富沥青混凝土FAC—13配合比设计与路用性能试验研究

陈湛荣　陈冰

【摘要】富沥青混凝土（FAC， 即Full asphaltAC）是一种粗集料和沥青用量较多，并添加适量细集料以填充骨架空隙成为一种与SMA类似的骨架密实型沥青混合料。论文以FAC-13为例，采用马歇尔试验进行了FAC-13配合比设计，得到了FAC-13的级配和最佳油石比范围；对比了FAC-13与SMA-13的高温性能、水稳定性能以及疲劳性能，结果表明，FAC-13各项路用性能与SMA接近，但造价却比SMA要降低20%左右。

【关键词】道路工程；富沥青混合料；FAC-13；SMA；路用性能评价

【Abstract】Rich asphalt concrete （FAC， namely Full asphaltAC） is a coarse aggregate and asphalt content more， and add the appropriate amount of fine aggregate to fill the gap becomes a skeleton with SMA similar skeleton dense asphalt mixture. Thesis FAC-13， for example， using the Marshall test conducted FAC-13 mix design， has been graded and the best Whetstone FAC-13 ratio range； compared FAC-13 and SMA-13 high temperature performance， water-stable performance and fatigue properties， the results show， FAC-13 road performance with the SMA close， but to reduce the cost of SMA than about 20%.

【Key words】Road works；Rich asphalt mixture；FAC-13； SMA；Performance Evaluation

1 引言

（1）富沥青混凝土（FAC， 即Full asphaltAC）是一种粗集料和沥青用量较多， 以粗集料形成空间骨架嵌挤结构， 然后以适量的细集料填充粗集料空隙， 成为一种与SMA有着类似的骨架嵌挤密实型沥青混合料。FAC是根据交通条件和气候条件确定设计参数， 以干涉理论为原理建立数学模型， 从而准确计算出最佳矿料级配和沥青用量， 并通过各种检验方法检验模型的准确性。所谓“富沥青”就是在最佳油石比的基础上将沥青用量再提高0.3～0.5%左右，从而使沥青路面更加密实，提高抗疲劳性能，达到较长寿命的目的。另外，由于富沥青混合料有效地发挥了粗集料的骨架嵌挤作用和沥青胶浆的耐疲劳性能， 与密级配沥青混合料相比， 其高温稳定性、耐疲劳性能、低温抗裂性能、抗滑性能等得到了显著提高， 同时具有良好的水稳定性。与SMA沥青玛蹄脂碎石相比， 以上各项指标并无明显下降， 但是， 造价却降低约20% 左右。

（2）本文以FAC-13为例，通过室内试验研究了FAC-13的配合比设计，并与SMA的路用性能进行对比研究。

2. 富沥青混凝土设计原则与方法

2.1富沥青混凝土设计应遵循以下原则：

（1）FAC 混凝土的配合比设计采用马歇尔试件体积设计方法。

（2）FAC 混凝土属于骨架密实结构， 必须具有互相嵌挤紧密的粗集料骨架， 形成石-石嵌擠结构。FAC混凝土采用4.75 mm 以上的粗集料， 矿料级配的VMA必须大于15%。

（3）马歇尔试件的空隙率必须在要求范围内。

2.2FAC设计方法和步骤同常规的AC一样，首先，按照《公路沥青路面施工技术规范》（ JT J 032- 94） 和设计文件要求选择性能满足要求的沥青胶结料、粗集料、细集料、矿粉等原材料，并做各项检测。然后，按照马歇尔设计方法步骤，确定初始沥青用量，选择粗中细三个试验级配成型混合料进行试验，最后根据体积指标确定最佳油石比和级配。对于FAC型混合料，需要增加一个VCA指标的检验，即通过测定沥青混合料粗集料骨架间隙率（VCA mix）是否小于设计主骨料空隙率（VCA）来检验沥青混合料中粗集料的骨架嵌挤结构是否真正形成。

3. FAC-13混合料路用性能评价

3.1原材料技术性能。

（1）沥青。FAC-13与SMA-13均采用I-D级SBS改性沥青，沥青各指标检测结果见表1。

（2）矿质石料。

粗集料采用3～5mm、5～10mm、10～15mm玄武岩碎石，细集料采用0～3mm玄武岩机制砂，填料为石灰岩矿粉。石料指标检测结果见表2～表4。

（3）抗车辙与木质素纤维。

进行FAC-13沥青混合料设计时，掺加某公司生产的HD-II型抗车辙剂。抗车辙剂与SMA混合料木质素纤维技术要求如表5与表6所示。

3.2配合比设计。

（1）FAC-13富沥青混合料（FAC）矿料级配范围见表8，确定的试验级配如表9。

（2）在设计级配下，选择4.5%、4.8%、5.0%三个油石比进行马歇尔试验。不同油石比马歇尔试件的毛体积密度、空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度以及稳定度指标见表10所示。由试验结果确定最佳油石比为4.9%，最佳油石比下马歇尔各项指标如表11。

（3）SMA-13。

A.SMA-13沥青玛蹄脂矿料级配范围见表12，采用马歇尔设计方法，估算油石比6.2%，纤维掺量为0.3%，确定的试验级配见表13。

B.在设计级配下，选用5.9%，6.2%，6.5%三个油石比，纤维掺量为混合料质量的0.3%，进行马歇尔试验，不同油石比的马歇尔试验结果如表4.34所示。由马歇尔试验结果确定的最佳油石比为6.1%，最佳油石比马歇尔指标如表4.35谢伦堡析漏试验与肯塔堡飞散试验结果如表14。

3.3混合料性能对比评价。

3.3.1高温性能。

（1）采用60℃车辙试验和浸水汉堡车辙试验对比两种沥青混合料的高温性能，试验结果如下表17、表18。

次数均达到了最终碾压次数20000次；FAC-13混合料达到最终碾压次数时的车辙深度为4.76mm，SMA-13混合料的车辙深度为2.85mm。可见，无论从车辙试验还是浸水汉堡车辙试验来看，SBS-FAC-13沥青混合料的抗高温变形性能与SMA-13混合料比较接近，SMA-13混合料的性能优势并不明显。

3.3.2水稳性能。

（1）采用真空饱水马歇尔试验与50℃浸水汉堡车辙试验对比几种沥青混合料的水稳定性能，浸水汉堡车辙试验结果见上表18，真空饱水马歇尔试验结果见下表19。

（2）对比SMA-13與FAC-13沥青混合料试验结果发现：图4-12中两种混合料的汉堡车辙试验曲线均比较连续，并没有出现拐点，说明SMA-13与FAC-13两种混合料在碾压到20000次的过程中均没有发生剥落现象；表4.38中真空饱水马歇尔试验结果表明两种混合料浸水48小时后的残留稳定度均较高，差异也不明显。因此，认为SMA-13与FAC-13两种沥青混合料的抗水损害性能基本相当。

3.3.3疲劳性能。

（1）采用滚动疲劳加载试验评价几种沥青混合料的抗疲劳性能，试验结果见下表20所示。试验过程见图1。

（2）对比SMA-13与FAC-13沥青混合料试验结果发现：SMA-13沥青混合料初裂、从初裂到终裂以及终裂三个阶段的疲劳加载次数均大于SBS-FAC-13沥青混合料。其中初裂阶段加载次数提高了13.4%，从初裂到终裂阶段加载次数提高了19.3%，终裂阶段提高了15.6%。可见SMA-13沥青玛蹄脂混合料的抗疲劳性能比SBS-FAC-13混合料有优势。

4. 结语

综合高温性能、水稳性能以及疲劳性能，作为上面层采用的沥青混合料，采用SBS改性沥青，掺加抗车辙剂后的FAC-13混合料具有和SMA-13相当的抗高温变形和抗水损害性能，但抗疲劳性能略差。但是，FAC-13的工程造价相比SMA-13要低约20%左右，具有良好的技术经济性。