薄层罩面沥青混合料最佳沥青用量分析

摘 要：本文深入研究铺设道路薄层罩面工程，通过矿料级配分析、配合比设计和马歇尔试验等多方面研究，确定AC-10的最佳油石比为5.7%，SMA-13的最佳石油比为6.5%。其中，SMA-13作为性能优良的沥青混合料发挥了重要作用，例如在抗车辙性、耐久性和稳定性方面的综合性能优异，而AC-10在施工便捷性和成本效益等方面具有其独特的优势。因此，在城镇道路薄层罩面技术施工中，因为SMA-13含有更多的粗集料，具有更紧密的骨架结构，并且稳定性和承载能力更高，所以对高耐久性和稳定性有高要求的工程项目通常用SMA-13。

关键词：薄层罩面；最佳沥青用量；配合比设计

中图分类号：U 41" 文献标志码：A

随着现代公路工程建设事业的创新发展，城镇道路沥青路面病害及养护施工面临新的挑战，对养护施工技术方法也提出了更高的要求[1]。薄层罩面作为一种有效的超薄沥青磨耗层养护技术，主要目的是对高等级沥青路面进行预防性养护和轻微病害进行矫正性养护，在道路扩建或维修过程中得到了广泛应用[2]。

有学者提出CAVP法骨架型级配设计理论，我国公路行业采用不同级配类型的沥青混合料超薄层进行了广泛研究和应用。目前，热拌混合料封层可细分为AC型、SMA型、OGFC型和Novachip技术等多种类型。白小伟[3]对温拌沥青薄层罩面技术进行综合探究，确定了最佳油石比，并对其路用性能进行系统性研究，得出了各种混合料最佳性能指标，可以为后续同类工程施工提供理论依据。本文针对AC-10、SMA-13两种沥青混合料进行研究，确定其最佳沥青用量。

1 试验设计

1.1 试验材料

试验所用沥青为SBS改性沥青，表1为主要技术指标的实测结果。

将粗集料和细集料作为骨料，石灰岩矿粉作为填料，木质素纤维或矿物纤维作为纤维稳定剂，木质素纤维应采用絮状木质素纤维，矿物纤维应选择束状玄武岩纤维。用含有0.3%玄武岩纤维、级配类型为AC-10的改性沥青和含有0.3%木质素纤维、级配类型为SMA-13的改性沥青分别制备沥青混合料试件，并进行马歇尔试验。

1.2 试验设备

试验所需设备有马歇尔稳定度仪、马歇尔击实仪、电热鼓风干燥箱、车辙成型机、车辙试验机、路面渗水仪、沥青混合料拌和机、沥青混合料理论最大相对密度仪、洛杉矶磨耗试验机等。

2 配合比设计方案

2.1 AC-10混合料级配

先确定AC-10的3种级配（级配1、级配2、级配3），4.75mm筛孔通过率分别为66.6%、64.0%、61.4%，分别测定3种级配的VCADRC，对油石比为4.5%、5%、5.5%、6%、6.5%的5组试件双面各击实75次，测定VCAmix及VMA等指标，在满足VCAmix小于VCADRC和VMA大于16.5%的基础上，对3种级配进行分析，确定最佳级配为级配2。AC-10原材料级配及合成级配见表2，级配曲线图如图1所示。

由图1可以看出，该曲线形态偏凹，表明集料中粒径较小的含量占比较高。当粒径为0.075mm～9.5mm时，曲线呈现明显的上升趋势。随着筛孔尺寸逐渐增加，更多颗粒能够顺利通过筛网，使累计通过百分率不断上升。这个阶段的上升趋势说明集料中小粒径颗粒向较大粒径颗粒逐渐过渡。然而，当粒径为9.5mm～13.2mm时，曲线变得相对平缓，表明集料中的较大粒径逐渐减少，而较小粒径的含量则相对稳定或略有增加。

2.2 SMA-13混合料级配

首先，确定SMA-13的3种级配（级配1、级配2、级配3），4.75mm筛孔通过率分别为29.8%、26.9%、24.1%，其次，分别测定3种级配的VCADRC，对油石比为5.8%、6.0%、6.2%、6.4%、6.6%的5组试件双面各击实75次，测定VCAmix及VMA等指标，在满足VCAmix小于VCADRC和VMA大于17%的基础上，对3种级配进行分析，确定最佳级配为级配2。

SMA-13原材料级配及合成级配见表3，级配曲线如图2所示。

图2直观展示了SMA-13集料的粒径分布情况，可以保证集料级配满足设计要求、保证试验准确性。由图2可知，随着筛孔尺寸逐渐增加，合成级配曲线呈现明显的上升趋势。当粒径为0.075mm～4.75mm时，曲线平滑且稳定，表明集料中各种粒径的含量相对均匀，没有出现明显的粒径缺失或过剩现象。这种均匀的粒径分布有助于保证混合料的均匀性和稳定性，从而提高其整体性能。然而，当粒径为4.75mm～16mm时，曲线变化幅度较为明显，呈现偏凸的形态，说明集料中较小粒径的含量相对较多，而较大粒径的含量则相对较少。

AC-10的级配曲线的颗粒分布较为均匀，而SMA-13则含有较多的粗集料而骨架结构更为紧密。两种混合料的矿料间隙率均在合理范围内，但SMA-13的矿料间隙率相对较低，表明其结构更密实。

3 确定沥青最佳用量

马歇尔试验是确定沥青混合料试件的破坏荷载和抗形变能力的重要方法，方法原理是对试件施加压力，形成所受压力与变形曲线图，得出试件从受压至破坏时承受的最大荷载，即稳定度MS和试件达到最大破坏荷载时的垂直变形，即流值FL。马歇尔稳定度与流值是沥青混合料配合比设计的主要指标。

3.1 试验方法

采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）中沥青混合料试件的制作方法（击实法）中成型的标准马歇尔试件圆柱体。AC-10结构按照4.5%、5%、5.5%、6%和6.5%（混合料质量比）、SMA-13结构按照5.8%、6%、6.2%、6.4%、6.6%（混合料质量比）的改性沥青用量，分别制作两组沥青混合料马歇尔试验试件，试件制备规格为101.6mm×63.5mm圆柱体试件。

3.2 数据分析

3.2.1 AC-10最佳沥青用量计算

AC-10沥青混合料马歇尔力学指标如图3所示，物理指标检测结果见表4。

将马歇尔稳定度最大值、试件毛体积密度最大值、目标空隙率中值，沥青饱和度范围中值的沥青用量设置为a1、a2、a3和a4，利用公式（1）计算最佳沥青用量的初始值OAC1。

（1）

式中：a1为马歇尔稳定度最大值；a2为试件毛体积密度最大值；a3为目标空隙率中值；a4为设计沥青饱和度范围中值。

在图3中找到满足各项指标要求的沥青用量，OACmin为最小值（4.6），ACmax为最大值（6.2），将其代入公式（2）。

（2）

计算得到OAC2为5.4，则计算最佳沥青用量OAC如公式（3）所示。

（3）

当实际工程中出现以下两种情况时，需要调整OAC：在炎热地区公路，高速公路、一级公路的重载交通等路段，沥青用量应在OAC的基础上减少0.1%～0.5%，且空隙率必须符合设计要求；在寒区道路、旅游公路、交通量很少的公路，沥青用量应在OAC的基础上增加0.1%～0.3%。

3.2.2 SMA-13最佳沥青用量计算

SMA-13沥青混合料马歇尔力学指标如图4所示，物理指标检测结果见表5。

3.2.3 SMA-13最佳沥青用量计算

用同样方法，可得出SMA-13的OAC1为5.8。在图4中找到满足各项指标要求的沥青用量，最小值OACmin为5.8，最大值OACmax为6.6，进而得出OAC2为6.2，最终确定SMA-13的最佳沥青用量OAC为6.5。

4 最佳油石比下沥青混合料的性能检测

通过车辙试验、小梁弯曲试验、冻融劈裂试验、浸水马歇尔残留稳定度试验等测定沥青的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性，检测结果见表6。

4.1 配合比设计优化

AC-10配合比设计优化：AC-10最佳油石比为5.7%，该配合比混合料毛体积相对密度为2.379，理论最大相对密度为2.491，其他指标均符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）中AC-10沥青混合料标准相应技术要求。

通过上述检测分析，对上面层AC-10型沥青混合料配合比设计进行优化，结果见表7。

4.2 SMA-13配合比设计优化

根据SMA-13路面设计要求，当使用沥青混合料毛体积密度时，空隙率应控制在3.0%～4.0%。当油石比为6.3%，空隙率为3.9%，且其他指标（VMA、VCA、稳定度、饱和度等）均满足设计要求时，根据工程实际，油石比取6.5%。

通过上述检测分析，对上面层SMA-13型沥青混合料配合比设计进行优化，结果见表8。

5 结语

通过上述试验，可以得出以下结论。1）AC-10的最佳油石比为5.7%，SMA-13的最佳石油比6.5%。2）SMA-13在薄层罩面应用中表现出更为优异的综合性能，特别是在抗车辙性能、耐久性和稳定性方面，AC-10在施工便捷性和成本效益等方面具有其独特的优势。3）在城镇道路薄层罩面施工中，SMA-13具有更高的稳定性和承载能力。

参考文献

[1]孔维春.公路沥青路面病害及养护施工技术分析[J].运输经理世界，2024（18）：124-126.

[2]张纪军.薄层罩面技术在公路养护中的应用[J].交通世界，2021（14）：111-112.

[3]白小伟.沥青薄层罩面用温拌混合料的路用性能探讨[J].交通世界，2023（22）：33-36.

通信作者：李化东（1979—），男，黑龙江哈尔滨人，硕士，教授，研究方向为道路工程。电子邮箱：103285329@qq.com。