AC-25C沥青混合料级配优化及应用研究

符　博

(湖南省龙永高速建设开发有限公司，湖南　长沙　410016)



AC-25C沥青混合料级配优化及应用研究

符博

(湖南省龙永高速建设开发有限公司，湖南长沙410016)

文章以湖南省龙永高速公路路面工程项目为依托，以稳定骨架和密实为目的进行了AC-25C的级配优化，拟定3个不同的AC-25型级配，进行马歇尔性能试验及室内路用性能实验分析，同时进行了试铺效果对比。结果表明：优化后的骨架密实级配具有最优的高温稳定性和水稳定性，并且试铺效果很好；增加3～5 mm砂料使得AC-25C混合料的压实和密实质量显著变差，将0～5 mm的石屑按照0～3 mm和3～5 mm分档有利于3～5 mm的用量控制，减少溢料。

沥青混合料；AC-25C；级配优化；压实度；渗水试验

0　引言

调查发现[1]，车辙和水损害是高速公路沥青路面最为严重的早期病害，其中沥青混合料组成设计不合理导致的沥青路面抗车辙能力低、空隙率偏大是造成沥青路面发生早期车辙和水损害破坏的主要原因。李娜等[2]采用重交沥青AH-90对AC-25I型级配进行了改善混合料中粗细集料分布的级配优化研究，达到了改善沥青混合料的高温性能的目的。陆学元等[3]应用正交试验研究了各因素水平对马歇尔性能指标的影响，结果表明，2.36 mm筛孔通过率是空隙率、毛体积密度、矿料间隙率和稳定度的主要影响因素，基于此，进行了AC-25的级配优化，并通过力学性能试验和实体工程检验，证明了其具有良好的高温性能。邓家喜等[4]以骨架密实为目标进行了AC-25级配优化设计，严格控制了2.36～4.75 mm的用量，增加了粗骨料的用量，试验结果表明优化后的级配有较好的高温稳定性和水稳定性。基于AC-25C的层位功能，要求其具有较好的高温稳定性和水稳定性，研究结果表明：增加粗骨料的用量可以增大沥青混合料的内摩擦角，根据摩尔库伦理论，沥青混合料的抗剪强度将随之增大，高温性能得到改善；严格控制2.36 mm筛孔通过率即粉料和减少2.36～4.75 mm砂料的用量，可以提高沥青混合料的密实质量，水稳定性能得到改善。此外，减少砂料还可以减小其对粗集料骨架的干涉作用。

湖南省龙山(湘鄂界)至永顺高速公路(简称“龙永高速”)路面T34合同段，全长29.25 km，其路面结构为典型的半刚性基层沥青路面，沥青面层结构为：4 cm SMA(SBS改性沥青)+6 cm AC-20C(SBS改性沥青)+8 cm AC-25C(70号A级道路石油沥青)。本文依托该项目路面工程，进行AC-25C沥青混合料的级配优化，并研究砂料用量对AC-25C的力学性能和实体摊铺质量的影响。

1　原材料技术指标

龙永高速路面T34标AC-25C用集料为龙溪料场产的石灰岩，填料采用石灰岩石料经加工磨细得到的矿粉，沥青为中石化70号重交沥青，各原材料的技术性质见表1和表2。

表1　集料技术性质表

表2　AH-70沥青技术性质表

2　试验级配的拟定

本文拟定3个不同的AC-25型级配，其中级配一接近规范中值，级配二为优化级配，级配三为在级配二的基础上增加砂料用量的调整级配，各级配的矿料组成见表3，各级配的合成级配见表4。

表3　各设计级配的矿料组成比例表

表4　各设计级配的合成级配表

从表3和表4中可以看出，级配一接近规范设计级配中值，其级配相对偏细，粗骨料(>11 mm)含量占总矿料的42%，其中9.5 mm的通过率为56.6%；为提高混合料的高温稳定性，级配二增加了粗骨料的用量，其粗骨料占总矿料的55%，其中9.5 mm的通过率为44.0%，同时减少了砂料3～6 mm的用量，其用量为5%，合成级配中2.36～4.75 mm的用量为5.7%，比级配一少了5.6%；为了探究砂料对AC-25C混合料性能的影响，级配三在优化级配二的基础上进行了调整，即增加了3～6 mm用量，其用量为12%，其合成级配中2.36～4.75 mm的用量为11.3%，和级配一一致。

3　试验结果及分析

3.1马歇尔试验分析

文章按照马歇尔试验方法[5]，进行马歇尔性能试验和最佳油石比的确定。因为试验温度对马歇尔性能指标影响较大，试件成型时严格控制其温度，其中集料温度为165 ℃±2 ℃，沥青加热温度为160 ℃±2 ℃，拌合温度为155 ℃±3 ℃，击实温度为150 ℃±2 ℃。其最大理论密度由真空法实测得到，得到AC-25C的马歇尔试验结果见表5。

表5　AC-25C沥青混合料马歇尔试验结果表

由马歇尔试验结果可知，三种级配在最佳油石比条件下的马歇尔试验相关指标均能满足规范要求。马歇尔试验各指标中与车辙和水稳性能相关的指标分别是稳定度和空隙率，从稳定度指标来看，级配二>级配三>级配一，可见随着粗骨料含量增加，AC-25C的高温稳定性能得到提高；从空隙率指标来看，级配二<级配一<级配三，级配二经优化后属于骨架密实型级配，级配一属于典型的悬浮密实型，而级配三是在级配二的基础上保持粉料不变，增加砂料而减少了粗集料的含量，砂料的增加对粗集料的骨架形成起了干涉作用，导致其密实度降低。总之，从马歇尔试验结果来看，级配二具有较多的粗集料，低含量的砂料没有干涉粗骨料的骨架形成，而是与粉料有效地填充了粗骨料的残余空隙，因此其具有较好的高温稳定性和水稳定性。

3.2室内路用性能试验分析

对三种设计级配的AC-25C沥青混合料进行室内路用性能验证，以车辙试验的动稳定度评价混合料的抗车辙能力，以浸水马歇尔和冻融劈裂试验的残留稳定度和劈裂强度比评价混合料的水稳定性，其试验结果见表6。

表6　AC-25C路用性能试验结果表

从室内路用性能试验结果来看，嵌挤密实的级配二无论水稳性能还是抗车辙性能均明显优于传统按照规范中值设计的悬浮密实型级配一。由于目前很多地区对于0～5 mm的石屑并没有按照规范要求进行0～3 mm和3～5 mm的分档，若按照级配二的矿料组成设计，将导致3～5 mm的溢料严重，增加生产成本和降低生产效率。为此，施工方通常为了降低溢料程度，增加3～5 mm砂料的用量而减少粗集料的用量。从级配三的路用性能试验结果来看，由于砂料比例的增加，混合料的水稳定性比级配一的还低，而其抗车辙能力也相对于级配二降低了约33.4%，这是因为过多砂料将粗骨料撑开，导致骨架的稳定性不如级配二，同时由于砂料的干涉作用导致空隙率变大，所以其水稳定性能也相应降低。由此可见，严格控制砂料的用量和适当增加粗集料的用量，有利于改善AC-25C型沥青混合料的水稳定性能和高温稳定性能。

4　试验段检验

基于以上研究成果，依托龙永高速公路T34标路面工程，将以上三种级配采用相同的施工工艺分别进行了200 m的试验段铺筑。从现场摊铺过程来看，在同样的喷水量条件下，级配一和级配三的混合料碾压时粘轮现象较为严重，需延迟碾压时间或增加喷水量，而级配二完全没有粘轮现象发生，这主要是因为细集料偏多，可见增加粗骨料可以避免粘轮现象，提高混合料的初压温度，改善其压实质量。

4.1芯样检测

对各段试验段进行钻芯取样，其代表性的芯样图分别见图1～3，从芯样的外观来看，级配一细集料较多，属于悬浮密实结构，其骨架效果不理想；级配三骨架效果较级配一略好，但是其砂料用量太多，并没有更多的粉料填充空隙，导致砂眼明显增多；级配二既有非常理想的粗骨料骨架，密实效果又非常好。因此，从芯样外观来看，级配二的水稳性能和抗车辙能力最优。

图1　级配一芯样图

图2　级配二芯样图

图3　级配三芯样图

4.2压实度检测

对各级配的试验段进行了压实度检测，其检测结果见表7，从检测结果看级配二的压实效果最佳，其次为级配一，级配三的压实质量最差，其主要原因是砂料将粗骨料的骨架撑开，使得粗骨料的残留空隙增加，而没有足够的粉料填充，导致压实不良。级配二由于砂料含量少，其主要起填充粗集料残留空隙的作用，而没有对骨架干涉，因此其压实质量较好。

表7　各级配试验压实度检测结果表

4.3渗水检测

对各级配试验路段进行了渗水试验，其试验结果见表8，从渗水试验结果来看，级配二的密实质量最好，其平均渗水系数为46.2 ml/min；其次为级配一，其平均渗水系数为81.8 ml/min；级配三的密实效果最差，其平均渗水系数为122.9 ml/min。结合前文压实度检测结果可知，这与压实质量有较大的相关性，即压实质量差的AC-25C面层其密实质量也差。对于密实性较好的沥青面层，其表面水分在路面横坡的作用下能迅速排干，而对于密实性差的路面其表面水分将沿着贯通空隙渗入结构层能，长时间不能蒸发而浸泡沥青混合料，同时在行车荷载引起的动水冲刷作用下，沥青混合料很容易发生早期的水损害。

表8　各级配渗水试验检测结果表

5　结语

(1)适当提高11～22 mm的粗骨料用量，严格控制3～5 mm的砂料用量可以形成骨架密实型结构的AC-25C型沥青混合料，其高温稳定性能和水稳定性能均较传统的规范中值(悬浮密实型)好。

(2)增加3～5 mm砂料的用量，减小粗骨料的相对用量，使得AC-25C的压实质量和渗水质量明显变差，同时还会造成施工过程粘轮现象，因此建议对于0～5 mm的石屑进行0～3 mm和3～5 mm的分档，方便控制3～5 mm的用量。

(3)优化的AC-25C(级配二)由于粗骨料含量多、砂料少，其骨架结构稳定，密实效果较好，具有优良的高温稳定性和水稳定性，同时避免高温碾压时的粘轮现象，具有较好的施工性能。因此，采用该级配指导龙永高速公路沥青下面层AC-25C的施工。

[1]沙庆林.高速公路沥青路面早期破坏现象及预防[M].北京：人民交通出版社，2008.

[2]李娜，吴瑞麟，李向东，等.重交沥青AC-25I混合料优化设计[J].华中科技大学学报(城市科学版)，2006(S1)：16-18.

[3]陆学元，张治锋.AC-25沥青混合料矿料级配优化及应用研究[J].中外公路，2009(2)：207-213.

[4]邓家喜，张洪刚.六宜路底面层沥青混合料组成优化设计分析[J].西部交通科技，2013(7)：1-3，22.

[5]JTG F40-2004，公路沥青路面施工技术规范[S].

Study on Gradation Optimization and Application of AC-25C Asphalt Mixtures

FU Bo

(Hunan Longyong Expressway Construction and Development Co.，Ltd.，Changsha，Hunan，410016)

Relying on pavement construction project of Hunan Longyong Expressway，and with stable framework and compaction as the purpose，this article conducted AC-25C gradation optimization，pro-posed three different AC-25 type gradation，and conducted Marshall performance test and indoor pavement performance test analysis，while conducting the contrast of trial paving effect.The results showed that：the skeleton compaction gradation after the optimization has the best high-temperature stability and water stability，with good trial paving effect；the increase of 3～5 mm sand materials can make the rolling and compaction quality of AC-25C mixtures significantly deteriorated，and classifying the 0～5 mm stone chips according to 0～3 mm and 3～5 mm will help the amount control of 3～5 mm，re-ducing the material flash.

Asphalt mixtures；AC-25C；Gradation optimization；Compaction degree；Seepage test

U414

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.03.004

1673-4874(2016)03-0015-04

2016-03-04

符博(1987—)，研究方向：高速公路路基路面。