沥青路面SAC矿料级配设计检验与应用

王伟巍

（河北省公路工程定额站，河北 石家庄050000）

1 SAC的开发

1987 年颁布的《沥青路面施工及验收规范》中列了两类沥青混凝土及其性能：Ⅰ型级配沥青混凝土，其透水性小，但表面构造深度也小，不能满足高速公路表面层抗滑性能的要求；Ⅱ型级配沥青混凝土，虽然表面构造深度能满足要求，但由于其透水性大的缺点，容易造成严重的水破坏，而且由于表面构造深度常与结构层内部较大的开口孔隙相连，竣工时用铺砂法测得的表面构造深度常偏大，但这是假象，过几年再次测定时会大幅度降低，甚至下降50%左右，因此在高速公路上也不宜用作表面层。

Ⅰ型沥青混凝土孔隙率小和透水性小的原因主要是由于它是连续式密级配，粗集料含量少，其含量的范围中值仅为40%多，而细集料含量多，因此表面层的表面构造深度太小，离设计规范要求太远。例如，京津塘高速公路沥青路面竣工时的表面构造深度只有0.25mm 左右，不到设计规范要求的一半。随后建成的多条高速公路沥青混凝土面层的表面构造深度也都与规范的要求相差较大。当时，只有沪嘉高速公路铺的抗滑表层试验路的表面构造深度能达到要求，是因为采用Ⅱ型级配沥青混凝土，再加上所用粗集料多、细集料少，所以有较大的表面构造深度，但又因结构层空隙率大和透水性大，已造成水破坏。

可见，较为理想的结构是将Ⅰ型级配空隙率小的特点与Ⅱ型级配表面构造深度大的特点相结合，即可扬长避短。沙庆林院士曾提出了粗集料断级配SLH—20中的粗集料含量中值为59%，马歇尔试验正反两面各击实75 次，空隙率为4.4%～5.0%，改用方孔筛后为SAC16，并于1988 年11 月用于初铺筑京石高速公路正定试验路。试验路竣工后，在SLH—20 表面层上测得的表面构造深度达0.5mm左右，是Ⅰ型级配沥青混凝土表面构造深度的2 倍，接近设计规范要求的0.55mm。这是我国第一次在高速公路上铺筑我国自主研发的密实式粗集料断级配沥青混凝土抗滑表层，并获得成功，从此后在多条高速公路上得到推广应用。

2 SAC 16的推广应用

2.1 济青高速公路

1993 年12 月通车的山东济青高速公路，全长318km，其中267km路段上采用多碎石沥青混凝土方孔筛SAC16 做表面层。面层厚4cm，直到1999年2月通车5年多后，表面层产生水破坏（不计桥面产生的水破坏）后修补的面积约占全部路面面积的0.3%。少部分路段，如潍坊东段面产生了严重的泛油。但青岛段40km，直到2003年还很少有水破坏，也没有泛油现象，仍保持着较好的粗糙度。

2.2 沪宁高速公路

1996年9月沪宁高速建成通车，其中约240多km 长路段采用SAC16 作表面层。SAC16 的原定级配和实际采用的级配列于表1。

表1 SAC16级配范围

由于这是国内第一条对路面平整度提出明确要求的高速公路，但由于缺乏经验，没有同时规定必须达到的面层压实度的要求，造成施工单位过度追求平整度，却忽视了面层特别是表面层的压实度，使表面层SAC16 的现场实际空隙率达到10%左右，个别施工单位的现场实际空隙率甚至高达13%～14%。此外，在使用玄武岩碎石的沥青混合料中没有加抗剥落剂，加上沥青混凝土的不均匀性过大，使该高速公路通车1～2 年后，一些标段的沥青面层产生了严重水破坏现象和轻重不一的泛油现象。

表2 列出了第三标段3 个施工单位在表面层施工期间，各自取样抽提筛分10 多次后根据筛分结果计算所得每个筛孔通过量的变异系数；表3出了同一施工单位3个月抽提筛分结果计算所得每个筛孔通过量的变异系数；表4、表5 分别列出抽提筛分试验和马歇尔试验结果。

表3 同一施工单位3个月SAC16各个筛孔通过量的变异系数（%）

表4 某标段SAC16各个筛孔通过量的范围和变异系数（%）

表5 SAC16马歇尔试验结果

究其原因，规格料级配范围要求过大是导致矿料级配显著变化的根本原因。而矿料级配的显著变化又必然导致沥青混凝土的物理、力学性质也产生显著变化；再加之沥青混合料拌和不均匀、矿料和温度离析以及钻件密度的确定方法问题等，使得沥青路面现场空气率的变异性过大。但该高速公路竣工时，沥青路面的平整度达到了原定目标：全线平均标准差0.7mm，且全线绝大多数面层的表面构造深度在0.8～0.9mm 之间，少数在0.7～0.8mm以及0.9～1.0mm之间。

该高速公路通车一年后，在总结SAC16 使用经验的同时，沙院士对其矿料级配进行了正式调整。调整后的级配列于表6。

表6 调整后的SAC16级配范围

1997 年正式颁布的部标《公路沥青路面设计规范》将上述高速公路的原定SAC16 级配正式列入其中，并取名为AK—16A，这为SAC16 的推广应用作出了重要贡献。

3 SAC16的应用及改进

3.1 长吉高速公路

1997 年9 月通车的长吉高速公路，全长约82km，表面层采用了SAC16 矿料级配。该高速公路是国内第一条由业主在开工前出资生产路面用碎石料的高速公路，其生产过程中，沥青混合料的颗粒组成和马歇尔试验结果的变异系数都较小（见表7、表8），其表面构造深度在0.8～0.9mm 之间，表观比较均匀，且全线平整度达到0.54mm。

表7 长吉高速公路22天SAC16各个筛孔通过量的变异系数（%）

表8 长吉高速公路22组SAC16马歇尔试验结果的变异系数（%）

长吉高速公路沥青面层的不足由压实度偏小和碾压不均匀导致。雨后在局部位置可见有水印，这说明在下雨过程中有水从该处透入沥青面层。因此，也可以说这是另一条重视平整度、忽视压实度的高速公路的例子。

3.2 石安高速公路

1997 年12 月通车，河北第一条世行贷款石安高速全长216km，其中204km路段上厚4cm的表面层采用了调整后的SAC16 矿料级配以及试验确定的5%左右的最佳油石比，其中10个标段室内马歇尔试件的空隙率在3.2%～4.0%之间，表面层竣工时的表面构造深度一般为0.8～0.9mm，大者达1.0mm，完全达到了抗滑表层的要求。

由于使用的沥青偏稀、沥青质量不稳定和马歇尔试验确定的最佳油石比太大，1998年6月中旬连续多天高温后在部分路段的行车道上开始出现轻重不一的泛油现象，表现为行车道上的两条轮迹带发黑。1999 年夏季过后，泛油现象又有加重，表现为行车道上的两条黑带显著变宽而且开始发亮，使这些路段的表面构造深度显著下降。开放交通3年后，多数标段的泛油现象严重，表现为行车道全部变黑、发亮。

泛油和车辙成为石安高速公路沥青面层的主要病害现象。在通车3年后，部分路段的车辙深度超过30mm，不得不临时用沥青稀浆封层补平车辙，以求行车舒适和安全。而此时全线超车道的表面层仍与竣工时的状况相同，仍保持着优良的表面构造深度。

3.3 成雅高速公路

作为抗滑表层，SAC13 于1999 年底通车的四川成雅高速公路100km 四车道路面上成功应用，SAC13 的级配范围见表9。由于该路沿线夏季温度不高，但年降水量大，沥青混凝土的高温抗永久变形能力不是主要问题，而防止水透入沥青面层造成水破坏和雨天路面抗滑性能不足是主要矛盾。

表9 SAC13矿料级配范围

该高速公路实际施工时，采用的大于4.75mm的碎石含量接近65%。由于施工质量较好，竣工面层的表面构造深度平均为0.88mm，平整度为0.64mm。

由于碎石均匀且互相嵌挤紧密，成雅高速公路通车4 年后表面层的使用状况很好，仍然保持着原先的表面构造深度；100km SAC13 表面层（修补的坑洞面积）仅产生了不到1/200000 的水破坏。

综上所述，SAC结构通过不断应用和调整而日趋成熟。SAC 系列包括做表面层的SAC16、SAC13、SAC10，做中面层的SAC20、SAC25 和做底面层的SAC25和SAC30。虽然实际高速公路路面工程中应用最多的是SAC16，其他的SAC矿料级配也都已在高速公路路面工程中正式应用或做了试验工程。例如，SAC20、SAC25和SAC30都分别在广珠东线高速公路、河南焦新高速公路、河北石黄高速公路和宣大高速公路等路面工程中得到正式应用，效果良好。