變形能力

中圖分類號：U416.217 文獻標識碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.07.012

文章編號：1673-4874（2019）07-0035-04

0引言

為減少半剛性基層、舊混凝土層上的瀝青路面出現反射裂縫，防止水分下滲，提高結構層的水穩定性能及層間連續性，瀝青混合料AC-10常作為舊混凝土層和瀝青面層之間的應力吸收層使用。其礦料合成級配中的2.36mm關鍵篩孔的通過率按SMA-10的礦料級配范圍來控制，設計空隙率≤2.5%，有別于傳統密級配瀝青混凝土AC-10。

依托廣西舊混凝土加鋪瀝青路面精品工程，本文對改進的AC-1O的礦料組成、油石比、技術性能等進行分析評價，相關參數可作為類似工程項目的參考依據。

1原材料

（1）SBS（1-D）改性瀝青

SBS（1-D）改性瀝青的檢測結果見表1。

（2）礦料

粗集料為1#（5～10mm）、2#（3～5mm）石灰巖碎石。細集料為3#（0～3mm）石灰巖機制砂。填料為石灰巖礦粉。集料及填料的吸水率及密度試驗結果見表2，集料及填料的篩分試驗結果見表3。

2瀝青混合料AO-10的級配設計

瀝青混合料是由礦質骨架和瀝青膠結物所構成的、具有空間網絡結構的一種多相分散體系。瀝青混合料的力學強度主要由礦質顆粒之間的內摩阻力和嵌擠力以及瀝青膠結料及其與礦料之間的粘結力所構成。為提高骨架穩定度，根據礦料的篩分結果，在SMA-10與AC-10的礦料級配（≥4.75m）公共范圍內，將關鍵篩孔2.36m的通過率設計為27%±3%，O.075m的通過率設計為8%±0.5%。兩組改進的AC-10及SMA-10（比對用）的礦料級配組成設計見表4。

3油石比的確定及性能驗證

為提高細粒式瀝青混合料AC-10的粘彈特性及瀝青砂漿及膠漿的粘聚性，微調相關技術參數，AC-10的油石比以空隙率≤2.5%為設計技術要求，按瀝青混合料最緊密嵌擠狀態（即礦料間隙率VMA達到最小時）、析漏損失率陡增拐點、小梁彎曲試驗破壞應變、動穩定度來確定。

3.1確定油石比的第一控制點

以表4合成級配一為例，采用瀝青混合料最緊密嵌擠狀態（即礦料間隙率VMA達到最小時）下的油石比作為SBS改性瀝青混合料AC-10油石比的第一控制點。

以0.4%間隔變化，采用5個不同的油石比5.O%、5.4%、5.8%、6.2%、6.6%制備5組馬歇爾試件，馬歇爾試件均是單個試件配料，試件尺寸為ψ101.6mnq×（63.5±1.3）mm，按技術要求的每個試件雙面各擊實75次的方法成型。試驗過程中集料的烘料溫度為175℃，瀝青的加熱溫度為165℃，瀝青混合料的拌合溫度為160℃，擊實成型控制溫度約為160℃。

馬歇爾試件成型后靜置冷卻≥12h，脫模測定其馬歇爾試驗指標，馬歇爾試驗結果見表5。其中毛體積相對密度的測試方法為表干法，最大理論相對密度采用計算法而得。

3.2繪制油石比與馬歇爾指標關系圖

根據表5馬歇爾試驗結果，繪制油石比與毛體積相對密度、空隙率、飽和度、礦料間隙率、穩定度、流值的關系圖。從試驗結果來看，馬歇爾試件最緊密狀態（即礦料間隙率VMA達到最小時）所對應的油石比wa為5.8%，將此油石比作為下限。

3.3確定油石比的第二控制點

通過控制最大油石比保證瀝青混合料的施工和易性，該最大油石比為不同油石比下析漏試驗損失率的陡增拐點。以0.4%為間隔變化進行8個油石比的析漏試驗，試驗油石比范圍為5.0%～7.8%。析漏試驗結果如表6和圖1所示。

由圖1可知，析漏損失率陡增拐點對應油石比為6.6%，將此油石比作為第二控制點ωe。

3.4確定油石比的第三控制點

開展ωA與ωB之間瀝青混合料0℃的低溫小梁彎曲試驗，確定滿足彎曲應變要求所對應的油石比為第三控制點ωc。

選用前述確定的第一控制點5.8%（馬歇爾擊實試驗最緊密狀態對應油石比）、第二控制點6.6%（析漏試驗析漏損失陡增拐點對應油石比）以及油石比上下限區間內6.2%油石比進行小梁彎曲試驗，試驗溫度為O℃。試驗結果見表7。

由表7中數據可知，在油石比5.8%～6.6%范圍內，0℃小梁彎曲試驗破壞應變均滿足其技術要求，第三控制點ωc的范圍為5.8%～6.6%。

3.5確定油石比的第四控制點

開展ωA與ωB之間瀝青混合料的車轍試驗，根據瀝青混合料高溫穩定度最佳狀態確定第四控制點ωD。

選用前述確定的第一控制點5.8%（馬歇爾擊實試驗最緊密狀態對應油石比）、第二控制點6.6%（析漏試驗析漏損失陡增拐點對應油石比）以及油石比上下限區間內6.2%油石比進行60℃的車轍試驗。試驗結果如表8所示。

由表8中的數據可知，在油石比為5.8%～6.6%范圍內，其高溫穩定性能均滿足技術要求，第四控制點ωD的范圍為5.8%～6.6%。

3.6確定滿足SBS改性瀝青混合料AC-10體積指標要求的油石比范圍

通過馬歇爾擊實試驗的空隙率與油石比的回歸關系可知，符合設計要求的空隙率上限值2.5%對應的油石比為6.05%，即油石比應≥6.05%時方能滿足空隙率≤2.5%的設計要求。

3.7確定油石比的合理區間

將本文3.2～3.6節的試驗結果匯總如下：

（1）第一控制點油石比叫ωA=5.8%;

（2）第二控制點油石比ωB=6.6%;

（3）第三控制點油石比范圍ωc為5.8%～6.6%;

（4）第四控制點油石比范圍ωD為5.8%～6.6%;

（5）滿足SBS改性瀝青混合料AC-10體積指標要求的油石比范圍為≥6.05%。

綜合SBS改性瀝青混合料AC-10的體積指標、緊密狀態、變形適應性、抗反射裂縫性能、高溫穩定性、防水性能以及施工和易性，SBS改性瀝青混合料AC-10油石比合理區間為6.05%～6.6%。

3.8水穩定性能檢驗試驗

按上限6.6%油石比分別以浸水殘留穩定度和凍融劈裂抗拉強度比評價其水穩定性能，試驗結果見表9、表10。

同理，表4合成級配二SBS改性瀝青混合料AC-10見表11。對比SMA-10的相關試驗結果如表12～13所示。

從表8、表11、表13可以得到，改進設計的AC-10與SMA-10高溫性能相當。

4AO-10瀝青路面的檢測及評價

每次施工完成后的第二天即對AC-10瀝青路面滲水檢測并鉆取芯樣，其檢測結果如表1 4所示。

由表1 4分析可知，應力吸收層AC-1 0瀝青路面整體施工情況較好，所選用的配合比較為合理，攤鋪碾壓無推移，路面平整度較好，其標準差穩定在0.6～1.2mm的范圍之內，表面基本無離析現象，取出的芯樣基本均勻密實，滲水系數均<10 mI/min，密水性較好，達到了預期設計目標。

廣西舊混凝土路面加鋪瀝青層（厚度≥12cm，路面結構為應力吸收層AC-10+中面層+SMA表面層）開放交通運營在3年以上，重載濕熱多雨工況下瀝青路面未出現裂縫，車轍變形量可控制在6 mm以下。

5結語

（1）SMA-10具有良好的高低溫性能和彎曲變形能力，但是必須添加纖維，工程造價較高，采用經優化改良設計的AC-10，其混合料性能與SMA-10相當。

（2）改進設計AC-10，≥2.36mm的礦料級配可按SMA-10的礦料級配范圍進行確定，0.075mm的通過率宜為8.0%±0.5%，油石比宜為6.2%±3%。