多碎石沥青混凝土SA

1、多碎石沥青混凝土 SAC沙渠林【交通部公路科学研究所北京100088】摘要：本文简要介绍了多碎石沥青SAC16的产生背景、组成原理和发展概况，着重介绍了它在沪宁高速公路江苏段的应用概况和取得的显着技术效益它的空气率为,表面构造深度平均，达到既密实、表面构造深度又大的目的。关键词：多碎石空气率表面构造深度高级道路上的沥青面层通常分两层或三层，分两层时可分别称表面层和底面 层；分三层时可分别称表面层、中面层和底面层。除承载能力外，半刚性路面的行驶质量或使用性能主要取决于沥青面层。要 求沥青面层裂缝少，辙槽轻、平整、抗滑性能好和经久耐用。沥青面层能否达到这些 使用要求，与所用沥青、沥青混合料的类型和

2、性质、以及沥青面层的厚度（辙槽）有密 切关系。本文仅介绍沪宁高速公路表面层所用多碎石沥青混凝土。1表面层的功能要求表面层直接遭受大气因素和行车荷载的作用。 沥青路面的表面特性，如摩擦 系数和表面构造深度是由表面层提供的。 表面层还应该有优秀的温度稳定性， 高温时 不易变软或具有好的高温稳定性，低温时具有良好的抗裂性能和抗温度疲劳裂缝的能 力。表面层还应该具有不透水性，防止自由水由表面透入路面结构层和防止自由水较 长时间停滞在表面层内，以保持路面的耐久性。由于上述对表面层的功能要求，需要采用优质沥青和磨光值高、耐磨耗及抗 压碎能力强的形状好（接近立方体、扁平颗粒少）的碎石做表面层。除石料要求外，

3、显然中粒式沥青混凝土的构造深度优于细粒式沥青混凝土。在冰冻地区，不宜采用孔隙率较大的半开级配混合料 （空气率6%-15%）,以避免表面 水在孔隙中反复冰融造成的有害作用，在非冰冻地区，也不宜采用孔隙率较大的半开 级配混合料，以免自由水较长时间停滞在表面层的孔隙中可能引起的沥青剥落现象和 夏季可能加剧辙槽或推挤等损坏现象。就沥青混凝土的热稳性，即抗车辙能力而言，中粒式沥青混凝土优于细粒式 沥青混凝土。止匕外，密实式沥青混凝土的抗裂性和耐久性都优于半开级配沥青混凝土。2多碎石沥青混凝土的背景80年代中我国开始建设高速公路。有的高速公路采用GBJ92-86中的LHH20 I 型密级配沥青混凝土做表面

4、层。I型沥青混凝土的空气率小，只有3%-6%因此其透水性小。透水性小和耐久性好是I型沥青混凝土的优点。实践证明，此表面层的摩擦系数能达到要求，但表面构造深度远达不到要求，只有左右。因此，表面构造深度达不到要求是I型沥青混凝土的明显缺点。n型沥青混凝土的碎石含量大，按级配范围的中值达 60%但其中细料和填 料的含量少，因此混合料的空气率大，常在 6%- 10戒问。应该说I型沥青混凝土与II型沥青混凝土的主要差别就在于空气率，前者空气率小，后者空气率大。R型沥青 混凝土的空气率大透水性也就大。透水性大和耐久性差是n型沥青混凝土的突出缺 点。n型沥青混凝土的优点是表面构造深度深，能达到规定要求，而且

5、抗形变能力较强。有的高速公路采用GBJ92-86中的LH20 H型半开级配沥青混凝土做表面 层，以图解决面层表面有较好的构造深度。用 LH20II型做表面层，虽然其摩擦系数 和表面构造深度能达到要求，但其空气率大会带来一些弊病。n型沥青混凝土在压实度 100%时的空气率为6%-10%施工时的压实度只要求96%因此竣工后和开放交通初 期沥青混凝土的实际空气率将是 % %空气率这样大的表面层透水性过大。如果沥青面层下层或中、下层也是采用空气率较大的n型沥青混凝土甚至沥 青碎石，雨水将容易透过沥青面层滞留在半刚性基层的表面和滞留在沥青混合料内部。停留在基层表面的自由水容易冲刷基层表层的细料并导致唧浆

6、现象，使面层与基层脱开，面层表面产生网裂和沉陷形变， 甚至发展成局部坑洞。存留在面层沥青混凝 土中的水在夏季行车作用下容易促使沥青剥落甚至产生松散现象，使面层混凝土稳定性较大降低并形成较严重的辙槽。在冰冻地区的冬季，存留在面层沥青混凝土中的水 使沥青混凝土在泡水的情况下反复冻融将严重影响沥青混凝土的强度和缩短其抗疲 劳寿在n型沥青混凝土表面层下设置透水性小的I型密级配沥青混凝土，虽然可以基本阻止雨水下渗到基层顶面，但仍然会滞留在表面层沥青混凝土中，并促使表面 层产生上述的损坏现象。为减少表面层n型沥青混凝土的空气率而增大沥青用量显然也是不合适的， 它将降低沥青混凝土的稳定性，容易导致较严重的辙

7、槽。II型沥青混凝土的空气率大，空气容易进入，面层中的沥青就容易氧化和老它将影响沥青面层的耐久性。因此，如表面层采用空气率较大的II型沥青混凝土将影响面层的使用性能和 使用寿命（要求其使用寿命能达15年左右），表面层不适宜采用n型沥青混凝土。为了解决高速公路沥青表面层的抗滑性能好， 特别是构造深度满足要求，又 透水性小这一技术问题，19881990年7524 0101专题在京深高速公路正定试 验路、 定州实体工程、西安试验路及西临高速公路实体工程都采用了多碎石沥青混凝土 做表面层。3多碎石沥青混凝土的组成原理GBJ92-86中中粒式沥青混凝土 I型和II型的矿料级配范围摘录在表1中GBJ92-

8、86中粒式沥青混凝土的级配范围表1类型通过卜列圆筛孔（mm）W量百分率2520105LH-25I9510070805065355025401830132181549R9510050703050203513259186134837LH-20I9510070805065355025401830132181549R9510050703050203513259186134837由于沥青表面层多数采用4cm厚，有的高速公路为减少表面层用价格明显高 的碎石用量，也采用3cm厚，因此常采用LHH20沥青混凝土。从表1可以看到，LA25 和LHH 20两种矿料级配10mmz下各个筛孔的通过量都是一样的， 仅标

9、称最大粒径 一是25mm 另一一是 20mmII型沥青混凝土 5mm上碎石含量多，其范围为50%-70%中值60%因此 它具有较好的表面构造深度，I型沥青混凝土细料颗粒含量多，因此它具有较小的空气 率和透水性小。如果将两者颗粒组成的特点结合在一起形成一种新矿料级配，就有可能使沥青混凝土表面层的构造深度较深， 空气率和透水性较小。根据这一设想，笔者组成了新的中粒式沥青混凝土的级配范围，见表 2。多碎石沥青混凝土的原级配范围圆筛孔尺寸 20105通过质量(%)95 10055 7035 4722 3313 25由表2可以看到，此矿料级配中以上粗集料的含量为 67%- 78%中值为%由于用此级配组成

10、的沥青混凝土中，粗碎石形成骨架，沥青砂胶填充空隙并将碎石骨架结合在一起，它不同于传统的密级配沥青混凝土， 因此取名为多碎石混凝土上述试验路和实体工程表明，面层表面的构造深度都在左右，其构造深度明显大于LH201型沥青混凝土。多碎石沥青混合料的马歇尔试验表明，其空 气率常在5位右，符合密级配沥青混凝土白要求。用相同的沥青制成LH201型密级配沥青 混凝土(其中5mmz上的碎石含量)试件和最大粒径相同的多碎石沥青混凝土(其中5mm上碎石含量59%弑件，分别在50c温度下进行了单轴压缩蠕变试验， 试验结果表示在图1上。图1上的两根曲线表明，多碎石沥青混凝土 (SLH20)的压缩 应变明显小于密级配L

11、H201图1两种沥青混凝土的单轴压缩蠕变试验结果型沥青混 凝土。室内外的实践证明，多碎石沥青混凝土的使用性能达到了预定目的， 它既能要求的表面构造深度，又能如I型密级配沥青混凝土那样具有较小的空气率和较 小的透水性，同时又具有较好的抗形变能力。 可以说，多碎石沥青混凝土既具有I型 沥青混凝土的优点，又具有n型沥青混凝土的优点，同时它又避免了两者各自的缺点。4多碎石沥青混凝土在沪宁高速公路的使用效果七五期间多碎石沥青混凝土试验成功后， 八五期间在海南东线高速公路 一期工程、济青高速公路、青岛一黄岛高速公路以及石太高速公路河北段得到推广应用。根据上述高速公品&的使用经验，1996年沪宁高速公路江苏

12、段约248km的表 面层厚4cm,全部采用多碎石沥青混凝土 SAG-16做表面层。采用的矿料级配范围列在表3中。沪宁高速公路江苏段用多碎石沥青混凝土的矿料级配范围表3混合料通过卜列方筛孔（mm）W质量百分率1916SAC161009010070905070305022371628122381861348室内试验表面层采用不同产地的玄武岩碎石，细集料中加 7欢然砂，有部分施工单 位全部采用碎细集料。玄武岩碎石（含不同粒级和不同产地）的视密度变化在cm3之间，毛体积密度变化在cm3之间。天然砂的视密度为cm3（未做毛体积密度）。矿粉的视密度为cm3。碎石吸水率为 3 %沿线8个合同段按表3中SA）

13、 16做的混合料配合比设计基本代表了全线的 情况。这8个合同段各有自己的设计级配曲线，现将他们的设计级配曲线各个筛孔通过 量的最大值与最小值列在表4中。8个合同段所用SA） 16级配曲线之间的最大差异表4各个标段沥青混合料设计结果所定沥青用量和矿粉与沥青用量之比以及在 选定沥青用量时沥青混合料的各个主要技术指标都列入表 5中（表中仅列最小值到最大 值的范围）。SAG-16混合料设计结果表5沥青含量 （油石比）矿粉稳定度（kN）流值空气率（%）饱和度（%）残留稳定度（%）27 34室内检验结果某合同段细集料堆放在仓库内，不受雨淋，因此施工过程中矿料的级配组成 控制得较好。表6所列为该合同段在23

14、d期间17d施工过程中取混合料样品进行23 次（其中有11次为两次试验的平均值）抽提和筛分试验的结果。表中以下3个筛孔的通过量的偏差系数较大是由矿粉受潮引起。 表7为取混合料进行马歇尔试验的结果从表6的筛分结果可以看到，检验的平均结果与生产配合比确定的设计级配 曲线很接近，各个筛孔的通过量与设计级配曲线的偏差都在规范允许的误差范围内， 同时也都位于SAG-16的级配范围内。沥青用量(油石比)变化在7%之间，平均%跻低于设计用量),偏差系数CV=%这些都说明，该合同段的质量控制较好。SAC-16抽提和筛分试验结果(23次)表6方筛孔尺寸(mm)标准级配 范围设计级配 曲线范围 (%)平均值 (%

15、)标准差 (%)偏差系数 (%)19100100100100100001690 10070 9050 7030 5043122 3716 2812 2381661348沥青()SAC-16马歇尔试验检验结果(共17组)表7统计特性稳定度(kN)流值密度(g/cm3)空气率(%)饱和度(%)范围32 4369 76平均值38标准差偏差系数(%)从另一标段在5月、6月和7月生产SAC-16沥青混凝土期间进行的检验结 果可以看到，随矿料中细集料增加，沥青混合料的空气率减小，密度增加；止匕外，对材料 进行认真管理和根据检验结果及时调整热料仓的配合比，可以减小矿料之间的变化程 度。表面性能检测结果与沥青

16、混合料矿料级配组成和沥青用量有关的表面性能主要有表面构造深度(砂补试验)和摩擦系数。表面构造深度表面层施工结束后，用砂补试验法测量表面构造深度，每 200延m(中央分隔带一侧)为一个断面，每个断面测左、中、右三个点，取三点的平均值作为该断面表面构造深度的代表值。分段检测的部分结果列在表 8中。由表8可以看到，表面层的 表面构造深度全部大于，最大的达。分段的平均值变化在之问。另一些标段测量的表面构造深度列在表 9中。表面构造深度检测结果表8段号检测断面数统计特性范围(mm)平均值(mm)标准差(mm)偏差系数(%)1252283234255316317258 27 表面构造深度检测结果表9标段检

17、测断面数统件特性范围(mm)平均值(mm)标准差(mm)偏差系数(%)12021237330430564因此，沪宁高速公路的实践证明，多碎石沥青混凝土的表面层构造深度完全 达到对高速公路沥青路面表面构造深度的要求。摩擦系数由于沥青面层分段竣工后尚未正式开放交通，面层表面的碎石仍被沥青膜裹 覆，因此所测得的摩擦系数尚不能代表面层的真正摩擦系数。用摆式仪测定摩擦系 数，每200延m一个断面，每个断面测左、中、右三个点的平均值作为该断面的代表值。 检测结果表示在表10中。表中的数值已校正成相当于英国摆式仪测得的值。表面摩擦系数检测结果表10检测断面数统计特性_|权P范围平均值标准差(6差系数(%)1

18、2556 656222354 655932857 615942554 625852547 565162749 615373148 555183148 57535 多碎石沥青混凝土 SAG-16与AKH16的比较前面已介绍SAG-16先后在多条高速公路上的应用情况，实际应用里程已超 过600km，而A 16未见正式报导曾在高速公路上的应用情况， A 13除“七五”间在沪嘉高速公路上铺过试验路外，也未见正式报导在其它高速公路上的应用情 况。虽然沪嘉高速公路正式开放交通至今已逾 8年，但未见试验路在“七五”课题结 束后的实际使用情况，特别是表面构造深度和摩擦系数等表面特性的后续报导，所以只能就该试验

19、路的初期表面特性作一比较。矿料级配范围的比较SAG- 16与人 16的矿料级配范围同列在表11中，以便于比较。表中同时 列有AKH13的级配。SAG-16与AKH16矿料级配范围的比较表11名称通过卜列筛孔（mm）的质量百分率7050302216864SAG-1690100907050371528 10122318138A 1610060452564390827035258181310AKH13A10010045107AKH13B10010090100608030532040153023 51571851248855018108223392 ii nJ-r 100 70 140 30 Jii

20、12Tzr6因为A 13的实际试验是沪嘉高速公路上 3km试验路，所以将沪嘉高速公 路试验路实际采用的两种级配组成换算为相应的方孔筛通过量列在表 12中。沪嘉高速公路试验路段抗滑表层矿料级配表12编方路段长（m）通过卜列筛孔（mm）的质量百分率| | |1687100998451372656100988151313660100988151314364100986839215633100844327对比表11和表12的矿料级配，实际上4号试验段的矿料级配符合 A 13B 的级配范 围；1、2、3和5号试验段的矿料级配基本符合 A 13A的级配范围。现将SAC-16、A 16、A 13A和人 13

21、B的级配范围中值列在表 13中SAC-16与A616等级配范围中值的比较表13名称1009580604022131009571352513100957030SAC-16A 16A 13A通过下列筛孔（mm）的质量百分率A 13B10060 29 20 15 1066564表13清楚地表明，A 16矿料级配中以上碎石含量大于 SAC-16,而以下细料的含量又少于SAC-16,因此，A 16沥青混合料的空气率将明显大于SAC-16,沥青用量将少于SAC-16。其结果是面层的透水性大，抗疲劳能力 较差和耐久性较差。表13中A 13A的以下各筛孔的通过量却与 SAG-16的很接近沪嘉高速公路试验路抗滑表层沥青混合料的试验结果沪嘉高速公路5个试验段5种沥青混合料的马歇尔试验和抗滑性能检测结果 列在表14中。沪嘉高速公路试验段的试验结果表14编号沥吉用量（%）（油石比）稳定度（kN）流值空气率（%）摩擦系数（摆值）表面构造深度（mm）初始值第2个夏天初始值第2个夏天13548542504934951448585284657表14显示，初始表面构造深度超过的三段到第二个夏天下降得最多，分别下降46%- 39%而另二段仅下降26%口 25%可以说编号2、4、5三段表面构造 深度的初