陳 寧，潘志鴻，韋武舉，樊旺生

（1.蘇交科集團(tuán)股份有限公司 新型道路材料國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 211112；2.廣西交通投資集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530022）

廣西高速公路上面層瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)探討

陳 寧1，潘志鴻2，韋武舉1，樊旺生1

（1.蘇交科集團(tuán)股份有限公司 新型道路材料國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 211112；2.廣西交通投資集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530022）

統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，2015年廣西在建高速公路上面層AC-13C配合比設(shè)計(jì)過程中關(guān)鍵篩孔4.75 mm通過率設(shè)計(jì)值較貼近施工技術(shù)規(guī)范的控制下限，級(jí)配優(yōu)化的范圍過窄，為設(shè)計(jì)出性能相對(duì)優(yōu)良的混合料，文章結(jié)合原材料的特性和實(shí)際設(shè)計(jì)情況，提出較為合理的級(jí)配設(shè)計(jì)范圍，供廣西地區(qū)高速公路設(shè)計(jì)施工參考使用。

高速公路；瀝青混合料；級(jí)配設(shè)計(jì)；關(guān)鍵篩孔；通過率

1 概述

根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，目前全國(guó)大多數(shù)省份上面層選用的混合料類型一般為AC-13F/13C型瀝青混合料、SMA-13瀝青瑪蹄脂混合料、Sup-13瀝青混合料、OGFC。傳統(tǒng)的AC型瀝青混合料屬于懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)，使用較多，技術(shù)較為成熟；SMA-13為典型的骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)，高溫穩(wěn)定性較好，但受造價(jià)、材料等影響在部分發(fā)達(dá)省份使用較多，西部等欠發(fā)達(dá)省份并未大規(guī)模使用；Sup-13瀝青混合料是采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀進(jìn)行設(shè)計(jì)，級(jí)配選擇采用關(guān)鍵篩孔控制點(diǎn)進(jìn)行控制，是一種骨架嵌擠結(jié)構(gòu)的瀝青混合料（高溫穩(wěn)定性能優(yōu)于傳統(tǒng)AC-13），在江蘇、上海、重慶、黑龍江、湖南、甘肅、青海、內(nèi)蒙古等省份都有過應(yīng)用；OGFC瀝青混合料是一種骨架間隙結(jié)構(gòu)的混合料，空隙率較大（18%～25%），高溫穩(wěn)定性好，一般用于排水式路面［1-3］。

目前廣西地區(qū)正在處于高速公路瀝青路面的大規(guī)模發(fā)展時(shí)期，瀝青路面結(jié)構(gòu)上面層大多采用AC-13C改性瀝青混合料；上面層集料均采用輝綠巖（10～15 mm、5～10 mm規(guī)格集料）和石灰?guī)r（3～5 mm 、0～3 mm機(jī)制砂），瀝青采用SBS改性瀝青（I-D），級(jí)配范圍統(tǒng)一采用瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范中的級(jí)配范圍。但從上面層AC-13C改性瀝青混合料混合料設(shè)計(jì)的合成級(jí)配來看關(guān)鍵篩孔4.75 mm均貼近下限，一方面不利于施工控制（施工規(guī)范要求4.75 mm篩孔通過率±5%波動(dòng)范圍）；另一方面此種設(shè)計(jì)級(jí)配設(shè)計(jì)出來的混合料空隙率仍然只有4.0%左右，但受設(shè)計(jì)范圍限制已無優(yōu)化的空間，因此有必要對(duì)當(dāng)前廣西在建的各條高速公路上面層瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)情況統(tǒng)計(jì)分析，提出適合廣西地區(qū)的瀝青路面上面層AC-13C級(jí)配范圍。

2 上面層AC-13 C實(shí)體工程數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

2.1 上面層AC-13C混合料設(shè)計(jì)合成級(jí)配統(tǒng)計(jì)分析

目前廣西在建的高速公路的瀝青路面上面層AC-13C瀝青混合料設(shè)計(jì)合成級(jí)配見圖1。

由圖1的結(jié)果可知，4條高速公路的8組AC-13C混合料的合成級(jí)配關(guān)鍵篩孔（4.75 mm篩孔）通過率均接近規(guī)范控制范圍的下限，日常檢查數(shù)據(jù)評(píng)定存在一定的難度，實(shí)際生產(chǎn)控制易超出規(guī)范的控制范圍。

圖1 各條路施工所用合成級(jí)配曲線

2.2 AC-13C混合料體積指標(biāo)和性能統(tǒng)計(jì)分析

為驗(yàn)證上述混合料級(jí)配的相關(guān)體積指標(biāo)和性能能否滿足規(guī)范要求，對(duì)上述4條高速公路的8組級(jí)配對(duì)應(yīng)混合料體積指標(biāo)和性能驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行了相關(guān)統(tǒng)計(jì)，具體見表1，其中油石比均為4.8%。

表1 AC-13C瀝青混合料體積指標(biāo)及性能驗(yàn)證結(jié)果

由表1的結(jié)果可知，設(shè)計(jì)油石比均為4.8%，混合料空隙率為4.3%～4.7%，水穩(wěn)定性試驗(yàn)和高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)均滿足規(guī)范的控制要求。

2.3 AC-13C混合料中（3～5 mm）的用量統(tǒng)計(jì)分析

為判斷目前的級(jí)配是否存在優(yōu)化空間，對(duì)4條高速公路的8組生產(chǎn)配比（3～5 mm）的用量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，具體結(jié)果見表2。

統(tǒng)計(jì)的結(jié)果表明，4條高速公路目前上面層生產(chǎn)配比中3～5 mm的干涉料使用均值在12.6%，而表1中各條高速合成級(jí)配4.75 mm和2.36 mm篩孔通過率的差值平均值也為12.0%，說明目前各條路使用的混合料中3～5 mm的用量相對(duì)偏多。分析其原因，一方面與混合料使用的輝綠巖集料有一定的關(guān)系，因?yàn)槟壳笆褂玫妮x綠巖的集料都是經(jīng)過整形處理的，片狀和條狀的顆粒較少，拌制的混合料相對(duì)較好壓實(shí)，若不使用一定量的3～5 mm集料混合料空隙率會(huì)很小，混合料容易出現(xiàn)擠密性車轍；另一方面與設(shè)計(jì)規(guī)定的4.75 mm篩孔通過率的控制范圍有關(guān)，在0～3 mm機(jī)制砂使用量較少的情況下，為滿足4.75 mm篩孔通過率和空隙率的要求，必須多使用一些3～5 mm的集料。

表2 AC-13C瀝青混合料中3～5 mm用量統(tǒng)計(jì)

3 AC-13 C設(shè)計(jì)級(jí)配范圍調(diào)整分析

3.1 常用的AC-13C級(jí)配范圍

目前Superpave設(shè)計(jì)體系中Sup13的控制點(diǎn)要求見表3，公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范和公路瀝青路面施工規(guī)范中AC-13C級(jí)配設(shè)計(jì)范圍見表4［4-6］。

從表3的級(jí)配控制范圍可知Sup13級(jí)配上、下限只對(duì)0.075 mm、2.36 mm、16.0 mm篩孔的通過率做出了要求，在級(jí)配設(shè)計(jì)過程中調(diào)整優(yōu)化的空間更大，更能根據(jù)原材料的特性設(shè)計(jì)性能優(yōu)良的混合料。

從表4的設(shè)計(jì)規(guī)范和施工規(guī)范中AC-13C的級(jí)配可知，設(shè)計(jì)規(guī)范中4.75 mm篩孔通過率的下限要求放寬至30%（施工規(guī)范為38%），9.5 mm篩孔通過率下限要求放至60%（施工規(guī)范為68%），因此在級(jí)配設(shè)計(jì)過程中調(diào)整優(yōu)化的空間更大，更能根據(jù)原材料的特性設(shè)計(jì)性能優(yōu)良的混合料。

3.2 上面層AC-13C設(shè)計(jì)級(jí)配范圍建議

廣西屬于高溫、多雨地區(qū)，瀝青混合料的設(shè)計(jì)應(yīng)該更偏重于高溫穩(wěn)定性和抗水損害性能，并且路面需要形成一定構(gòu)造深度，保證抗滑性能。從目前4條公路使用的AC-13C混合料合成級(jí)配來看，受設(shè)計(jì)范圍限制，3～5 mm的干涉料用量偏多，將一定程度影響路面的構(gòu)造深度，導(dǎo)致抗滑系數(shù)不佳；同時(shí)設(shè)計(jì)4.75 mm篩孔通過率接近施工規(guī)范的控制下限，日常生產(chǎn)的正常波動(dòng)將超出控制下限。因此級(jí)配選擇應(yīng)不局限于施工規(guī)范的級(jí)配范圍，建議采用Superpave設(shè)計(jì)體系中Sup13的控制點(diǎn)要求和設(shè)計(jì)規(guī)范附錄推薦的AC-13C的級(jí)配范圍要求，減少3～5 mm的用量，增加5～10 mm和10～15 mm的粗骨料用量，形成骨架嵌擠結(jié)構(gòu)，提高混合料高溫穩(wěn)定性和路面的抗滑性能，提升廣西高速公路瀝青路面的使用性能。

表3 Sup13級(jí)配控制范圍和控制區(qū)范圍

表4 設(shè)計(jì)規(guī)范參考的AC-13C級(jí)配控制范圍以及施工規(guī)范AC-13的級(jí)配范圍

3.3 工程實(shí)例分析

為驗(yàn)證調(diào)整級(jí)配后的AC-13C混合料的各項(xiàng)性能指標(biāo)和路用性能指標(biāo)，選擇3條高速作為試點(diǎn)，調(diào)整級(jí)配設(shè)計(jì)思路，選用采用滿足Superpave設(shè)計(jì)體系中Sup13的控制點(diǎn)要求和《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄推薦級(jí)配要求的級(jí)配，檢測(cè)調(diào)整級(jí)配后的AC-13C混合料的各項(xiàng)體積指標(biāo)和性能指標(biāo)，具體結(jié)果見表5～表7。

表5 調(diào)整后上面層AC-13C瀝青混合料設(shè)計(jì)合成級(jí)配

表6 調(diào)整前、后上面層AC-13C瀝青混合料體積指標(biāo)及性能驗(yàn)證結(jié)果

通過3組級(jí)配調(diào)整前和調(diào)整后的級(jí)配對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)：(1)調(diào)整后4.75 mm篩孔以上粗集料所占比重比調(diào)整前提高4.3%左右，同時(shí)合成級(jí)配中2.36～4.75 mm集料的比例由調(diào)整前的11.2%下降至8.2%；粗集料用量增加有利于提高混合料高溫穩(wěn)定性能，2.36～4.75 mm用量的下降有利于提高路面的構(gòu)造深度，增加抗滑性能。

通過調(diào)整前和調(diào)整后AC-13C三組瀝青混合料的性能對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，調(diào)整后的級(jí)配比調(diào)整前的級(jí)配高溫穩(wěn)定性能平均提高35.5%左右，水穩(wěn)定性能調(diào)整前與調(diào)整后基本相當(dāng)。

通過對(duì)比3組調(diào)整前和調(diào)整后AC-13C瀝青混合料現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的數(shù)據(jù)結(jié)果可知，級(jí)配范圍放寬后，采用設(shè)計(jì)規(guī)范AC-13C級(jí)配設(shè)計(jì)范圍或者采用Sup13級(jí)配設(shè)計(jì)范圍設(shè)計(jì)出來的AC-13C瀝青混合料現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)造深度和摩擦系數(shù)分別平均提高20.2%和9.5%，路面抗滑性能有所提升，滲水系數(shù)基本相當(dāng)（密水性能良好）。

Research on Gradation Design of Expressway Top Layer in Guangxi Province

Chen Ning1, Pan Zhihong2, Wei Wuju1, Fan Wangsheng1
（1. National Engineering Laboratory for Advance Materials, JSTI Group, Nanjing 211112,China; 2. Guangxi Communications Investment Group. Co., Ltd., Nanning 530022, China）

Through statistical analysis of top layer gradation of expressway under construction in Guangxi province, it is found that passage percentage of the key sieve mesh is closes to the low limit controlled by construction specification, and the range of graded optimization is narrow. To design mixtures with excellent performance, reasonable gradation design range is put forward in this paper combining with the characteristics of raw materials and the actual design situation, which could provide reference for highway design and construction in Guangxi region.

expressway; asphalt mixture; gradation design; key sieve mesh; passage percentage

U416.217

A

1672-9889（2016）05-0010-03

陳寧（1986-），男，江蘇金壇人，工程師，主要從事瀝青路面技術(shù)咨詢、科研及試驗(yàn)檢測(cè)工作。