湿热地区AC-13C改性沥青混凝土功能性级配设计

■肖 敏 黄祯敏卜 胤

（1.江西公路开发总公司万年管理中心，上饶 335588；2.江西省交通科学研究院，南昌 330200）

湿热地区AC-13C改性沥青混凝土功能性级配设计

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（1.江西公路开发总公司万年管理中心，上饶 335588；2.江西省交通科学研究院，南昌 330200）

为设计出满足特定气候分区的沥青混凝土功能性级配，本文结合以往工作经验设计了三种级配。从不同级配混合料马歇尔试验和有关性能检验结果来看，AC-13C改性沥青混凝土的路用性能受矿料级配组成影响显著，主要表现为受沥青混合料体积参数的影响。当设计空隙率为4.3%左右时，AC-13C改性沥青混凝土具有高温稳定性、抗水损害能力较优且基本不渗水的功能，适应了江西湿热气候条件下沥青路面的使用要求。

道路工程 沥青混凝土 级配设计 路用性能 体积参数 湿热地区

1 引言

在高速公路取得量的飞跃的同时，质量上存在着很大的隐患，沥青路面普遍存在耐久性不足和早期破坏严重等问题[1-2]。在热带雨林地区，长安大学张宇以逐级填充和粒子干涉理论为依据，使混合料形成骨架密实型结构，采用贝雷法进行混合料的级配设计，提高混合料的高温稳定性和抗水损害能力[3]。空隙率对沥青混合料力学性能、耐久性能影响显著[4-5]。本文依据沥青混凝土常用的配合比设计理论及其使用环境，并结合以往工作经验设计了三种级配，对设计的沥青混合料进行马歇尔试验和有关性能试验检验，以确定江西湿热气候条件下AC-13C改性沥青混凝土的适用级配，并提出合理的体积参数取值。

2 原材料

2.1 集料

本文试验矿料为经沥青拌和楼二次筛分的各热料仓材料组成，包括0～4mm、4～6mm、6～11mm和11～16mm等四种规格的热料仓材料。冷料仓集料由辉绿岩和石灰岩两种岩性集料组成，其中辉绿岩碎石（4.75～9.5mm、9.5～ 13.2mm）产自江西省胜达矿业有限公司乐平分公司，石灰岩集料（0～2.36mm、2.36～4.75mm）由弋阳县姚畈建筑用石料采石厂生产，矿粉由万年县大源公路建筑材料有限公司生产。对各热料仓材料和矿粉进行密度试验，试验结果见表1。

2.2 沥青

沥青采用江西鸿硕实业有限公司生产的SBS（I-D）型改性沥青，对结合料进行有关技术指标试验，试验结果如表2所示。

表1 各热料仓材料的密度试验结果

表2 SBS改性沥青有关技术指标的试验结果

3 试验级配

3.1 热料筛分级配

对各热料仓材料进行筛分试验，筛分试验结果见表3及图1。

表3 各热料仓材料的筛分试验结果

图1 沥青拌和楼各热料仓材料的级配曲线

3.2 矿料级配

设计三种各热料仓材料配合比，其中1#配合比为0～4∶4～6∶6～11∶11～16∶矿粉=34∶9∶21∶33∶3，2#配合比为0～4∶ 4～6∶6～11∶11～16∶矿粉=31∶11∶24∶32∶2，3#配合比为0～4∶4～ 6∶6～11∶11～16∶矿粉=28∶13∶26∶31∶2。根据各热料仓材料筛分结果及其掺配比例，确定的试验矿料级配如表4及图2所示。

表4 AC-13C改性沥青混凝土试验级配

图2 AC-13C改性沥青混凝土试验级配曲线

AC-13C改性沥青混凝土粗细集料分界筛孔为2.36mm。由表3.2和图3.2可以看出，设计的三种级配分界筛孔通过率相差最大，其中1#级配与3#级配的分界筛孔通过率相差6.2%，但设计级配分界筛孔通过率均在要求范围中值以下；三种设计级配的差异主要是细集料级配的差异。

4 马歇尔试验

对AC-13C改性沥青混凝土进行马歇尔试验，试验结果见表5。

由表5可以看出，受级配组成的影响，设计的1#、2#、3#改性沥青混凝土的体积参数不同，其中1#混合料的空隙率为3.7%，偏小；2#混合料的VV、VMA、VFA在设计的三种混合料中居中。

表5 AC-13C改性沥青混凝土的马歇尔试验结果

5 性能检验

5.1 车辙试验

为检验不同级配AC-13C改性沥青混凝土的高温稳定性，采用轮碾法成型300mm×300mm×50mm车辙板试件，并在60±1℃，0.7±0.05MPa的测试条件下进行车辙试验，试验结果如表6所示。

由表6可以看出，2#级配AC-13C改性沥青混凝土的动稳定度最大；1#级配AC-13C改性沥青混凝土的动稳定度最小，离散性较小。这是由于1#级配细集料含量、0.075mm以下颗粒含量大，在相同成型条件下混合料易密实，且抗离析性能较好，但依靠粗集料嵌挤形成的摩擦力较小；3#级配细集料含量最少，从成型试件外观上看，采用4.8%的石油比略为偏大，从而减小了混合料在工作温度下的剪切抗力。

表6 不同级配AC-13C改性沥青混凝土车辙试验结果

5.2 水稳定性试验

（1）浸水马歇尔试验

为检验不同级配AC-13C改性沥青混凝土的抗水损害能力，按照有关试验规程对马歇尔试件进行了不同试验条件下的马歇尔试验，试验结果见表7。

表7 不同级配AC-13C改性沥青混凝土的浸水马歇尔试验结果

（2）冻融劈裂试验

为检验AC-13改性沥青混合料的抗水损害能力，按照有关试验规程对马歇尔试件进行了不同试验条件下的劈裂试验，冻融劈裂试验结果见表8。

表8 不同级配AC-13C改性沥青混凝土的冻融劈裂试验结果

从表7和表8可以看出，AC-13C改性沥青混凝土的水稳定性受混合料体积参数影响显著。在集料与沥青黏附性满足要求的情况下，沥青混合料的残留稳定度和冻融劈裂抗拉强度比主要受空隙率的影响，尤其受与外界连通空隙体积的影响。1#、2#级配AC-13C改性沥青混凝土的空隙率较小，两种级配混合料在不利季节抵抗水损害的能力较大；3#级配细集料含量较少，混合料空隙率较大，其抗水损害能力明显减弱。

5.3 渗水试验

为检验不同级配AC-13C改性沥青混凝土的抗渗水性能，采用轮碾法成型了3块300mm×300mm×50mm车辙板试件，按照有关试验规程将车辙板试件脱模架起进行渗水试验，试验结果见表9。

表9 不同级配AC-13C改性沥青混凝土的渗水系数

从表9可以看出，在体积参数要求范围内，AC-13C改性沥青混凝土的渗水系数受混合料空隙率影响显著；虽然1#、2#级配AC-13C改性沥青混凝土的空隙率相差0.5%，但它们的渗水系数较为接近。由于1#、2#级配混合料的设计空隙率较小，采用轮碾法成型的车辙板试件较密实，在外部压力作用下，水不容易渗入试件；3#级配混合料中粗集料含量较大，混合料抗离析性能较弱，车辙板试件空隙率分布不均匀，混合料渗水系数增大。

6 结语

为设计出满足特定气候分区的沥青混凝土功能性级配，本文结合以往工作经验设计了三种级配。从不同级配混合料马歇尔试验和有关性能检验结果来看，AC-13C改性沥青混凝土的路用性能受矿料级配组成影响显著，主要表现为受沥青混合料体积参数的影响。当设计空隙率为4.3%左右时，AC-13C改性沥青混凝土具有高温稳定性、抗水损害能力较优且基本不渗水的功能，适应了江西湿热气候条件下沥青路面的使用要求。此外，结合江西以往AC-13C改性沥青混凝土配合比设计经验，通常AC-13C改性沥青混凝土的设计空隙率控制在4.0%～ 4.5%时，混合料具有良好的路用性能。

[1]王艳丽.沥青混合料级配优化研究[D].长安大学,2008.

[2]蒋锦毅.高温多雨潮湿地区沥青混合料级配优化设计及技术性能研究[D].长安大学,2011.

[3]张宇.热带雨林地区沥青混合料级配设计及路用性能研究[D].长安大学,2007.

[4]彭勇,孙立军.空隙率对沥青混合料性能影响[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版）,2009,（05）:826-829.

[5]朱梦良,王民,邱鑫贵.空隙率对沥青混合料性能的影响分析[J].长沙交通学院学报,2005,（03）:25-31.

项目来源：江西省交通厅科技项目（编号：2015C0022）