呂 凌，劉斌清，李 強(qiáng)

（1.云南省公路開發(fā)投資有限公司曲靖管理處，云南 曲靖 655000；2.廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點實驗室，廣西 南寧 530007；3.長沙理工大學(xué)，湖南 長沙 410076）

AC-13C瀝青加鋪層配合比優(yōu)化及效果驗證

呂 凌1，劉斌清2，李 強(qiáng)3

（1.云南省公路開發(fā)投資有限公司曲靖管理處，云南 曲靖 655000；2.廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點實驗室，廣西 南寧 530007；3.長沙理工大學(xué)，湖南 長沙 410076）

考慮舊混凝土路面瀝青加鋪層技術(shù)要求及多雨地區(qū)瀝青路面的使用要求，以性能平衡協(xié)調(diào)為目標(biāo)對AC-13瀝青加鋪層進(jìn)行級配優(yōu)化設(shè)計，通過5個礦料級配關(guān)鍵篩孔及油石比等6種因素對比分析，采用正交表試驗表進(jìn)行了優(yōu)化試驗，確立了推薦級配范圍及最優(yōu)級配。結(jié)合曲勝高速公路大修工程，對推薦級配進(jìn)行了現(xiàn)場驗證。結(jié)果表明各項性能指標(biāo)滿足要求，混合料施工均勻性良好。

瀝青混合料；級配優(yōu)化；正交試驗；級配組成；關(guān)鍵篩孔

水泥混凝土路面瀝青表面加鋪層應(yīng)具有抗高溫車轍變形、抗水損害、抗裂耐久等性能。AC-13加鋪層礦料級配設(shè)計過程中既要考慮到瀝青混合料的抗車轍能力，適當(dāng)增加粗骨料含量，盡量形成骨架密實型結(jié)構(gòu)；又要保證細(xì)集料用量及瀝青薄膜厚度，提高混合料密實、防水、易壓實、耐疲勞特性。同時，瀝青混合料礦料級配又要保障混合料具有適當(dāng)?shù)谋砻鏄?gòu)造深度。實際工程應(yīng)用中多參照規(guī)范已有的級配范圍進(jìn)行混合料設(shè)計，存在構(gòu)造深度不滿足規(guī)范要求或瀝青面層封水性能不足的現(xiàn)象?；旌狭显O(shè)計過程如何平衡好各方面性能要求，設(shè)計出符合要求的混合料，需對規(guī)范參考級配范圍內(nèi)的混合料進(jìn)行專門優(yōu)化。

混合料設(shè)計的主要影響因素為礦料級配及瀝青用量，其中礦料級配9.5 mm、4.75 mm、2.36 mm、1.18 mm、0.075 mm等關(guān)鍵篩孔的通過率又直接影響瀝青混合料的高低溫性能及表面構(gòu)造深度。根據(jù)文獻(xiàn)［1］ 級配范圍的控制要求，對該范圍內(nèi)AC-13混合料設(shè)計級配及油石比進(jìn)行對比分析，提出適用于瀝青加鋪層的級配優(yōu)化設(shè)計要求，確定滿足瀝青混合料最優(yōu)性能的級配及油石比，并進(jìn)行實體工程驗證。

1 優(yōu)化試驗

1.1 優(yōu)化方案設(shè)計

為了尋求在特定集料、改性瀝青等原材料下的AC-13C瀝青混合料最優(yōu)的性能，采用正交試驗法綜合考慮不同篩孔對AC-13C瀝青混合料各體積指標(biāo)的影響程度，選取9.5 mm（因素A）、4.75 mm（因素B）、2.36 mm（因素C）、1.18 mm（因素D）和0.075 mm（因素E）等5個關(guān)鍵篩孔的通過率作為級配正交分析主要因素（見表1），參照云南地區(qū)經(jīng)驗，油石比（因素F）取值范圍為4.8%～5.2%。根據(jù)工程常用的級配，分別選取5個關(guān)鍵篩孔進(jìn)行組合試驗［1］，具體見表2。

表1 AC-13C加鋪層混合料優(yōu)化試驗因素及變化范圍

表2 AC-13C加鋪層瀝青混合料正交試驗方案

1.2 瀝青混合料試驗過程

試驗采用云南不同地區(qū)的玄武巖粗集料、石灰?guī)r細(xì)集料和SBS（I-D）改性瀝青，針對表2的正交試驗設(shè)計方案，以關(guān)鍵篩孔9.5 mm、4.75 mm、2.36 mm、 1.18 mm、0.075 mm將礦料分為6檔，礦粉按3%摻配，其余0.075 mm以下用篩出料補充。

試驗過程采用馬歇爾試驗方法，雙面擊實75次成型，拌和及成型溫度分別為170 ℃及165 ℃。瀝青混合料理論最大相對密度采用計算法，馬歇爾試件毛體積密度采用表干法測定。

1.3 優(yōu)化試驗結(jié)果分析

根據(jù)表2的AC-13C瀝青混合料綜合優(yōu)化試驗方案，測定試件相應(yīng)的馬歇爾穩(wěn)定度及體積指標(biāo)，各方案試驗結(jié)果平均值見表3。

2 混合料級配及油石比優(yōu)化分析

2.1 基于空隙率的瀝青混合料優(yōu)化分析

空隙率是瀝青混合料設(shè)計過程的重要指標(biāo)，是實現(xiàn)瀝青混合料各項性能平衡的關(guān)鍵點，各因素不同范圍下試件空隙率平均值及其極差見表4。由表4可見：

（1）對空隙率（VV）而言，6個因素中0.075 mm篩孔通過率的影響最為顯著，其次為1.18 mm通過率及油石比，9.5 mm、2.36 mm、4.75 mm篩孔通過率對空隙率影響較小，影響程度依次降低；

（2）就影響趨勢而言，瀝青混合料的空隙率隨著1.18 mm、0.075 mm篩孔通過率的減少而呈線性增加，隨著油石比的增加而減少； 9.5 mm、 4.75 mm、2.36 mm篩孔通過率對空隙率的影響較小，總體上隨著通過率的減少而減少。

根據(jù)云南曲靖地區(qū)夏熱、潮濕的特點，參照公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范，AC-13C的瀝青混合料空隙率（VV）應(yīng)控制在3.5%～5%，上述正交試驗中滿足VV要求的級配范圍和油石比見表5。

根據(jù)上述結(jié)論，以AC-13瀝青加鋪層設(shè)計空隙率4%為目標(biāo)，各關(guān)鍵因素取值范圍及4%最優(yōu)級配見表5。

2.2 基于綜合指標(biāo)的瀝青混合料優(yōu)化分析

為了確定AC-13C最優(yōu)級配范圍和瀝青用量范圍，采用各水平對應(yīng)的試驗指標(biāo)平均值的最大值與最小值之差對瀝青混合料穩(wěn)定度、流值、礦料間隙率、瀝青飽和度等按以上方法綜合各技術(shù)指標(biāo)分析結(jié)果，得到以下結(jié)論：

（1）影響穩(wěn)定度、流值的關(guān)鍵影響因素是1.18 mm篩孔通過率。從其影響規(guī)律來看，1.18 mm篩孔通過率越高，穩(wěn)定度、流值越大，空隙率和礦料間隙率越小；反之，1.18 mm篩孔通過率越低，穩(wěn)定度、流值越小，空隙率和礦料間隙率越大。

表3 不同試驗方案AC-13C馬歇爾試驗結(jié)果匯總

表4 AC-13C正交試驗瀝青混合料空隙率平均值 %

表5 基于空隙率的AC-13各關(guān)鍵因素取值范圍 %

（2）空隙率和礦料間隙率的關(guān)鍵影響因素是0.075 mm篩孔通過率和油石比。從其影響規(guī)律來看，0.075 mm篩孔通過率越高、油石比越大，空隙率和礦料間隙率越小，瀝青飽和度越大；反之，0.075 mm篩孔通過率越低、油石比越小，空隙率和礦料間隙率越大，瀝青飽和度越小。

2.3 瀝青混合料優(yōu)化級配及油石比

綜合以上正交試驗結(jié)果，保證空隙率、礦料間隙率、穩(wěn)定度、流值等指標(biāo)滿足要求。同時，考慮到AC-13瀝青加鋪層瀝青混合料應(yīng)具有一定的瀝青薄膜厚度及粉膠比，為提高混合料耐疲勞性能及封水性，參照相關(guān)研究成果其粉膠比宜小于1.2，瀝青薄膜厚度宜大于8 μm。綜合基于空隙率及綜合指標(biāo)的正交試驗分析，得出滿足施工技術(shù)規(guī)范技術(shù)指標(biāo)要求的所選取因素的取值范圍，結(jié)合對級配曲線的分析和工程實踐經(jīng)驗，優(yōu)化得出的各篩孔通過率如表6所示，并推薦最優(yōu)的級配組成，建議的油石比范圍為4.8%～5.0%。

3 混合料性能驗證

為檢驗上述的優(yōu)化結(jié)果，根據(jù)推薦的最優(yōu)級配進(jìn)行加鋪層實體工程AC-13上面層瀝青混合料設(shè)計，設(shè)計級配見表7，其中通過率與推薦最優(yōu)的通過率相差不超過1.5%，設(shè)計最佳油石比為5.0%。

表6 AC-13C瀝青混合料正交試驗優(yōu)化結(jié)果

表7 AC-13C瀝青混合料正交試驗優(yōu)化結(jié)果

3.1 車轍試驗

動穩(wěn)定度試驗結(jié)果表明采用接近推薦設(shè)計的AC-13C改性瀝青混合料配合比，其動穩(wěn)定度大于6 000次/mm，達(dá)到了同類瀝青混合料抗高溫性能，明顯高于規(guī)范指標(biāo)。

3.2 浸水試驗

按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）的規(guī)定，應(yīng)采用浸水馬歇爾試驗來檢驗瀝青混合料的水穩(wěn)定性。浸水馬歇爾試驗瀝青混合料采用雙面擊實75次，試驗結(jié)果見表8。

表8 浸水馬歇爾試驗結(jié)果

3.3 構(gòu)造深度

AC-13加鋪層礦料級配設(shè)計直接關(guān)系到現(xiàn)場路面的構(gòu)造深度。優(yōu)化后曲勝高速公路K15+000～K48+ 600段構(gòu)造深度在0.6～0.8 mm，滿足規(guī)范要求。

3.4 滲水系數(shù)

滲水系數(shù)能夠全面反映瀝青混合封水程度及現(xiàn)場施工均勻性，是施工現(xiàn)場評價混合料綜合性能的重要指標(biāo)。經(jīng)采用優(yōu)化級配的曲勝高速公路K15+ 000～K48+600段路面加鋪工程瀝青加鋪層滲水系數(shù)基本上在40～70 mL/min（見表9），遠(yuǎn)小于規(guī)范的滲水系數(shù)要求，現(xiàn)場實施效果良好。

表9 抽檢路段滲水檢測數(shù)據(jù)匯總表

4 結(jié)語

（1）6個因素對AC-13加鋪層瀝青混合料空隙率（VV）影響的顯著程度依次為0.075 mm、1.18 mm、油石比、9.5 mm、2.36 mm、4.75 mm，影響程度依次降低；

（2）影響穩(wěn)定度、流值的關(guān)鍵影響因素是1.18 mm篩孔通過率；空隙率和礦料間隙率的關(guān)鍵影響因素是0.075 mm篩孔通過率和油石比。

（3）采用正交法確立最優(yōu)級配，根據(jù)最優(yōu)級配設(shè)計了曲勝高速公路加鋪工程AC-13表面層，其應(yīng)用效果表明，混合料動穩(wěn)定度、浸水馬歇爾指標(biāo)均滿足要求，現(xiàn)場構(gòu)造深度滿足要求，滲水系數(shù)明顯小于規(guī)范要求，現(xiàn)場施工混合料較為均勻，密水性良好。

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

［2］吳慶發(fā)，李強(qiáng)、吳慶剛. AC-20C改性瀝青混合料級配正交優(yōu)化試驗研究［J］. 西部交通科技，2012（12）：13-16.

［3］方開泰.均勻設(shè)計與均勻設(shè)計表［M］.北京：科學(xué)出版社，1994.

［4］肖華憲. AC-25C瀝青混合料級配正交優(yōu)化試驗研究［J］.公路工程，2012，37（4）：247-249.

［5］蔣錦毅.高溫多雨潮濕地區(qū)瀝青混合料級配優(yōu)化設(shè)計及技術(shù)性能研究［D］.西安：長安大學(xué)，2011.

Mix Ratio Optimization Design of Overlay with AC-13C and Effects Verify

Lü Ling1, Liu Binqing2, Li Qiang3
（1. Yunnan Highway Development & Investment Company, Qujing 655000, China; 2. Guangxi Key Laboratory of Road Structure and Materials, Nanning 530007, China; 3. Changsha University of Science & Technology, Hunan 410076, China）

Asphalt mixture test consider 6 factors including 5 key sieve and asphalt-aggregate ratio objective of performance balance. Gradation Range have been established by orthogonal optimization test according to the performance requirements of the overlay on Old Cement Concrete Pavement. Field validity shows that optimum aggregate grading by the test has satisfactory performance on Qu Sheng highway overhaul project.

asphalt mixture; asphalt overlay; gradation optimization; orthogonal test; key sieve

U416.217

A

1672-9889（2016）05-0006-04

2015-12-06）

呂凌（1972-），男，云南昆明人，高級工程師，主要從事道路、橋梁工程管理工作。