AC-25C沥青混合料冻融劈裂强度指标不合格因素分析

方国强 陈宁 王袁鹏

摘要 文章依托广西平武路路面实体工程，针对AC-25C道路石油沥青混合料在配合比设计阶段出现冻融劈裂TSR指标不合格这一问题，从原材料、级配设计、抗剥落剂选择等方面对影响冻融劈裂TSR指标的各个因素进行分析，并提出相关技術建议，避免出现设计的AC-25C道路石油沥青混合料水稳定性不足，造成运营期路面出现早期水损害。

关键词 AC-25C；沥青混合料；冻融劈裂；因素分析

中图分类号 U414文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）05-0078-03

0 引言

近些年改性沥青事件层出不穷，尽管采取了多种技术和管理手段加强对基质沥青和成品改性沥青质量的控制，但是实体工程70号道路石油沥青和改性沥青在使用过程中也经常出现部分关键指标不合格的问题。这些外部因素也对常规的沥青混合料配合比设计提出了新的挑战和要求。

1 冻融劈裂TSR指标不合格因素分析

由于冻融劈裂TSR指标相比浸水马歇尔指标能较好地表征沥青混合料抗水损害性能[1]，在配合比设计性能验证阶段是必须验证的性能指标。若配合设计阶段出现TSR指标不合格说明沥青混合料的水稳定性能较差，一般TSR指标与下列因素息息相关：集料自身与70号道路石油沥青的黏附性、细集料品质、沥青自身的低温抗裂和抗老化性能、混合料油石比、级配组成、抗剥落剂是否选用等。结合平武路实体项目遇到的相关问题对影响因素进行逐一分析。

1.1 原材料关键指标影响因素分析

（1）沥青品牌及指标影响因素分析。该工程在配合比设计过程中，性能验证阶段出现冻融劈裂TSR比值不合格，首先考虑沥青常规指标中是否存在异常指标，而该实体工程进行配合比设计选用1#70号道路石油沥青样品为厂家提供的小样，部分检测指标如表1所示。

从1#70号道路石油沥青的检测指标可知，该70号道路石油沥青老化后的10℃残留延度不符合沥青路面施工技术规范[2]的最低要求。相对应的AC-25C沥青混合料的冻融劈裂试验结果如表2所示。

从AC-25C沥青混合料冻融劈裂TSR试验结果可知，两个批次的1#70号道路石油沥青所拌制的AC-25C沥青混合料TSR比值均不符合规范[2]最低要求，混合料水稳定性能欠佳。为进一步分析判定沥青指标是否对冻融劈裂TSR指标的存在直接影响，将采用另一品牌的2#70号道路石油沥青以及改性沥青，开展沥青与集料的黏附性试验，并成型试件进行冻融劈裂试验对比验证。

（2）集料与沥青黏附性指标影响因素分析。采用该项目AC-25C沥青混合料配合比设计所使用的同一产地的石灰岩粗集料，采用两种不同品牌的70号道路石油沥青（1#和2#）和SBS改性沥青分别进行黏附性试验，黏附性试验结果如表3所示，同时对比沥青的指标，沥青指标对比结果如表4所示。

结合表3中黏附性试验结果和表4中两种不同品牌的道路石油沥青检测结果可知，1#70号道路石油沥青与该项目使用石灰岩集料的黏附性只达到3级，2#70号道路石油沥青和改性沥青与项目使用石灰岩集料黏附性为5级，间接说明不同品牌的70号道路石油沥青与同一种类的集料黏附性也存在较大差异，改性沥青以及黏度更大的沥青与集料的黏附性更容易达到技术指标要求。

为了验证沥青种类以及指标对冻融劈裂TSR试验指标影响，分别采用2#70号道路石油沥青和改性沥青在级配比例、油石比、矿料一致的情况下分别成型试件进行冻融劈裂试验，具体数据结果如表5所示。

从表5和表2的结果可知，1#70号道路石油沥青、2#70号道路石油沥青以及改性沥青拌制的沥青混合料分别进行冻融劈裂试验，TSR结果分别为65.7%、77.2%、83.2%，说明沥青本身的黏度、老化后低温抗裂性能（残留延度指标）与沥青混合料冻融劈裂TSR指标息息相关[3]。

1.2 配合比设计影响因素分析

（1）细集料材质选择影响。为研究不同细集料岩性对冻融劈裂指标的影响，采用1#70号道路石油沥青，更换不同的岩性和颜色的细集料，粗集料均保持一致，细集料砂当量基本控制在75%左右[4]，3组AC-25C沥青混合料的油石比均为3.9%、3组合成级配基本一致进行冻融劈裂试验。

通过对比不同岩性细集料拌制的AC-25C沥青混合料冻融劈裂试验TSR指标可知，不同的细集料材质对冻融劈裂试验TSR指标的影响幅度有限偏差在3%左右，石灰岩材质的细集料对AC-25C沥青混合料冻融劈裂试验TSR指标好于辉绿岩细集料，可以看出偏碱性的细集料对沥青混合料具有一定的提升作用，但由于仍然使用第一批的1#70号道路石油沥青，冻融劈裂试验TSR指标仍然不合格，说明变换细集料材质对沥青混合料冻融劈裂TSR指标影响有限。

（2）合成级配关键筛孔通过率影响。为研究合成级配关键筛孔4.75 mm、2.36 mm以及0.075 mm通过率的偏差对冻融劈裂指标的影响，仍然采用1#70号道路石油沥青，粗集料要求符合前期设定的、细集料采用黑色材质，细集料砂当量基本控制在75%左右，油石比均采用3.9%，调整两个级配（级配1和级配2），成型试件进行冻融劈裂试验，具体合成级配和冻融劈裂强度对比结果如表6和表7所示。

通过对比粗级配1和细级配2两种级配AC-25C沥青混合料冻融劈裂试验TSR指标可知，两种级配关键筛孔4.75 mm通过率偏差3%左右，2.36 mm筛孔通过率偏差2%左右，0.075 mm偏差0.2%，细型级配2的AC-25C沥青混合料冻融劈裂试验TSR高于粗型级配1的AC-25C沥青混合料冻融劈裂试验TSR大约4%，说明调整关键筛孔通过率对TSR有一定影响，但仍然不满足规范的最低要求，不能从本质上改善AC-25C沥青混合料冻融劈裂强度。

（3）抗剥落剂选用影响。在集料黏附性不佳、集料表面光滑（微观粗糙度较小）的情况下，为满足水稳定的性能指标要求，一般会结合所在地周边是否能方便采购、经济性等因素，按照常用的消石灰、水泥、抗剥落剂等方式进行选择，该项目考虑使用方便、经济可行的方式，初步考虑采用水泥替代部分矿粉方式进行改善，并将替代1%矿粉、1.5%矿粉、未替代矿粉的三种情况进行对比，其他原材料保持不变，沥青仍然使用1#70号道路石油沥青，油石比均采用3.9%，矿料前期设定数值来选定。具体合成级配和冻融劈裂强度对比结果如表8和表9所示。

通过对比可知，替代1%矿粉、1.5%矿粉、未替代矿粉的三种情况下AC-25C沥青混合料冻融劈裂强度指标分别为72.4%、75.8%、65.7%，说明添加水泥对提升冻融劈裂强度TSR具有明显的效果，添加与未添加相差7%～10%左右。

2 结论及建议

（1）70号道路石油沥青AC-25C混合料冻融劈裂强度TSR指标与所使用的沥青指标低温延度、黏度指标具有直接关系，因为这两项指标直接影响所使用集料的黏附性能，从而对成品混合料的冻融劈裂强度TSR指标产生直接的影响。因此，保证70号道路沥青的低温抗老化性能指标和黏度指标是确保沥青混合料冻融劈裂强度TSR指标的核心因素，与改性沥青相比70号道路石油沥青更容易使得混合料冻融劈裂强度TSR指标合格，改性沥青耐低温、黏度大提升了胶结料的强度。

（2）沥青性能指标不良。对细集料材质、级配粗细、抗剥落选用进行综合对比可知：变换细集料材质对沥青混合料冻融劈裂TSR指标影响有限；细型级配2的AC-25C沥青混合料冻融劈裂试验TSR高于粗型级配1的AC-25C沥青混合料冻融劈裂试验TSR大约4%，级配粗细有一定影响；适当使用一定比例的水泥替代矿粉，可明显提高冻融劈裂试验检测结果。因此，在原材料与所使用沥青黏附性不良时，选用合适的抗剥落材料也是提高沥青混合料冻融劈裂强度TSR指标的关键举措。

参考文献

[1]吴梁， 周娇. 浸水劈裂试验评价沥青混合料水稳定性[J]. 筑路机械与施工机械化， 2013（7）： 46-49.

[2]公路沥青路面施工技术规范： JTG F40—2004[S]. 北京：人民交通出版社， 2004.

[3]李龙龙， 李萍， 纪上青， 等. 添加抗剥落剂沥青混合料的冻融劈裂试验[J]. 公路， 2018（5）： 242-246.

[4]陆学元， 张素云. AC-13沥青混合料冻融劈裂强度的影响因素[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）， 2009（2）： 222-227.