嵌挤密实型沥青混合料组成设计与路用性能

□文/杭天明 魏 鹏 李海波

□魏 鹏、李海波/天津城建设计院有限公司。

嵌挤密实型沥青混合料组成设计与路用性能

□文/杭天明 魏 鹏 李海波

文章以CBR最大为原则，采用逐级填充方法，研究了粗集料级配和粗细集料最佳用量比例；以密实度最大为原则，研究了细集料级配；以马歇尔试验为基础，研究了最佳油石比。在此基础上，提出了嵌挤密实型沥青混合料组成设计方法。

沥青混合料；嵌挤密实型；路用性能

目前，关于嵌挤密实型沥青混合料的级配设计方法的研究很多，多以密实度为指标、以逐级填充为方法，侧重于实现密实功能[1～6]。但是，嵌挤密实应包含骨架嵌挤力和密实2部分内容，前者主要由粗集料骨架结构提供，后者主要体现在细集料对骨架结构的填充作用。因而，单一的采用密实度作为评价指标，难以获得具有最强骨架嵌挤力的粗集料级配，从而无法获得性能最优的混合料级配。基于此，本文根据不同规格集料在嵌挤密实型沥青混合料中的作用，以CBR最大为原则，采用逐级填充方法，研究粗集料级配和粗细集料最佳用量比例；以密实度最大为原则，研究细集料级配；以马歇尔试验为基础，研究最佳油石比，从而最终提出嵌挤密实型沥青混合料的组成设计方法并对其进行路用性能分析。

1 原材料

沥青为新加坡90号SBS改性沥青，密度为0.982 g/cm3，经检验其他各项指标均符合规范要求；碎石为石灰岩，视密度平均为2.690g/cm3，压碎值为12.6；矿粉为石灰石研磨而成，塑性指数为2.2，经检验其他各项均符合规范要求。

2 多级嵌挤密实型沥青混合料组成设计

2.1 粗集料级配的确定

1）粗集料级配的确定方法

（1）确定主骨料规格D0，取质量M分3次放入击实筒，每层按重型标准击实98次，测试其CBR。

（2）以D0用量为 100，D0下一级D1，以D0用量的10%为步长，将D1逐次掺入D0中，每次掺入后，击实98次，测试混合粗集料的CBR，建立D1填充量与CBR的关系曲线。

（3）根据（2）中关系曲线，确定最佳D1用量比例。

（4）以此类推，进行II、III级填充并最终得到各规格集料的最佳填充比例，即粗集料级配。

2）粗集料级配的确定过程

（1）I级填充试验。取20kgD0（16～19mm碎石），D1（13.2～16mm碎石）按D0用量的10%为步长依次填充，见图1。

由图1可知，当D0∶D1=3∶7时，混合粗集料的CBR最大。

（2）II级填充试验。在I级填充试验结果的基础上，取6kgD0和14kgD1并将D2（9.5～13.2mm碎石）按（D0+D1）用量的10%为步长进行II级填充，见图2。

由图 2可知，当（D0+D1）∶D2=6∶4时，混合粗集料的CBR最大。

（3）III级填充试验。在I、II级填充试验结果的基础上，取 3.6kgD0、8.4kgD1和 8kgD2并将D3（4.75～9.5mm碎石）按（D0+D1+D2）用量的10%为步长进行 III级填充，见图3。

由图 3可知，当（D0+D1+D2）∶D3=6∶4时，混合粗集料的CBR最大。

3）粗集料级配的确定

根据III级填充试验结果，粗集料级配见表1。

表1 粗集料级配

2.2 细集料级配的确定

细集料级配采用N法确定。参照国外规定与国内经验，选用N=0.4～0.6时对应的细集料级配，按上述粗集料级配组成混合料进行试验并以击实密度最大为原则获取最佳N值。见图4。

由图4可知，当N=0.5时，混合料击实密度最大，空隙率最小。故本文以N=0.5确定细集料级配，见表2。

表2 细集料级配

2.3 粗细集料比例的确定

根据表1和表2中粗细集料级配，分别按粗细集料比例为 75∶25、70∶30、65∶45、60∶40和 55∶45组成混合集料，其CBR测试结果见图5。

由图5可知，当粗细集料比例为65∶35时，粗细混合集料的CBR最大，故本文确定混合料的粗细集料比例为65∶35。

2.4 最佳油石比的确定

最佳油石比根据马歇尔试验确定。其中，以5.0%的油石比为中值，以0.3%为间隔分别取4.4%、4.7%、5%、5.3%，分别在上述4个油石比下成型试件。同时，为充分论证本文提出的嵌挤密实型沥青混合料的使用性能及其设计方法的可行性，选取嵌挤密实型沥青混合料（下记SJ-16）、SMA型沥青混合料（下记SMA-16）、密级配沥青混合料（下记AC-16）进行试验，见表3。

表3 马歇尔试验结果

由表 3可知，SJ-16、AC-16、SMA-16沥青混合料的最佳油石比分别为5.0%、5.3%和5.3%。SJ-16与SMA-16的稳定度相差不大且均明显高于AC-16，但SJ-16的最佳油石比却低于SMA-16和AC-16，这是由于SJ-16的粗集料形成了强大的骨架嵌挤结构，细集料充分填充空隙，混合料只需较少的沥青就能够获得稳定的结构。

3 路用性能

3.1 高温车辙试验

3种不同类型的沥青混合料车辙试验结果见表4。

表4 车辙试验结果

由表4可知，3种不同类型沥青混合料的高温稳定性为SMA-16略优于SJ-16，优于AC-16。这是由于高温稳定性与粗集料含量和沥青含量具有直接联系，SJ-16因其强大的骨架嵌挤结构，获得了较高结构稳定性，故具备了较好的高温稳定性；SMA-16粗细集料搭配合理，充足的沥青胶浆分布与混合料空隙中，使其结构均匀密实，从而获得了较好的高温稳定性；而AC-16粗集料含量较低，难以形成稳定的骨架嵌挤结构，故表现为高温稳定性不足。

3.2 低温抗裂试验

通过-10℃条件下沥青混合料低温弯曲试验，评价3种不同类型沥青混合料的低温特性，见表5。

表5 低温弯曲试验结果

由表5可知，3种不同类型沥青混合料的低温抗裂性能为SJ-16优于SMA-16和AC-16。这是由于低温抗裂性能与粗集料含量有直接联系，SJ-16因其强大的骨架嵌挤结构，表现出优越的低温抗裂性能；SMA-16则依靠沥青胶浆的胶粘作用同样具备着较好的低温抗裂性能；而AC-16粗集料和沥青含量均较低，因而难以具备较高的低温抗裂性能。

3.3 水稳定性试验

采用现行规范要求的浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，分析3种不同类型沥青混合料的水稳定性。见表6和表7。

表6 浸水残留稳定度

由表6可知，3种不同类型沥青混合料的水稳定性SJ-16优于AC-16和SMA-16。这是由于SJ-16密实度高，空隙率小，水分难以侵入，故初始稳定度和残留稳定度都较大；AC-16粗集料含量低，难以形成稳定的骨架嵌挤结构且密实度相对不足，空隙较多，水分容易侵入，故初始稳定度和残留稳定度都较低；SMA-16因其均匀的粗细集料搭配与充足的沥青含量，获得了较高的初始稳定度，但由于沥青和矿粉含量较高，长时间浸水后，沥青胶浆与水分发生作用，残留稳定度反而降低。

表7 冻融残留稳定度

由表7可知，3种不同类型沥青混合料的水稳定性SJ-16优于SMA-16和AC-16。这是由于SJ-16的粗集料骨架嵌挤结构为混合料提供了较大的内摩阻力，从而减少了冻融循环作用应力对混合料造成的破坏；SMA-16粗细集料搭配均匀，密实度较高，水分难以侵入，故亦表现出较好的水稳定性；AC-16沥青膜较薄，密实程度也不及SJ-16和SMA-16，在冻融循环过程中水分逐渐侵入，抗水损害性能逐渐削弱。

4 结论

设计级配的低温抗裂性、水稳定性具有优于SMA沥青混合料和密级配沥青混合料；在高温稳定性方面，设计级配明显优于密级配沥青混合料，与SMA沥青混合料相差不大。因而，与按常用方法设计的沥青混合料相比，本文提出的嵌挤密实型沥青混合料具有更为优良的路用性能，这也证明了嵌挤密实型沥青混合料组成设计方法的可行性。

[1]JTGF40—2004，公路沥青路面施工技术规范[S].

[2]JTJ058—2005，公路工程集料试验规程[S].

[3]彭 波，袁万杰，薛鹏涛，等.多级嵌挤密实型沥青混合料路用性能研究[J].重庆交通学院学报，2005，（6）：63-66.

[4]王家主，吴少鹏.骨架密实型沥青混合料设计[J].公路交通科技，2006，23（11）：31-35.

[5]陈忠达，袁万杰，高春海.多级嵌挤密实级配设计方法研究[J].中国公路学报，2006，19（1）：32-37.

[6]王立久，刘 慧.骨架密实型沥青混合料集料级配设计方法[J].中国公路学报，2008，21（5）：6-9.

U415

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1008-3197（2011）03-43-03

2011-04-07

杭天明/男，1961年出生，高级工程师天津滨海黄港实业有限公司，从事市政与建筑材料的研究和工程技术管理工作。

□魏 鹏、李海波/天津城建设计院有限公司。