适合广东地区的常规沥青混合料级配类型研究

古志

摘要：对混合料级配设计和施工控制，以满足密水性和均匀性要求为主，力求形成骨架蜜实结构的原则，在这个原则指引下总结出来的AC改进型密级配混合料级配范围，适合我省的气候和交通条件，它提供了混合料级配设计和控制的明确目标，对提高和改善沥青路面的质量发挥重要作用。

关键词：广东 常规沥青混合料级配类型

中图分类号：TV442+.1文献标识码：A 文章编号：

《JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范》中提到。我国国土辽阔，包含不同的气候区，各地交通状况也不一样，因此规范总则指出：“各省、市、自治区或工程建设单位可根据具体情况，制订相应的技术指南，但技术要求不宜低于本规范的规定”。又在附录B规定“沥青路面工程的混合料设计级配范围由设计文件或招标文件规定，密级配沥青混合料的级配宜在本规范5.3.2规定的级配范围内，根据公路等级、工程性质、气侯条件、交通条件、材料品种等因素，通过对条件大体相当的工程使用情况进行调查研究后调整确定，必要时允许超出规范级配范围，经确定的工程级配范围是配合比设计的依据，不得随意变更”。

我省的气候特点是：雨量大、雨期长，夏季气温高，冬季绝大部分地区无负温气候。路面易发生水损害，易发生滑溜行车事故，故对路面的密水性、均匀性、抗滑性要求高。夏季路面温度常常超过650C，对路面的高温性能要求高，而与冰冻相关的路面病害则不存在。我省许多高速公路交通特别繁重，从而对路面的要求特别苛刻，在确定工程设计级配范围时，应充分考虑这些特点，认真吸取本省的成功经验。因此，总结我省的工程实践经验，研究适合我省特点的混合料级配范围是十分必要的，本文重点放在“满足密水性和均匀性要求、力求形成骨架密实结构的混合料级配研究”，研究主要目标是探讨在悬浮密实型混合料AC-20和AC-25的基础上，高温稳定性显著提高的混合料，使全省的沥青路面抗车辙性能得到普遍改善而不伴随着离析、透水带来水损害和疲劳寿命降低。这部分研究工作的结果得出了AC-25C和AC-20C混合料的级配范围，这几种混合料的级配范围与JTG F40-2004上的AC-25和AC-20相近，但稍粗一些，是考虑到我省气侯炎热的原因。，对抗滑磨耗层，得出了AC-16C和AC-13二种混合料级配范围，这些混合料是在AK型混合料使用经验的基础上经过改进而得。JTG F40-2004规范全盘否定了AK型混合料，它推荐的抗滑磨耗层混合料AC-16和AC-13C，实际是悬浮密实型混合料，在我省使用的效果明显不佳，表现在抗高温稳定性和抗滑性能差，由于4.75mm筛孔通过率太高：AC-16比AC-16C高11个百分点；AC-13比AC-13C高16个百分点；粗集料用量比例这样大幅度减少，显然会降低高温稳定性；在混合料有效沥青含量相同情况下，其沥青膜厚度比GAC混合料低，故耐老化、耐疲劳性能也较低。

Superpave（后文简称SP）混合料设计方法被许多人奉为国际领先水平的技术，它在应用中发现的问题，也带动着一股又一股的研究热潮。在国外已普遍承认和关注SP粗级配混合料(如SP-19、SP-25和SP-37.5)透水问题，它压实困难，形成连通空隙，水和空气能进入其中。说明其粗级配混合料所含细集料太少，即使提高压实标准，也未能达到密实要求。国内、外普遍地公认，路面现场空隙率在3%-6%是最佳状态，既不透水也没有车辙危险，但国外许多文献报道的试验结果表明，SP混合料的现场空隙率超过6%，路面就处于透水状态；而许多SP细级配混合料（如SP-12.5和SP-9.5），其现场空隙率达9%仍不透水，说明其细集料含量过多，对高温稳定性不利，SP的粗级配混合料太粗；细级配混合料太细（级配曲线位于MDL上方的级配）。将AC混合料同SP混合料比较看出，AC粗级配混合料（AC-20C 和AC-25）适当增加了细集料，从而利于压实和降低透水性；而AC改进细级配混合料（AC-13C）则显著地减少了细集料（级配曲线在MDL下方），从而有利于提高高温稳定性和抗滑性能。

1、制定适合广东地区的沥青混合料级配范围

2002年以前我省高速公路沥青路面一直按《JTJ032-94公路沥青路面施工技术规范》，根据级配范围的中值线，将路面结构的中、下层混合料设计成悬浮密实型结构，要求的动稳定度为800次/mm。，2002年初，广韶高速公路就大范围出现严重车辙，悬浮密实型混合料的弱点暴露出来了，后来发现是是：特重交通及严重超载；沥青的性能等级低；级配设计过细；路面太窄渠化作用强烈；罕见的高温天气等）。随后，省内各个在建项目，迫切需要寻求将中、下面层混合料设计成骨架密实型结构的方法。开阳高速B03段最早试用SP方法，设计的中、下层混合料动稳定度分别达到1279次/mm和1800次/mm，比要求的800次/mm大幅度提高，说明混合料接近了骨架密实型结构。但是SP混合料施工，要求（按旋转压实仪确定的密度）提高压实标准，从而增加施工成本，在不增加预算的情况下，推广这项技术比较困难，故开阳高速公路其余两段未采用这项技术。

最初设计级配是借鉴SP的S形级配曲线概念，尝试用马歇尔方法进行设计，S形曲线的特点是，适当减少公称最大粒径附近的粗集料用量和0.6mm附近细集料用量，使中等粒径集料较多，增强嵌挤作用，从而提高混合料的高温稳定性。不过若细集料减少过多，中等粒径集料过多，就难以压实，使混合料离析、渗水，没有一个准确的级配范围。为了寻找沥青面层混合料合理的级配曲线，从2003年开始，先后在开阳高速、阳茂高速、广梧高速、广珠北、西部沿海高速等十多个工地，都认真分析级配曲线的改变，对路面的密水性、均匀性和粗集料嵌挤情况的影响。最终以路面満足密水性和均匀性（不离析）为主，尽量减少细集料用量，力求形成骨架密实结构的原则，确定了沥青面层混合料的改进性级配范围，不过得到的混合料级配曲线已不是典型的S型，而基本上位于最大密度线（MDL）下方。只要备好的集料能配出AC-20C或AC-25C的中值线，竣工后路面的密水性、均匀性是良好的，在使用A-70级沥青的情况下，动稳定度一般达到1200-2000次/mm，即达到悬浮密实型混合料动稳定度的1.2-2.0倍。研究表明，想通过级配调整进一步提高动稳定度已很困难，但是，如果改用改性沥青，则可以再提高到GAC的3-5倍，即采用改性沥青提高动稳定度的幅度比级配优化的大。

AC改进型沥青混合料级配范围，从2003年底开始就相继在各工程项目应用，随后做了局部调整，并做了实验室检验，结果如表1所示。

表1 AC改进型密级配沥青混合料级配范围

2．AC改进型混合料级配与现行规范及旧规范的比较

AC改进型混合料继承了旧规范使用过程中积累的有用经验，克服其缺点，并主要靠在许多工程项目现场，以密水性和均匀性为主，形成骨架密实结构的原则，反复实践、总结出来的，此外也在实验室做了适量论证检验。这一原则致所以有效，就在于它能帮助施工人员在现场即时判断混合料中的粗集料、细集料、填料、沥青和空隙几部分体积是否协调。每种级配都可以举出以百公里为单位的应用实例。只要按照级配双控原则配出AC改进型混合料级配范围的中值线，竣工的路面就会形成满足高温性能要求和抗滑要求。从表2看出：