瀝青混合料優化設計在工程中的應用研究

柴 彩 萍

(陜西交通職業技術學院，陜西 西安 710018)

1 概述

瀝青路面因其行車舒適、振動小、噪聲低、施工工期短、養護維修簡便及可再生利用等優點被廣泛應用，世界各國的道路路面約80%以上是瀝青路面。但是瀝青混合料的溫度穩定性和耐久性差，常使其路用性能和使用壽命不易保證，所以兼顧高溫、低溫、水穩和疲勞性能，進行瀝青混合料配合比優化設計便是解決問題根本途徑。本文以某高速公路6 cm厚中面層AC-19瀝青混凝土配合比設計為依托，根據我國現行規范，結合美國Superpave20設計標準[1]進行瀝青混合料的配合比優化設計，并推出相關驗證試驗，進而對配合比進行相關評價和調整，以期找到合理的配合比優化設計思路，為道路工作人員進行瀝青混合料配合比設計提供參考。

2 原材料性質分析

2.1 瀝青性質

選用90號SBS成品改性瀝青，技術性質見表1，試驗結果表明，該瀝青滿足規范JTG D50—2017公路瀝青路面施工技術規范[2]和PG70—28 Superpave瀝青膠結料[3]中的相關技術要求。

表1 90號SBS成品改性瀝青主要技術性質

2.2 礦料性質

集料采用河南產石灰巖，礦粉為河南產石灰石磨制而成。礦料的密度見表2，表3，其中，粗集料的密度采用網籃法測定，細集料密度采用容量瓶法測定，礦粉密度采用李氏比重瓶法測定[4]，介質為煤油，其值為2.704 g/cm3。

3 配合比優化設計

通常情況下，礦料級配良好的瀝青混合料中粗集料相互嵌擠形成骨架，細集料填充主骨架形成次級骨架，更細的集料填充次級骨架空隙，逐級填充形成嵌擠密實結構。由于充分考慮了礦料的填充特性，該類型瀝青混合料中既形成穩定的骨架結構又具有合適的礦料間隙率，因而具有理想的高溫穩定性、低溫抗裂性、水穩性及耐疲勞性能。本工程在瀝青混合料配合比設計時，在滿足現行JTG D50—2017公路瀝青路面施工技術規范和美國Superpave的范圍及限制區的前提下，參考《高性能瀝青路面Superpave技術實用手冊》要求，調整粗細集料各篩孔通過百分率，保證瀝青混合料重要體積參數分別落在適當的范圍內：空隙率VV范圍(3.5%～4.5%)和礦料間隙率范圍(13.5%～14.5%)，確定出瀝青混合料的級配組成，級配曲線見圖1。

表2 粗集料主要技術性質

表3 細集料主要技術性質

為了保證試驗結果的有效性，配合比采用Superpave旋轉搓揉壓實成型方法和馬歇爾擊實試驗方法雙控設計，確定該礦料級配下混合料瀝青最佳用量。按照現行JTG D50—2017公路瀝青路面施工技術規范的要求，綜合混合料的密度、空隙率、礦料間隙率、飽和度、穩定度及流值，確定出該級配下瀝青混合料的最佳瀝青用量為4.1，對應的混合料的技術指標值詳見表4。按照《高性能瀝青路面Superpave技術實用手冊》要求空隙率為4%，綜合確定該級配下的瀝青混合料的最佳瀝青用量為3.86%，對應的混合料的技術指標值詳見表5。

4 試驗研究

為了驗證按照空隙率和礦料間隙率范圍調整后的瀝青混合料的路用性能，以輪碾成型法制備車轍試件，進行動穩定度試驗研究其高溫性能[5]；再以馬歇爾擊實法制備馬歇爾試件，進行浸水馬歇爾穩定度試驗研究其水穩性[5]。動穩定度試驗和浸水馬歇爾穩定度試驗的結果如表6，表7所示[6]。

表4 瀝青混合料技術指標(OAC=4.1%)

表5 調整后瀝青混合料技術指標(OAC=3.86%)

表6 調整后瀝青混合料動穩定度試驗結果

表7 調整后瀝青混合料浸水馬歇爾穩定度試驗結果

結果表明：按照空隙率和礦料間隙率范圍調整礦料級配和瀝青用量后的瀝青混合料，其高溫穩定性和水穩性均得到了一定程度的提高。

5 結語

本文以實際工程為依托，根據我國現行規范，結合美國Superpave20設計標準和相關技術要求，以空隙率和礦料間隙率為主要控制指標，進行瀝青混合料的配合比優化設計，并進行相關驗證試驗，結果表明調整后的瀝青混合料具有更高的高溫穩定性和水穩性，該配合比優化設計思路，可為道路工作人員進行瀝青混合料配合比設計提供參考。