广西高速公路上面层沥青混合料级配设计探讨

陈 宁，潘志鸿，韦武举，樊旺生

（1.苏交科集团股份有限公司 新型道路材料国家工程实验室，江苏 南京 211112；2.广西交通投资集团有限公司，广西 南宁 530022）

广西高速公路上面层沥青混合料级配设计探讨

陈 宁1，潘志鸿2，韦武举1，樊旺生1

（1.苏交科集团股份有限公司 新型道路材料国家工程实验室，江苏 南京 211112；2.广西交通投资集团有限公司，广西 南宁 530022）

统计分析发现，2015年广西在建高速公路上面层AC-13C配合比设计过程中关键筛孔4.75 mm通过率设计值较贴近施工技术规范的控制下限，级配优化的范围过窄，为设计出性能相对优良的混合料，文章结合原材料的特性和实际设计情况，提出较为合理的级配设计范围，供广西地区高速公路设计施工参考使用。

高速公路；沥青混合料；级配设计；关键筛孔；通过率

1 概述

根据相关统计，目前全国大多数省份上面层选用的混合料类型一般为AC-13F/13C型沥青混合料、SMA-13沥青玛蹄脂混合料、Sup-13沥青混合料、OGFC。传统的AC型沥青混合料属于悬浮密实结构，使用较多，技术较为成熟；SMA-13为典型的骨架密实型结构，高温稳定性较好，但受造价、材料等影响在部分发达省份使用较多，西部等欠发达省份并未大规模使用；Sup-13沥青混合料是采用旋转压实仪进行设计，级配选择采用关键筛孔控制点进行控制，是一种骨架嵌挤结构的沥青混合料（高温稳定性能优于传统AC-13），在江苏、上海、重庆、黑龙江、湖南、甘肃、青海、内蒙古等省份都有过应用；OGFC沥青混合料是一种骨架间隙结构的混合料，空隙率较大（18%～25%），高温稳定性好，一般用于排水式路面［1-3］。

目前广西地区正在处于高速公路沥青路面的大规模发展时期，沥青路面结构上面层大多采用AC-13C改性沥青混合料；上面层集料均采用辉绿岩（10～15 mm、5～10 mm规格集料）和石灰岩（3～5 mm 、0～3 mm机制砂），沥青采用SBS改性沥青（I-D），级配范围统一采用沥青路面施工技术规范中的级配范围。但从上面层AC-13C改性沥青混合料混合料设计的合成级配来看关键筛孔4.75 mm均贴近下限，一方面不利于施工控制（施工规范要求4.75 mm筛孔通过率±5%波动范围）；另一方面此种设计级配设计出来的混合料空隙率仍然只有4.0%左右，但受设计范围限制已无优化的空间，因此有必要对当前广西在建的各条高速公路上面层沥青混合料配合比设计情况统计分析，提出适合广西地区的沥青路面上面层AC-13C级配范围。

2 上面层AC-13 C实体工程数据统计分析

2.1 上面层AC-13C混合料设计合成级配统计分析

目前广西在建的高速公路的沥青路面上面层AC-13C沥青混合料设计合成级配见图1。

由图1的结果可知，4条高速公路的8组AC-13C混合料的合成级配关键筛孔（4.75 mm筛孔）通过率均接近规范控制范围的下限，日常检查数据评定存在一定的难度，实际生产控制易超出规范的控制范围。

图1 各条路施工所用合成级配曲线

2.2 AC-13C混合料体积指标和性能统计分析

为验证上述混合料级配的相关体积指标和性能能否满足规范要求，对上述4条高速公路的8组级配对应混合料体积指标和性能验证结果进行了相关统计，具体见表1，其中油石比均为4.8%。

表1 AC-13C沥青混合料体积指标及性能验证结果

由表1的结果可知，设计油石比均为4.8%，混合料空隙率为4.3%～4.7%，水稳定性试验和高温稳定性试验均满足规范的控制要求。

2.3 AC-13C混合料中（3～5 mm）的用量统计分析

为判断目前的级配是否存在优化空间，对4条高速公路的8组生产配比（3～5 mm）的用量进行了统计，具体结果见表2。

统计的结果表明，4条高速公路目前上面层生产配比中3～5 mm的干涉料使用均值在12.6%，而表1中各条高速合成级配4.75 mm和2.36 mm筛孔通过率的差值平均值也为12.0%，说明目前各条路使用的混合料中3～5 mm的用量相对偏多。分析其原因，一方面与混合料使用的辉绿岩集料有一定的关系，因为目前使用的辉绿岩的集料都是经过整形处理的，片状和条状的颗粒较少，拌制的混合料相对较好压实，若不使用一定量的3～5 mm集料混合料空隙率会很小，混合料容易出现挤密性车辙；另一方面与设计规定的4.75 mm筛孔通过率的控制范围有关，在0～3 mm机制砂使用量较少的情况下，为满足4.75 mm筛孔通过率和空隙率的要求，必须多使用一些3～5 mm的集料。

表2 AC-13C沥青混合料中3～5 mm用量统计

3 AC-13 C设计级配范围调整分析

3.1 常用的AC-13C级配范围

目前Superpave设计体系中Sup13的控制点要求见表3，公路沥青路面设计规范和公路沥青路面施工规范中AC-13C级配设计范围见表4［4-6］。

从表3的级配控制范围可知Sup13级配上、下限只对0.075 mm、2.36 mm、16.0 mm筛孔的通过率做出了要求，在级配设计过程中调整优化的空间更大，更能根据原材料的特性设计性能优良的混合料。

从表4的设计规范和施工规范中AC-13C的级配可知，设计规范中4.75 mm筛孔通过率的下限要求放宽至30%（施工规范为38%），9.5 mm筛孔通过率下限要求放至60%（施工规范为68%），因此在级配设计过程中调整优化的空间更大，更能根据原材料的特性设计性能优良的混合料。

3.2 上面层AC-13C设计级配范围建议

广西属于高温、多雨地区，沥青混合料的设计应该更偏重于高温稳定性和抗水损害性能，并且路面需要形成一定构造深度，保证抗滑性能。从目前4条公路使用的AC-13C混合料合成级配来看，受设计范围限制，3～5 mm的干涉料用量偏多，将一定程度影响路面的构造深度，导致抗滑系数不佳；同时设计4.75 mm筛孔通过率接近施工规范的控制下限，日常生产的正常波动将超出控制下限。因此级配选择应不局限于施工规范的级配范围，建议采用Superpave设计体系中Sup13的控制点要求和设计规范附录推荐的AC-13C的级配范围要求，减少3～5 mm的用量，增加5～10 mm和10～15 mm的粗骨料用量，形成骨架嵌挤结构，提高混合料高温稳定性和路面的抗滑性能，提升广西高速公路沥青路面的使用性能。

表3 Sup13级配控制范围和控制区范围

表4 设计规范参考的AC-13C级配控制范围以及施工规范AC-13的级配范围

3.3 工程实例分析

为验证调整级配后的AC-13C混合料的各项性能指标和路用性能指标，选择3条高速作为试点，调整级配设计思路，选用采用满足Superpave设计体系中Sup13的控制点要求和《公路沥青路面设计规范》附录推荐级配要求的级配，检测调整级配后的AC-13C混合料的各项体积指标和性能指标，具体结果见表5～表7。

表5 调整后上面层AC-13C沥青混合料设计合成级配

表6 调整前、后上面层AC-13C沥青混合料体积指标及性能验证结果

通过3组级配调整前和调整后的级配对比可以发现：(1)调整后4.75 mm筛孔以上粗集料所占比重比调整前提高4.3%左右，同时合成级配中2.36～4.75 mm集料的比例由调整前的11.2%下降至8.2%；粗集料用量增加有利于提高混合料高温稳定性能，2.36～4.75 mm用量的下降有利于提高路面的构造深度，增加抗滑性能。

通过调整前和调整后AC-13C三组沥青混合料的性能对比可以发现，调整后的级配比调整前的级配高温稳定性能平均提高35.5%左右，水稳定性能调整前与调整后基本相当。

通过对比3组调整前和调整后AC-13C沥青混合料现场检测的数据结果可知，级配范围放宽后，采用设计规范AC-13C级配设计范围或者采用Sup13级配设计范围设计出来的AC-13C沥青混合料现场构造深度和摩擦系数分别平均提高20.2%和9.5%，路面抗滑性能有所提升，渗水系数基本相当（密水性能良好）。

Research on Gradation Design of Expressway Top Layer in Guangxi Province

Chen Ning1, Pan Zhihong2, Wei Wuju1, Fan Wangsheng1
（1. National Engineering Laboratory for Advance Materials, JSTI Group, Nanjing 211112,China; 2. Guangxi Communications Investment Group. Co., Ltd., Nanning 530022, China）

Through statistical analysis of top layer gradation of expressway under construction in Guangxi province, it is found that passage percentage of the key sieve mesh is closes to the low limit controlled by construction specification, and the range of graded optimization is narrow. To design mixtures with excellent performance, reasonable gradation design range is put forward in this paper combining with the characteristics of raw materials and the actual design situation, which could provide reference for highway design and construction in Guangxi region.

expressway; asphalt mixture; gradation design; key sieve mesh; passage percentage

U416.217

A

1672-9889（2016）05-0010-03

陈宁（1986-），男，江苏金坛人，工程师，主要从事沥青路面技术咨询、科研及试验检测工作。