AC-13C沥青加铺层配合比优化及效果验证

吕 凌，刘斌清，李 强

（1.云南省公路开发投资有限公司曲靖管理处，云南 曲靖 655000；2.广西道路结构与材料重点实验室，广西 南宁 530007；3.长沙理工大学，湖南 长沙 410076）

AC-13C沥青加铺层配合比优化及效果验证

吕 凌1，刘斌清2，李 强3

（1.云南省公路开发投资有限公司曲靖管理处，云南 曲靖 655000；2.广西道路结构与材料重点实验室，广西 南宁 530007；3.长沙理工大学，湖南 长沙 410076）

考虑旧混凝土路面沥青加铺层技术要求及多雨地区沥青路面的使用要求，以性能平衡协调为目标对AC-13沥青加铺层进行级配优化设计，通过5个矿料级配关键筛孔及油石比等6种因素对比分析，采用正交表试验表进行了优化试验，确立了推荐级配范围及最优级配。结合曲胜高速公路大修工程，对推荐级配进行了现场验证。结果表明各项性能指标满足要求，混合料施工均匀性良好。

沥青混合料；级配优化；正交试验；级配组成；关键筛孔

水泥混凝土路面沥青表面加铺层应具有抗高温车辙变形、抗水损害、抗裂耐久等性能。AC-13加铺层矿料级配设计过程中既要考虑到沥青混合料的抗车辙能力，适当增加粗骨料含量，尽量形成骨架密实型结构；又要保证细集料用量及沥青薄膜厚度，提高混合料密实、防水、易压实、耐疲劳特性。同时，沥青混合料矿料级配又要保障混合料具有适当的表面构造深度。实际工程应用中多参照规范已有的级配范围进行混合料设计，存在构造深度不满足规范要求或沥青面层封水性能不足的现象。混合料设计过程如何平衡好各方面性能要求，设计出符合要求的混合料，需对规范参考级配范围内的混合料进行专门优化。

混合料设计的主要影响因素为矿料级配及沥青用量，其中矿料级配9.5 mm、4.75 mm、2.36 mm、1.18 mm、0.075 mm等关键筛孔的通过率又直接影响沥青混合料的高低温性能及表面构造深度。根据文献［1］ 级配范围的控制要求，对该范围内AC-13混合料设计级配及油石比进行对比分析，提出适用于沥青加铺层的级配优化设计要求，确定满足沥青混合料最优性能的级配及油石比，并进行实体工程验证。

1 优化试验

1.1 优化方案设计

为了寻求在特定集料、改性沥青等原材料下的AC-13C沥青混合料最优的性能，采用正交试验法综合考虑不同筛孔对AC-13C沥青混合料各体积指标的影响程度，选取9.5 mm（因素A）、4.75 mm（因素B）、2.36 mm（因素C）、1.18 mm（因素D）和0.075 mm（因素E）等5个关键筛孔的通过率作为级配正交分析主要因素（见表1），参照云南地区经验，油石比（因素F）取值范围为4.8%～5.2%。根据工程常用的级配，分别选取5个关键筛孔进行组合试验［1］，具体见表2。

表1 AC-13C加铺层混合料优化试验因素及变化范围

表2 AC-13C加铺层沥青混合料正交试验方案

1.2 沥青混合料试验过程

试验采用云南不同地区的玄武岩粗集料、石灰岩细集料和SBS（I-D）改性沥青，针对表2的正交试验设计方案，以关键筛孔9.5 mm、4.75 mm、2.36 mm、 1.18 mm、0.075 mm将矿料分为6档，矿粉按3%掺配，其余0.075 mm以下用筛出料补充。

试验过程采用马歇尔试验方法，双面击实75次成型，拌和及成型温度分别为170 ℃及165 ℃。沥青混合料理论最大相对密度采用计算法，马歇尔试件毛体积密度采用表干法测定。

1.3 优化试验结果分析

根据表2的AC-13C沥青混合料综合优化试验方案，测定试件相应的马歇尔稳定度及体积指标，各方案试验结果平均值见表3。

2 混合料级配及油石比优化分析

2.1 基于空隙率的沥青混合料优化分析

空隙率是沥青混合料设计过程的重要指标，是实现沥青混合料各项性能平衡的关键点，各因素不同范围下试件空隙率平均值及其极差见表4。由表4可见：

（1）对空隙率（VV）而言，6个因素中0.075 mm筛孔通过率的影响最为显著，其次为1.18 mm通过率及油石比，9.5 mm、2.36 mm、4.75 mm筛孔通过率对空隙率影响较小，影响程度依次降低；

（2）就影响趋势而言，沥青混合料的空隙率随着1.18 mm、0.075 mm筛孔通过率的减少而呈线性增加，随着油石比的增加而减少； 9.5 mm、 4.75 mm、2.36 mm筛孔通过率对空隙率的影响较小，总体上随着通过率的减少而减少。

根据云南曲靖地区夏热、潮湿的特点，参照公路沥青路面施工技术规范，AC-13C的沥青混合料空隙率（VV）应控制在3.5%～5%，上述正交试验中满足VV要求的级配范围和油石比见表5。

根据上述结论，以AC-13沥青加铺层设计空隙率4%为目标，各关键因素取值范围及4%最优级配见表5。

2.2 基于综合指标的沥青混合料优化分析

为了确定AC-13C最优级配范围和沥青用量范围，采用各水平对应的试验指标平均值的最大值与最小值之差对沥青混合料稳定度、流值、矿料间隙率、沥青饱和度等按以上方法综合各技术指标分析结果，得到以下结论：

（1）影响稳定度、流值的关键影响因素是1.18 mm筛孔通过率。从其影响规律来看，1.18 mm筛孔通过率越高，稳定度、流值越大，空隙率和矿料间隙率越小；反之，1.18 mm筛孔通过率越低，稳定度、流值越小，空隙率和矿料间隙率越大。

表3 不同试验方案AC-13C马歇尔试验结果汇总

表4 AC-13C正交试验沥青混合料空隙率平均值 %

表5 基于空隙率的AC-13各关键因素取值范围 %

（2）空隙率和矿料间隙率的关键影响因素是0.075 mm筛孔通过率和油石比。从其影响规律来看，0.075 mm筛孔通过率越高、油石比越大，空隙率和矿料间隙率越小，沥青饱和度越大；反之，0.075 mm筛孔通过率越低、油石比越小，空隙率和矿料间隙率越大，沥青饱和度越小。

2.3 沥青混合料优化级配及油石比

综合以上正交试验结果，保证空隙率、矿料间隙率、稳定度、流值等指标满足要求。同时，考虑到AC-13沥青加铺层沥青混合料应具有一定的沥青薄膜厚度及粉胶比，为提高混合料耐疲劳性能及封水性，参照相关研究成果其粉胶比宜小于1.2，沥青薄膜厚度宜大于8 μm。综合基于空隙率及综合指标的正交试验分析，得出满足施工技术规范技术指标要求的所选取因素的取值范围，结合对级配曲线的分析和工程实践经验，优化得出的各筛孔通过率如表6所示，并推荐最优的级配组成，建议的油石比范围为4.8%～5.0%。

3 混合料性能验证

为检验上述的优化结果，根据推荐的最优级配进行加铺层实体工程AC-13上面层沥青混合料设计，设计级配见表7，其中通过率与推荐最优的通过率相差不超过1.5%，设计最佳油石比为5.0%。

表6 AC-13C沥青混合料正交试验优化结果

表7 AC-13C沥青混合料正交试验优化结果

3.1 车辙试验

动稳定度试验结果表明采用接近推荐设计的AC-13C改性沥青混合料配合比，其动稳定度大于6 000次/mm，达到了同类沥青混合料抗高温性能，明显高于规范指标。

3.2 浸水试验

按照《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）的规定，应采用浸水马歇尔试验来检验沥青混合料的水稳定性。浸水马歇尔试验沥青混合料采用双面击实75次，试验结果见表8。

表8 浸水马歇尔试验结果

3.3 构造深度

AC-13加铺层矿料级配设计直接关系到现场路面的构造深度。优化后曲胜高速公路K15+000～K48+ 600段构造深度在0.6～0.8 mm，满足规范要求。

3.4 渗水系数

渗水系数能够全面反映沥青混合封水程度及现场施工均匀性，是施工现场评价混合料综合性能的重要指标。经采用优化级配的曲胜高速公路K15+ 000～K48+600段路面加铺工程沥青加铺层渗水系数基本上在40～70 mL/min（见表9），远小于规范的渗水系数要求，现场实施效果良好。

表9 抽检路段渗水检测数据汇总表

4 结语

（1）6个因素对AC-13加铺层沥青混合料空隙率（VV）影响的显著程度依次为0.075 mm、1.18 mm、油石比、9.5 mm、2.36 mm、4.75 mm，影响程度依次降低；

（2）影响稳定度、流值的关键影响因素是1.18 mm筛孔通过率；空隙率和矿料间隙率的关键影响因素是0.075 mm筛孔通过率和油石比。

（3）采用正交法确立最优级配，根据最优级配设计了曲胜高速公路加铺工程AC-13表面层，其应用效果表明，混合料动稳定度、浸水马歇尔指标均满足要求，现场构造深度满足要求，渗水系数明显小于规范要求，现场施工混合料较为均匀，密水性良好。

［1］JTG F40—2004公路沥青路面施工技术规范［S］.

［2］吴庆发，李强、吴庆刚. AC-20C改性沥青混合料级配正交优化试验研究［J］. 西部交通科技，2012（12）：13-16.

［3］方开泰.均匀设计与均匀设计表［M］.北京：科学出版社，1994.

［4］肖华宪. AC-25C沥青混合料级配正交优化试验研究［J］.公路工程，2012，37（4）：247-249.

［5］蒋锦毅.高温多雨潮湿地区沥青混合料级配优化设计及技术性能研究［D］.西安：长安大学，2011.

Mix Ratio Optimization Design of Overlay with AC-13C and Effects Verify

Lü Ling1, Liu Binqing2, Li Qiang3
（1. Yunnan Highway Development & Investment Company, Qujing 655000, China; 2. Guangxi Key Laboratory of Road Structure and Materials, Nanning 530007, China; 3. Changsha University of Science & Technology, Hunan 410076, China）

Asphalt mixture test consider 6 factors including 5 key sieve and asphalt-aggregate ratio objective of performance balance. Gradation Range have been established by orthogonal optimization test according to the performance requirements of the overlay on Old Cement Concrete Pavement. Field validity shows that optimum aggregate grading by the test has satisfactory performance on Qu Sheng highway overhaul project.

asphalt mixture; asphalt overlay; gradation optimization; orthogonal test; key sieve

U416.217

A

1672-9889（2016）05-0006-04

2015-12-06）

吕凌（1972-），男，云南昆明人，高级工程师，主要从事道路、桥梁工程管理工作。