1、浅析沥青混合料面层 AC-20C 优化级配在高速公路中的应用 摘要：沥青混合料是目前高速公路中常见的一种使用材料，本文结合吉林省高速公路的实际，对沥青混合料面层 AC-20C 优化级配在高速公路中的应用展开全面的探讨。 关键词： 沥青混合料 高速公路应用 随着吉林省高速公路建设的不断发展，通车里程不断增加，截止 2011年底，吉林省通车高速公路达到了 2250 公里。沥青路面得到了广泛应用，下面层多数采用 AC-20配合比设计，在工程实际施工中材料级配范围的选用直接影响着工程质量。结合我省工程的实际特点，我们对 AC-20C 优化级配进行试验分析，具体如下： 一、确定在规范范围内的优选级配范围
2、： 1、目前 JTG F402004 公路沥青路面施工技术规范所确定的 AC-20C级配范围是综合国内各地区的广泛指标，不同的地区、气候、地理环境、材料资 源对沥青混合料性能要求也有差异，因此应针对我省公路的具体情况优选符合实际特点的级配范围。 2、根据资源和材料的变异特性：我省沥青混合料用集料资源大多为玄武岩和安山岩，石料材质较好，资源充足，物力力学试验指标能够满足规范技术指标要求，但受加工水平和工艺制约，集料规格有一定加工周期性波动，造成级配波动性变化，同一料厂、同一套主要生产设备、同一级配比例在不同时间内因为更换摆锤或震动筛会产生相差较大的不同级配结果，各筛孔级配都发生了变化，这一变化就
3、是我们要考虑的集料变异特点，根据多次对不同时间生产的集料进 行筛分和工地现场筛分结果，基本看出该石场的级配基本在较稳定的区间内波动，因此，这一波动区间是选择级配区间的参照。 3、根据气候和地理环境：我省气温最低地区，降雨量相对较大，在考虑抗高温车辙的同时要着重考虑耐低温综合技术指标，所以在 AC-20C 型结构下使粗集料 16mm 以上部分适当减少用量，使优选级配区间尽量靠近规范级配上部，关键筛孔 4.75mm 在满足 C型结构（小于 45%）条件下尽量提高通过率，以适应抗冻性。 4、根据我省目前成品集料特点：基本上 0.15mm、 0.3mm、 0.6mm 筛级材料含 量很少，往往部分石场生
4、产的石料在这区间内靠近级配范围的下线，这是较普遍的事实，因此，要确定在最不利因素下的级配范围，这区间内要考虑要确定的级配下限尽量接近规范级配下限。 5 优选级配范围确定：根据以上原则确定了较优选的级配上、中、下曲线，确定结果见如下级配图： 二、以工程实际矿料验证级配：级配区间确定后，用各规格的集料对这一级配区间进行了试配验证，验证结果符合实际配比。（见图中绿线） 三、以选择并修正的上、中、下级配曲线制作马歇尔试件：消石灰粉占矿料总量的 1.0%参量，混合料 1200g 用油量分别为 3.5%、 4.0%、 4.5%、5.0%、 5.5%对级配上、中、下三条线制作马歇尔试件，经高度测量满足63.
5、51.3mm 的要求。经测试并计算相关指标 ,测试结果见下表： 上限马歇尔试件试验结果表： 油量（ %） 毛体积密度（ g/cm3） 理论最大密度（ g/cm3） 空隙率（ %） 矿料间隙率（ %） 饱和度（ %） 稳定度（ kN） 流值（ 0.1mm） 3.7 2.362 2.499 5.5 13.1 58.2 12.08 4.25 4.2 2.388 2.485 3.9 13.0 69.2 11.63 4.44 4.7 2.392 2.470 2.8 12.9 77.8 10.93 5.10 5.2 2.396 2.457 2.2 12.8 82.8 10.68 5.38 5.7 2.39
6、9 2.485 1.9 12.6 86.0 10.29 5.81 因上限级配多数筛孔通过率接近最大理论密度线，所以矿料间隙率较低。根据目标空隙率 3.5%确定 OAC1=a3=4.4%, OAC2=4.3%,最佳沥青用量为OAC=4.4%空隙 率为 3.5%理论最大密度为 2.478g/cm3。 中值马歇尔试件试验结果表： 油量（ %） 毛体积密度（ g/cm3） 理论最大密度（ g/cm3） 空隙率（ %） 矿料间隙率（ %） 饱和度（ %） 稳定度（ kN） 流值（ 0.1mm） 3.7 2.329 2.515 7.4 14.47 48.8 13.65 3.41 4.2 2.361 2.4
7、91 5.2 13.72 62.0 13.83 3.91 4.7 2.367 2.479 4.5 13.95 67.7 13.45 4.45 5.2 2.364 2.464 4.0 14.5 72.1 13.17 4.62 5.7 2.363 2.451 3.6 15.0 75.0 11.84 5.78 从中值线试验结果看除流值偏大外，其他指标满足要求。因密度和稳定度没有出现峰值，所以以目标空隙率 4.8%对应的沥青用量为 OAC1： OAC1= a3=4.4%，因流值偏大， OAC2=4.3% OAC=4.4%最佳用油量下空隙率为 4.8%，理论最大密度为 2.488g/cm3。 下限马歇尔
8、试验结果表 ： 油量（ %） 毛体积密度（ g/cm3） 理论最大密度（ g/cm3） 空隙率（ %） 矿料间隙率（ %） 饱和度（ %） 稳定度（ kN） 流值（ 0.1mm） 3.5 2.303 2.526 8.8 15.34 42.4 9.99 4.44 4.0 2.325 2.517 7.6 14.99 49.1 9.95 4.87 4.5 2.356 2.498 5.7 14.29 60.3 9.00 5.33 5.0 2.343 2.477 5.4 15.23 64.4 8.87 5.52 5.5 2.343 2.457 4.6 15.64 70.5 8.14 5.41 OAC1=
9、 a3=5.0%OAC2=5.2% OAC=5.1%，虽然计算结果为 5.1%，最佳用油量下空隙率为 5.3%。理论最大密度为 2.472g/cm3。 从以上三组试验结果看目标空隙率可以满足 3-6%要求，但上限矿料间隙率偏小；下限最佳用油量过大，混合料拌和时严重析漏，沥青饱和度不足，为此，我们在此级配区间内进行了以下马歇尔试验。 1、以粗集料含 9.5mm及其以上的各 个筛孔通过率沿确定的上限走，关键筛孔以确定的中值通过率 43%增加 2%，细集料中含 2.36mm 及其以下筛孔通过率按照中值走制作马歇尔试件作为上线。 上线通过率如下： 筛孔（ mm） 26.5 19 16 13.2 9.5
10、 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075 通过率 (%) 100 100 92 80 68 45 29.5 20 14 10.5 7.5 6 上线马歇尔试件试验结果如下 油量 毛体积密度 理论最大密度 空隙率 矿料间隙率 饱和度 稳定度 流值 3.7 2.354 2.507 6.1 13.4 54.6 13.11 3.66 4.2 2.367 2.492 5.0 13.4 62.7 13.02 3.83 4.7 2.368 2.481 4.5 13.7 67.3 12.53 4.07 5.2 2.370 2.469 3.5 13.8 74.4 12.32 4.26
11、5.7 2.368 2.451 3.1 14.5 78.6 11.21 4.60 确定最佳用油量为 4.4%，最佳用油量下空隙率为 4.8%，理论最大密度为2.487g/cm3 2、以粗集料含 9.5mm 及其以上的各个筛孔通过率沿确定的下限走，关键筛孔以确定的中值通过率 43%减小 2%，细集料中含 2.36mm 及其以下筛孔通过率按照中值走制作马歇尔试件作为下线。 下线各个筛孔通过率如下： 筛孔（ mm） 26.5 19 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075 通过率 (%) 100 92 80 68 56 41 29.5 20 14 1
12、0.5 7.5 6 下线马歇尔试验数据表如下： 油量（ %） 毛体积密度（ g/cm3） 理论最大密度（ g/cm3） 空隙率（ %） 矿料间隙率（ %） 饱和度（ %） 稳定度（ kN） 流值（ 0.1mm） 3.5 2.319 2.523 8.1 14.7 45.2 12.72 3.73 4.0 2.341 2.495 6.2 14.3 57.1 12.42 3.79 4.5 2.366 2.483 4.7 13.9 66.2 12.27 4.13 5.0 2.370 2.471 4.1 14.2 71.2 11.42 4.94 5.5 2.362 2.454 3.7 14.9 75.0
13、10.57 4.98 确定最佳用油量为 4.4%,最佳用油量下空隙率为 5.0%，理论最大密度为2.488g/cm3 四、各级配曲线验证指标： 分别以最佳用油量对以上级配进行验证试验，试验结果见下表： 验证指标 技术指标 上限 上线 中值 下线 下限 动稳定度（次 /mm） 800 1200 1096 1506 875 723 透水性 ml/min 120 不透水 62 80 16 116 浸水马歇尔残留稳定度 % 80 88.87 82.77 85.74 85.40 84.49 冻融劈裂强度比 % 75 80.75 88.45 88.83 78.33 67.32 说明： 1、车辙试验因铺筑厚
14、度为 8cm，所以为试验与工程一致，也采用8 cm 厚度成型试件，根据厚度换算关系，碾压次数核算为 20 次。 五、级配确认：根据马歇尔试验和相关指标验证，目标空隙率可以满足要求，上限、 上线、中值、下线在最佳用油量下混合料的矿料间隙率、沥青饱和度、稳定度、动稳定度、浸水马歇尔残留稳定度、冻融劈裂强度比、透水性能够满足规范要求，只有流值偏大，但马歇尔模数基本满足要求，因此该优化级配范围可以确定， AC-20C 优化级配范围如下： 1、使用大 S级配曲线时要加大 0.3mm、 0.15mm、 0.075mm 通过率，使之在中值或中值以上。 2、小于 0.075mm 适宜控制在中值或中值以上；关键
15、筛孔 4.75mm 通过率适宜控制在 41-45%之间，最好接近中值， 19mm 通过率尽量大。 3用油量根据集料具体情况和混合料试验指标确定，不能因为空隙率在合格范围内尽量往小控制而增加油量，也不能为提高饱和度而增加用油量，用油量选择时即要以技术指标为准，又要根据拌和物实际情况通过经验适当调整，有些地段降雨量相对大，气温相对低，所以用油量在确定条件下如果能够满足动稳定度要求情况下适当提高 0.2%-0.3%。 4、正常测试的流值普遍偏大，因为消石灰粉的加入使混合料粘稠度增加，测试时虽然发生变形但继续持续受力，只要马歇尔稳定度较高，可以用马歇尔模数控制。 上述 AC-20C优化级配范围 试验结果是一个阶段性的成果，试验过程中也发现一些实际问题，如材料质量，混合料空隙率大，饱和度低，特别是浸水试件集料表面沥青膜出现脱落等现象，说明抗水害能力有待于提高，我们也将在今后的实践应用中不断改进与提高。 参考文献： 1、公路沥青路面设计规范（ JTG D50-2006） 2、公路工程沥青及沥青混合料试验规程（ JTJ052-2000） 3、公路沥青路面施工技术规范（ JTG F40-2004） 注：文章内所有公式及图表请以 PDF 形式查看。
