劉蕙婷，周小勇，許雅俊

(1.江西交通咨詢公司，江西南昌 330008;2.江西省交通科學研究院，江西 南昌 330038)

為了提高AC－20 瀝青混凝土在道路工程施工與使用時的應(yīng)用性能，本文通過采用正交試驗方法進行試驗設(shè)計，在原材料性能試驗完全按照JTG E42－2005 進行檢測后，研究影響馬歇爾體積參數(shù)以及其它性能指標的各因素水平，提出了更加合適該地區(qū)AC－20 瀝青混合料級配的設(shè)計范圍。試驗結(jié)果表明，2.36 mm 的篩孔孔徑通過率是影響瀝青混合料空隙率、礦料間隙率、毛體積相對密度及瀝青混合料穩(wěn)定度的主要因素;瀝青混合料性能指標主要由細集料(＜2.36 mm)含量的多少和級配組成來進行控制。對采用優(yōu)化后的AC－20 瀝青混合料進行相關(guān)力學性能和實體工程的檢驗，可以發(fā)現(xiàn)，在此范圍內(nèi)，材料的各項性能都能有所改善，比如具有良好的力學性能、骨架密實特性、抗水損害能力及高溫抗車轍性能等?？蓱?yīng)用于高溫多雨地區(qū)的高速公路瀝青路面中，同時對有效地控制瀝青混合料的質(zhì)量和其組成設(shè)計水平的提高具有良好的指導作用。

1 試驗原材料、設(shè)計方案

試驗材料中，該項目路面標AC－20 中面層粗集料(d ＞4.75 mm)采用石灰?guī)r，細集料則采用的是石灰?guī)r機制砂，產(chǎn)地同于粗集料;礦粉作為填料，選用殼牌SBS 改性瀝青作為結(jié)合料，來自某瀝青有限公司。各項技術(shù)指標均達到瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范要求。

正交試驗方法的優(yōu)點在于可以在確定其它因素一致的情況下考慮單獨因子對試驗結(jié)果的影響，本章就是采用正交表格安排試驗的方法，以孔徑為0.075、2.36、4.75、9.5、16 mm 的篩孔和油石比總共6 個因素和各因素對應(yīng)的5 個不同水平進行試驗，具體的試驗設(shè)計方案見表1。為了確保試驗的準確、嚴謹，通過設(shè)計不同的篩孔通過百分率使混合料達到不同的級配類型，這樣可以盡可能地將影響馬歇爾各項指標的各個因素都考慮進去。試驗方案數(shù)據(jù)的設(shè)定見表2。

表1 正交試驗設(shè)計方案

表2 試驗方案數(shù)據(jù)安排

續(xù)表2 試驗方案數(shù)據(jù)安排

2 試驗以及試驗結(jié)果

本文將試驗時的擊實溫度和次數(shù)分別控制在165 ℃左右、75 次，試件采用馬歇爾方法成型，每組制作6 個試件，通過計算法測得最大理論密度。根據(jù)瀝青混合料試驗規(guī)程(JTG E20－2011)，采用表干法進行試驗檢測。結(jié)果見表3，極差分析的結(jié)果見表4。

表3 AC－20C 馬歇爾試驗結(jié)果

續(xù)表3

表4 極差分析結(jié)果

續(xù)表4 極差分析結(jié)果

3 試驗結(jié)果及分析

1)影響瀝青混凝土空隙率的因素排序:D ＞F＞E ＞B ＞A ＞C，即2.36 mm 篩孔通過率＞油石比＞0.075 mm 篩孔通過率＞9.5 mm 篩孔通過率＞16 mm 篩孔通過率＞4.75 mm 篩孔通過率。其中前3個因素是主要影響因素，最后1 個因素即孔徑為4.75 mm 的篩孔通過率對瀝青混合料空隙率的影響最小。因此，將細集料(d ＜2.36 mm)的含量和礦料級配對瀝青混合料空隙率的影響列入考慮范圍，同時加強對現(xiàn)場細集料的質(zhì)量控制。

2)影響馬歇爾試件的毛體積相對密度和礦料間隙率的大小排序為:D ＞E ＞B ＞A ＞F ＞C，即篩孔為2.36 mm 的通過率＞篩孔為0.075 mm 的通過率＞篩孔為9.5 mm 的通過率＞篩孔為16 mm 的通過率＞油石比＞篩孔為4.75 mm 的通過率，試驗結(jié)果表明:其主要影響因素是孔徑為2.36、0.075 mm 的篩孔通過率。礦料間隙率與2.36 mm 和0.075 mm篩孔通過率成正比，而毛體積相對密度則與2.36、0.075 mm 篩孔通過率成反比。因此，在進行瀝青混合料設(shè)計的時候，建議應(yīng)優(yōu)先考慮2.36 mm 和0.075 mm 篩孔通過率，并合理調(diào)整細集料(d ＜2.36 mm)的用量，以便降低空隙率和提高試件的密度。

3)根據(jù)因素對瀝青飽和度影響大小對其進行排序為:C ＜A ＜B ＜E ＜D ＜F，即4.75 mm 篩孔通過率＜16 mm 篩孔通過率＜9.5 mm 篩孔通過率＜0.075 mm 篩孔通過率＜2.36 mm 篩孔通過率＜油石比。其中對飽和度影響顯著的則是2.36 mm 篩孔通過率和油石比;影響馬歇爾穩(wěn)定度的因素排序:D ＞A ＞F ＞C ＞B ＞E。隨著2.36 mm 篩孔通過率的增大，馬歇爾穩(wěn)定度呈嚴格的單調(diào)遞增趨勢，這說明:2.36 mm 篩孔通過率水平的變化對馬歇爾穩(wěn)定度值的變化影響很大。由此可見，影響馬歇爾性能指標的各因素所在列的不同只能反映該因素由于水平變動引起指標的波動，并不受其他因素水平變動的影響。4.75 mm 篩孔通過率由30%增大至45%這一過程中，馬歇爾性能指標值變化不大，而當2.36 mm 篩孔通過率由16%增大到30%時，馬歇爾性能指標所受影響十分大，其所在列的穩(wěn)定度波動了30.5%，另外，飽和度、空隙率、毛體積相對密度、礦料間隙率的波動分別為19.7%、39.4%、3.1%、14.5%，這充分表明了對馬歇爾物理－力學性能起控制性作用的是2.36 mm 篩孔通過率。所以，需要限制細集料級配通過率范圍，以此來保證瀝青混合料性能指標。

綜合考慮各個因素，確定該地區(qū)AC－20 礦料工程級配的建議范圍如圖1 中所示，各因素通過率的取值范圍分別為:A 為75%～85%，B 為45%～65%，C 為28%～35%，D 為20%～30%，E 為4%～6%，F(xiàn) 為3.8%～4.5%。

圖1 該地區(qū)AC－20 礦料工程級配建議范圍

4)由于該地區(qū)地處熱帶，氣溫較高，尤其在夏季日照時間長，瀝青路面溫度一般都達到70 ℃以上，因此規(guī)范規(guī)定的空隙率為3%～6%下限應(yīng)適當提高;而本人對該地區(qū)多條在建高速公路進行過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，不僅是本項目，其余2 條在建的高速公路施工工藝以及水平對空隙率的控制都不到位，檢測結(jié)果都顯示空隙率偏大，某些路段滲水十分嚴重，因此空隙率控制的上限應(yīng)適當降低。綜合推薦的空隙率為3.5%～5%，礦料間隙率則是根據(jù)對應(yīng)的空隙率以及最大公稱粒徑來確定。規(guī)范規(guī)定的最大公稱粒徑為26.5 mm 的瀝青混合料瀝青飽和度限定為55%～70%，該地區(qū)的集料表面積大，吸油多，因此最大公稱粒徑為26.5 mm 的與最大公稱粒徑為19、16 mm 的統(tǒng)一定為65%～75%。根據(jù)該地區(qū)交通統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)許多路段都存在重載交通，規(guī)范規(guī)定炎熱地區(qū)的重載穩(wěn)定度MS≥8、流值FL 為1.5 ～4，穩(wěn)定度可以適當放大，流值應(yīng)適當減小來控制車轍的產(chǎn)生，確定為MS≥10，F(xiàn)L 取1.5 ～3.5。見表5。

表5 最大公稱粒徑為26.5 mm 的瀝青混合料推薦馬歇爾技術(shù)指標

4 實體工程檢驗

4.1 級配曲線的選取

通過上一節(jié)制定的AC－20 瀝青混合料級配范圍，選取3 條級配曲線進行室內(nèi)馬歇爾試驗以及試驗段的鋪筑。見表6，圖2。

4.2 室內(nèi)馬歇爾試驗

采用標準馬歇爾試驗，雙面擊實75 次，油石比為4.0%。試驗結(jié)果見表7。

表6 根據(jù)推薦級配范圍選取級配曲線

圖2 在建議級配范圍內(nèi)取的級配曲線

表7 馬歇爾試驗結(jié)果

4.3 試驗段鋪筑

該項目路面標中面層試驗路樁號為K11+050～K11+550，第2 日進行鉆芯取樣現(xiàn)場檢測。統(tǒng)計見表8。

表8 現(xiàn)場取芯結(jié)果

由表8 可知，由于試驗段只有500 m，取芯數(shù)不宜過多，因此樣本數(shù)為6 個，壓實度均值為97.13%，變異系數(shù)為0.08。路面施工壓實指標能夠滿足要求。

4.4 力學性能試驗與結(jié)果分析

對該瀝青混合料進行水溫定性檢測以及車轍動穩(wěn)定度試驗。試驗結(jié)果見表9、表10。

表9 瀝青混合料AC－20 的水穩(wěn)定性試驗結(jié)果

表10 瀝青混合料AC－20 的高溫穩(wěn)定性試驗結(jié)果

由上述結(jié)果可知，采用推薦級配范圍的瀝青混合料施工過程能夠達到好的壓實效果，力學性能也能得到保證。

5 結(jié)語

本文以AC－20 SBS 改性瀝青混合料為研究對象，通過正交設(shè)計的試驗可以得出影響馬歇爾試驗各大指標的影響因素及其大小。試驗表明影響瀝青混合料空隙率的主要因素是2.36 mm 以及0.075 mm 的通過百分率，細集料的含量才是影響瀝青混合料性能指標的主要因素。鑒于這些影響因素可以根據(jù)氣候條件及交通量的大小更加精確地確定適用于某個地區(qū)的級配范圍以及設(shè)計參數(shù)的范圍。該地區(qū)AC－20C 瀝青混合料的級配范圍及設(shè)計參數(shù)范圍可采用優(yōu)化后的范圍來設(shè)計。

［1］JTG F40－2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］JTJ 059－95，公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程［S］.

［3］JTG E20－2011，瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程［S］.

［4］薛小剛 瀝青混合料級配優(yōu)化及配合比設(shè)計方法研究［D］.西安:長安大學，2005.

［5］陸學元.AC－25 瀝青混合料礦料級配優(yōu)化及應(yīng)用研究［J］.中外公路，2009(4).

［6］陸學元.瀝青混合料性能與施工變異性研究［D］.西安:長安大學，2009.

［7］弓 銳，彌海晨.乳化劑用量對SBS 改性乳化瀝青性能的影響研究［J］.公路工程，2014，39(6):234－236.

［8］馮新軍，郝培文，查旭東.路用改性瀝青AC－13 混合料的級配優(yōu)化［J］.長安大學學報(自然科學版)，2007(3).