摘 要：本文深入研究鋪設(shè)道路薄層罩面工程，通過礦料級(jí)配分析、配合比設(shè)計(jì)和馬歇爾試驗(yàn)等多方面研究，確定AC-10的最佳油石比為5.7%，SMA-13的最佳石油比為6.5%。其中，SMA-13作為性能優(yōu)良的瀝青混合料發(fā)揮了重要作用，例如在抗車轍性、耐久性和穩(wěn)定性方面的綜合性能優(yōu)異，而AC-10在施工便捷性和成本效益等方面具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。因此，在城鎮(zhèn)道路薄層罩面技術(shù)施工中，因?yàn)镾MA-13含有更多的粗集料，具有更緊密的骨架結(jié)構(gòu)，并且穩(wěn)定性和承載能力更高，所以對(duì)高耐久性和穩(wěn)定性有高要求的工程項(xiàng)目通常用SMA-13。

關(guān)鍵詞：薄層罩面；最佳瀝青用量；配合比設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U 41" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

隨著現(xiàn)代公路工程建設(shè)事業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展，城鎮(zhèn)道路瀝青路面病害及養(yǎng)護(hù)施工面臨新的挑戰(zhàn)，對(duì)養(yǎng)護(hù)施工技術(shù)方法也提出了更高的要求[1]。薄層罩面作為一種有效的超薄瀝青磨耗層養(yǎng)護(hù)技術(shù)，主要目的是對(duì)高等級(jí)瀝青路面進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)和輕微病害進(jìn)行矯正性養(yǎng)護(hù)，在道路擴(kuò)建或維修過程中得到了廣泛應(yīng)用[2]。

有學(xué)者提出CAVP法骨架型級(jí)配設(shè)計(jì)理論，我國公路行業(yè)采用不同級(jí)配類型的瀝青混合料超薄層進(jìn)行了廣泛研究和應(yīng)用。目前，熱拌混合料封層可細(xì)分為AC型、SMA型、OGFC型和Novachip技術(shù)等多種類型。白小偉[3]對(duì)溫拌瀝青薄層罩面技術(shù)進(jìn)行綜合探究，確定了最佳油石比，并對(duì)其路用性能進(jìn)行系統(tǒng)性研究，得出了各種混合料最佳性能指標(biāo)，可以為后續(xù)同類工程施工提供理論依據(jù)。本文針對(duì)AC-10、SMA-13兩種瀝青混合料進(jìn)行研究，確定其最佳瀝青用量。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用瀝青為SBS改性瀝青，表1為主要技術(shù)指標(biāo)的實(shí)測(cè)結(jié)果。

將粗集料和細(xì)集料作為骨料，石灰?guī)r礦粉作為填料，木質(zhì)素纖維或礦物纖維作為纖維穩(wěn)定劑，木質(zhì)素纖維應(yīng)采用絮狀木質(zhì)素纖維，礦物纖維應(yīng)選擇束狀玄武巖纖維。用含有0.3%玄武巖纖維、級(jí)配類型為AC-10的改性瀝青和含有0.3%木質(zhì)素纖維、級(jí)配類型為SMA-13的改性瀝青分別制備瀝青混合料試件，并進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)所需設(shè)備有馬歇爾穩(wěn)定度儀、馬歇爾擊實(shí)儀、電熱鼓風(fēng)干燥箱、車轍成型機(jī)、車轍試驗(yàn)機(jī)、路面滲水儀、瀝青混合料拌和機(jī)、瀝青混合料理論最大相對(duì)密度儀、洛杉磯磨耗試驗(yàn)機(jī)等。

2 配合比設(shè)計(jì)方案

2.1 AC-10混合料級(jí)配

先確定AC-10的3種級(jí)配（級(jí)配1、級(jí)配2、級(jí)配3），4.75mm篩孔通過率分別為66.6%、64.0%、61.4%，分別測(cè)定3種級(jí)配的VCADRC，對(duì)油石比為4.5%、5%、5.5%、6%、6.5%的5組試件雙面各擊實(shí)75次，測(cè)定VCAmix及VMA等指標(biāo)，在滿足VCAmix小于VCADRC和VMA大于16.5%的基礎(chǔ)上，對(duì)3種級(jí)配進(jìn)行分析，確定最佳級(jí)配為級(jí)配2。AC-10原材料級(jí)配及合成級(jí)配見表2，級(jí)配曲線圖如圖1所示。

由圖1可以看出，該曲線形態(tài)偏凹，表明集料中粒徑較小的含量占比較高。當(dāng)粒徑為0.075mm～9.5mm時(shí)，曲線呈現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)。隨著篩孔尺寸逐漸增加，更多顆粒能夠順利通過篩網(wǎng)，使累計(jì)通過百分率不斷上升。這個(gè)階段的上升趨勢(shì)說明集料中小粒徑顆粒向較大粒徑顆粒逐漸過渡。然而，當(dāng)粒徑為9.5mm～13.2mm時(shí)，曲線變得相對(duì)平緩，表明集料中的較大粒徑逐漸減少，而較小粒徑的含量則相對(duì)穩(wěn)定或略有增加。

2.2 SMA-13混合料級(jí)配

首先，確定SMA-13的3種級(jí)配（級(jí)配1、級(jí)配2、級(jí)配3），4.75mm篩孔通過率分別為29.8%、26.9%、24.1%，其次，分別測(cè)定3種級(jí)配的VCADRC，對(duì)油石比為5.8%、6.0%、6.2%、6.4%、6.6%的5組試件雙面各擊實(shí)75次，測(cè)定VCAmix及VMA等指標(biāo)，在滿足VCAmix小于VCADRC和VMA大于17%的基礎(chǔ)上，對(duì)3種級(jí)配進(jìn)行分析，確定最佳級(jí)配為級(jí)配2。

SMA-13原材料級(jí)配及合成級(jí)配見表3，級(jí)配曲線如圖2所示。

圖2直觀展示了SMA-13集料的粒徑分布情況，可以保證集料級(jí)配滿足設(shè)計(jì)要求、保證試驗(yàn)準(zhǔn)確性。由圖2可知，隨著篩孔尺寸逐漸增加，合成級(jí)配曲線呈現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)。當(dāng)粒徑為0.075mm～4.75mm時(shí)，曲線平滑且穩(wěn)定，表明集料中各種粒徑的含量相對(duì)均勻，沒有出現(xiàn)明顯的粒徑缺失或過?，F(xiàn)象。這種均勻的粒徑分布有助于保證混合料的均勻性和穩(wěn)定性，從而提高其整體性能。然而，當(dāng)粒徑為4.75mm～16mm時(shí)，曲線變化幅度較為明顯，呈現(xiàn)偏凸的形態(tài)，說明集料中較小粒徑的含量相對(duì)較多，而較大粒徑的含量則相對(duì)較少。

AC-10的級(jí)配曲線的顆粒分布較為均勻，而SMA-13則含有較多的粗集料而骨架結(jié)構(gòu)更為緊密。兩種混合料的礦料間隙率均在合理范圍內(nèi)，但SMA-13的礦料間隙率相對(duì)較低，表明其結(jié)構(gòu)更密實(shí)。

3 確定瀝青最佳用量

馬歇爾試驗(yàn)是確定瀝青混合料試件的破壞荷載和抗形變能力的重要方法，方法原理是對(duì)試件施加壓力，形成所受壓力與變形曲線圖，得出試件從受壓至破壞時(shí)承受的最大荷載，即穩(wěn)定度MS和試件達(dá)到最大破壞荷載時(shí)的垂直變形，即流值FL。馬歇爾穩(wěn)定度與流值是瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)。

3.1 試驗(yàn)方法

采用《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）中瀝青混合料試件的制作方法（擊實(shí)法）中成型的標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件圓柱體。AC-10結(jié)構(gòu)按照4.5%、5%、5.5%、6%和6.5%（混合料質(zhì)量比）、SMA-13結(jié)構(gòu)按照5.8%、6%、6.2%、6.4%、6.6%（混合料質(zhì)量比）的改性瀝青用量，分別制作兩組瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)試件，試件制備規(guī)格為101.6mm×63.5mm圓柱體試件。

3.2 數(shù)據(jù)分析

3.2.1 AC-10最佳瀝青用量計(jì)算

AC-10瀝青混合料馬歇爾力學(xué)指標(biāo)如圖3所示，物理指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果見表4。

將馬歇爾穩(wěn)定度最大值、試件毛體積密度最大值、目標(biāo)空隙率中值，瀝青飽和度范圍中值的瀝青用量設(shè)置為a1、a2、a3和a4，利用公式（1）計(jì)算最佳瀝青用量的初始值OAC1。

（1）

式中：a1為馬歇爾穩(wěn)定度最大值；a2為試件毛體積密度最大值；a3為目標(biāo)空隙率中值；a4為設(shè)計(jì)瀝青飽和度范圍中值。

在圖3中找到滿足各項(xiàng)指標(biāo)要求的瀝青用量，OACmin為最小值（4.6），ACmax為最大值（6.2），將其代入公式（2）。

（2）

計(jì)算得到OAC2為5.4，則計(jì)算最佳瀝青用量OAC如公式（3）所示。

（3）

當(dāng)實(shí)際工程中出現(xiàn)以下兩種情況時(shí)，需要調(diào)整OAC：在炎熱地區(qū)公路，高速公路、一級(jí)公路的重載交通等路段，瀝青用量應(yīng)在OAC的基礎(chǔ)上減少0.1%～0.5%，且空隙率必須符合設(shè)計(jì)要求；在寒區(qū)道路、旅游公路、交通量很少的公路，瀝青用量應(yīng)在OAC的基礎(chǔ)上增加0.1%～0.3%。

3.2.2 SMA-13最佳瀝青用量計(jì)算

SMA-13瀝青混合料馬歇爾力學(xué)指標(biāo)如圖4所示，物理指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果見表5。

3.2.3 SMA-13最佳瀝青用量計(jì)算

用同樣方法，可得出SMA-13的OAC1為5.8。在圖4中找到滿足各項(xiàng)指標(biāo)要求的瀝青用量，最小值OACmin為5.8，最大值OACmax為6.6，進(jìn)而得出OAC2為6.2，最終確定SMA-13的最佳瀝青用量OAC為6.5。

4 最佳油石比下瀝青混合料的性能檢測(cè)

通過車轍試驗(yàn)、小梁彎曲試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)、浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)等測(cè)定瀝青的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性，檢測(cè)結(jié)果見表6。

4.1 配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化

AC-10配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化：AC-10最佳油石比為5.7%，該配合比混合料毛體積相對(duì)密度為2.379，理論最大相對(duì)密度為2.491，其他指標(biāo)均符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）中AC-10瀝青混合料標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)技術(shù)要求。

通過上述檢測(cè)分析，對(duì)上面層AC-10型瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果見表7。

4.2 SMA-13配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化

根據(jù)SMA-13路面設(shè)計(jì)要求，當(dāng)使用瀝青混合料毛體積密度時(shí)，空隙率應(yīng)控制在3.0%～4.0%。當(dāng)油石比為6.3%，空隙率為3.9%，且其他指標(biāo)（VMA、VCA、穩(wěn)定度、飽和度等）均滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，根據(jù)工程實(shí)際，油石比取6.5%。

通過上述檢測(cè)分析，對(duì)上面層SMA-13型瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果見表8。

5 結(jié)語

通過上述試驗(yàn)，可以得出以下結(jié)論。1）AC-10的最佳油石比為5.7%，SMA-13的最佳石油比6.5%。2）SMA-13在薄層罩面應(yīng)用中表現(xiàn)出更為優(yōu)異的綜合性能，特別是在抗車轍性能、耐久性和穩(wěn)定性方面，AC-10在施工便捷性和成本效益等方面具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。3）在城鎮(zhèn)道路薄層罩面施工中，SMA-13具有更高的穩(wěn)定性和承載能力。

參考文獻(xiàn)

[1]孔維春.公路瀝青路面病害及養(yǎng)護(hù)施工技術(shù)分析[J].運(yùn)輸經(jīng)理世界，2024（18）：124-126.

[2]張紀(jì)軍.薄層罩面技術(shù)在公路養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用[J].交通世界，2021（14）：111-112.

[3]白小偉.瀝青薄層罩面用溫拌混合料的路用性能探討[J].交通世界，2023（22）：33-36.

通信作者：李化東（1979—），男，黑龍江哈爾濱人，碩士，教授，研究方向?yàn)榈缆饭こ?。電子郵箱：103285329@qq.com。