AC-10F瀝青混合料配合比優化及路用性能研究

蔣光偉

【摘要：】為合理設計都巴高速公路AC-10F應力吸收功能層施工配比，文章采用70#道路瀝青作為膠結料，通過試驗確定級配、油石比對AC-10F瀝青混合料馬歇爾體積指標的影響，獲得AC-10F瀝青混合料設計關鍵參數，并根據試驗結果優選都巴高速AC-10F瀝青混合料級配和油石比參數，對其路用性能進行驗證。結果表明：AC-10F瀝青混合料的2.36 mm篩孔通過率確定在45%～48%，其各項馬歇爾體積指標較優，最佳油石比為5.0%;AC-10F瀝青混合料各項性能均達到規范要求，其實際施工厚度宜≤3 cm。

【關鍵詞：】高速公路;AC-10F瀝青混合料;配合比優化;路用性能

U416.03A060183

0 引言

半剛性基層是廣西地區高速公路瀝青路面的主要基層形式。半剛性基層具有強度高、承載力強的優點，但因半剛性材料具有溫縮和干縮特性，所以極易引起裂縫，從而誘發瀝青路面反射裂縫的產生[1]。應力吸收功能層代替傳統同步碎石封層，可有效減少反射裂縫的產生，延緩反射裂縫發展速度，有利于改善瀝青路面長期服役性能[2]。相比層厚較薄（1 cm左右）的同步瀝青碎石或者2.5 cm稀漿封層，AC-10F瀝青混合料應力吸收層具備更好的防水性能和層間粘結性能，能針對性提升高速公路服役質量。目前，AC-10F應力吸收層的膠結料主要為各類改性瀝青[3-4]。采用改性瀝青作為膠結料固然容易設計出符合規范指標要求的應力吸收層，但也存在造價昂貴、不便于施工的缺點。

都巴高速公路采用70#瀝青作為AC-10F應力吸收層膠結料，但AC-10F瀝青混合料對級配、油石比等關鍵因素較為敏感。為確定級配關鍵篩孔以及油石比參數，本文通過研究不同級配、油石比下都巴高速公路AC-10F瀝青混合料馬歇爾體積指標，優選級配并獲得關鍵篩孔通過率范圍，以此優化都巴高速公路AC-10F瀝青混合料配合比設計，為瀝青混合料施工提供參考建議。

1 原材料

都巴高速公路AC-10F瀝青混合料所用礦料為石灰巖，集料來源為自加工。瀝青采用廣西汽車工業交通材料有限公司提供的70#A級道路石油瀝青。對原材料開展室內試驗，礦料主要為密度、吸水率、集料篩分等，瀝青主要為三大指標和抗老化性能。試驗結果如表1～3所示。所采用的集料和瀝青滿足規范要求。

2 配合比優選

2.1 級配設計

根據表2的集料及礦粉篩分試驗結果開展配合比設計。由于AC-10F瀝青混合料公稱粒徑為9.5 mm，所以2.36 mm通過率決定了AC-10F瀝青混合料級配粗細程度。因此，級配設計原則為：改變4～7 mm和7～11 mm集料配比組成，而不改變0～4 mm集料與礦粉比例，設計級配2.3 mm篩孔通過率在46%～47%。再根據4.75 mm篩孔和9.5 mm篩孔通過率不同，分為粗、中、細三種級配。粗、中、細三種級配的配比及合成級配如表4和圖1所示。

2.2 馬歇爾體積指標

根據以往經驗，以5.0%油石比，采用上述粗、中、細三種級配制作馬歇爾試件，按照相關規范[5]要求進行試驗，試驗結果如表5所示。由表5可以看出，粗、中、細三種級配對馬歇爾體積指標有一定的影響，粗級配更容易獲得更大的VMA和VV。本文所設計的三種級配馬歇爾體積指標變化有一定規律，具體規律如下：VFA為級配3>級配2>級配1;VMA為級配1>級配2>級配3;VV為級配1>級配2>級配3。上述變化規律表明，4～7 mm集料與7～11 mm集料的比例變化引起馬歇爾體積指標變化。總體而言，級配不應過粗或過細，級配2可以平衡飽和度和礦料間隙率指標，為三種級配中的最佳級配。最終綜合權衡各項馬歇爾體積指標后，選擇級配2作為都巴高速公路AC-10F瀝青混合料設計級配。

3 馬歇爾體積指標影響因素分析

前文通過試驗，初步確定了都巴高速公路AC-10F瀝青混合料級配。根據工程經驗，2.36 mm篩孔通過率對AC-10F瀝青混合料馬歇爾體積指標影響較大。為進一步研究2.36 mm篩孔通過率對AC-10F瀝青混合料馬歇爾體積指標的影響，設計不同的2.36 mm篩孔通過率的級配，以確定最終級配，并在所選級配條件下設計不同油石比的馬歇爾試件，獲得最佳油石比。具體如下。

3.1 2.36 mm篩孔通過率

根據前文礦料篩分結果，設計2.36 mm通過率分別為45.6%、48.1%、49.8%的三種級配，合成級配如表6和圖2所示。在5.0%油石比下分別成型三種級配馬歇爾試件，試驗結果如下頁表7所示。從表7可知，AC-10F瀝青混合料馬歇爾體積指標對2.36 mm篩孔通過率較為敏感，當2.36 mm篩孔通過率>48%時，礦料間隙率有較大的下降，且空隙率較低，不利于其高溫穩定性。因此，最終確定都巴高速公路AC-10F瀝青混合料級配為級配2，該級配2.36 mm篩孔通過率為45.6%，滿足<48%的要求，且大于規范要求的45%。

3.2 油石比

設置5種不同油石比（分別為4.4%、4.7%、5.0%、5.3%、5.5%），每種油石比各制備5組馬歇爾試件，進行相應試驗，試驗結果如表8所示。由表8可知，在級配相同但不同油石比下AC-10F瀝青混合料指標有顯著差異，大致的規律為：隨著油石比增加，VV明顯下降，而VMA變化并不明顯;與此對應，VFA有較大升高。因此，通過對比5種油石比下AC-10F瀝青混合料VV，最終確定AC-10F瀝青混合料最佳油石比為5.0%。

4 路用性能

4.1 高溫性能

瀝青混合料高溫性能關乎瀝青路面服役水平。盡管都巴高速公路應力吸收層所在層位距離路表18 cm，但由于采用基質瀝青作為膠結料，其高溫性能有待驗證。根據國內學者的實測研究表明，當路表溫度為35 ℃時，路表以下20 cm處的溫度可達到50 ℃左右[6]。廣西地區溫度較高，瀝青路面在高溫下產生永久變形的概率相比其他地區更大。E478299F-2AA7-47A9-AF52-9D63ECEA0766

根據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2011）中T0703-2011的條文說明“試件的厚度可根據集料粒徑大小選擇”，而AC-10F瀝青混合料公稱粒徑為9.5 mm，選擇30 mm車轍試件厚度較為合適[7]。為對比分析不同車轍試件厚度下AC-10F瀝青混合料的動穩定度，本次配合比設計中AC-10F瀝青混合料的車轍試件厚度采用30 mm、50 mm兩種進行試驗。試驗結果如表9所示。

由表9可以看出，50 mm厚AC-10F瀝青混合料的動穩定度小于30 mm厚AC-10F瀝青混合料的，表明車轍試件厚度對AC-10F瀝青混合料高溫性能影響顯著，

且30 mm厚度AC-10F瀝青混合料動穩定度滿足≥1 000次/min的規范要求，30 mm厚度AC-10F瀝青混合料動穩定度得到了較大的提升。都巴高速公路AC-10F功能層設計厚度為2.5 cm，在實際施工中應當控制厚度均勻性，避免出現厚度>3 cm的情況，以保障應力吸收層的高溫性能。

4.2 水穩定性

廣西地區高溫多雨，在雨水作用下瀝青混合料容易發生水損害，因此有必要對都巴高速公路AC-10F瀝青混合料水穩定性能進行驗證。采用我國常用的瀝青混合料水穩定性能試驗，結果如表10所示，所設計AC-10F瀝青混合料水穩定性能良好，各項指標均滿足規范要求，且達到較為優異的水平。

5 結語

（1）級配粗細對AC-10F瀝青混合料馬歇爾體積指標有一定影響，過粗或過細均會造成馬歇爾體積指標不合格。根據試驗結果，最終選擇的礦料配比為7～11 mm∶4～7 mm∶0～4 mm∶礦粉 = 32∶16∶50∶2。

（2）AC-10F瀝青混合料級配設計關鍵篩孔為2.36 mm，通過率控制在45%～48%。

（3）最終選擇級配2和5.0%的油石比，但AC-10F瀝青混合料厚度對其高溫性能影響顯著，建議實際施工中控制AC-10F混合料厚度以<30 mm為宜。

參考文獻：

[1]靖紅忠.半剛性基層瀝青路面反射裂縫處治措施[J].黑龍江交通科技， 202 ?44（7）：265，267.

[2]王海朋，陳 靜，張曉華，等. 應力吸收層瀝青混合料設計及性能研究[J].公路， 2020， 65（2）：18-24.

[3]劉 廣.橡膠瀝青應力吸收層研究進展[J].山西交通科技，2019（4）：8-10.

[4]曾獻文.應力吸收層SBS改性瀝青與橡膠改性瀝青對比研究[J].交通世界，2021（20）：4-7.

[5]JTG E20-201 公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程[S].

[6]王 琨， 郝培文. 不同層位瀝青路面溫度預估模型[J]. 長安大學學報（自然科學版）， 2017， 37（6）：24-30.

[7]JTG F40-2004，公路瀝青路面施工技術規范[S].E478299F-2AA7-47A9-AF52-9D63ECEA0766