沥青混合料AC-13C的组成设计分析及性能评价

潘炳良 黄小慧 覃金寿

文章为评价一种组成设计的AC-13C级配曲线变化对其性能的影响，以目标曲线2.36 mm、4.75 mm、9.5 mm的分别对应通过率27.7%、38.7%、71.4%为中值，设计偏细的AC-13级配①，与偏粗的AC-13级配②，并采用粗集料间隙率VCA作为评价配比设计的参数。结果表明：AC-13级配①达到了骨架密实状态，AC-13级配②接近SMA类级配的稳定状态;4.7%油石比下，AC-13级配①的沥青油膜厚度、浸水残留稳定度和冻融劈裂抗拉强度比分别为7.68 μm、98.9%、99%、2 168次/mm，AC-13级配②的沥青油膜厚度、浸水残留稳定度和冻融劈裂抗拉强度比分别为9.48 μm、92.9%、99%、1 652次/mm;两组级配的AC-13C浸水汉堡车辙试验结果均未出现剥落折点，具有良好的抗水损害能力。

道路工程;沥青混合料;粗集料间隙率;油膜厚度;高温稳定性;水稳定性

U416.217-A-15-047-4

0 引言

沥青路面表面层的级配设计，粗集料组成部分是重点控制9.5 mm、4.75 mm、2.36 mm的通过率，以形成良好的骨架;细集料组成重点控制2.36 mm以下、0.6 mm、0.075 mm的通过率，以形成良好的密实度。其意图在于粗集料间骨架嵌挤支撑有良好的抗力、细集料密实有良好的粘结力、表面宏观构造粗糙有良好的抗滑性能[1-3]。

本文采用70#A级道路石油沥青、石灰岩集料，在AC-13C目标级配的基础上变化两组级配，其中一组级配是在目标级配曲线基础上调细，另一组级配是在目标级配曲线基础上调粗，其目的是验证目标级配在关键筛孔变化时的性能变化及允许变化范围。

1 一种AC-13C的矿料级配组成设计及评价

为验证下页表1中目标级配曲线的关键筛孔变化对沥青混合料性能的影响，分别设计了级配①和级配②，其中级配①是在目标级配曲线基础上调细，9.5 mm、4.75 mm筛孔通过率增加4%～5%，0.15～2.36 mm细集料相应增加4%左右，0.075 mm通过率相应略增加0.7%;而级配②是在目标级配曲线基础上调粗，9.5 mm、4.75 mm筛孔通过率减少约4%，0.15～2.36 mm细集料相应减少3%左右，0.075 mm通过率相应略有减少0.3%。

为减少试验过程中级配组成变化的偶然性，将石灰岩集料进行单档筛分，按单档集料掺配合成级配。

1.1 两组级配的粗集料间隙率（VCA）

根据试验规程方法，对表1中变化的两组级配进行了松散堆积密度、捣实密度试验，计算了松散状态和捣实状态下粗集料间隙率（VCA）。试验结果如表2所示。

由表2可知，在没有细集料填充情况下，仅考虑2.36 mm以上粗集料之间形成的间隙，在控制最大公称粒径13.2 mm含量及2.36～4.75 mm含量基本一致的情况下，且相同容积情况下，随着4.75 mm、9.5 mm档集料含量的增加，矿料级配密度随之增加，即矿料级配组成存在趋于更加紧密的变化状态。

对两种级配进行马歇尔击实试验，测试混合料试件的毛体积相对密度，计算试件中粗集料骨架间隙率（VCA AC），结果如表3所示，并进行比较研究，结果如表4所示。

AC类沥青混合料的VCA DRC会大于VCA AC，其骨架嵌挤密实状态可按VCA AC≤VCA DRC+2进行评价。由表4可知，AC-13级配①达到了骨架密实状态，AC-13级配②达到了SMA级配的VCA评价标准，即AC-13级配②在粗集料嵌挤组成上已经达到了SMA的粗集料组成状态。

1.2 马歇尔试验体积指标

采用马歇尔试验分析两组级配的马歇尔体积指标变化规律，以揭示关键筛孔变化对沥青混合料结构组成的影响规律。试验结果如表5所示。

由表5可知，由于AC级配①细集料较多，相对而言，马歇尔试验的试件毛体积相对密度较大，空隙率偏小，已接近技术要求下限值，VMA偏小，VFA偏大;而AC级配②由于偏粗，4.4%油石比下饱和度接近技术要求的下限。

为便于AC-13C的性能评价，AC级配①和AC级配②均采用油石比为4.7%。两组矿料级配的沥青混合料AC-13C的比表面积、有效沥青用量、沥青膜厚度、粉胶比等指标如表6所示。

由表6可知，偏细型AC级配①与偏粗型AC级配②的比表面积相差较大，AC级配①比表面积是AC级配②比表面积的1.23倍。4.7%油石比下AC级配①的沥青膜厚度仅为AC级配②的有效沥青油膜厚度的81%。

2 两组级配沥青混合料AC-13C的路用性能验证

2.1 浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验的水稳定性验证

对两组级配的沥青混合料AC-13C采用不同油石比制備试件，分别以浸水残留稳定度和冻融劈裂抗拉强度比评价其水稳定性能。试验结果如表7所示。

由表7可知，AC级配①和AC级配②取油石比为4.7%时，沥青混合料的水稳定性良好;AC级配②的油石比为4.4%时，冻融劈裂试验残留强度比将大幅度下降。

2.2 浸水汉堡车辙试验的水稳定性验证

采用圆柱体试件，用50 ℃浸水水浴5 h，通过在47 mm宽的钢轮上施加705 N（158 Lb）的力完成对试件的加载，然后采用钢轮在板块试件上做往复运动，钢轮的移动速度大约是340 mm/s，通常用剥落点和剥落速率来评价沥青混合料的水稳定性。4.7%油石比、50 ℃下浸水汉堡车辙试验结果如表8～9及图1～2所示。

由表9浸水汉堡车辙试验结果可以看出：两组级配的AC-13C均未出现剥落折点，具有良好的抗水损害能力。

2.3 车辙试验验证

对两组级配的AC-13采用4.7%油石比制备试件进行60 ℃车辙试验。试验结果如表10和表11所示。

由表10、表11可知：（1）基质沥青的AC13级配①和级配②的车辙试验结果良好，均能达到1 500次/mm以上;（2）室内车辙成型时是模拟钢轮的反复碾压状态，车辙试验AC13级配①的动稳定度大于AC级配②，这可能与AC13级配①（偏细）的试件压实度最好，而AC13级配②（偏粗）的相对空隙率偏大有关。在实际工程中采用接近AC级配②的沥青混合料，只要及时、高温碾压，沥青路面也能获得良好的使用性能。

3 结语

（1）沥青混合料AC-13C的9.5 mm、4.75 mm、2.36 mm、0.075 mm的通过率分别为66%～75%、35%～43%、25%～32%、5.3%～6.3%时，骨架嵌挤稳定密实性好，基质沥青混合料的水稳定性能及高温稳定性良好。

（2）沥青混合料AC-13C的9.5 mm、4.75 mm、2.36 mm、0.075 mm的通过率分别为66%、35%、25%、5.3%时，其油石比应≥4.4%，基质沥青混合料的空隙率应≤5.6%。

（3）沥青混合料AC-13C的9.5 mm、4.75 mm、2.36 mm、0.075 mm的通过率分别为75%、43%、32%、6.3%时，在4.9%、4.7%油石比下，基质沥青混合料的油膜厚度分别为8.01 μm、7.68 μm，考虑到沥青路面的耐久性，AC-13C的2.36 mm的通过率应≤32%。

参考文献：

[1]沙庆林.矿料级配检验方法之一VCADRF方法[J].公路，2005（2）：89-99.

[2]李 智，张肖宁，雷尊贵，等.重载交通道路沥青混合料级配设计方法研究[J].中南公路工程，2006，31（4）：40-42.

[3]袁万杰.多级嵌挤密实沥青混合料设计方法与路用性能研究[D].西安：长安大学，2004.