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摘要：多碎石沥青混凝土是一种新型的路面结构形式，结合了传统Ⅰ型与Ⅱ型沥青混凝土的优点，同时又避免了两种传统沥青混凝土结构形式上的不足，能够在提供较大的表面构造深度的同时，又具有良好的防水性能。而且与传统的沥青混凝土相比，几乎不增加成本，因此具有很好的推广价值。
关键词：多碎石；级配； 空隙率； 构造深度
中图分类号：B84文献标识码： A
随着对公路研究的深入，我们发现除承载能力外，高等级沥青路面的行驶质量或使用性能在很大程度上取决于表面层。表面层能否提供优良的路用性能，则在很大程度上取决于路面结构类型的选择。
1.多碎石沥青混合料产生的理论背景
现在高速公路的面层结构中，沥青混凝土已渐占主导地位。在沥青混凝土面层结构中，由于表面层是直接承受行车荷载和大气降水、温度变化影响的路面结构层，根据路面使用功能要求，应具有一定的结构强度、优秀的温度稳定性、耐磨、抗滑、平整和不透水性。能否达到这些使用要求，要受到诸如材料性质、结构形式、施工工艺、交通量、气候、降雨量等因素的影响与制约，其中路面结构类型的选择是决定路面表面层能否达到这些使用要求的首要因素。
高等级沥青混凝土路面发展的过程，也是沥青路面结构形式的发展与完善的过程，因为传统的沥青混凝土（AC）面层，不能满足所有的路面功能要求。例如AC-Ⅰ型密级配沥青混凝土作表面层时，因为其空隙率比较小，一般设计为3%-6%，实际施工中常控制在3%-5%之间，因此具有透水性小和耐久性好的优点，但同时也具有表面构造深度达不到要求、高温稳定性差的明显缺点。AC-Ⅱ型密级配沥青混凝土作表面层时，由于其碎石含量比较大，细料和填料比较少，因此其空隙率比较大，常在6%-10%之间，所以摩擦系数和构造深度都能达到规定的要求，且抗变形能力较强。但由于其空隙率偏大，特别是施工时的压实度只要求达到96%，因此，施工后的实际空隙率将达到10%-14%，透水性大，且空隙率尚未达到水分自由流动的程度（水分自由流动的表面构造深度一般在0.8mm-1.2mm之间，且空隙率在12%-18%），所以会造成严重的水损害，使路面的使用质量明显降低和使用寿命显著缩短。
总之，传统的沥青混凝土路面结构无法解决高温变形和低温开裂，抗滑与耐久的两个矛盾，且各具优缺点。所以后来出现的新型路面结构，如国外的沥青玛蹄脂混合料（SMA）,沙庆林院士提出的多碎石沥青混凝土（SAC）都能够很好地协调沥青混凝土的这两个矛盾，沥青玛蹄脂混合料是一种以沥青、矿粉、及纤维稳定剂组成的沥青玛蹄脂结合料，填充于间断级配的矿料骨架中所形成的混合料。SMA的组成结构可概括为“三多一少”即粗集料多、矿粉多、沥青多、细集料少。由于粗集料的良好嵌挤，混合料有非常好的高温抗车撤能力，同时由于沥青玛蹄脂的粘结作用，低温变形性能和水稳定性也有较多的改善。间断级配在表面形成大空隙，构造深度大，同时混合料的空隙率又很小，抗水侵害能力及耐久性都很好，从而全面提高了沥青混凝土的路面性能。多碎石沥青混合料是采用较多的粗碎石形成骨架，沥青砂胶填充骨架中的孔隙并使骨架胶结在一起形成的沥青混合料的形式。经实践证明，多碎石沥青混凝土面层既能提供较深的表面构造深度，又具有较小的空隙率和较小的透水性，同时又具有较好的抗变性能力。从解决沥青混凝土路面的高温稳定性与低温开裂性、抗滑与耐久性这两大矛盾来讲，沥青玛蹄脂混凝土路用性能更好，但从对集料性质、施工工艺、经济造价上来看，多碎石沥青混凝土有很高的推广价值。
以下将结合长沙绕城高速公路的实际建设，浅谈一下如何从提高路用性能的角度去控制和调整多碎石沥青混合料的配合比。
2.初始配合比的设计
多碎石沥青路面结构是沙庆林院士结合了传统Ⅰ型与Ⅱ型沥青混凝土的优点，避免它们结构上的缺点，而提出的一种新型路面结构，为更好地介绍多碎石沥青路面結构的特点，现将SAC-13、AC-13Ⅰ、AC-13Ⅱ、SMA-13的要求级配中值作一下比较。图示如下：
路面结构类型 通过率
16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
AC-13Ⅰ 100 97.5 79 58 44.5 32.5 24 17 12 6
AC-13Ⅱ 100 95 70 43 30 21 14 9.5 6.5 4
SAC-13 100 97.5 72.5 35 26.5 20 16 14 11.5 8
SMA-13 100 95 62.5 27 20.5 19 16 13 12 10
从图表可以看出，SAC与AC-Ⅰ型相比较，4.75mm以及2.36mm的通过率明显偏小，表明SAC的粗集料含量较多，易形成骨架嵌挤，抗变形能力好，能提供较大的构造深度与摩擦系数；SAC与AC-Ⅱ型相比较，细集料偏多，特别是0.3mm以下的细料及填料，这表明与AC-Ⅱ型相比，SAC能提供更多的沥青胶浆来填充骨架间的孔隙，形成较小的空隙率，具有良好的防水性及耐久性。SAC 与SMA相比，两者都是间断级配骨架密实型结构，不过后者的间断性更明显。相比而言SMA中4.75mm以上的粗集料含量更多，更容易形成骨架结构。同时，在填充孔隙方面，SMA是依靠玛蹄脂来形成较小的空隙率，而SAC则靠沥青胶浆来形成较小的空隙率，沥青胶浆与玛蹄脂在级配上的最大区别在于前者中0.3mm-2.36mm的含量更高一些，而后者依靠填料和纤维形成劲度较强的“粘稠”填充物。
本项目工程位于长沙市郊，设计部门根据当地气温高、降雨量大的特点，提出用SAC-13作上面层，其要求级配范围及我试验室按其要求所设计初始的配合比如下所示：
SAC-13 通过率
16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
设计部门要求级配 上限 100 100 80 40 31 24 20 18 15 10
下限 100 95 65 30 22 16 12 10 8 6
中值 100 97.5 72.5 35 26.5 20 16 14 11.5 8
合成级配 100 95.8 73.6 34.7 28 22.3 16.8 12.9 10 6.9
根据以上设计的级配，进行试验路段铺筑，铺筑完毕后，取芯分析，所得混合料的各项技术指标如下:
体积指标 试件1 试件2 试件3
空隙率VV （％） 6.4 6.6 6.7
矿料间隙率VMA（％） 17.3 17.4 17.6
沥青体积百分率VA（％） 10.9 10.9 10.9
沥 青 饱 和 度（％） 62.9 62.3 61.9
为更好地检验路面使用效果，同时试验测定了构造深度这一指标，测点均在1.1mm左右，能很好地满足使用效果。
3.调整配合比
上面层现场施工中，我们把空隙率作为多碎石沥青混凝土的配合比设计与调整的重要控制指标，因为空隙率的大小直接影响到整个沥青路面面层的使用质量的好坏和使用年限的长短。当空隙率过大时，特别是当面层的空隙率大于7%时，透水性会显著增加，导致明显的水损害，可以说大空隙率是导致水损害的关键因素。同时，过大的空隙率还使空气容易直接进入结构层中，加速沥青氧化，导致沥青混合料产生裂缝并松散，降低使用寿命。当空隙率过小时，特别是小于3%时，沥青路面面层容易产生车辙、泛油、构造深度达不到要求，从而影响到路面的行驶质量。不过考虑到多碎石沥青混合料实际的施工情况，我们现场主要是控制空隙率不要偏大，以至超出设计部门的要求范围。
通过上面对试验段面层沥青混合料的取芯分析，可以看出按照原设计所给的级配范围，所设计的配合比来进行生产，虽然室内同温条件下制件空隙率符合要求，但实际空隙率会出现偏大的情况，常可能超出要求的范围。 本着对工程认真负责的态度，我们重新调整了配合比，以降低空隙率。通常的情况下，降低空隙率的最直接方法是增加细料和填料或加大沥青用量，但同时考虑到多碎石沥青混合料的组成特点，既要有粗集料来形成骨架嵌挤结构，达到一定的构造深度，同时又要降低空隙率，以增加密实性与耐久性。我们采取增大2.36mm到4.75mm这档料的用量，把4.75mm的通过率从34.7%上调到37%，把2.36mm的通过率从28%下调到25.9%。因为这档料的适度增加，不会影响到SAC-13中的粗集料形成骨架结构，降低构造深度，也不会增加沥青用量，同时却提高了沥青混合料的施工和易性，达到了降低空隙率的目的。所作调整如下所示：
SAC-13 通过率
16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
初始合成级配 100 95.8 73.6 34.7 28 22.3 16.8 12.9 10 6.9
二次合成级配 100 95.7 74 37 25.9 20.6 16.5 12 10 7.2
根据调整后的配合比来生产，经取芯分析，所得沥青混合料的各项指标如下：
体积指标 试件1 试件2 试件3
空隙率VV （％） 5.1 5.0 5.3
矿料间隙率VMA（％） 16.1 16.1 16.3
沥青体积百分率VA（％） 11.0 11.1 11.0
沥 青 饱 和 度（％） 68.5 68.7 67.6
由上表可以看出，通过调整配合比，沥青混合料的空隙率得到了有效的控制，同时构造深度虽有所下降，但测点也均在0.8mm左右。其他指标也均在设计部门要求的容许范围内。可见配合比的调整取得了一定的效果，达到了指导与控制施工的目的。
4.结论：
（1） 通过配合比的合理调整与控制，多碎石沥青混合料路面结构，在幾乎不增加经济造价的情况下，能很好地解决高温稳定性与低温开裂性、抗滑与耐久性这两个矛盾，更适合中国的国情，具有很大的推广价值。
（2） 对于这种间断级配的骨架密实性沥青混合料来讲，2.36mm-4.75mm这档料的用量是调整空隙率的关键所在。
（3） 建议SAC-13中4.75mm的通过率范围向上调两个百分点，即通过率的范围由30%-40%调整为32%-44%。表示如下：
SAC-13 通过率
16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
参考级配范围 100 95-100 65-80 30-40 22-31 16-24 12-20 10-18 8-15 6-10
建议级配范围 100 95-100 65-80 32-44 22-31 16-24 12-20 10-18 8-15 6-10
（4）本次施工采用湖北鄂州科氏公司生产的AH-70沥青，如采用改性沥青，相信多碎石沥青混合料还会取得更好的路用效果。
关键词：多碎石；级配； 空隙率； 构造深度
中图分类号：B84文献标识码： A
随着对公路研究的深入，我们发现除承载能力外，高等级沥青路面的行驶质量或使用性能在很大程度上取决于表面层。表面层能否提供优良的路用性能，则在很大程度上取决于路面结构类型的选择。
1.多碎石沥青混合料产生的理论背景
现在高速公路的面层结构中，沥青混凝土已渐占主导地位。在沥青混凝土面层结构中，由于表面层是直接承受行车荷载和大气降水、温度变化影响的路面结构层，根据路面使用功能要求，应具有一定的结构强度、优秀的温度稳定性、耐磨、抗滑、平整和不透水性。能否达到这些使用要求，要受到诸如材料性质、结构形式、施工工艺、交通量、气候、降雨量等因素的影响与制约，其中路面结构类型的选择是决定路面表面层能否达到这些使用要求的首要因素。
高等级沥青混凝土路面发展的过程，也是沥青路面结构形式的发展与完善的过程，因为传统的沥青混凝土（AC）面层，不能满足所有的路面功能要求。例如AC-Ⅰ型密级配沥青混凝土作表面层时，因为其空隙率比较小，一般设计为3%-6%，实际施工中常控制在3%-5%之间，因此具有透水性小和耐久性好的优点，但同时也具有表面构造深度达不到要求、高温稳定性差的明显缺点。AC-Ⅱ型密级配沥青混凝土作表面层时，由于其碎石含量比较大，细料和填料比较少，因此其空隙率比较大，常在6%-10%之间，所以摩擦系数和构造深度都能达到规定的要求，且抗变形能力较强。但由于其空隙率偏大，特别是施工时的压实度只要求达到96%，因此，施工后的实际空隙率将达到10%-14%，透水性大，且空隙率尚未达到水分自由流动的程度（水分自由流动的表面构造深度一般在0.8mm-1.2mm之间，且空隙率在12%-18%），所以会造成严重的水损害，使路面的使用质量明显降低和使用寿命显著缩短。
总之，传统的沥青混凝土路面结构无法解决高温变形和低温开裂，抗滑与耐久的两个矛盾，且各具优缺点。所以后来出现的新型路面结构，如国外的沥青玛蹄脂混合料（SMA）,沙庆林院士提出的多碎石沥青混凝土（SAC）都能够很好地协调沥青混凝土的这两个矛盾，沥青玛蹄脂混合料是一种以沥青、矿粉、及纤维稳定剂组成的沥青玛蹄脂结合料，填充于间断级配的矿料骨架中所形成的混合料。SMA的组成结构可概括为“三多一少”即粗集料多、矿粉多、沥青多、细集料少。由于粗集料的良好嵌挤，混合料有非常好的高温抗车撤能力，同时由于沥青玛蹄脂的粘结作用，低温变形性能和水稳定性也有较多的改善。间断级配在表面形成大空隙，构造深度大，同时混合料的空隙率又很小，抗水侵害能力及耐久性都很好，从而全面提高了沥青混凝土的路面性能。多碎石沥青混合料是采用较多的粗碎石形成骨架，沥青砂胶填充骨架中的孔隙并使骨架胶结在一起形成的沥青混合料的形式。经实践证明，多碎石沥青混凝土面层既能提供较深的表面构造深度，又具有较小的空隙率和较小的透水性，同时又具有较好的抗变性能力。从解决沥青混凝土路面的高温稳定性与低温开裂性、抗滑与耐久性这两大矛盾来讲，沥青玛蹄脂混凝土路用性能更好，但从对集料性质、施工工艺、经济造价上来看，多碎石沥青混凝土有很高的推广价值。
以下将结合长沙绕城高速公路的实际建设，浅谈一下如何从提高路用性能的角度去控制和调整多碎石沥青混合料的配合比。
2.初始配合比的设计
多碎石沥青路面结构是沙庆林院士结合了传统Ⅰ型与Ⅱ型沥青混凝土的优点，避免它们结构上的缺点，而提出的一种新型路面结构，为更好地介绍多碎石沥青路面結构的特点，现将SAC-13、AC-13Ⅰ、AC-13Ⅱ、SMA-13的要求级配中值作一下比较。图示如下：
路面结构类型 通过率
16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
AC-13Ⅰ 100 97.5 79 58 44.5 32.5 24 17 12 6
AC-13Ⅱ 100 95 70 43 30 21 14 9.5 6.5 4
SAC-13 100 97.5 72.5 35 26.5 20 16 14 11.5 8
SMA-13 100 95 62.5 27 20.5 19 16 13 12 10
从图表可以看出，SAC与AC-Ⅰ型相比较，4.75mm以及2.36mm的通过率明显偏小，表明SAC的粗集料含量较多，易形成骨架嵌挤，抗变形能力好，能提供较大的构造深度与摩擦系数；SAC与AC-Ⅱ型相比较，细集料偏多，特别是0.3mm以下的细料及填料，这表明与AC-Ⅱ型相比，SAC能提供更多的沥青胶浆来填充骨架间的孔隙，形成较小的空隙率，具有良好的防水性及耐久性。SAC 与SMA相比，两者都是间断级配骨架密实型结构，不过后者的间断性更明显。相比而言SMA中4.75mm以上的粗集料含量更多，更容易形成骨架结构。同时，在填充孔隙方面，SMA是依靠玛蹄脂来形成较小的空隙率，而SAC则靠沥青胶浆来形成较小的空隙率，沥青胶浆与玛蹄脂在级配上的最大区别在于前者中0.3mm-2.36mm的含量更高一些，而后者依靠填料和纤维形成劲度较强的“粘稠”填充物。
本项目工程位于长沙市郊，设计部门根据当地气温高、降雨量大的特点，提出用SAC-13作上面层，其要求级配范围及我试验室按其要求所设计初始的配合比如下所示：
SAC-13 通过率
16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
设计部门要求级配 上限 100 100 80 40 31 24 20 18 15 10
下限 100 95 65 30 22 16 12 10 8 6
中值 100 97.5 72.5 35 26.5 20 16 14 11.5 8
合成级配 100 95.8 73.6 34.7 28 22.3 16.8 12.9 10 6.9
根据以上设计的级配，进行试验路段铺筑，铺筑完毕后，取芯分析，所得混合料的各项技术指标如下:
体积指标 试件1 试件2 试件3
空隙率VV （％） 6.4 6.6 6.7
矿料间隙率VMA（％） 17.3 17.4 17.6
沥青体积百分率VA（％） 10.9 10.9 10.9
沥 青 饱 和 度（％） 62.9 62.3 61.9
为更好地检验路面使用效果，同时试验测定了构造深度这一指标，测点均在1.1mm左右，能很好地满足使用效果。
3.调整配合比
上面层现场施工中，我们把空隙率作为多碎石沥青混凝土的配合比设计与调整的重要控制指标，因为空隙率的大小直接影响到整个沥青路面面层的使用质量的好坏和使用年限的长短。当空隙率过大时，特别是当面层的空隙率大于7%时，透水性会显著增加，导致明显的水损害，可以说大空隙率是导致水损害的关键因素。同时，过大的空隙率还使空气容易直接进入结构层中，加速沥青氧化，导致沥青混合料产生裂缝并松散，降低使用寿命。当空隙率过小时，特别是小于3%时，沥青路面面层容易产生车辙、泛油、构造深度达不到要求，从而影响到路面的行驶质量。不过考虑到多碎石沥青混合料实际的施工情况，我们现场主要是控制空隙率不要偏大，以至超出设计部门的要求范围。
通过上面对试验段面层沥青混合料的取芯分析，可以看出按照原设计所给的级配范围，所设计的配合比来进行生产，虽然室内同温条件下制件空隙率符合要求，但实际空隙率会出现偏大的情况，常可能超出要求的范围。 本着对工程认真负责的态度，我们重新调整了配合比，以降低空隙率。通常的情况下，降低空隙率的最直接方法是增加细料和填料或加大沥青用量，但同时考虑到多碎石沥青混合料的组成特点，既要有粗集料来形成骨架嵌挤结构，达到一定的构造深度，同时又要降低空隙率，以增加密实性与耐久性。我们采取增大2.36mm到4.75mm这档料的用量，把4.75mm的通过率从34.7%上调到37%，把2.36mm的通过率从28%下调到25.9%。因为这档料的适度增加，不会影响到SAC-13中的粗集料形成骨架结构，降低构造深度，也不会增加沥青用量，同时却提高了沥青混合料的施工和易性，达到了降低空隙率的目的。所作调整如下所示：
SAC-13 通过率
16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
初始合成级配 100 95.8 73.6 34.7 28 22.3 16.8 12.9 10 6.9
二次合成级配 100 95.7 74 37 25.9 20.6 16.5 12 10 7.2
根据调整后的配合比来生产，经取芯分析，所得沥青混合料的各项指标如下：
体积指标 试件1 试件2 试件3
空隙率VV （％） 5.1 5.0 5.3
矿料间隙率VMA（％） 16.1 16.1 16.3
沥青体积百分率VA（％） 11.0 11.1 11.0
沥 青 饱 和 度（％） 68.5 68.7 67.6
由上表可以看出，通过调整配合比，沥青混合料的空隙率得到了有效的控制，同时构造深度虽有所下降，但测点也均在0.8mm左右。其他指标也均在设计部门要求的容许范围内。可见配合比的调整取得了一定的效果，达到了指导与控制施工的目的。
4.结论：
（1） 通过配合比的合理调整与控制，多碎石沥青混合料路面结构，在幾乎不增加经济造价的情况下，能很好地解决高温稳定性与低温开裂性、抗滑与耐久性这两个矛盾，更适合中国的国情，具有很大的推广价值。
（2） 对于这种间断级配的骨架密实性沥青混合料来讲，2.36mm-4.75mm这档料的用量是调整空隙率的关键所在。
（3） 建议SAC-13中4.75mm的通过率范围向上调两个百分点，即通过率的范围由30%-40%调整为32%-44%。表示如下：
SAC-13 通过率
16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
参考级配范围 100 95-100 65-80 30-40 22-31 16-24 12-20 10-18 8-15 6-10
建议级配范围 100 95-100 65-80 32-44 22-31 16-24 12-20 10-18 8-15 6-10
（4）本次施工采用湖北鄂州科氏公司生产的AH-70沥青，如采用改性沥青，相信多碎石沥青混合料还会取得更好的路用效果。