一种沥青混合料AC-10的组成设计及应用

黄敏新 赵承伟

摘要：为设计一种未掺配纤维、与SMA-10高低温性能和弯曲变形能力性能相当的AC-1O，按沥青混合料组成结构的分散、胶浆理论，以空隙率≤2.5%为设计要求，按沥青混合料最紧密嵌挤状态（即矿料间隙率VMA达到最小时）、析漏损失率陡增拐点、小梁弯曲试验破坏应变、动稳定度确定油石比。结果表明：改进的AC-10的关键筛孔2.36mm、0.075mm的通过率宜为（27±3）%、（8.0±0.5）%，4.75mm的通过率为35%～55%，油石比为5.8%～6.6%，60℃动稳定度≥2000次/mm，0℃低温弯曲试验破坏应变≥5000衅，具有很好的抗变形能力及延展性能。

关键词：道路工程;沥青混合料;级配;油石比;空隙率;抗变形能力

中图分类号：U416.217 文献标识码：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.07.012

文章编号：1673-4874（2019）07-0035-04

0引言

为减少半刚性基层、旧混凝土层上的沥青路面出现反射裂缝，防止水分下渗，提高结构层的水稳定性能及层间连续性，沥青混合料AC-10常作为旧混凝土层和沥青面层之间的应力吸收层使用。其矿料合成级配中的2.36mm关键筛孔的通过率按SMA-10的矿料级配范围来控制，设计空隙率≤2.5%，有别于传统密级配沥青混凝土AC-10。

依托广西旧混凝土加铺沥青路面精品工程，本文对改进的AC-1O的矿料组成、油石比、技术性能等进行分析评价，相关参数可作为类似工程项目的参考依据。

1原材料

（1）SBS（1-D）改性沥青

SBS（1-D）改性沥青的检测结果见表1。

（2）矿料

粗集料为1#（5～10mm）、2#（3～5mm）石灰岩碎石。细集料为3#（0～3mm）石灰岩机制砂。填料为石灰岩矿粉。集料及填料的吸水率及密度试验结果见表2，集料及填料的筛分试验结果见表3。

2沥青混合料AO-10的级配设计

沥青混合料是由矿质骨架和沥青胶结物所构成的、具有空间网络结构的一种多相分散体系。沥青混合料的力学强度主要由矿质颗粒之间的内摩阻力和嵌挤力以及沥青胶结料及其与矿料之间的粘结力所构成。为提高骨架稳定度，根据矿料的筛分结果，在SMA-10与AC-10的矿料级配（≥4.75m）公共范围内，将关键筛孔2.36m的通过率设计为27%±3%，O.075m的通过率设计为8%±0.5%。两组改进的AC-10及SMA-10（比对用）的矿料级配组成设计见表4。

3油石比的确定及性能验证

为提高细粒式沥青混合料AC-10的粘弹特性及沥青砂浆及胶浆的粘聚性，微调相关技术参数，AC-10的油石比以空隙率≤2.5%为设计技术要求，按沥青混合料最紧密嵌挤状态（即矿料间隙率VMA达到最小时）、析漏损失率陡增拐点、小梁弯曲试验破坏应变、动稳定度来确定。

3.1确定油石比的第一控制点

以表4合成级配一为例，采用沥青混合料最紧密嵌挤状态（即矿料间隙率VMA达到最小时）下的油石比作为SBS改性沥青混合料AC-10油石比的第一控制点。

以0.4%间隔变化，采用5个不同的油石比5.O%、5.4%、5.8%、6.2%、6.6%制备5组马歇尔试件，马歇尔试件均是单个试件配料，试件尺寸为ψ101.6mnq×（63.5±1.3）mm，按技术要求的每个试件双面各击实75次的方法成型。试验过程中集料的烘料温度为175℃，沥青的加热温度为165℃，沥青混合料的拌合温度为160℃，击实成型控制温度约为160℃。

马歇尔试件成型后静置冷却≥12h，脱模测定其马歇尔试验指标，马歇尔试验结果见表5。其中毛体积相对密度的测试方法为表干法，最大理论相对密度采用计算法而得。

3.2绘制油石比与马歇尔指标关系图

根据表5马歇尔试验结果，绘制油石比与毛体积相对密度、空隙率、饱和度、矿料间隙率、稳定度、流值的关系图。从试验结果来看，马歇尔试件最紧密状态（即矿料间隙率VMA达到最小时）所对应的油石比wa为5.8%，将此油石比作为下限。

3.3确定油石比的第二控制点

通过控制最大油石比保证沥青混合料的施工和易性，该最大油石比为不同油石比下析漏试验损失率的陡增拐点。以0.4%为间隔变化进行8个油石比的析漏试验，试验油石比范围为5.0%～7.8%。析漏试验结果如表6和图1所示。

由图1可知，析漏损失率陡增拐点对应油石比为6.6%，将此油石比作为第二控制点ωe。

3.4确定油石比的第三控制点

开展ωA与ωB之间沥青混合料0℃的低温小梁弯曲试验，确定满足弯曲应变要求所对应的油石比为第三控制点ωc。

选用前述确定的第一控制点5.8%（马歇尔击实试验最紧密状态对应油石比）、第二控制点6.6%（析漏试验析漏损失陡增拐点对应油石比）以及油石比上下限区间内6.2%油石比进行小梁弯曲试验，试验温度为O℃。试验结果见表7。

由表7中数据可知，在油石比5.8%～6.6%范圍内，0℃小梁弯曲试验破坏应变均满足其技术要求，第三控制点ωc的范围为5.8%～6.6%。

3.5确定油石比的第四控制点

开展ωA与ωB之间沥青混合料的车辙试验，根据沥青混合料高温稳定度最佳状态确定第四控制点ωD。

选用前述确定的第一控制点5.8%（马歇尔击实试验最紧密状态对应油石比）、第二控制点6.6%（析漏试验析漏损失陡增拐点对应油石比）以及油石比上下限区间内6.2%油石比进行60℃的车辙试验。试验结果如表8所示。

由表8中的数据可知，在油石比为5.8%～6.6%范围内，其高温稳定性能均满足技术要求，第四控制点ωD的范围为5.8%～6.6%。

3.6确定满足SBS改性沥青混合料AC-10体积指标要求的油石比范围

通过马歇尔击实试验的空隙率与油石比的回归关系可知，符合设计要求的空隙率上限值2.5%对应的油石比为6.05%，即油石比应≥6.05%时方能满足空隙率≤2.5%的设计要求。

3.7确定油石比的合理区间

将本文3.2～3.6节的试验结果汇总如下：

（1）第一控制点油石比叫ωA=5.8%;

（2）第二控制点油石比ωB=6.6%;

（3）第三控制点油石比范围ωc为5.8%～6.6%;

（4）第四控制点油石比范围ωD为5.8%～6.6%;

（5）满足SBS改性沥青混合料AC-10体积指标要求的油石比范围为≥6.05%。

综合SBS改性沥青混合料AC-10的体积指标、紧密状态、变形适应性、抗反射裂缝性能、高温稳定性、防水性能以及施工和易性，SBS改性沥青混合料AC-10油石比合理区间为6.05%～6.6%。

3.8水稳定性能检验试验

按上限6.6%油石比分别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，试验结果见表9、表10。

同理，表4合成级配二SBS改性沥青混合料AC-10见表11。对比SMA-10的相关试验结果如表12～13所示。

从表8、表11、表13可以得到，改进设计的AC-10与SMA-10高温性能相当。

4AO-10沥青路面的检测及评价

每次施工完成后的第二天即对AC-10沥青路面渗水检测并钻取芯样，其检测结果如表1 4所示。

由表1 4分析可知，应力吸收层AC-1 0沥青路面整体施工情况较好，所选用的配合比较为合理，摊铺碾压无推移，路面平整度较好，其标准差稳定在0.6～1.2mm的范围之内，表面基本无离析现象，取出的芯样基本均匀密实，渗水系数均<10 mI/min，密水性较好，达到了预期设计目标。

广西旧混凝土路面加铺沥青层（厚度≥12cm，路面结构为应力吸收层AC-10+中面层+SMA表面层）开放交通运营在3年以上，重载湿热多雨工况下沥青路面未出现裂缝，车辙变形量可控制在6 mm以下。

5结语

（1）SMA-10具有良好的高低溫性能和弯曲变形能力，但是必须添加纤维，工程造价较高，采用经优化改良设计的AC-10，其混合料性能与SMA-10相当。

（2）改进设计AC-10，≥2.36mm的矿料级配可按SMA-10的矿料级配范围进行确定，0.075mm的通过率宜为8.0%±0.5%，油石比宜为6.2%±3%。