普通公路骨架密实型沥青混合料级配设计与路用性能研究

黄慧 张洪刚 陈杰

摘要：文章结合地方普通公路建设实际需求，研究了普通公路抗滑、抗车辙的沥青混合料级配设计，提出了基于石灰岩集料、普通沥青材料特点的骨架密实型材料组成设计技术。试验结果表明：文章推荐的上面层沥青混合料級配具有良好的马歇尔指标、水稳定性能、高温抗车辙性能;空隙率是影响骨架密实型沥青混合料路用性能的主要因素，控制空隙率水平是保障路面施工质量的关键技术措施。本研究成果可为普通公路沥青路面施工和质量控制提供重要参考。

关键词：石灰岩;普通沥青;抗滑;抗车辙;级配组成;路用性能

中图分类号：U412.36 文献标识码：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.07.003

文章编号：1673-4874（2019）07-0007-03

0引言

在广西普通公路建设中，为解决重载交通及高温湿热地区沥青路面早期病害问题，普通公路路面结构多采用水泥混凝土路面。但受基础稳定性、冲击荷载、施工质量等因素的影响，水泥路面在重载下路面损坏形势仍然严峻，同时存在维修困难、交通受阻等难题。近年来，随着人们对行车舒适性、行车安全性、交通顺畅性的要求越来越高，普通公路路面开始大规模采用沥青路面。

然而，受工程投资成本限制的影响，普通公路沥青路面结构厚度、路面材料等远远不及高等级公路。如普通公路沥青层厚度多为7～9cm，且采用石灰岩集料和普通沥青等。随着普通公路重载交通压力的逐年增加，使普通公路沥青路面抗滑、抗车辙问题越来越突出。普通公路沥青混合料级配设计一直较为薄弱，缺乏针对普通公路材料特点的混合料技术研究，因此有必要针对普通公路沥青路面建设实际，研究普通公路抗滑、抗车辙的沥青混合料级配设计。

本文选用石灰岩集料、普通沥青为原材料，研究了普通公路常用的AC13、AC16两种类型的沥青混合料的级配设计参数及路用性能评价，并提出了相对应的工程施工技术建议。

1原材料试验

本文试验集料采用石灰岩，填料采用矿粉，沥青采用70#-A级道路石油沥青。沥青及石灰岩集料的原材料检测指标如表1、表2所示。

2级配组成设计

通过路面使用状况的调查表明，受路面温度场、湿度场、交通特征等影响，广西沥青路面上、中、下三层均为车辙变形的来源部位。广西高温多雨且湿热同期，车辙损坏多发生在雨季后的高温时段，混合料设计必须同时考虑骨架抗力和密实防水等综合功能。同时，对于采用耐磨性较差的石灰岩路面的路网公路，抗滑要求更加严苛。在普通公路开放交通运营后，路表抗滑衰减非常大，部分路段表面层抗滑指标仅为30BPN。因此，在石灰岩表面层抗滑上应以级配优化设计形成良好的宏观构造为主。

因此，针对普通公路沥青混合料抗高温变形、抗滑等性能需求，结合已有研究成果及普通公路集料和沥青材料特点，提出混合料级配设计以控制塑性变形和流变变形，形成骨架嵌挤、支撑的混合料结构，并且以防渗水、保密实、粗构造为目标。粗集料组成重点控制13.2mm、4.75mm关键筛孔通过率，以此形成良好的骨架嵌挤;细集料组成重点控制2.36mm、0.075mm关键筛孔通过率，以此形成良好的密实度;选用合理油石比形成适宜的油膜厚度，保证混合料有效粘结、耐久。本文结合试验目的设计了4组不同的级配，对比了表面层最大粒径13.2mm和16m通过率、4.75mm和9.5rf'lqq通过率、2.36m和0.075am通过率的影响。如表3所示。

3骨架结构特征指标

针对骨架密实型级配的骨架特征评价，目前应用最多的是粗集料间隙率VCA法。已有研究表明粗集料骨架间隙率与粗集料的骨架特征密切相关。在混合料体系中，粗集料松装密度对应的间隙率VCA是密级配（AC类）形成骨架结构的下限;粗集料干捣密度对应的间隙率VCA是密级配（AC类）形成骨架嵌挤结构的上限。因此本文试验采用粗集料间隙率VCA作为级配优化设计与评价的必要参数。以AC13型级配为例，分别进行了松散堆积密度、捣实密度试验，计算了松散状态和捣实下粗集料间隙率VCA;采用不同油石比进行了马歇尔击实试验，测试了混合料试件的毛体积相对密度，计算了试件中粗集料骨架间隙率VCAac。计算分析结果如表4所示。

由表4可知，AC-13级配①达到了AC类骨架密实状态评价标准;AC-13级配②已经达到了SMA的粗集料组成状态。然而由于AC类级配细集料及填料的填充密实度、粘结性等达不到SMA类级配的稳定状态，其混合料性能有可能不佳。

4沥青混合料体积指标

采用马歇尔试验研究了4种级配的马歇尔体积指标变化规律，以揭示关键筛孔通过率变化对沥青混合料结构组成的影响规律。试验结果如表5所示。

由表5可知：（1）无论是随着最大粒径集料的增粗，还是同种类型级配的混合料随着级配的骨架增粗，比表面积降低，最佳油石比降低，都可获得良好的空隙率、矿料间隙率、饱和度及稳定度等指标。（2）相同级配类型下，不同油石比对马歇尔体积指标影响较大，对于AC13型石灰岩沥青混合料合理油石比约为4.5%～4.7%;ACl6型石灰岩沥青混合料合理油石比约为4.4%。在这些合理的油石比条件下可获得良好的马歇尔试验体积指标、粉胶比、沥青膜厚度等。如表6所示。

5.路用性能试验验证

5.1水稳定性试验

分别测定浸60℃水48h和浸60℃水30m‘ln后的马歇尔稳定度、冻融循环后劈裂强度，以浸水残留稳定度和冻融劈裂抗拉强度比评价其水稳定性能。试验结果如表7所示。

由表7可知，相同级配类型，随着油石比的降低，沥青膜厚度变薄，水稳定性下降;不同级配类型相比，随着级配的增粗，混合料空隙增大，水稳定性降低。

5.2高温抗车辙试验

采用60℃车辙试验测试沥青混合料的高温抗变形能力，并检测车辙试件的空隙率分析其影响。试验结果如表8所示。

由表8可知，采用本文优化设计的普通沥青混合料的抗车辙指标大于施工技术规范要求，尤其是良好骨架密实状态的ACl 3级配①抗车辙指标达到了2168次/mm，具有优良的抗车辙性能;空隙率是影响沥青混合料抗变形能力的主要因素，随着混合料成型后空隙率的增大，混合料抗车辙指标下降明显，如ACl6级配②虽然具有良好的骨架，但是空隙率最大，导致其抗车辙指标最小。因此对于采用骨架密实性级配的混合料，施工碾压是影响其施工质量的最主要因素，应采用及时、紧跟、慢压、连续等碾压工艺在可压实有效温度范围内将混合料压实。

6结语

本文结合普通公路沥青路面抗车辙技术和经济需求，基于普通公路沥青路面常用石灰岩和普通沥青等材料特点，研究了骨架密实型沥青混合料的体积参数、路用性能，结论与建议如下：

（1）为提高普通公路石灰岩集料和普通沥青的抗车辙、抗滑路用性能，建议在混合料级配设计上采用骨架密实型级配，推荐采用本文优化设计的AC13级配①型混合料组成设计，重点控制4.75 mm、2.36mm、0、075 mm等粗细集料关键筛孔通过率。

（2）AC13型石灰岩沥青混合料合理油石比约为4.5%～4.7%，马歇尔空隙率约为4%～4.5%，各项路用性能指标良好。

（3）压实后路面残余空隙率是影响沥青混合料抗车辙性能的主要因素。采用骨架密实型级配，沥青混合料抗车辙性能随空隙率增大而明显降低。建议采用高温、及时、紧跟的碾压工艺及采用钢轮振压和胶轮揉搓的组合压实工艺，以保证骨架密实型沥青混合料的压实质量。