S248线沥青混合料上面层材料强度提升与优化★

黄 时 仓

(韶关市金禧城市建设投资有限公司，广东 韶关 512000)

0 引言

韶关市位于广东省，根据国家气象信息中心提供的气象数据，分析广东省近30年的气温及降雨状况发现，与其他省内城市相比，韶关市的高温最高、低温最低，平均年降雨量在省内较少，在全国范围内平均年降水量依然较大。依据《公路沥青路面施工技术规范》[1]，韶关市属于夏炎热—冬暖—潮湿区。由于韶关市温度高，降雨量大，因此需重点考虑混合料高温稳定性和水稳定性。

针对沥青混合料优化设计，杨慧光等[2]应用Excel的“规划求解”功能进行沥青混合料配合比设计的优化计算，并利用“图表向导”功能绘出级配要求和合成级配曲线图。姚爱玲等[3]认为目前混合料配合比设计方法比较繁琐，开发了采用面向对象建模技术的配合比优化设计系统。刘朝晖等[4]采用SAC级配设计法设计沥青混合料级配，并采用VCADRF级配验证法进行验证和调整。李晋峰[5]从抗车辙角度进行考虑，基于抗剪性能对沥青混合料进行配合比优化设计。赵友松[6]为了提高沥青混合料的高温性能，通过调整工程级配范围、降低沥青用量、增大混合料空隙率等措施进行优化设计。张铁志等[7]以正交试验优化的技术指标为基础，考虑原材料成本，运用功效系数法对配合比进行优化。

本文考虑了韶关市的气候条件，依托S248线韶关市区过境段黄金村大桥至韶关钢铁厂公路改线工程二期(大学路—韶关钢铁厂)浈江段上面层，对AC-13沥青混合料配合比进行优化设计，并进行路用性能验证。

1 原材料性能

1.1 沥青

沥青采用SBS改性沥青，依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》[8]对原材料进行试验，相关技术指标如表1所示。沥青软化点为76.4 ℃，高温稳定性比较好；5 ℃延度为29.9 cm，在低温条件下不易脆裂，沥青的性能良好；25 ℃弹性恢复为99.9%，高温性能好。

表1 改性沥青技术指标

1.2 集料

粗集料技术指标检验结果如表2所示。压碎值为6.3%，远小于规定值26%，集料之间的摩擦嵌挤良好；对沥青的粘附性为5级，抗水剥落性能好；此外，粗集料中的针片状颗粒含量也比较小，细集料和矿粉指标也满足规范要求。

表2 粗集料技术指标

2 目标配合比设计及性能验证

2.1 矿料配合比组成设计

依据集料筛分结果及规范设计矿料级配，目标配合比合成级配结果如图1所示。

AC-13沥青混合料公称最大粒径13.2 mm，关键性筛孔尺寸2.36 mm的通过率为32.4%，小于40%，满足粗型密级配AC-13C关键性筛孔尺寸通过率，符合韶关地区夏季高温的情况；且级配位于规范中值与下限之间，呈S型级配曲线。

2.2 确定最佳油石比

采用4.0%，4.3%，4.6%，4.9%，5.1%五种油石比，制备马歇尔试件进行试验，结果如表3所示；确定最佳油石比为4.8%，最佳沥青用量对应的马歇尔试验结果如表4所示。

表3 AC-13不同油石比的马歇尔试验结果

表4 AC-13最佳油石比的马歇尔试验结果

2.3 沥青混合料性能检验

在最佳沥青油石比条件下，对高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性进行检验，试验结果见表5。

表5 AC-13沥青混合料性能检验

AC-13C沥青混合料的动稳定度平均值为8 458次/mm，远高于规范规定值不小于2 800次/mm，该级配下的沥青混合料高温稳定性很好；残留稳定度和残留强度比均比规范下限值大，满足水稳性要求；沥青混合料有很好的路用性能，可以在此目标配合比基础上进行生产配合比的设计。

3 生产配合比设计及优化

3.1 生产配合比设计

热仓料分为12 mm～18 mm,6 mm～12 mm,3 mm～6 mm,0 mm～3 mm四种规格。以目标配合比设计为参考，从拌合楼各热料仓取出的集料进行密度和筛分试验，再根据筛分结果进行生产配合比级配的调试，初步确定了两种级配，如表6所示。

表6 AC-13矿料级配组成

在生产配合比设计结果中，级配1以5.0%的油石比、级配2以4.8%，5.0%的油石比进行马歇尔试验，结果如表7所示。

表7 AC-13生产配合比马歇尔试验结果

对比两种级配试验结果，从稳定度和流值角度考虑级配2的结果优于级配1，但级配2的空隙率和矿料间隙率小于规范值，应增大粗集料比例，减小细集料比例，综合以上分析，初步确定上面层AC-13生产配合比级配结果如表8所示。

表8 AC-13生产配合比级配设计结果

3.2 生产配合比优化

为了对生产配合比进行合理优化，对热料仓集料进行二次筛分试验，与第一次筛分结果相比，筛孔尺寸为12 mm～18 mm 和3 mm～6 mm的集料质量通过百分率增加，说明集料整体偏细，应增加粗集料的比例，减少细集料的用量。优化后的生产配合比级配设计结果如表9所示。对级配以4.8%，5.0%的油石比进行马歇尔试验，结果见表10。

表9 AC-13生产配合比级配优化

表10 AC-13生产配合比马歇尔试验结果

分析发现，油石比为4.8%的混合料空隙率超过了规范规定的取值范围4%～5%，油石比为5.0%的空隙率也偏高，说明细集料偏少，应适当增加细集料的百分比。根据上述分析，确定最终生产配合比级配如表11所示。

表11 AC-13生产配合比级配结果

4 试验路性能评价

对试验路钻芯取样，进行马歇尔试验，马歇尔实验结果见表12。其高温稳定性(车辙试验)和水稳定性(冻融劈裂试验)试验结果见表13。

表12 马歇尔试验结果

表13 试验路性能评价

通过以上结果可知，反映沥青混合料高温性和水稳性的指标均满足规范并远高于规定值，AC-13沥青混合料具有良好的高温稳定性和水稳定性。

5 结语

本文结合韶关市气候特点，以当地工程项目为依托，通过配合比设计及优化，并对试验路的使用性能进行评价，确定了上面层AC-13沥青混合料级配及最佳沥青用量，沥青混合料表现出了良好的路用性能，为类似气候特点地区的路面设计提供参考。