摘要：由于目前ATB25用于高速公路底面层并没有成熟的工程级配范围，本文在分析ATB25和LSM25级配范围的基础上，设计出4条级配曲线，并分别采用传统马歇尔设计法和Superpave设计法进行配合比设计。
关键词：ATB25配合比设计Superpave推荐级配范围
Abstract: due to the ATB25 at present for the highway underside layer and not mature engineering gradation range, based on the analysis of the ATB25 and LSM25 gradation range, and on the basis of article 4 gradation design curve, and the traditional design method respectively Marshall and Superpave design method for the mix design.
Key words: ATB25 Superpave recommended mixture ratio design of the gradation range
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
密级配沥青稳定碎石ATB（Asphalt Treated Base）是一种在国外广泛应用的柔性基层材料，与半刚性基层相比，具有刚度较小，抗剪强度、抗弯拉强度和耐疲劳性较高，不易产生收缩开裂和水损害等特点；与传统的用于面层的沥青混凝土相比，它是针对于基层设计的一种材料，粒径偏大、级配偏粗、沥青用量偏少，对原材料的要求相对于面层偏低；与沥青碎石相比，细集料和填料用量较多，级配和原材料要求相对较高。
鉴于沥青稳定碎石的材料特性，如何将其应用于我国半刚性基层为主的沥青路面结构已成为一个重要课题。因此，在基层与面层之间设置一层过渡性结构的想法应运而生，即利用沥青稳定碎石下面层延缓基层裂缝向中、上面层反射从而提高路面的抗车辙能力。
本文根据京津二通道路面设计文件中提出的路面结构形式：5cmSMA16＋6cmAC20（改性）＋9cmATB25，选定合理的沥青稳定碎石矿料级配，分别按照马歇尔设计方法和Superpave设计方法进行配合比设计。
一、级配范围的分析
由于目前ATB25用于高速公路底面层并没有成熟的工程级配范围，首发公司在2007年2月14日组织的高速公路沥青路面研讨会上，相关专家推荐密级配沥青稳定碎石（ATB）配合比设计宜考虑采用《公路沥青路面设计规范》（JTG D50－2006）条文说明中LSM的级配范围。
因此，我们在进行ATB25矿料级配曲线的设计时，兼顾了《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40－2004）中ATB25的级配范围和《公路沥青路面设计规范》（JTG D50－2006）条文说明中LSM的级配范围，参见图1。
从图中可以看出，ATB25和LSM25级配范围与AC25相比偏粗，且“S”型更显著。另外，ATB25和LSM25级配范围的差异主要体现在19mm～26.5mm这一档料上，ATB25比LSM25明显偏多。
二、矿料级配组成设计
本研究提出四条ATB25矿料级配设计曲线，参见图2。其中，ATB-1靠近《公路沥青路面施工技术规范》中ATB-25级配范围的中值；ATB-2靠近《公路沥青路面设计规范》条文说明中LSM－25级配范围的中值。ATB-3和ATB-4分别对ATB-1和ATB-2级配曲线进行了调整，即ATB-3和ATB-4的级配分别相对ATB-1和ATB-2而言，5～10mm规格的集料偏多而天然砂和矿粉偏少，体现在级配曲线上为小于等于4.75mm的矿料通过率偏低。
三、大、小马歇尔成型方式对比
1、试件成型状况对比
在大、小马歇尔试件的成型过程中，我们发现：搅拌后的ATB混合料与普通沥青混凝土相比，粗集料偏多，细集料偏少；在小马歇尔试模中插捣时，ATB混合料更容易离析，造成击实后的试件一面细集料较多、另一面粗集料较多的现象，与大马歇尔试模相比，ATB混合料受小马歇尔试模的边界影响更为显著。
另外，通过对相同级配、不同油石比下的大、小马成型试件对比，我们发现：大马试件表面稍有击碎现象，不同油石比的试件表面击碎情况差异不大；小马试件表面击碎情况较严重，尤其是油石比较小的试件表面击碎情况更为严重。不同级配反映了同样的规律。
2、试件体积指标对比
如表1所示，对不同击实试件大小、不同油石比的体积指标进行对比。
由上表可以看出：随着沥青用量的增加，大小马歇尔的体积指标差异越来越小，甚至在油石比为4.6％时各项指标十分接近。这说明当油石比较小时，混合料的均匀性更难保证，而小马试件边界约束的影响更较大，使得小马试件难以密实，得到的密度必然小于大马成型试件；反而言之，油石比较大时，大小马试件对体积指标几乎没有影响。
3、试验标准差与平行误差情况
如表2所示，对不同级配曲线、不同击实试件大小、相同油石比下的毛体积密度、稳定度和流值指标进行对比。
从表2可以看出，ATB-1、2、3在相同油石比下，马歇尔试件的毛体积密度、稳定度和流值，小马歇尔试件的标准差均大于大马歇尔，即小马歇尔试件的变异性更大。ATB-3无论是毛体积密度，还是稳定度和流值，其变异性均大于ATB-1和ATB-2。分析其主要原因是ATB-3的细集料最少，更容易造成试件的离析现象。
总之，无论是从试件的离析现象、表面击碎情况，还是体积指标的离散性，大马歇尔试件均优于小马歇尔试件。
四、最佳油石比的确定
由上节的试验结论可知，应以大马试件测得的试验数据为准进行最佳油石比（OAC）的确定。另外，现行规范要求ATB25空隙率控制范围为3～6％，由于本次京津高速第二通道将ATB25用在底面层，因此空隙率不易过大，试验研究宜为4～4.5％，另外参考山东省ATB底面层的空隙率也是在4～4.5％之间。
由马歇尔试验结果计算得出ATB-1、2、3、4的最佳油石比（OAC）结果见表3：
下面对确定的最佳油石比（OAC）进行沥青膜厚度及粉胶比的计算结果进行检验。
沥青膜厚度与粉胶比计算验证 表4
由表4可知，ATB-1和ATB-2按最佳油石比(OAC)计算出的沥青膜厚度及粉胶比不符合规范要求。因此，在下一节中将对ATB-3和ATB-4进行配合比验证。
五、配合比验证
1、水稳定性验证
下面采用大马歇尔试件分别进行浸水残留马歇尔试验和冻融劈裂试验，对ATB-3和ATB-4分别进行水稳定性的验证，试验结果见表5和表6。
浸水残留马歇尔试验结果 表5
冻融劈裂试验结果 表6
综合MS0、1h和48h稳定度以及TSR、未冻融和冻融最大荷载，可以得知：ATB-4水稳定性略优于ATB-3。
2、高温稳定性验证
车辙试验采用300mm×300mm×100mm的轮碾成型试件（分两层，每层均按照标准车辙试验要求成型）。我国现行规范中明确规定，对公称最大粒径等于和大于26.5mm的混合料进行车辙试验时，可适当增加试件厚度，但不宜作为评定合格与否的依据。在此，我们只用其进行ATB-3和ATB-4高温稳定性能的对比，试验结果见表7。
车辙试验结果 表7
从45min、60min位移和DS指标来看，ATB-4优于ATB-3。即经10cm轮碾车辙试验进行的检验，ATB-4高温稳定性优于ATB-3。另外，由于ATB25的粗集料较多，较密集配沥青混泥土AC25更容易离析，因此成型的车辙试件表面，粗集料的排布直接影响动稳定度的大小，由此造成动稳定度值离散性较大。
3、渗水性能验证
渗水试验采用300mm×300mm×100mm的轮碾成型试件，试验结果见表8。
渗水试验结果 表8
根据试验结果显示，ATB-3和ATB-4的渗水系数（Cw）均符合要求。但从Cw指标来看，ATB-4优于ATB-3。即经10cm轮碾试件渗水试验进行的检验，ATB-4的渗水性优于ATB-3。另外，值得注意的是，在渗水试验过程中发现ATB25的轮碾成型试件表面空隙较大，使水很快向四周扩散并从试件表面混合料之间的连通孔隙中流出，无法准确测出其纵向渗水性能。为了准确验证其纵向渗水性，试验过程中将试件表面密封。
六、试验结论
（1）试验研究表明，采用《公路沥青路面设计规范》条文说明中的LSM-25级配范围的中值，并将9.5mm以下筛孔通过率适当下调所得的级配曲线ATB-4，经过验证为最佳矿料级配。
（2）无论是从试件成型过程中的离析现象还是试件表面击碎情况，大马歇尔试件均优于小马歇尔试件；随着沥青用量的增加，大、小马歇尔试件的体积指标差异越来越小；沥青用量较小时，混合料的均匀性更难保证，而小马试件边界约束的影响更较大；通过对大、小马成型试件毛体积密度、稳定度和流值的标准差进行对比，大马试件测得的试验数据优于小马试件。
（3）通过水稳定性、高温稳定性和渗水性试验验证得知，ATB-4各项性能最优。
（4）试验结果表明，ATB-3和ATB-4均符合规范要求，ATB-4的路用性能略优于ATB-3。ATB-3的细集料比ATB-4偏少，更容易造成混合料的离析现象。因此，最终推荐ATB-4作为ATB25的目标配合比。并根据ATB-4推荐ATB25的级配范围如表11。
（5）本文针对ATB25设计的4条级配曲线均不能满足Superpave的设计要求，因此建议调整矿料合成级配，采用Superpave设计方法继续进行ATB25的试验研究。
参考文献：
[1] 陈旭庆. 沥青混合料骨架形成问题的研究[J]. 城市道桥与防洪，2003.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。