SAC16型沥青混合料配合比设计及应用效果研究

2017-05-24傅广文李善强许新权

湖南交通科技 2017年1期

傅广文, 李善强, 许新权, 方杨

(1.公路交通安全与应急保障技术及装备交通运输行业研发中心, 广东广州 510042； 2.广东华路交通科技有限公司, 广东广州 510042)

傅广文1,2, 李善强1,2, 许新权1,2, 方杨1,2

(1.公路交通安全与应急保障技术及装备交通运输行业研发中心, 广东广州 510042； 2.广东华路交通科技有限公司, 广东广州 510042)

根据SAC及GAC混合料的级配特点，对SAC — 16和GAC — 16混合料在配合比设计及应用效果等方面进行了对比分析，结果表明：SAC — 16级配在关键筛孔上的通过率较低，级配整体偏粗，形成骨架结构比例较大，密实性和施工均匀性较好，但对原材料、级配、温度等方面的控制更为严格，条件满足时，广东地区推荐采用SAC — 16施作表面层为宜。

沥青混合料； SAC — 16； GAC — 16；级配设计；内部结构；施工均匀性

广东地区高温多雨的气候特征对沥青路面质量产生较大影响。为了提高沥青路面使用性能及耐久性，研究人员在经验累积的基础上提出了适合该地区气候的沥青混合料级配类型，目前SAC和GAC型沥青混合料在该地区应用较为广泛。SAC是我国自主研发的多碎石断级配沥青混凝土，20世纪90年代开始在国内推广应用，其级配特点是：4.75 mm以上碎石含量占60%～70%，填料含量占6%～10%，当碎石含量控制在约70%时，级配属于紧密接触骨架密实结构，具备优良的表面构造深度和动稳定度[1]。GAC是在总结广东省工程实践经验的基础上，针对该省气候特点提出的改进型密级配沥青混合料，其平整度合格率较小，设计原则为“以满足密水性和均匀性要求为第一目标，尽量增加粗集料，力求形成骨架密实结构”[2]。本文介绍了SAC — 16和GAC — 16配合比设计的差异，通过试验检测对两者的性能指标、路用功能指标、内部结构组成以及整体均匀性进行了对比分析，可为广东地区沥青路面混合料类型选择提供一定参考依据。

1 配合比设计

1.1 原材料

沥青采用SBS改性沥青，集料采用辉绿岩，对SAC — 16和GAC — 16两种混合料用原材料性能指标进行检测，各项技术指标均满足相关技术要求。

1.2 级配设计

对SAC — 16和GAC — 16进行级配设计，设计结果及范围见表1，设计级配和级配范围见图1。

从SAC — 16和GAC — 16级配对比情况来看，可以发现：

1) 设计级配中，从关键筛孔16、4.75、0.075 mm通过率来看，SAC — 16级配较GAC — 16分别偏低2.1、2.6、0.9个百分点，说明在各关键筛孔通过率的控制上，SAC — 16级配相对GAC — 16较粗。

2) SAC — 16设计级配各筛孔质量百分比相对GAC — 16的变化包括以下几点： ①16～19 mm、9.5～13.2 mm、1.18～2.36 mm三档料相对增多，增多量排序为9.5 mm>1.18 mm>16 mm； ②其余各档料比例相对减少，减少量排序为13.2 mm>0.6 mm>2.36 mm>0.3 mm>0.15 mm>0.075 mm=4.75 mm。

3) 通过分析各筛孔质量百分比的变化，总结此次SAC — 16设计级配相对于GAC — 16的特点包括： ①级配调粗主要是以增加16～19 mm、9.5～13.2 mm含量和降低13.2～16 mm含量实现，4.75～9.5 mm含量变化不大； ②细集料比例降低主要以增加1.18～2.36 mm含量和降低其他各档细料含量实现； ③级配调粗部分所形成空隙主要由间隔一档或几档料填充，而非次级集料； ④2.36～4.75 mm是级配组成中对级配稳定性影响较大的一个因素，降低其含量后采用增加1.18～2.36 mm颗粒进行替代； ⑤1.18～0.075 mm各筛孔含量随粒径减小，颗粒含量降低程度逐级减小； ⑥含量增加的料仅为三档，含量减少的料除填料外包括七档，说明集料含量减少部分向某几档料集中，形成粒径相对单一化趋势。

表1 设计级配及控制范围比较混合料类型级配类型通过下列筛孔(mm)通过率/%191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075设计级配100.095.480.755.834.926.117.613.810.28.46.1SAC—16级配上限100100907040312420171510级配下限100957555302216121086设计级配10097.579.158.737.527.721.516.311.99.67.0GAC—16级配上限10010085684635292318138级配下限10095654728181512864级配线差值02.1-1.62.92.61.63.92.51.71.20.9各筛孔增加量02.1-3.74.5-0.3-12.3-1.4-0.8-0.5-0.3

图1 设计级配和级配范围

1.3 配合比设计及性能验证

采用马歇尔设计方法进行配合比设计，确定最佳油石比，在最佳油石比条件下各项马歇尔试验技术指标见表2，性能验证见表3。

从设计结果来看：

1) 两种混合料的马歇尔各项技术指标均满足设计及规范要求。

表2 马歇尔试验技术指标混合料类型油石比/%空隙率/%矿料间隙率/%饱和度/%稳定度/kN流值/(0.1mm)SAC—164.804.013.871.314.533.8GAC—164.804.314.369.913.335.3

2) 相同油石比下，SAC — 16的空隙率、矿料间隙率相对于GAC — 16略偏小，饱和度略偏大，SAC — 16在级配更粗的情况下混合料更为密实，且有足够的矿料间隙率和沥青饱和度。

3) SAC — 16稳定度相对GAC — 16偏大，流值偏小，在高温条件下，抵抗变形能力较强。

表3 性能验证试验混合料类型残留稳定度比/%冻融劈裂比/%动稳定度/(次·mm-1)SAC—1695.291.211200GAC—1689.191.99500

由性能验证结果可知：

1) SAC — 16残留稳定度较大，延长高温影响的时间，SAC — 16稳定度降低程度相对较小。

2) SAC — 16与GAC — 16冻融劈裂比(TSR)相当，说明经一次冻融循环前后，两种混合料抗劈裂能力变化相近，在该试验条件或受力方式下，两种材料TSR指标变化不存在明显变化。

3) SAC — 16动稳定度相对于GAC — 16略较高，说明在相同温度条件和相同荷载条件下，SAC — 16抗车辙变形能力较强。

2 施工效果比对

2.1 施工性能指标

SAC — 16和GAC — 16上面层施工后，对两种混合料的主要性能指标进行检测，检测结果见表4。

表4 路用性能指标检测对比混合料类型空隙率平均值/%压实度代表值/%构造深度平均值/mm平整度合格率/%渗水合格率/%SAC—164.87898.6561.0091.285.1GAC—164.95099.0500.9096.281.1

对比两者路用性能主要指标，存在一定差别，主要表现为：

1) SAC — 16空隙率均值较小，说明其整体密实性较好，另外由于SAC — 16细料较少，使得压实度超百现象较少，从而算得的压实度代表值较小。

2) 统计结果中，SAC — 16构造深度平均值较大，渗水合格率较大，平整度合格率较小，说明SAC — 16表面粗糙且密实，抗滑性能和抗水损害能力较强，但行车舒适性会受到一定影响。

2.2 芯样内部组成和均匀性

沿水平方向对芯样进行切割，对比分析两种级配混合料的内部结构差异，芯样切面比较情况见图2。

a) SAC — 16颗粒均匀分布试件

b) SAC — 16粗离析试件

c) SAC — 16细离析试件

d) GAC — 16颗粒均匀分布试件

e) GAC — 16粗离析试件

f) GAC — 16细离析试件

由图2可知：

1) SAC — 16颗粒分布均匀试件中粗集料含量较充裕，分布均匀，细集料及沥青胶浆刚好填充粗集料之间的空隙，密实性较好，内部颗粒组成接近骨架密实结构；GAC — 16颗粒分布均匀试件中也有相当的粗集料，能形成一定骨架结构，密实性较好，但局部位置细料集中。

2) SAC — 16粗离析试件中粗集料偏多，粗集料之间形成部分空隙，局部区域有少量细料富余，主要与施工温度偏低、沥青胶浆无法自由流动有关；而GAC — 16粗离析试件中粗集料堆积也形成了部分空隙，但其他较密实区域由较多2.36～9.5 mm颗粒充斥，无明显富余沥青胶浆，产生了较明显的粗颗粒与细料分离现象。

3) SAC — 16细离析试件中细集料集中，细集料四周仍有相当一部分粗集料，以悬浮形式存在，说明细集料离析现象并不严重；GAC — 16细离析试件中细集料集中，细集料四周有少量粗集料存在，说明细集料与粗颗粒分离后产生了较明显的细料成团现象。

4) 对比SAC — 16和GAC — 16芯样，可以推断，SAC — 16级配中粗集料较多，粗颗粒分布均匀且有嵌挤趋势，不易产生细离析，接近骨架密实结构；而GAC — 16级配偏细，骨架比例相对较低，颗粒混合程度较大，易导致粗、细集料分离，接近于悬浮密实结构。

采用无核密度仪对SAC — 16和GAC — 16两种混合料上面层施工后的均匀性进行检测评价。无核密度仪判定均匀性方法： ①标定，用无核密度仪测定路面某一点密度，测定方法是以该点中心划直径为20 cm圆，测得圆上垂直方向4个点和中心点的密度，取其平均值作为无核密度，以该点为中心取出芯样，采用网篮法测定毛体积密度，按上述步骤随机均匀测得至少15个点的无核密度和毛体积密度，作出相关曲线，确定相关关系； ②检测，对施工路段随机选取某一段，纵向110 m长，横向为施工全幅宽，以纵向间距为10 m，横向间距为路幅宽度/10，将检测区域分成小格，检测纵横各交点处的无核密度；③判定，确定每点无核密度，采用标定公式计算毛体积密度，结合最大理论密度，计算空隙率，依据空隙率采用表5判定离析程度。

表5 无核密度仪离析判定方法离析程度空隙率/%离析程度空隙率/%细离析3中度离析6～9非离析3～6严重离析9

均匀性统计结果见表6。

从表6可以发现：

1) 此次均匀性检测评价中，SAC — 16细离析区

表6 施工均匀性统计对比%混合料类型细离析非离析粗离析SAC—162908GAC—16147610

仅占2%，低于GAC — 16；非离析区占90%，高于GAC — 16；粗离析区占8%，略低于GAC — 16，因此，SAC — 16施工均匀性优于GAC — 16，检测结果与芯样切面分析的推断结论一致。

2) 级配差异是产生上述现象的主要因素之一。SAC — 16级配采用多碎石结构，级配设计中一方面提高粗集料的绝对含量，另一方面提高粗集料中9.5～13.2 mm碎石的相对含量及颗粒数量，使得其粗集料的颗粒组成较为单一，少量细料及胶浆混合物裹附于粗集料表面，在施工时产生离析的可能性会明显降低；而GAC — 16级配中各种粒径颗粒的分布程度相对均匀，混合程度较大，施工时产生离析可能性则相应提高。因此，产生离析的关键因素是不同粒径集料的混合程度，混合程度越大，产生离析可能性越大，反之，粒径越单一，产生离析可能性越小，另外级配粗细程度不应作为判定是否产生离析的依据。

3) SAC — 16级配较粗，施工时若级配控制不准或温度控制不理想，容易造成碾压不密实，空隙较大，导致路面水稳定性下降；而GAC — 16细料较多，施工时压实度和空隙率相对容易控制，水稳定性更容易得到保障，因此，施工过程中的质量控制是确保SAC — 16应用效果的关键环节。