Documentserialnumber【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】Documentserialnumber【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】多碎石瀝青混凝土SAC多碎石瀝青混凝土SAC沙渠林【交通部公路科學(xué)研究所北京100088】摘要：本文簡(jiǎn)要介紹了多碎石瀝青SAC—16的產(chǎn)生背景、組成原理和發(fā)展概況，著重

介紹了它在滬寧高速公路江蘇段的應(yīng)用概況和取得的顯著技術(shù)效益它的空氣率為%

～%，表面構(gòu)造深度平均～，達(dá)到既密實(shí)、表面構(gòu)造深度又大的目的。

關(guān)鍵詞：多碎石空氣率表面構(gòu)造深度高級(jí)道路上的瀝青面層通常分兩層或三層，分兩層時(shí)可分別稱表面層和底面層；

分三層時(shí)可分別稱表面層、中面層和底面層。

除承載能力外，半剛性路面的行駛質(zhì)量或使用性能主要取決于瀝青面層。要求瀝

青面層裂縫少，轍槽輕、平整、抗滑性能好和經(jīng)久耐用。瀝青面層能否達(dá)到這些使用

要求，與所用瀝青、瀝青混合料的類型和性質(zhì)、以及瀝青面層的厚度(轍槽)有密切關(guān)

系。本文僅介紹滬寧高速公路表面層所用多碎石瀝青混凝土。1表面層的功能要求表面層直接遭受大氣因素和行車荷載的作用。瀝青路面的表面特性，如摩擦系數(shù)

和表面構(gòu)造深度是由表面層提供的。表面層還應(yīng)該有優(yōu)秀的溫度穩(wěn)定性，高溫時(shí)不易

變軟或具有好的高溫穩(wěn)定性，低溫時(shí)具有良好的抗裂性能和抗溫度疲勞裂縫的能力。

表面層還應(yīng)該具有不透水性，防止自由水由表面透入路面結(jié)構(gòu)層和防止自由水較長(zhǎng)時(shí)

間停滯在表面層內(nèi)，以保持路面的耐久性。

由于上述對(duì)表面層的功能要求，需要采用優(yōu)質(zhì)瀝青和磨光值高、耐磨耗及抗壓碎

能力強(qiáng)的形狀好(接近立方體、扁平顆粒少)的碎石做表面層。

除石料要求外，顯然中粒式瀝青混凝土的構(gòu)造深度優(yōu)于細(xì)粒式瀝青混凝土。在冰

凍地區(qū)，不宜采用孔隙率較大的半開(kāi)級(jí)配混合料(空氣率6%～15%)，以避免表面水在

孔隙中反復(fù)冰融造成的有害作用，在非冰凍地區(qū)，也不宜采用孔隙率較大的半開(kāi)級(jí)配

混合料，以免自由水較長(zhǎng)時(shí)間停滯在表面層的孔隙中可能引起的瀝青剝落現(xiàn)象和夏季

可能加劇轍槽或推擠等損壞現(xiàn)象。

就瀝青混凝土的熱穩(wěn)性，即抗車轍能力而言，中粒式瀝青混凝土優(yōu)于細(xì)粒式瀝青

混凝土。

此外，密實(shí)式瀝青混凝土的抗裂性和耐久性都優(yōu)于半開(kāi)級(jí)配瀝青混凝土。2多碎石瀝青混凝土的背景80年代中我國(guó)開(kāi)始建設(shè)高速公路。有的高速公路采用GBJ92—86中的LH—20Ⅰ型

密級(jí)配瀝青混凝土做表面層。Ⅰ型瀝青混凝土的空氣率小，只有3%～6%，因此其透水

性小。透水性小和耐久性好是Ⅰ型瀝青混凝土的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)踐證明，此表面層的摩擦系

數(shù)能達(dá)到要求，但表面構(gòu)造深度遠(yuǎn)達(dá)不到要求，只有左右。因此，表面構(gòu)造深

度達(dá)不到要求是Ⅰ型瀝青混凝土的明顯缺點(diǎn)。

Ⅱ型瀝青混凝土的碎石含量大，按級(jí)配范圍的中值達(dá)60%，但其中細(xì)料和填料的

含量少，因此混合料的空氣率大，常在6%～10%之間。應(yīng)該說(shuō)Ⅰ型瀝青混凝土與Ⅱ型

瀝青混凝土的主要差別就在于空氣率，前者空氣率小，后者空氣率大。Ⅱ型瀝青混凝

土的空氣率大透水性也就大。透水性大和耐久性差是Ⅱ型瀝青混凝土的突出缺點(diǎn)。Ⅱ

型瀝青混凝土的優(yōu)點(diǎn)是表面構(gòu)造深度深，能達(dá)到規(guī)定要求，而且抗形變能力較強(qiáng)。

有的高速公路采用GBJ92—86中的LH—20Ⅱ型半開(kāi)級(jí)配瀝青混凝土做表面層，以

圖解決面層表面有較好的構(gòu)造深度。用LH—20Ⅱ型做表面層，雖然其摩擦系數(shù)和表面

構(gòu)造深度能達(dá)到要求，但其空氣率大會(huì)帶來(lái)一些弊病。Ⅱ型瀝青混凝土在壓實(shí)度100%

時(shí)的空氣率為6%～10%，施工時(shí)的壓實(shí)度只要求96%，因此竣工后和開(kāi)放交通初期瀝青

混凝土的實(shí)際空氣率將是%～%?？諝饴蔬@樣大的表面層透水性過(guò)大。

如果瀝青面層下層或中、下層也是采用空氣率較大的Ⅱ型瀝青混凝土甚至瀝青碎

石，雨水將容易透過(guò)瀝青面層滯留在半剛性基層的表面和滯留在瀝青混合料內(nèi)部。停

留在基層表面的自由水容易沖刷基層表層的細(xì)料并導(dǎo)致唧漿現(xiàn)象，使面層與基層脫

開(kāi)，面層表面產(chǎn)生網(wǎng)裂和沉陷形變，甚至發(fā)展成局部坑洞。存留在面層瀝青混凝土中

的水在夏季行車作用下容易促使瀝青剝落甚至產(chǎn)生松散現(xiàn)象，使面層混凝土穩(wěn)定性較

大降低并形成較嚴(yán)重的轍槽。在冰凍地區(qū)的冬季，存留在面層瀝青混凝土中的水使瀝

青混凝土在泡水的情況下反復(fù)凍融將嚴(yán)重影響瀝青混凝土的強(qiáng)度和縮短其抗疲勞壽

命。

在Ⅱ型瀝青混凝土表面層下設(shè)置透水性小的Ⅰ型密級(jí)配瀝青混凝土，雖然可以基

本阻止雨水下滲到基層頂面，但仍然會(huì)滯留在表面層瀝青混凝土中，并促使表面層產(chǎn)

生上述的損壞現(xiàn)象。

為減少表面層Ⅱ型瀝青混凝土的空氣率而增大瀝青用量顯然也是不合適的，它將

降低瀝青混凝土的穩(wěn)定性，容易導(dǎo)致較嚴(yán)重的轍槽。

Ⅱ型瀝青混凝土的空氣率大，空氣容易進(jìn)入，面層中的瀝青就容易氧化和老化，

它將影響瀝青面層的耐久性。

因此，如表面層采用空氣率較大的Ⅱ型瀝青混凝土將影響面層的使用性能和使用

壽命(要求其使用壽命能達(dá)15年左右)，表面層不適宜采用Ⅱ型瀝青混凝土。

為了解決高速公路瀝青表面層的抗滑性能好，特別是構(gòu)造深度滿足要求，又透水

性小這一技術(shù)問(wèn)題，1988～1990年75—24—01—01專題在京深高速公路正定試驗(yàn)路、

定州實(shí)體工程、西安試驗(yàn)路及西臨高速公路實(shí)體工程都采用了多碎石瀝青混凝土做表

面層。3多碎石瀝青混凝土的組成原理GBJ92—86中中粒式瀝青混凝土Ⅰ型和Ⅱ型的礦料級(jí)配范圍摘錄在表1中。GBJ92—86中粒式瀝青混凝土的級(jí)配范圍表1類型通過(guò)下列圓篩孔(mm)質(zhì)量百分率2520105LH-25Ⅰ95～10070～8050～6535～5025～4018～3013～218～154～9Ⅱ95～10050～7030～5020～3513～259～186～134～83～7LH-20Ⅰ95

～

10070～8050～6535～5025～4018～3013～218～154～9Ⅱ95

～

10050～7030～5020～3513～259～186～134～83～7由于瀝青表面層多數(shù)采用4cm厚，有的高速公路為減少表面層用價(jià)格明顯高的碎

石用量，也采用3cm厚，因此常采用LH—20瀝青混凝土。從表1可以看到，LH—25和

LH—20兩種礦料級(jí)配10mm以下各個(gè)篩孔的通過(guò)量都是一樣的，僅標(biāo)稱最大粒徑一是

25mm，另一是20mm。

Ⅱ型瀝青混凝土5mm以上碎石含量多，其范圍為50%～70%，中值60%，因此它具有

較好的表面構(gòu)造深度，Ⅰ型瀝青混凝土細(xì)料顆粒含量多，因此它具有較小的空氣率和

透水性小。如果將兩者顆粒組成的特點(diǎn)結(jié)合在一起形成一種新礦料級(jí)配，就有可能使

瀝青混凝土表面層的構(gòu)造深度較深，空氣率和透水性較小。根據(jù)這一設(shè)想，筆者組成

了新的中粒式瀝青混凝土的級(jí)配范圍，見(jiàn)表2。多碎石瀝青混凝土的原級(jí)配范圍表2圓篩孔尺寸20105通過(guò)質(zhì)量(%)95～10055～7035～4722～3313～2510～208～165～134～9由表2可以看到，此礦料級(jí)配中以上粗集料的含量為67%～78%，中值為

%。由于用此級(jí)配組成的瀝青混凝土中，粗碎石形成骨架，瀝青砂膠填充空隙并

將碎石骨架結(jié)合在一起，它不同于傳統(tǒng)的密級(jí)配瀝青混凝土，因此取名為多碎石瀝青

混凝土。

上述試驗(yàn)路和實(shí)體工程表明，面層表面的構(gòu)造深度都在左右，其構(gòu)造深度

明顯大于LH—20Ⅰ型瀝青混凝土。多碎石瀝青混合料的馬歇爾試驗(yàn)表明，其空氣率常

在5%左右，符合密級(jí)配瀝青混凝土的要求。用相同的瀝青制成LH—20Ⅰ型密級(jí)配瀝青

混凝土(其中5mm以上的碎石含量%)試件和最大粒徑相同的多碎石瀝青混凝土(其

中5mm以上碎石含量59%)試件，分別在50℃溫度下進(jìn)行了單軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn)，試驗(yàn)結(jié)

果表示在圖1上。圖1上的兩根曲線表明，多碎石瀝青混凝土(SLH—20)的壓縮應(yīng)變明

顯小于密級(jí)配LH—20Ⅰ圖1兩種瀝青混凝土的單軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn)結(jié)果型瀝青混凝土。圖１室內(nèi)外的實(shí)踐證明，多碎石瀝青混凝土的使用性能達(dá)到了預(yù)定目的，它既能提供

要求的表面構(gòu)造深度，又能如Ⅰ型密級(jí)配瀝青混凝土那樣具有較小的空氣率和較小的

透水性，同時(shí)又具有較好的抗形變能力?？梢哉f(shuō)，多碎石瀝青混凝土既具有Ⅰ型瀝青

混凝土的優(yōu)點(diǎn)，又具有Ⅱ型瀝青混凝土的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)它又避免了兩者各自的缺點(diǎn)。4多碎石瀝青混凝土在滬寧高速公路的使用效果七·五期間多碎石瀝青混凝土試驗(yàn)成功后，八·五期間在海南東線高速公路一期工

程、濟(jì)青高速公路、青島—黃島高速公路以及石太高速公路河北段得到推廣應(yīng)用。

根據(jù)上述高速公路的使用經(jīng)驗(yàn)，1996年滬寧高速公路江蘇段約248km的表面層厚

4cm，全部采用多碎石瀝青混凝土SAC—16做表面層。采用的礦料級(jí)配范圍列在表3

中。滬寧高速公路江蘇段用多碎石瀝青混凝土的礦料級(jí)配范圍表3混合料

類型通過(guò)下列方篩孔(mm)的質(zhì)量百分率1916SAC1610090

～

10070～9050～7030～5022～3716～2812～238～186～134～8室內(nèi)試驗(yàn)

表面層采用不同產(chǎn)地的玄武巖碎石，細(xì)集料中加7%天然砂，有部分施工單位全部

采用碎細(xì)集料。

玄武巖碎石(含不同粒級(jí)和不同產(chǎn)地)的視密度變化在～cm3之間，

毛體積密度變化在～cm3之間。天然砂的視密度為cm3(未做毛體

積密度)。礦粉的視密度為cm3。碎石吸水率為%～%。

沿線8個(gè)合同段按表3中SAC—16做的混合料配合比設(shè)計(jì)基本代表了全線的情況。

這8個(gè)合同段各有自己的設(shè)計(jì)級(jí)配曲線，現(xiàn)將他們的設(shè)計(jì)級(jí)配曲線各個(gè)篩孔通過(guò)量的

最大值與最小值列在表4中。8個(gè)合同段所用SAC—16級(jí)配曲線之間的最大差異表4通過(guò)下列方篩孔(mm)的質(zhì)量百分率1916

～

100

～

～

～

～

～

～

～

～

～

～

各個(gè)標(biāo)段瀝青混合料設(shè)計(jì)結(jié)果所定瀝青用量和礦粉與瀝青用量之比以及在選定瀝

青用量時(shí)瀝青混合料的各個(gè)主要技術(shù)指標(biāo)都列入表5中(表中僅列最小值到最大值的范

圍)。SAC—16混合料設(shè)計(jì)結(jié)果表5瀝青含量

(油石比)礦粉

瀝青穩(wěn)定度

(kN)流值

空氣率

(%)飽和度

(%)殘留穩(wěn)定度

(%)～～～27～34～～～室內(nèi)檢驗(yàn)結(jié)果

某合同段細(xì)集料堆放在倉(cāng)庫(kù)內(nèi)，不受雨淋，因此施工過(guò)程中礦料的級(jí)配組成控制

得較好。表6所列為該合同段在23d期間17d施工過(guò)程中取混合料樣品進(jìn)行23次(其中有

11次為兩次試驗(yàn)的平均值)抽提和篩分試驗(yàn)的結(jié)果。表中以下3個(gè)篩孔的通過(guò)量

的偏差系數(shù)較大是由礦粉受潮引起。表7為取混合料進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)的結(jié)果。

從表6的篩分結(jié)果可以看到，檢驗(yàn)的平均結(jié)果與生產(chǎn)配合比確定的設(shè)計(jì)級(jí)配曲線

很接近，各個(gè)篩孔的通過(guò)量與設(shè)計(jì)級(jí)配曲線的偏差都在規(guī)范允許的誤差范圍內(nèi)，同時(shí)

也都位于SAC—16的級(jí)配范圍內(nèi)。瀝青用量(油石比)變化在%～%之間，平均

%(略低于設(shè)計(jì)用量%)，偏差系數(shù)CV=%。這些都說(shuō)明，該合同段的質(zhì)量控

制較好。SAC—16抽提和篩分試驗(yàn)結(jié)果(23次)表6方篩孔尺寸

(mm)標(biāo)準(zhǔn)級(jí)配

范圍設(shè)計(jì)級(jí)配

曲線范圍

(%)平均值

(%)標(biāo)準(zhǔn)差

(%)偏差系數(shù)

(%)19100100100～100100001690～100～70～90～50～70～30～50～43122～37～16～28～12～23～8～16～6～13～4～8～瀝青(%)～SAC—16馬歇爾試驗(yàn)檢驗(yàn)結(jié)果(共17組)表7統(tǒng)計(jì)特性穩(wěn)定度(kN)流值密度(g/cm3)空氣率(%)飽和度(%)范圍～32～43～～69～76平均值38標(biāo)準(zhǔn)差偏差系數(shù)(%)從另一標(biāo)段在5月、6月和7月生產(chǎn)SAC—16瀝青混凝土期間進(jìn)行的檢驗(yàn)結(jié)果可以看

到，隨礦料中細(xì)集料增加，瀝青混合料的空氣率減小，密度增加；此外，對(duì)材料進(jìn)行

認(rèn)真管理和根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果及時(shí)調(diào)整熱料倉(cāng)的配合比，可以減小礦料之間的變化程度。

表面性能檢測(cè)結(jié)果

與瀝青混合料礦料級(jí)配組成和瀝青用量有關(guān)的表面性能主要有表面構(gòu)造深度(砂

補(bǔ)試驗(yàn))和摩擦系數(shù)。

表面構(gòu)造深度

表面層施工結(jié)束后，用砂補(bǔ)試驗(yàn)法測(cè)量表面構(gòu)造深度，每200延m(中央分隔帶一

側(cè))為一個(gè)斷面，每個(gè)斷面測(cè)左、中、右三個(gè)點(diǎn)，取三點(diǎn)的平均值作為該斷面表面構(gòu)

造深度的代表值。分段檢測(cè)的部分結(jié)果列在表8中。由表8可以看到，表面層的表面構(gòu)

造深度全部大于，最大的達(dá)。分段的平均值變化在～之

間。

另一些標(biāo)段測(cè)量的表面構(gòu)造深度列在表9中。表面構(gòu)造深度檢測(cè)結(jié)果表8段號(hào)檢測(cè)斷面數(shù)統(tǒng)計(jì)特性范圍(mm)平均值(mm)標(biāo)準(zhǔn)差(mm)偏差系數(shù)(%)125～228～323～425～531～631～725～827～表面構(gòu)造深度檢測(cè)結(jié)果表9標(biāo)段檢測(cè)斷面數(shù)統(tǒng)件特性范圍(mm)平均值(mm)標(biāo)準(zhǔn)差(mm)偏差系數(shù)(%)120～21～237～330～430～564～因此，滬寧高速公路的實(shí)踐證明，多碎石瀝青混凝土的表面層構(gòu)造深度完全達(dá)到

對(duì)高速公路瀝青路面表面構(gòu)造深度的要求。

摩擦系數(shù)

由于瀝青面層分段竣工后尚未正式開(kāi)放交通，面層表面的碎石仍被瀝青膜裹覆，

因此所測(cè)得的摩擦系數(shù)尚不能代表面層的真正摩擦系數(shù)。用擺式儀測(cè)定摩擦系數(shù)，每

200延m一個(gè)斷面，每個(gè)斷面測(cè)左、中、右三個(gè)點(diǎn)的平均值作為該斷面的代表值。檢測(cè)

結(jié)果表示在表10中。表中的數(shù)值已校正成相當(dāng)于英國(guó)擺式儀測(cè)得的值。表面摩擦系數(shù)檢測(cè)結(jié)果表10段號(hào)檢測(cè)斷面數(shù)統(tǒng)計(jì)特性范圍平均值標(biāo)準(zhǔn)差偏差系數(shù)(%)12556～656222354～655932857～615942554～625852547～565162749～615373148～555183148～57535多碎石瀝青混凝土SAC—16與AK—16的比較前面已介紹SAC—16先后在多條高速公路上的應(yīng)用情況，實(shí)際應(yīng)用里程已超過(guò)

600km，而AK—16未見(jiàn)正式報(bào)導(dǎo)曾在高速公路上的應(yīng)用情況，AK—13除“七五”期

間在滬嘉高速公路上鋪過(guò)試驗(yàn)路外，也未見(jiàn)正式報(bào)導(dǎo)在其它高速公路上的應(yīng)用情況。

雖然滬嘉高速公路正式開(kāi)放交通至今已逾8年，但未見(jiàn)試驗(yàn)路在“七五”課題結(jié)束

后的實(shí)際使用情況，特別是表面構(gòu)造深度和摩擦系數(shù)等表面特性的后續(xù)報(bào)導(dǎo)，所以只

能就該試驗(yàn)路的初期表面特性作一比較。

礦料級(jí)配范圍的比較

SAC—16與AK—16的礦料級(jí)配范圍同列在表11中，以便于比較。表中同時(shí)列有

AK—13的級(jí)配。SAC—16與AK—16礦料級(jí)配范圍的比較表11名稱通過(guò)下列篩孔(mm)的質(zhì)量百分率SAC—16

AK—16

AK—13A

AK—13B100

10090～100

90～100

100

10070～90

60～82

90～100

85～10050～70

45～70

60～80

50～7030～50

25～45

30～53

18～4022～37

15～35

20～40

10～3016～28

10～25

15～30

8～2212～23

8～18

10～23

5～158～18

6～13

7～18

3～126～13

4～10

5～12

3～94～8

3～7

4～8

2～6因?yàn)锳K—13的實(shí)際試驗(yàn)是滬嘉高速公路上3km試驗(yàn)路，所以將滬嘉高速公路試驗(yàn)

路實(shí)際采用的兩種級(jí)配組成換算為相應(yīng)的方孔篩通過(guò)量列在表12中。滬嘉高速公路試驗(yàn)路段抗滑表層礦料級(jí)配表12編號(hào)路段長(zhǎng)

(m)通過(guò)下列篩孔(mm)的質(zhì)量百分率1687100998451372656100988151313660100988151314364100986839215633100844327對(duì)比表11和表12的礦料級(jí)配，實(shí)際上4號(hào)試驗(yàn)段的礦料級(jí)配符合AK—13B的級(jí)配范

圍；1、2、3和5號(hào)試驗(yàn)段的礦料級(jí)配基本符合AK—13A的級(jí)配范圍。

現(xiàn)將SAC—16、AK—16、AK—13A和AK—13B的級(jí)配范圍中值列在表13中。SAC—16與AK—16等級(jí)配范圍中值的比較表13名稱通過(guò)下列篩孔(mm)的質(zhì)量百分率SAC—161009580604022136AK—1610095713525135AK—13A1009570306AK—13B100602920151064表13清楚地表明，AK—16礦料級(jí)配中以上碎石含量大于SAC—16，而

以下細(xì)料的含量又少于SAC—16，因此，AK—16瀝青混合料的空氣率將明顯大

于SAC—16，瀝青用量將少于SAC—16。其結(jié)果是面層的透水性大，抗疲勞能力較差和

耐久性較差。表13中AK—13A的以下各篩孔的通過(guò)量卻與SAC—16的很接近。

滬嘉高速公路試驗(yàn)路抗滑表層瀝青混合料的試驗(yàn)結(jié)果

滬嘉高速公路5個(gè)試驗(yàn)段5種瀝青混合料的馬歇爾試驗(yàn)和抗滑性能檢測(cè)結(jié)果列在表

14中。滬嘉高速公路試驗(yàn)段的試驗(yàn)結(jié)果表14編號(hào)瀝青用量

(%)

(油石比)穩(wěn)定度

(kN)流值

空氣率

(%)摩擦系數(shù)(擺值)表面構(gòu)造深度(mm)初始值第2個(gè)夏天初始值第2個(gè)夏天13548542504934951448585284657表14顯示，初始表面構(gòu)造深度超過(guò)的三段