CAVF法与低标号沥青的应用研究

杨健民

（山西省交通新技术发展有限公司，山西 太原 030012）

0 引言

随着“一带一路”战略的推进，对我国公路质量将提出更高的标准。目前交通量与重载车辆日益增多，沥青路面早期破坏逐渐加剧，以车辙与水损害最为严重。采用优质的SBS改性沥青能提高抗车辙性能与水稳定性，然而在目前较短的使用寿命与养护周期背景下会消耗大量的资金。

鉴于此，采用体积设计法（CAVF法）、使用低标号沥青得到了学者们的关注，并取得了相应成果。杨栎通过配合比设计与性能验证对比，发现体积设计法优于传统设计方法，各项性能均表现良好[1]。周根荣采用体积设计法设计了ATB-30，与常规设计方法相比有着更优的温度稳定性、水稳定性与疲劳性能[2]。李东海提出了AC-13的体积设计法，旨在提升表面层混合料的构造深度与抗滑性能[3]。

硬质沥青是一种低标号的沥青，在上世纪80年代法国将硬质沥青用于中、下面层[4]，道路工作者开始关注价格低廉的低标号沥青。罗萍根据不同厚度车辙板测试结果的变异系数提出了采用50号沥青的AC-25混合料车辙板厚度与动稳定度标准[5]。李爱国在西商高速路段将50号沥青应用在中面层，发现可有效减少路面车辙[6]。郭寅川等通过DSR与BBR试验研究了不同标号沥青用于面层的路用性能，发现50号与70号沥青的高温性能优于90号沥青与SBS改性沥青，利于延长道路使用寿命[7]。

渡口附近道路由于重载车辆的长期作用，并且雨水较多，对抗车辙性能与水稳定性能有一定要求，因此本文采用CAVF法对下面层沥青混合料的配合比进行设计，并采用50号沥青替代70号沥青，对此进行路用性能验证。

1 原材料

1.1 沥青

低标号沥青采用镇海50号沥青，原路段采用的是70号沥青，技术指标见表1。

表1 沥青技术性质

1.2 粗集料

粗集料采用陕西某石材厂生产的石灰岩碎石，其技术性质见表2。

表2 粗集料的技术性质

1.3 细集料

细集料采用石灰岩机制砂，其技术性质见表3。

表3 细集料的技术性质

1.4 矿粉

矿粉采用石灰岩碎石自行加工生产的石灰岩矿粉，其技术性质见表4。

表4 矿粉技术性质

1.5 级配

原道路下面层AC-20采用的级配见表5。

表5 AC-20混合料级配

2 级配设计

2.1CAVF法

常用下面层AC-20混合料的级配范围并未采用填充原则确定，而连续级配中的次级填料易撑开骨架形成干涉，在重载作用下易形成车辙[8]。因此张肖宁提出了沥青混合料的体积设计方法，通过测定形成骨架结构的集料空隙率，将其换算成体积，以细集料、矿粉与沥青进行填充，既不会发生干涉，又能充分结合骨料的嵌挤与细料的填充。

2.2 细集料级配

CAVF设计法中细集料起填充作用，通过泰波公式设计，见式（1）：

有研究指出，应用于沥青混合料时n通常取0.3～0.7，而当n取0.45时密度最大，此时细集料的级配见表6。

表6 细集料级配

2.3 粗集料级配

CAVF设计法中集料、矿粉与沥青的比例通过式（2）、式（3）确定：

式中：qc、qf、qp、qa为粗、细集料、矿粉及沥青的质量分数，%；ρsc、ρtf、ρtp、ρa为粗集料击实后的密度、细集料与矿粉的表观密度、沥青密度，g/cm3；Vvc、Vvs为粗集料击实后的空隙率与目标空隙率，%。

粗集料级配通过粗集料骨架间隙率确定，将4.75 mm以上的粗集料按不同的比例装入马歇尔试验击实100次，测试击实后的紧装密度为1.64 g/cm3，根据细集料、矿粉与沥青的密度，拟定不同的粗集料比例而获得的最小空隙率为42.8%。按AC-20的常规油石比取qa为4.5%，矿粉取6%，目标空隙率为4%。代入CAVF法的公式可得粗集料质量分数为59.2%，细集料用量36.3%。通过最小空隙率与上式计算得到级配，见表7。

表7 AC-20混合料级配

3 性能验证

3.1 室内试验

3.1.1 马歇尔试验

为了与常规设计方法的级配进行对比，将采用70号沥青的原级配记为“Y-20”，采用CAVF法与50号沥青的改进级配记为“CAVF-20”，马歇尔试验结果见表8。

表8 最佳油石比下的马歇尔试验结果

由表8可知，采用CAVF法进行设计后，油石比有所降低，不仅密度增大，且空隙率与流值有着相应的减少，这是因为更低的骨架间隙率使得集料之间的嵌挤更加紧密。

3.1.2 性能试验

室内路用性能评价包括温度稳定性与水稳定性，其中高温稳定性通过车辙试验评价，成型5 cm车辙板；低温性能通过低温弯曲试验评价；水稳定性通过冻融劈裂强度比来评价，试验结果见表9。

表9 不同摊铺工艺下的路用性能

由表9可知，CAVF法使得主骨料堆积相互嵌挤成更密实的骨架结构，并且50号沥青的硬度与抗永久变形能力优于70号沥青，因此对高温性能的提升尤为明显，约提升36%，水稳定性约提升6%。而由于50号沥青的延度低于70号沥青，导致低温性能有所降低。

3.2 现场验证

车辙的形成往往由于道路建成通车后会被进一步压密[9]，因此采用CAVF设计法与50号沥青后，如何达到良好的应用效果需要通过施工组织实现。

3.2.1 施工控制要点

为了达到良好的压实效果，参考当地的施工经验铺筑200 m试验段，针对50号低标号沥青混合料提出以下控制要点：

a）采用具有熨平板的摊铺机进行下面层AC-20混合料的摊铺，使下面层充分预压。

b）采用16 t胶轮压路机对预压后的下面层AC-20混合料碾压1～2遍，使骨料在搓揉作用下相互嵌挤，而后第二台摊铺机紧随其后进行上面层AC-13混合料的摊铺。

c）初压先采用25 t胶轮压路机碾压1～3遍，目的在于避免骨料在钢轮压路机强振作用下发生破碎。

3.2.2 现场检测

不同级配的现场芯样检测结果见表10。

表10 不同试验段芯样密度和压实度

由表10可知，采用CAVF法设计的级配现场结果高于常规路段，并且低标号沥青成本更低，且能满足压实度的要求。

4 结论

采用CAVF法进行下面层AC-20混合料的配合比设计，将常规采用的70号沥青替换为50号沥青，旨在提升高温性能与水稳定性。经室内试验与现场取芯验证，主骨料堆积相互嵌挤成更密实的骨架结构，最佳油石比降低0.3%，高温性能约提升36%，水稳定性约提升6%，低温性能降低约2%。并根据改进级配的特性与低标号沥青的特点提出了施工控制要点。