AC-10F沥青混合料配合比优化及路用性能研究

2022-06-28蒋光伟

西部交通科技 2022年4期

蒋光伟

【摘要：】为合理设计都巴高速公路AC-10F应力吸收功能层施工配比，文章采用70#道路沥青作为胶结料，通过试验确定级配、油石比对AC-10F沥青混合料马歇尔体积指标的影响，获得AC-10F沥青混合料设计关键参数，并根据试验结果优选都巴高速AC-10F沥青混合料级配和油石比参数，对其路用性能进行验证。结果表明：AC-10F沥青混合料的2.36 mm筛孔通过率确定在45%～48%，其各项马歇尔体积指标较优，最佳油石比为5.0%;AC-10F沥青混合料各项性能均达到规范要求，其实际施工厚度宜≤3 cm。

【关键词：】高速公路;AC-10F沥青混合料;配合比优化;路用性能

U416.03A060183

0 引言

半刚性基层是广西地区高速公路沥青路面的主要基层形式。半刚性基层具有强度高、承载力强的优点，但因半刚性材料具有温缩和干缩特性，所以极易引起裂缝，从而诱发沥青路面反射裂缝的产生[1]。应力吸收功能层代替传统同步碎石封层，可有效减少反射裂缝的产生，延缓反射裂缝发展速度，有利于改善沥青路面长期服役性能[2]。相比层厚较薄（1 cm左右）的同步沥青碎石或者2.5 cm稀浆封层，AC-10F沥青混合料应力吸收层具备更好的防水性能和层间粘结性能，能针对性提升高速公路服役质量。目前，AC-10F应力吸收层的胶结料主要为各类改性沥青[3-4]。采用改性沥青作为胶结料固然容易设计出符合规范指标要求的应力吸收层，但也存在造价昂贵、不便于施工的缺点。

都巴高速公路采用70#沥青作为AC-10F应力吸收层胶结料，但AC-10F沥青混合料对级配、油石比等关键因素较为敏感。为确定级配关键筛孔以及油石比参数，本文通过研究不同级配、油石比下都巴高速公路AC-10F沥青混合料马歇尔体积指标，优选级配并获得关键筛孔通过率范围，以此优化都巴高速公路AC-10F沥青混合料配合比设计，为沥青混合料施工提供参考建议。

1 原材料

都巴高速公路AC-10F沥青混合料所用矿料为石灰岩，集料来源为自加工。沥青采用广西汽车工业交通材料有限公司提供的70#A级道路石油沥青。对原材料开展室内试验，矿料主要为密度、吸水率、集料篩分等，沥青主要为三大指标和抗老化性能。试验结果如表1～3所示。所采用的集料和沥青满足规范要求。

2 配合比优选

2.1 级配设计

根据表2的集料及矿粉筛分试验结果开展配合比设计。由于AC-10F沥青混合料公称粒径为9.5 mm，所以2.36 mm通过率决定了AC-10F沥青混合料级配粗细程度。因此，级配设计原则为：改变4～7 mm和7～11 mm集料配比组成，而不改变0～4 mm集料与矿粉比例，设计级配2.3 mm筛孔通过率在46%～47%。再根据4.75 mm筛孔和9.5 mm筛孔通过率不同，分为粗、中、细三种级配。粗、中、细三种级配的配比及合成级配如表4和图1所示。

2.2 马歇尔体积指标

根据以往经验，以5.0%油石比，采用上述粗、中、细三种级配制作马歇尔试件，按照相关规范[5]要求进行试验，试验结果如表5所示。由表5可以看出，粗、中、细三种级配对马歇尔体积指标有一定的影响，粗级配更容易获得更大的VMA和VV。本文所设计的三种级配马歇尔体积指标变化有一定规律，具体规律如下：VFA为级配3>级配2>级配1;VMA为级配1>级配2>级配3;VV为级配1>级配2>级配3。上述变化规律表明，4～7 mm集料与7～11 mm集料的比例变化引起马歇尔体积指标变化。总体而言，级配不应过粗或过细，级配2可以平衡饱和度和矿料间隙率指标，为三种级配中的最佳级配。最终综合权衡各项马歇尔体积指标后，选择级配2作为都巴高速公路AC-10F沥青混合料设计级配。

3 马歇尔体积指标影响因素分析

前文通过试验，初步确定了都巴高速公路AC-10F沥青混合料级配。根据工程经验，2.36 mm筛孔通过率对AC-10F沥青混合料马歇尔体积指标影响较大。为进一步研究2.36 mm筛孔通过率对AC-10F沥青混合料马歇尔体积指标的影响，设计不同的2.36 mm筛孔通过率的级配，以确定最终级配，并在所选级配条件下设计不同油石比的马歇尔试件，获得最佳油石比。具体如下。

3.1 2.36 mm筛孔通过率

根据前文矿料筛分结果，设计2.36 mm通过率分别为45.6%、48.1%、49.8%的三种级配，合成级配如表6和图2所示。在5.0%油石比下分别成型三种级配马歇尔试件，试验结果如下页表7所示。从表7可知，AC-10F沥青混合料马歇尔体积指标对2.36 mm筛孔通过率较为敏感，当2.36 mm筛孔通过率>48%时，矿料间隙率有较大的下降，且空隙率较低，不利于其高温稳定性。因此，最终确定都巴高速公路AC-10F沥青混合料级配为级配2，该级配2.36 mm筛孔通过率为45.6%，满足<48%的要求，且大于规范要求的45%。

3.2 油石比

设置5种不同油石比（分别为4.4%、4.7%、5.0%、5.3%、5.5%），每种油石比各制备5组马歇尔试件，进行相应试验，试验结果如表8所示。由表8可知，在级配相同但不同油石比下AC-10F沥青混合料指标有显著差异，大致的规律为：随着油石比增加，VV明显下降，而VMA变化并不明显;与此对应，VFA有较大升高。因此，通过对比5种油石比下AC-10F沥青混合料VV，最终确定AC-10F沥青混合料最佳油石比为5.0%。

4 路用性能

4.1 高温性能

沥青混合料高温性能关乎沥青路面服役水平。尽管都巴高速公路应力吸收层所在层位距离路表18 cm，但由于采用基质沥青作为胶结料，其高温性能有待验证。根据国内学者的实测研究表明，当路表温度为35 ℃时，路表以下20 cm处的温度可达到50 ℃左右[6]。广西地区温度较高，沥青路面在高温下产生永久变形的概率相比其他地区更大。E478299F-2AA7-47A9-AF52-9D63ECEA0766

根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）中T0703-2011的条文说明“试件的厚度可根据集料粒径大小选择”，而AC-10F沥青混合料公称粒径为9.5 mm，选择30 mm车辙试件厚度较为合适[7]。为对比分析不同车辙试件厚度下AC-10F沥青混合料的动稳定度，本次配合比设计中AC-10F沥青混合料的车辙试件厚度采用30 mm、50 mm两种进行试验。试验结果如表9所示。

由表9可以看出，50 mm厚AC-10F沥青混合料的动稳定度小于30 mm厚AC-10F沥青混合料的，表明车辙试件厚度对AC-10F沥青混合料高温性能影响显著，

且30 mm厚度AC-10F沥青混合料动稳定度满足≥1 000次/min的规范要求，30 mm厚度AC-10F沥青混合料动稳定度得到了较大的提升。都巴高速公路AC-10F功能层设计厚度为2.5 cm，在实际施工中应当控制厚度均匀性，避免出现厚度>3 cm的情况，以保障应力吸收层的高温性能。

4.2 水稳定性

广西地区高温多雨，在雨水作用下瀝青混合料容易发生水损害，因此有必要对都巴高速公路AC-10F沥青混合料水稳定性能进行验证。采用我国常用的沥青混合料水稳定性能试验，结果如表10所示，所设计AC-10F沥青混合料水稳定性能良好，各项指标均满足规范要求，且达到较为优异的水平。

5 结语

（1）级配粗细对AC-10F沥青混合料马歇尔体积指标有一定影响，过粗或过细均会造成马歇尔体积指标不合格。根据试验结果，最终选择的矿料配比为7～11 mm∶4～7 mm∶0～4 mm∶矿粉 = 32∶16∶50∶2。

（2）AC-10F沥青混合料级配设计关键筛孔为2.36 mm，通过率控制在45%～48%。

（3）最终选择级配2和5.0%的油石比，但AC-10F沥青混合料厚度对其高温性能影响显著，建议实际施工中控制AC-10F混合料厚度以<30 mm为宜。

参考文献：

[1]靖红忠.半刚性基层沥青路面反射裂缝处治措施[J].黑龙江交通科技， 202 44（7）：265，267.

[2]王海朋，陈静，张晓华，等. 应力吸收层沥青混合料设计及性能研究[J].公路， 2020， 65（2）：18-24.

[3]刘广.橡胶沥青应力吸收层研究进展[J].山西交通科技，2019（4）：8-10.