■賴曉龍 謝鳳翔

（1.福建林業(yè)職業(yè)技術學院，南平 353000；2.南平市成功瀝青混凝土有限公司，南平 353000）

花崗巖作為一種典型的酸性石料，對于原材料豐富地區(qū)，在使用抗剝落劑的情況下用于瀝青混凝土，具有一定的經(jīng)濟效益[1]。 要取得較好的路用性能，瀝青混合料配合比設計是技術關鍵，包括選擇礦料種類、礦料級配、瀝青類型及等級、確定瀝青用量和混合料密度等。 其中，礦料的級配選擇是使瀝青混合料取得最大密實度和優(yōu)良骨架嵌擠效果的最好保證[2]。 貝雷法作為檢驗瀝青混合料是否形成骨架嵌擠效果的一種有效方法，廣泛用于礦料的級配設計及級配優(yōu)化上。 馬紅梅等[3]、路楊[4]通過各檔集料篩分結果及體積參數(shù)指標，計算其摻加比例，并通過路用性能檢驗， 證明貝雷法在SMA 混合料級配中能取得良好的骨架結構和優(yōu)良的路用性能。 崔文博等[5]對SMA-16 的相關規(guī)范推薦級配進行貝雷法參數(shù)計算分析， 提出機場SMA-16 混合料優(yōu)化級配范圍，優(yōu)化了機場SMA 混合料的設計方法。 本研究以花崗巖粗集料為研究對象，利用貝雷法設計理念進行花崗巖SMA-13 混合料級配的優(yōu)化設計，以期花崗巖在SMA瀝青混合料設計及使用中有更好的借鑒作用。

1 貝雷法設計原理簡介

貝雷法是一套系統(tǒng)的設計和檢驗級配的方法[6]，以第一控制篩孔（PCS）即公稱最大粒徑（NMPS）的0.18～0.28 倍劃分粗細集料，通常取NMPS 的0.22倍。對于細集料，又作進一步的劃分，即第二控制篩孔（SCS）和第三控制篩孔（TCS），其篩孔的大小通過公式SCS=PCS×0.22，TCS=SCS×0.22 求得。因此，對于SMA-13 混合料， 取NMPS 為13.2mm，PCS 為2.36mm，SCS 為0.6 mm，TCS 為0.15 mm。

為確保瀝青混合料的體積指標符合相關規(guī)范的要求，在驗證瀝青混合料的粗細集料能否形成良好的嵌擠與填充時，貝雷法提出3 個參數(shù)對其進行分析[7]，即粗集料比CA、細集料粗比FAc和細集料細比FAf。 其中CA 比表征級配的粗集料內(nèi)部的比例組成，直接影響瀝青混合料的嵌擠效果及其體積特性。CA 比過大，混合料因粗集料之間容易形成干涉，產(chǎn)生推移，在施工中較難壓實；CA 比過小，混合料的粗細集料容易產(chǎn)生離析而不利于施工中的空隙率控制。FAc表征細集料內(nèi)部的比例組成，將細集料劃分為細集料粗料部分和細集料細料部分，細集料粗料的空隙將由細集料細料來填充和嵌擠。 FAf表征細集料中最小一級的嵌擠情況。 FAc和FAf的大小直接影響體積參數(shù)VMA 的值，一般來說，F(xiàn)Ac和FAf的比值減小，體積參數(shù)VMA 將不斷增大。 采用貝雷法設計SMA-13 混合料時，3 個參數(shù)計算公式和推薦范圍見表1。

表1 SMA-13 貝雷法設計3 個參數(shù)計算公式和推薦范圍

2 原材料性質(zhì)分析

2.1 集料性質(zhì)及其篩分結果

花崗巖粗集料來自南平順昌某碎石料廠，分CA#1（10～15 mm）和CA#2（5～10 mm）兩種規(guī)格，質(zhì)地堅硬，表面粗糙，其性能檢驗結果見表2。 細集料采用三明尤溪某石料場的石灰?guī)r石屑，規(guī)格FA（0～3 mm），礦粉采用石灰石礦粉，細集料和礦粉性能檢驗結果均符合《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》（JTJ F40-2004）的要求。 對粗集料、細集料和礦粉進行篩分，測定各檔集料的密度值，測定結果見表3～4。

表2 花崗巖粗集料性能檢驗結果

表3 花崗巖各檔集料密度值（單位：g/cm3）

表4 花崗巖各級礦料篩分結果

2.2 其他材料性質(zhì)

瀝青采用的是廈門某公司生產(chǎn)的SBS 改性瀝青（I-D 類），其性能檢驗結果見表5。 抗剝落劑采用重慶某公司生產(chǎn)的AR-I 型瀝青抗剝落劑，固體，外觀為黃色或棕黃色，無異味；具備抗水剝離能力強，有較高的熱穩(wěn)定性（分解溫度>350℃），能直接加入熱熔（160℃～170℃）瀝青中。 添加量為瀝青含量的0.4%。 添加抗剝落劑的瀝青，采用水煮法檢驗改性瀝青與花崗巖粗集料的黏附性，黏附等級為5 級。纖維采用LT-M 木質(zhì)素纖維，質(zhì)量較好，添加量為瀝青混合料重量的0.3%。

表5 SBS 改性瀝青技術指標

3 花崗巖SMA-13 混合料級配設計

3.1 貝雷法確定混合料級配

在應用貝雷法設計新級配或驗證已有級配時，都必須選取密度來檢驗粗骨架是否形成，這樣才能設計出好的級配。 擬定設計密度為松裝密度的103%，P0.075=10.0%，設計空隙率V=4.0%，按照工程經(jīng)驗設置CA#1與CA#2的比例為65∶35。 根據(jù)規(guī)范[8]及文獻資料[9]提供的計算方法，以及集料的篩分結果和密度指標， 通過計算求得CA#1∶CA#2∶FA∶MF 的比例為41∶24∶24∶11，其合成級配見表6。計算混合料級配的貝雷參數(shù)，粗集料比CA 為0.36，細集料粗比FAc為0.65，細集料細比FAf為0.69，均在參數(shù)建議范圍內(nèi)，表明該級配已形成良好的骨架嵌擠結構。

3.2 馬歇爾法確定混合料級配

為驗證貝雷法在花崗巖SMA-13 混合料級配設計的優(yōu)劣性，也采用馬歇爾設計體系進行花崗巖SMA-13 瀝青混合料的礦料組成設計。先確定花崗巖SMA-13 混合料的4.75 mm 篩孔通過率分別是23.8%、27.3%、30.8%， 分別測定3 種級配的間隙率VCADRC。雙面擊實50 次制作試件，測定VV、VMA、VFA 及VCAmix等指標。 在混合料指標滿足技術要求的基礎上確定級配， 最終求得CA#1∶CA#2∶FA∶MF 的比例為45∶29∶14∶12。

兩種設計方法設計的合成級配見表6， 級配曲線見圖1。由表6 和圖1 可見，馬歇爾法級配曲線和規(guī)范推薦級配的中值接近，集料的粗細比例滿足規(guī)范的要求。而貝雷法級配曲線中的0.6～4.75 mm 篩孔的通過率接近或高于推薦級配的上限值，表明粒徑0.6 ～4.75 mm 的集料比規(guī)范值較少；0.075～0.6 mm篩孔及4.75～13.2 mm 篩孔的通過率在推薦級配的上限值和下限值之間，滿足規(guī)范的要求。 不論是以2.36 mm 或以4.75 mm 為粗細集料分界點的關鍵篩孔，貝雷法級配曲線比馬歇爾法級配曲線的通過率都要高一些。 總體來說，貝雷法級配比馬歇爾法級配更偏細一些。

圖1 花崗巖SMA-16 混合料合成級配曲線

3.3 兩種級配的馬歇爾試驗

對兩種級配進行馬歇爾試驗， 確定最佳油石比。 在確定最佳油石比的馬歇爾試驗中，初試瀝青含量很重要。 不同的初始瀝青用量下馬歇爾試件的密度有所差異，這種差異會影響粗集料骨架間隙率VCAmix的準確性，從而使骨架標準判據(jù)VCAmix≤VCADRC失真。 為減少試驗工作量，有必要對花崗巖SMA-13 混合料的兩種級配進行瀝青用量預估。 采用文獻[10]提供的最佳瀝青含量估算方法，計算得到貝雷法級配的初試瀝青含量為5.82%， 油石比為6.18%；馬歇爾法級配的初試瀝青含量為5.71%，油石比為6.06%。以此估算值為中值，上下浮動0.3%，進行馬歇爾試驗。 馬歇爾試驗結果見表7。

表7 瀝青混合料馬歇爾試驗結果

由表7 可知， 以空隙率4.0%為目標空隙率確定兩級配的最佳油石比， 貝雷法級配為6.13%，馬歇爾法級配為6.10%，兩者相差不大。 但是，就馬歇爾穩(wěn)定度來說，貝雷法級配為11.22 kN，馬歇爾法級配為10.14 kN，提高了10.65%，說明貝雷法級配比馬歇爾級配取得更優(yōu)良的穩(wěn)定性能。

4 花崗巖SMA-13 混合料路用性能檢驗

花崗巖作為酸性石料用于瀝青混凝土時，應進行浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗分析其抗水損害性能，進行車轍試驗分析其高溫穩(wěn)定性能，進行低溫彎曲試驗分析其低溫抗裂性能。 在兩組級配最佳油石比條件下其路用性能試驗結果見表8。

表8 花崗巖SMA-13 混合料路用性能試驗結果

由表8 可知，貝雷法級配與馬歇爾級配的花崗巖SMA-13 混合料各項路用性能數(shù)據(jù)結果相比，在浸水馬歇爾試驗中，殘留穩(wěn)定度提高了7.8%；在凍融劈裂試驗中，抗拉強度比提高了8.0%；在車轍試驗中，動穩(wěn)定次數(shù)提高了34.69%；在低溫彎曲試驗中，最大破壞彎拉應變提高了4.5%。 由此可知，貝雷法級配較馬歇爾法級配的花崗巖SMA-13 混合料取得了更好的路用性能，具備更優(yōu)良的抗水損害性能、高溫穩(wěn)定性能和低溫抗裂性能。

5 結論

（1）以空隙率4.0%為目標空隙率時，確定貝雷法級配與馬歇爾法級配的花崗巖SMA-13 混合料最佳油石比，貝雷法級配為6.13%，馬歇爾法級配為6.10%，兩者相差不大。 （2）在最佳油石比條件下的路用性能試驗中，與馬歇爾法級配相比，貝雷法級配的花崗巖SMA-13 混合料的殘留穩(wěn)定度、抗拉強度比、動穩(wěn)定次數(shù)、最大破壞彎拉應變均有不同程度的提高，具備更優(yōu)良的路用性能。 （3）貝雷法設計的瀝青混合料級配可有效提高花崗巖SMA-13混合料的路用性能。