LSAM沥青稳定碎石混合料技术性能与施工应用

朱觉文，张福友，邓明荣，易宗石

(1.广西北部湾投资集团有限公司，广西 南宁 530029；2.广西新发展交通集团有限公司，广西 南宁 530029；3.广西交科集团有限公司，广西 南宁 530007)

0 引言

沥青混合料是由矿料与沥青结合料拌和而成的混合料的总称。按材料组成及结构分为连续级配、间断级配混合料；按矿料级配组成及空隙率大小分为密级配、半开级配、开级配混合料；按公称最大粒径的大小可分为特粗式(公称最大粒径>37.5 mm)、粗粒式(公称最大粒径为26.5 mm或31.5 mm)、中粒式(公称最大粒径为16 mm或19 mm)、细粒式(公称最大粒径为9.5 mm或13.2 mm)、砂粒式(公称最大粒径<9.5 mm)沥青混合料。目前沥青路面应用最广泛的是密级配、连续级配，其中绝大部分高等级公路沥青面层采用的均是密实型AC类混合料，部分工程采用了柔性基层密级配ATB类混合料。近年来，海绵城市、排水路面采用的开级配OGFC类沥青混合料应用兴起，半开级配混合料研究与工程应用较少[1]。

近些年，随着重载交通的不断发展，尤其是在南方湿热地区，对沥青路面的抗变形能力提出了更高的要求，AC类悬浮密实型沥青混合料的抗车辙性能遇到极大挑战，研发应用抗变形能力更强的混合料结构非常必要且一直是备受关注的热点问题。ATB类、AM类等大粒径沥青稳定碎石混合料由于具有良好的抗车辙、抗疲劳变形性能，且对半刚性基层反射裂缝的防治也有很好的效果，近年来在国内外引起了广泛关注，研究表明大粒径沥青碎石混合料在抵抗重交通荷载作用方面有着相当的潜能，国内外进行了很多的工程应用，取得了良好效果。大粒径沥青碎石混合料与传统密级配沥青混合料的级配组成有着明显差别，最大不同之处在于采用了大粒径的骨架结构，且大粒径粗集料含量通常在50%以上，以确保具有良好的抵抗车辙能力[2]。

然而，在研究与工程应用中发现，与传统AC类密级配混合料相比，ATB类沥青稳定碎石混合料的路用性能、适用性、经济性仍需要继续提升，如其骨架结构及施工离析控制仍需进一步加强；而半开级配AM类沥青碎石由于空隙率较大，其耐久性能有待进一步提高。本文结合路用技术性能、施工和易性、工程经济性等实际需求，研究了一种介于半开级配AM与密级配沥青稳定碎石ATB之间的沥青稳定碎石混合料LSAM(大粒径沥青稳定碎石或半开半密级配沥青稳定碎石)[3]。通过研究不同类型沥青稳定碎石的级配碎石、设计指标、性能优缺点等，提出了LSAM沥青稳定碎石混合料矿料级配、设计指标及路用性能评价指标，并在工程中进行了施工应用，可为研究应用大粒径沥青混合料技术提供重要参考。

1 混合料设计研究

1.1 级配组成

对于柔性基层或沥青下面层，常用混合料类型为粗粒式沥青混合料和沥青稳定碎石混合料，且以混合料公称最大粒径26.5 mm应用最多。沥青稳定碎石混合料包括密级配ATB、半开级配AM，其中在国内沥青路面设计规范中沥青碎石混合料最大只给出了半开级配AM-20的级配组成范围，因此，为便于研究对比，本文参照了美国基层沥青混合料级配AM-25的级配组成范围。几种大粒径沥青碎石混合料矿料级配组成对比如表1所示。由表1可知：(1)在骨架组成上，半开级配AM类与密级配ATB类相比，9.5 mm及其以上粗集料组成(含量)要多至少15%以上，具有更强的骨架；(2)在细集料填充密实上，半开级配AM类与密级配ATB类相比，2.36 mm及其以下细集料组成(含量)明显减少，AM类密实性较ATB类差；(3)已有成果表明，密级配具有非常好的耐久性，半开级配具有良好的抗车辙性，为兼具两者的技术特点，并考虑减少大粒径沥青碎石混合料的施工离析，本文提出了结合ATB及AM两种混合料的级配特点设计一种新型沥青稳定碎石混合料LSAM。级配组成特点为：在骨架组成上，LSAM参照半开级配AM的大颗粒骨架组成同时适当降低公称最大粒径含量以减少离析；在细集料填充密实上，LSAM参照ATB类细集料组成特点，采用介于AM与ATB之间的细集料组成，以形成相对密实的沥青稳定碎石混合料。以公称最大粒径26.5 mm级配组成为例，本文推荐的半密半开级配LSAM-25矿料组成控制范围如表1所示。

表1 几种大粒径沥青碎石混合料矿料级配组成对比表

1.2 设计指标

LSAM-25沥青稳定碎石混合料配合比设计方法仍采用马歇尔试验方法，参照ATB及AM两种沥青稳定碎石混合料的设计指标，对照提出了LSAM-25沥青稳定碎石混合料的马歇尔试验设计指标，几种大粒径沥青碎石混合料马歇尔试验设计指标对比如表2所示。

表2 几种大粒径沥青碎石混合料马歇尔试验设计指标对比表

2 性能试验

2.1 原材料试验

本文试验用集料为广西本地石灰岩碎石，采用三档碎石集料：19～31.5 mm、9.5～19 mm、0～4.75 mm，填料为矿粉，沥青采用70#-A级道路石油沥青。沥青及集料原材料检测指标如表3、表4所示。

表3 70#-A级道路石油沥青检测指标表

表4 石灰岩碎石集料的试验指标结果表

2.2 级配设计

根据本文表1推荐的LSAM-25级配组成控制范围，结合本文试验所用矿料筛分结果，本文设计的LSAM-25级配组成如表5所示。

采用表5的LSAM-25级配配制沥青稳定碎石混合料，采用马歇尔试验击实方法，通过试验确定的最佳油石比为3.6%，马歇尔试验指标如表6所示。

表5 LSAM-25沥青稳定碎石混合料矿料级配组成表

表6 LSAM-25沥青稳定碎石混合料马歇尔试验指标表

2.3 路用性能验证

采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验评价LSAM-25沥青稳定碎石混合料的水稳定性能。分别测定了LSAM-25沥青稳定碎石混合料的浸水马歇尔稳定度及冻融循环后劈裂强度，浸水残留稳定度和冻融劈裂抗拉强度比结果如表7所示。

表7 LSAM-25沥青稳定碎石混合料水稳定性试验结果表

采用60 ℃车辙试验评价LSAM-25沥青稳定碎石混合料的高温抗变形能力，车辙试验结果如表8所示。

表8 60 ℃车辙试验结果表

由表7、表8可知，LSAM-25沥青稳定碎石混合料具有良好的水稳定性能和高温稳定性能，均能满足现行技术规范要求，尤其是抗高温车辙试验指标远大于技术要求值。

3 施工应用

在广西某矿区重载道路大修工程中，为提升该工程沥青路面的抗重载适用性及耐久性，采用了平均厚度为10 cm的大粒径沥青稳定碎石混合料LSAM-25作为沥青下面层。LSAM-25大粒径沥青稳定碎石混合料采用间歇式拌和机生产，拌和时间≥45 s，出料温度≥160 ℃，混合料运输全程篷布覆盖，运输到现场温度≥150 ℃，摊铺温度≥140 ℃，摊铺松铺系数为1.20～1.30，摊铺速度≤3 m/min，并提高摊铺机初始夯实度，确保混合料摊铺后初始密实度≥85%。采用钢轮与胶轮组合碾压方案，钢轮紧跟摊铺机碾压，钢轮与胶轮同进同退碾压，压路机碾压往返距离≤40 m。初压采用钢轮静压1遍，复压采用钢轮低频高振幅振动碾压4～5遍，胶轮紧跟碾压2～3遍，终压钢轮静压收迹1～2遍直至消除轮迹。在本工程施工过程中共测试压实度89个点位，以试验室标准密度、理论最大密度控制为标准，压实度合格率均为100%，并且施工表面无明显大范围离析现象，取得了良好的施工效果[4-5]。

4 结语

本文结合工程需求，研究了一种LSAM-25大粒径沥青碎石混合料，该混合料兼具半开级配AM与密级配ATB沥青稳定碎石的技术特点，既具有良好的大碎石骨架结构以提供足够的抗力，又具有良好的密实性以提供良好的耐久型[6]。本文通过理论分析及试验研究，提出了LSAM-25沥青稳定碎石混合料矿料级配、设计指标及路用性能评价指标，并在工程中进行了施工应用，试验结果及工程应用效果表明：LSAM-25沥青稳定碎石混合料用于沥青路面柔性基层或下面层具有良好的路用性能。