维普资讯 http://www.cqvip.com Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｅｃｏｎｏｍｙ ｉｎ Ａｒｅａｓ ｏｆ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ 交通科技与经济 ２００８年第３期（总第４７期） 沥青路面中面层混合料的级配类型 胡 诚 （重庆交通大学土木建筑学院，重庆４０００７４） 摘要：分析了路面中面层发生早期破坏的方式和机理；从级配的角度出发，筛选了近年来我国沥青路面中面层使 用过的４种典型级配，对这４种矿料级配的沥青混合料进行高温性、抗水损坏性以及低温抗裂性试验。根据试验结 果进行对比分析，为铺筑沥青路面中面层时合理选择矿料级配提供理论参考。 关键词：中面层；级配类型；水稳定性；高温稳定性；低温抗裂性 中图分类号：Ｕ４１６．２１７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８ ５６９６（２００８）０３—０００７—０３ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｇｒａｄｅｄ Ｔｙｐｅ ｏｆ Ｍｉｘｔｕｒｅ ｉｎ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｌａｙｅｒ ｏｆ Ａｓｐｈａｌｔ Ｐａｖｅｍｅｎｔ ＨＵ Ｃｈｅｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００７４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｉｒｓｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｌａｙｅｒ ｏｆ ａｓｐｈａｌｔ ｐａｖｅｍｅｎｔ ｅａｒｌｙ ｄａｍａｇｅ ｏｃｃｕｒｒｅｄ ｍａｎｎｅｒ ｏｆ ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ．Ｔｈｅｎ，ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ ｏｆ ｇｒａｄｉｎｇ，ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ ｉｎ Ｃｈｉｎａ ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｌａｙｅｒ ｏｆ ａｓｐｈａｌｔ ｐａｖｅｍｅｎｔ ｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｔｙｐｉｃａｌ ｇｒａｄｅ，ｕｓｅ ｆｏｕｒ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｍｉｎｅｒａｌ ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｇｒａｄｅ ｏｆ ａｓｐｈａｌｔ ｍｉｘｔｕｒｅ ｔｏ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｗａｔｅｒ－ｄａｍａｇｅｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｌｏｗ—ｔｅｍ— ｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｒａｃｋｉｎｇ ｔｅｓｔ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ，ｔｈｕｓ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｓｏｍｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｒｅａｓｏｎａ— ｂｌｅ ｃｈｏｉｃｅ ｍｉｎｅｒａｌ ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｇｒａｄｅ ｗｈｅｎ ｐａｖｉｎｇ ａｓｐｈａｌｔ ｐａｖｅｍｅｎｔ ｓｕｒｆａｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ ｓｕｒｆａｃｅ；ｔｈｅ ｔｙｐｅ ｏｆ ｇｒａｄｉｎｇ；ｗａｔｅｒ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ；ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ；ｃｒａｃｋｉｎｇ ｏｆ ｌｏｗ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ 随着高速公路里程数量的增加，沥青路面的早期破坏， 混凝土进行试验，探讨不同类型的矿料级配对沥青混合料高 特别是开裂、车辙和水损害出现得越来越频繁，已成为制约 温性能、低稳性能和水稳定性能的影响。 我国公路工程整体质量的瓶颈。以前的研究认为车辙和水 损害等病害主要发生在表面层，只重视提高表面层的沥青混 １原材料性能 凝土路用性能，而对于超载状况下，中面层抗高温车辙性能 １．１沥青的技术性质 的重要性没有引起重视。根据近年国内外的大量研究以及 采用埃索７Ｏ 重交通道路石油沥青，在试验室中对其各 路面病害分析得知沥青路面的早期损害与中面层有直接关 项性能指标进行测试，所得结果如表１所示。 系。这是因为：①沥青路面中面层做为主要承载结构层，它 所承受的剪应力最大。由于剪应力产生失稳性车辙，说明随 表１沥青的技术指标 着轴载的增加，剪应力高值的分布范围由表面层向中面层转 技术指标 试验结果 移，使产生失稳性车辙的深度增加。中面层更容易产生失稳 针入度（２５℃，１００ ｇ，５ ｓ）／０．１ ｒｎｎｌ 性车辙，其次为表面层，再次为下面层；②Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ认为：沥 延度（５ ｃｍ／ｍｉｎ，１５℃）／ｃｍ 青路面内部温度在很多时间段比表面温度还高，沥青面层下 ２ ｃｍ处是路面平均温度最高的地方，因此，中面层更易于发 软化点（５℃环球法，介质：水）／℃ 生车辙。国内研究结果还表明：面层结构内不同深度处的温 闪点／℃ 度随气温而呈现周期性变化，但起伏的幅度则随深度的增加 密度（１５℃）／（ｇ／ｃｍ。） 而减小，其峰值也随深度增加而越来越滞后出现。可见，中 与粗集料的粘附性／级 面层所承受的温差变化仅次于表面层，容易出现温度裂缝； 旋转薄膜 针入度比／ ③中面层的位置决定其主要功能之一是封水，是除表面层外 最容易受到水损害的结构层。为很好的解决上述问题，寻找 烘箱试验ＲＴＦＯＴ 延度（５ ｃｍ／ｍｉｎ，１５℃）／ｃｍ 适合于中面层的沥青混和料，通过采用几种典型级配的沥青 （１６５℃，８５ ｍｉｎ） 质量损失／ 软化点／℃ 收稿日期：２００７—１２－２６ 作者简介：胡诚（１９８２￣），男，硕士研究生，研究方向：道路与铁道 １．２集料的技术性质 工程． １）粗集料和细集料。试验中采用四川省宜宾市生产的 维普资讯 http://www.cqvip.com ・８・ 交通科技与经济 第１Ｏ卷 优质玄武岩，其各项技术指标如表２和表３所示。 ２矿料级配的选择 表２粗集料的技术指标 现行设计规范强调中面层主要功能是封水，其次是抗车 辙性能，导致全国中面层普遍采用Ｉ型结构。实际上Ｉ型级 配属于悬浮密实结构，内摩阻力小，抗车辙性能差。在进行 中面层沥青混合料设计的时候，在重视密实防水的同时，还 要重视混合料的高温抗车辙能力设计，避免过分要求密实， 而造成车辙与泛油病害的发生。同时，为了避免产生温度裂 ∞ ∞ ∞ ∞ 缝，低温抗裂性能也不可忽视。 为了更好地进行不同级配的比选，选用ＡＣ＿９ ９ ９ ９ ８ ８ ７２０Ｃ、ｓｕＰ－ ７ Ｏ Ｏ ５ ５ ２０、ＳＡＣ－２０型与悬浮——密实结构的ＡＣ－２０Ｆ这４种级配进 行路用性能试验。ＡＣ－２０Ｃ型沥青混合料级配属于密级配沥 青混凝土，抗水损害性能比较好，但由于大部分骨料处于悬 Ｏ 踞 盯 Ｏ ８ ３ 浮状态，在夏季高温以及车载较大的情况下，很容易因为高 ７ ７ ７ ７ 温稳定性不足而出现车辙。ＡＣ－２０Ｃ型沥青混合料级配是按 ３ ９ ５ １ Ｏ Ｏ ６ ６ ２）填料。采用石灰岩磨制的矿粉，其主要各项试验指标 照骨架密实结构设计的，相对于ＡＣ－２０Ｆ型级配来说，抗车 如表４所示。 辙性能有所改善，但是改善幅度不是很大。Ｓｕｐｅｒ５ ６ ６ ５ ９ ７ ３ｐａｖｅ级配 ４ 范围采用０．４５次方级配图进行定义，同时增加控制点和限 Ｏ ５ ５ ２ 表４矿粉的技术指标 制区这两个附加特征。国内已完成的工程实践证明Ｓｕｐｅ３ ５ ４ ３ ｒ— ５ ３ １ Ｏ ５ Ｏ ５ Ｏ 项目妻 密 亲水系数细度模数含水率／ｐａｖｅ级配的综合路用性能比较好。ＳＡＣ系列级配在工程实 ／Ｌｇ／ｃｍ ， ％外观 安定性 践中用于表面层较多，目前较少用于中、下面层。其设计原 则是用粗集料形成骨架，用细集料填充骨架中的孔隙从而形 ２ ４ ２ ２ ９ Ｏ ９ ３ 实验结果２．６９４ Ｏ．９ ８６ Ｏ．１ 浅黄白色无明显变化 Ｏ Ｏ ３ ２ 成骨架密实结构。本研究所采用４种级配的合成级配如表５ 所示。 ２ ３ ２ １ Ｏ Ｏ １ ７ Ｏ Ｏ ５ ９ 表５试验所采用的４种级配通过率 １ Ｏ １ １ 筛孑Ｌ尺寸／ｍｍ ５ ２ ５ ３ Ｏ １ Ｏ ９ 混合料类型 ２６．５ １９．ｏ １６．ｏ １３．２ ９．５ ４．７５ ２．３６ １．１８ ｏ．６ ｏ．３ ｏ．１５ ｏ．ｏ７５ 通过百分率／％ １ ６ ２ Ｏ Ｏ Ｏ １ ７ Ａ（、＿２ＯＣ Ａ（＇＿２ＯＦ ５ ｎ Ｏ ＆ ４ ＆ ２ ＳＵＰ ２Ｏ ＳＡ（、＿２Ｏ ４ ５ ５ ６ ５ Ｏ ３ ３ ３ 沥青混合料配合比设计 ２０Ｃ、ＡＣ－２０Ｆ、ＳＡＣ－２０型由马歇尔方法设计，Ｓｕｐ－２０由Ｓｕ— ｐｅｒｐａｖｅ方法设计。４种沥青混合料的基本物理性能，见表 按照马歇尔设计法和Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ设计方法分别进行混合 ６。 料配合比设计，确定各种混合料的最佳沥青用量。其中Ａｃ＿ 表６沥青混合料的基本物理性能 ４路用性能试验和结果分析 表７冻融劈裂试验结果对比 ４．１水稳定性试验 采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验检验沥青混合料 的水稳性，试验结果如表７和表８所示。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第３期 胡诚：沥青路面中面层混合料的级配类型 ・ ９ ・ 表８浸水马歇尔试验结果对比 从表１ｏ可以看出，４种混合料的低温性能满足我国大部分气 候分区的要求，其中ＡＣ－２０Ｆ型的低温性能最好，ＳＵＰ－２０型 和ＳＡＣ一２Ｏ型次之，ＡＣ－２０Ｃ型的低温性能相对较差。 ５ 结 论 １）Ａｃ＿２ｏＦ是传统型的连续型密级配沥青混合料。其优 势在于水稳定性和低温抗裂性较好，同时在施工过程中不易 产生离析现象。ＡＣ－２０Ｃ型级配的高温性能强于ＡＣ－２０Ｆ 由表７和表８可以看出，所采用的４种不同级配的混合 料都比较密实，水稳定性都能满足规范要求。细集料含量较 型，但是不如ＳＵＰ＿２Ｏ型与ＳＡＣ一２Ｏ型突出。 ２）ＳＵＰ＿２Ｏ型与ＳＡＣ－２０型沥青混合料在水稳定性及低 多的ＡＣ－２０Ｆ型级配混合料的水稳定性明显优于其他３种级 配的沥青混合料。ＡＣ ２ＯＣ、ＳＵＰ－２０与ＳＡＣ－２０型混合料的 水稳定性相差不大。 ４．２车辙试验 用这４种不同级配沥青混合料制作标准车辙试件板，试 样的密度按马歇尔试验得出的密度进行控制。试验采用的 轮压为０．７ ＭＰａ，试验温度为６Ｏ℃，试验结果见表９。 表９车辙试验结果对比 从试验结果可以看出，ＳＡＣ－２０型的动稳定度最高，这与 其“用粗集料形成骨架，用细集料填充骨架中的孔隙”的设 计原则有关。ＳＵＰ一２Ｏ型的动稳定度仅次于ＳＡＣ ２０型，具有 较好的高温稳定性。而ＡＣ－２０Ｃ型的动稳定度虽然比Ａｃ＿ ２０Ｆ型要改善不少，但是应用于承受重载交通量较大的路面 中面层时，不一定能达到满意的抗车辙效果。悬浮密实型的 ＡＣ一２０Ｆ型混合料的动稳定度则明显低于其他３种级配的沥 青混合料。 ４．３低温弯曲实验 试验采用美国ＭＴＳ公司生产的材料测试系统ＭＴＳ－ ８１０试验机，整个试验过程由计算机自动控制并采集试验数 据，试验温度为一１Ｏ±０．５℃，试验结果见表１Ｏ。 表１０低温弯曲试验结果对比 温性能方面，比ＡＣ－２０Ｆ型沥青混合料差一些，但在抗车辙 方面明显优于ＡＣ型沥青混合料。因此，推荐在夏炎热区和 夏热区交通量较大的沥青路面中面层采用ＳＵＰ型与ＳＡＣ 型沥青混合料。 ３）由于细集料在各筛孔通过量偏小，ＳＵＰ＿２Ｏ和ＳＡＣ一２Ｏ 型粗集料在施工中，对细集料和填料含量的变化都很敏感。 依据级配构成分析，粗集料愈多，敏感性愈大。细级料的含 量很少的ＳＡＣ－２０型沥青混合料在施工中较ＳＵＰ－２０型更容 易产生粗细集料的离析现象，所以对施工规范性的要求更 高。 ４）优质的沥青混凝土路面，不但依赖于严格的原材料的 质量控制，而且在很大程度上取决于沥青混合料的级配设 计。设计过程中应做到因材制宜、因地制宜，根据不同的原 材料、不同的地理条件和自身的施工水平，寻找出适用的级 配。 参考文献 Ｅ１］￣Ｂ学钧，黄晓明．路面设计原理与方法ＥＭ］．北京：人民交通出版 社，２００１． ［２］沙庆林．多碎石沥青混凝土ＳＡＣ系列的设计与施工Ｉ－Ｍ］．北京： 人民交通出版社，２００５． ［３］ＪＴＧ Ｆ４０－－２００４公路沥青路面施工技术规范［ｓ］．北京：人民交通 出社，２００４． Ｅ４］张厚记，刘松．超重载路段中面层抗车辙性能的研究［Ｊ］．武汉 理工大学学报，２００４，２６（６）：２１—２４． Ｅ５］美国沥青协会．高性能沥青路面（Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ）基础参考手册Ｉ－Ｍ］． 北京：人民交通出版社，２００５． ［责任编辑：李铭娜］
