摘 要

为分析断级配与GAC两种混合料类型的适用性，进行断级配与GAC级配特点分析，并以级配范围差异较大的断级配与GAC型AC-25、AC-20作为对比级配规格，分别进行花岗岩、石灰岩及辉绿岩机制砂对沥青混合料体积指标与路用性能指标影响对比。通过对比分析得到:断级配混合料级配范围较窄、粗骨料较多，对原材料规格变异性、细集料变化敏感性、混合料施工的抗离析能力及拌和站计量的稳定性要求较高，配合比设计应适当增加细集料用量;断级配混合料填料用量及油石比较高，一定程度上增加了施工成本;两种混合料类型混合料均具有良好高温性能及抗水损害性能，且可认为两种混合料类型路用性能相当。

关键词 断级配与GAC | 适用性 | 对比分析 | 青混合料 | 级配特点 | 路用性能

处于华南地区的广东省是我国的经济大省，省内高速公路以重载以上交通荷载等级为主，气候特点为高温时间长、降雨量大，夏季路面温度高达70℃，车辙及坑槽等病害为广东省沥青路面的典型病害沥青网sinoasphalt.com。针对当地交通量及气候特点，结合省内多年沥青路面施工经验及试验研究成果，广东省交通运输厅于2008年出台了《广东省公路路面典型结构应用技术指南(试用)》，规定高速公路和一级公路在特重交通一级、二级条件下，上面层、中面层、下面层均应选用粗集料断级配密实型沥青混合料(以下简称断级配)，级配范围见表1。同时，于2010年出台了《广东省高等级公路沥青路面施工技术指南(试用)》，规定采用GAC改进型密集配沥青混合料(以下简称GAC)，级配范围见表2。

由表1与表2对比可知，相同公称最大粒径的断级配与GAC混合料级配范围差异较大。断级配沥青混合料级配范围接近我国SAC型多碎石沥青混合料，具有良好的路用性能，尤其是高温稳定性能。GAC改进型密集配沥青混合料级配范围是广东省部分学者归纳广东地区的高速公路建设实践经验，探究得到的适应于广东地区特点的沥青混合料的级配，满足高温性能和抗滑要求。

由于两份《指南》均为省交通厅指导性文件且不存在替代关系，目前广东省不同高速公路设计时采用不同《指南》的混合料类型标准。针对广东省不同《指南》中沥青混合料级配范围要求差异，本文进行断级配与GAC混合料级配特点及路用性能对比，以此分析2种混合料类型的适用性。

断级配与GAC混合料级配特点分析

相同公称最大粒径混合料级配范围横向对比

结合表1、表2，分别绘制相同公称最大粒径断级配与GAC混合料级配范围横向对比图(图1～图4)。由图直观对比可知:

(1)GAC混合料级配范围接近于传统AC型混合料，是传统AC型混合料级配范围的改进。断级配混合料较GAC混合料级配范围明显变窄，4.75mm等关键筛孔通过率允许波动较小，对原材料的稳定性和拌合楼计量的准确性要求较高。

(2)断级配AC-25、AC-20级配范围基本处于GAC-25、GAC-20级配范围下半区，部分筛孔通过率下限低于GAC级配下限，粗骨料用量较多以形成骨架结构。但混合料施工过程中粗骨料偏多时易产生粗、细离析等现象。龙怀高速龙连、连英、英怀段均在建设期间均因混合料离析问题，将沥青混合料混合料类型由断级配变更为GAC。

(3)断级配AC-16、AC-13级配范围除0.075mm筛孔通过外，基本处于GAC-16、GAC-13级配范围中间区域，可认为是GAC-16、GAC-13级配范围的改进。

(4)断级配混合料0.075mm筛孔通过率上限均高于GAC混合料，符合骨架密实型混合料采用较多的填料与沥青填充骨架间空隙的特点。

不同公称最大粒径混合料级配范围纵向对比

结合表1、表2，分别绘制不同公称最大粒径混合料级配范围纵向对比图(图5～图8)。由图直观对比可知:

(1)GAC-25与GAC-20级配范围差异较大，GAC-16与GAC-13其4.75mm以下筛孔通过率接近且范围较宽，呈现了连续型密集配混合料通过细集料用量保证混合料密实性的特点。

(2)断级配AC-25与AC-20、断级配AC-16与AC-13，其4.75mm以下筛孔通过率完全一致。由于决定细集料用量的4.75mm以下筛孔通过率范围较窄，因此断级配AC-25与AC-20、断级配AC-16与AC-13的细集料用量接近。在相近的细集料用量条件下，油石比不同时，需要细集料具有良好的密实性，才能满足混合料的体积指标及路用性能要求。如断级配AC-25与AC-20，最佳油石比相差约0.5%，理想的空隙率设计范围为4.0%～4.5%，在细集料用量接近的情况下，当细集料密实性良好时，才能保证两种混合料空隙率均能控制在理想范围内。

细集料对断级配与GAC混合料体积指标影响分析

沥青混合料体积指标是沥青混合料设计的关键指标。由级配特点分析可知，断级配AC-25、AC-20与GAC-25、GAC-20级配差异较大，断级配混合料细集料用量少，对细集料密实性要求较高。细集料密实性与细集料的规格与棱角性(内摩阻角及抗流动变形性)有着密切的关系。因此，本节以AC-25、AC-20为对比级配规格，采用3种不同类型的机制砂，分别进行如下试验分析:

(1)相同配合比条件下，不同类型机制砂对混合料体积指标影响。

(2)相同原材料条件下，混合料达到相近的空隙率时，细集料、填料及油石比的差异

不同细集料对混合料体积指标影响对比

本次试验粗集料采用花岗岩，为减小试验干扰因素，细集料分别采用规格相近的花岗岩、石灰岩与辉绿岩机制砂，并掺加矿粉与水泥作为填料。AC-25采用埃索AH-70道路石油沥青，AC-20采用SBS改性沥青。各类型机制砂规格见表3，主要指标检测结果见表4。

试验步骤如下:

(1)分析研究表明，沥青混合料空隙率达到4%时具有良好抗车辙及抗水损害性能。以4%±0.2%作为目标空隙率，首先采用花岗岩机制砂，分别进行断级配AC-25、AC-20与GAC-25、GAC-20配合比设计，获取混合料的集料掺配比例与最佳油石比。

(2)在集料掺配比例与油石比不变情况下，分别采用石灰岩与辉绿岩机制砂代替相同质量比例的花岗岩机制砂，进行沥青混合料体积指标测试。

(3)对比不同类型细集料相同掺配比例下，断级配AC-25与GAC-25、断级配AC-20与GAC-20的体积指标差别，分析不同细集料对混合料体积指标影响。具体掺配比例与体积指标试验结果见图9。

由图9对比可知:

(1)断级配相对于GAC混合料，对细集料变化的敏感性较高。随着细集料棱角性增大，断级配混合料空隙率呈明显增大趋势。而GAC混合料对细集料变化的敏感性较低。

(2)断级配AC-20型混合料较断级配AC-25混合料对细集料变化敏感性更高，断级配AC-20与GAC-20细集料用量比例差值为7%、断级配AC-25与GAC-25细集料用量比例差值为4%，表明配合比设计时，多掺配细集料能够降低断级配混合料对细集料波动的敏感性。

相近空隙率条件下混合料配比差异

断级配沥青混合料细集料用量较少，且受级配范围影响，可调节范围较小。往往需要通过增加填料及沥青用量比例达到合适的体积指标，从而一定程度上增加了混合料成本。为分析采用不同细集料时混合料填料、油石比掺配比例的差异，进行以下试验:

(1)采用花岗岩机制砂，按4.0±0.2%目标空隙率，分别进行断级配AC-25、AC-20与GAC-25、GAC-20配合比设计，获取混合料的集料掺配比例、最佳油石比与空隙率。

(2)分别进行石灰岩、辉绿岩机制砂沥青混合料的配合比设计，设计空隙率与相同级配规格类型的花岗岩混合料空隙率差值不超过0.1%。

(3)对比分析不同类型细集料配合比的细集料、填料用量及油石比的差异。具体掺配比例与体积指标试验结果见表5。

由表5可知:

(1)GAC混合料采用花岗岩与石灰岩机制砂时，配合比基本一致;采用辉绿岩机制砂时，细集料、填料用量均提高约1.0%，油石比提高约0.1%。

(2)断级配混合料采用石灰岩机制砂时，填料用量采用较花岗岩机制砂时约提高1.0%~1.5%，油石比提高约0.1%;断级配混合料采用辉绿岩机制砂时，填料用量采用较花岗岩机制砂时约提高2.0~2.5%，油石比提高约0.2%。

因此，断级配混合料对细集料变化的敏感性较高，且细集料密实性较差时，将较大程度的提高混合料的填料及沥青用量，从而增加了施工成本。

断级配与GAC混合料路用性能指标影响对比分析

依据广东省的气候特点及沥青路面的典型病害，要求沥青混合料具有良好的高温性能及抗水损害性，也是广东省采用断级配与GAC混合料的主要目的。本文通过横向对比试验，分析断级配与GAC混合料高温性能及抗水损害性能差异。对比方法如下:

(1)对比级配规格:断级配AC-25与GAC-25，断级配AC-20与GAC-20。

(2)对比试验及指标:包括车辙试验动稳定度指标、浸水马歇尔试验残留稳定度指标、冻融劈裂试验抗拉强度比指标。其中车辙试验采用60℃试验温度、0.7MPa轮压的试验条件。

(3)试件成型配比:沥青混合料的空隙率是影响沥青路面路用性能指标的主要原因之一，为减少影响因素，按表5确定的掺配比例进行试件成型。

试验结果见表6。试验结果表明:

(1)断级配与GAC混合料均展现了较好的路用性能指标。

(2)残留稳定度、冻融劈裂试验抗拉强度比未呈现明显的规律性，但指标结果差异较小。

(3)断级配混合料动稳定度整体高于GAC混合料，但采用基质沥青的断级配AC-25与GAC-25差异较小，采用改性沥青的断级配AC-20动稳定度指标均高于GAC-20，均能达到12000次/mm以上。受限于车辙深度的测量精度影响，动稳定度较高时沥青混合料高温稳定性对比性不强。

(4)通过对比可认为断级配与GAC混合料均具有较好的高温性能及抗水损害性能，且可认为两种混合料类型路用性能相当。

结论

(1)广东省断级配与GAC混合料类型级配范围差异主要在于AC-25与AC-20，断级配混合料级配范围较窄、粗骨料较多，对原材料的变异性和混合料施工的抗离析性要求较高。

(2)细集料用量越少时，断级配混合料对细集料变化敏感性较高。细集料用量、规格、棱角性(内摩阻角及抗流动变形性)等发生变化时，均易引起混合料体积指标的较大变化。因此，断级配混合料设计时，应尽量掺配较多细集料，并保证细集料质量与拌和站计量的稳定性。

(3)采用相同细集料时，根据细集料质量不同，间断级AC-25、AC-20达到与GAC-25、GAC-20相近的空隙率时，填料用量提高可达2.5%，油石比提高可达0.2%。因此，采用断级配混合料时需充分考虑对施工成本的影响。

(4)断级配与GAC混合料均具有良好高温性能及抗水损害性能，断级配混合料动稳定度一定程度上高于GAC混合料，且可认为两种混合料类型路用性能相当。