沥青混合料上面层施工工况的性能研究

王怀斌

铁正检测科技有限公司 山东 济南 250000

1 研究背景

当高速公路建设处于半干、寒冷气候分区，针对施工工况变化调整对混合料性能的影响展开研究，为指导施工提供数据支持，切实实现“用数据指导施工”。

2 施工工况的技术特征提取和模拟

本项目沥青面层结构分为上、下两层，均为改性沥青混凝土，本次研究只针对上面层AC-16施工工况及技术特征提取情况进行技术分析研究。

1) 上面层

(1) 骨架密实结构→模拟：高水平、精细化施工；

(2) 高粉、细料不少、干涉料多→模拟：工程收尾阶段，材料拼凑；

(3) 中间料不少、干涉料不多、接近中值→模拟：S型连续级配(工程常用) ；

(4) 粗料多、细料多、中间料少(所谓的“粗”) →模拟：有骨架、缺少嵌挤；

(5) 空隙较大(6~8%或8%以上) →模拟：较差的生产工况。

室内模拟：通过混合料设计，矿料级配、油石比、组成结构、粉胶比参数进行调整。试验材料采用SBS I-C型改性沥青，矿粉采用石灰岩磨细矿粉，上面层的粗集料采用含铁闪长岩、细集料采用石灰岩，试验设备主要采用工地试验室现有配备，部分借助专业检测室[1]。

3 混合料设计

3.1 上面层混合料设计

1) 矿料级配

表1 合成级配材料用量

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表2 混合料级配曲线

2) 油石比

统一采用4.8%。

3) 组成结构

图1 混合料组成结构

4) 设计参数

表3 设计参数汇总表

数据分析：这里仅讨论关键指标空隙率

(1) 级配4＜级配1=级配2≈级配3＜级配5；

(2) 级配1、级配3的2.36mm以下通过率基本相同，4.75mm及以上部分通过率不同，这与二者空隙率存在一定的关系；

(3) 级配2的细料、矿粉用量多于级配1、级配3，有助于提高密实性；干涉料2.36-4.75mm同样多于级配1、级配3，数量过多，反而起到降低密实性，两者抵消，最终使级配2的空隙率与级配、级配3相当；

(4) 级配4，与级配1相比，粗料减少、细料增加，空隙率降低；尽管骨料不少，但缺少嵌挤；

(5) 级配5，缺少足够的细料填充，已经接近半开级配(空隙率为6～12%)[2]。

4 混合料性能研究

4.1 5种工况下的上面层混合料性能

1) 低温性能

表4 低温弯曲试验检测结果

从本次试验结果看，油石比较高的情况下，级配方面的变化对低温性能有较大影响。

(1) 缺少足够细料填充的级配5低温性能最差；

图2 低温小梁破坏形式

(2) 最大一档粗骨料用量多但缺少嵌挤的级配4不如骨架嵌挤结构的级配1；

(3) 级配2＞级配3＞级配4，这可能与最大一档粗集料的减少有关。

2) 高温性能

表5 车辙试验检测结果

图3 5组车辙试件

从本次试验结果看，骨架嵌挤密实型级配(级配1、3) 的动稳定度指标最好，其次是S型级配(级配2) ，骨架堆积密实结构(级配4) 动稳定度指标较差，骨架空隙结构(级配5) 的动稳定度指标最差[3]。

3) 水稳定性

受工地试验条件制约，仅进行了浸水马歇尔残留稳定度指标检测。

表6 浸水马歇尔残留稳定度检测结果

从本次试验结果看，级配2的残留稳定度数据偏低，这应该与粉料含量偏大有关，粉料的表面积比矿料大，粉料用量过大会降低沥青胶浆的黏性，导致沥青与0.075mm以下颗粒形成的玛蹄脂容易从石子表面剥离，从而影响水稳定性。

4) 构造深度

表7 构造深度数据汇总

从本次试验结果看，对于构造深度指标，级配5＞级配1＞级配3＞级配4＞级配2。

5) 小结

综合各项性能，寒冷地区的上面层首先推荐选用骨架嵌挤密实型级配，其次是S型级配，应避免出现级配5的情况[4]。

5 结语

针对几种路面施工工况，通过有限的试验研究得出以下结论：

(1) 粒径最大一级粗骨料含量增多，不意味着混合料路用性能的提升，骨架嵌挤密实型混合料的综合性能好于粗骨料堆砌式的形式。因此，“最大粒径多、抗车辙性能好”的观念是错的；

(2) 油石比不高的情况下，粉胶比的增大，会逐步降低混合料的粘黏结力，表现为低温性能和水稳定性的下降。因此，对于AC型混合料，“矿粉用量可以加到7～8%”的观点是错误的；

(3) 考虑了嵌挤的S型级配也值得推荐，因其具有较好的工程可应用性，尤其对施工机械的适应性更强，值得做进一步的研究。

因为时间和条件所限，仅对有限几种工况进行了模拟，在后续研究中，应增设其他工况，以及结合动弹性模量、浸水汉堡、疲劳性能等评价方法进行更严苛的耐久性验证，从而获得更全面的评价指导依据。