河都高速公路路面工程配合比設(shè)計優(yōu)化與工程實踐

趙承偉，岳愛軍，馬一勝

(1.廣西交通科學(xué)研究院，廣西 南寧 530700；2.廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點實驗室，廣西 南寧 530007)

河都高速公路路面工程配合比設(shè)計優(yōu)化與工程實踐

趙承偉1，2，岳愛軍1，2，馬一勝1，2

(1.廣西交通科學(xué)研究院，廣西 南寧 530700；2.廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點實驗室，廣西 南寧 530007)

為避免瀝青路面出現(xiàn)車轍、開裂等損壞，文章采用“改良的均勻防離析-骨架穩(wěn)定密實型”瀝青混合料AC-25C、AC-20C、AC-13C對水泥穩(wěn)定碎石基層礦料級配進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化，(5～30)mm粗骨料用量相對較多，4.75mm的通過率≥65%，以使集料之間能形成均勻骨架穩(wěn)定密實的結(jié)構(gòu)。工程實踐應(yīng)用表明：該設(shè)計優(yōu)化在有效減少水泥穩(wěn)定碎石基層開裂現(xiàn)象發(fā)生、提升瀝青混合料性能、提高瀝青路面壓實度及平整度等方面取得了實際成效。

道路工程；路面工程；水泥穩(wěn)定碎石混合料；瀝青混合料；級配；性能

0 引言

基于廣西2010年前建成運營瀝青路面的主要病害形式是車轍損壞，其次

為水損害及路面開裂；針對廣西高溫、濕熱氣候以及重載交通特征的道路工作條件，河池至都安高速公路(以下簡稱“河都高速公路”)充分利用骨架穩(wěn)定密實級配理論的已有研究成果，對水泥穩(wěn)定碎石基層礦料級配進(jìn)行優(yōu)化，以減少水泥穩(wěn)定碎石層的開裂現(xiàn)象，并對瀝青混合料級配進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，設(shè)計的總體思路是使下面層瀝青混合料AC-25C組成設(shè)計向優(yōu)化的“ATB-25”轉(zhuǎn)化，同時為增強中面層瀝青混合料AC-20C的抗車轍能力，使中面層瀝青混合料AC-20C組成設(shè)計向優(yōu)化的細(xì)“AC-25C”轉(zhuǎn)化，為增強表面層瀝青混合料AC-13C的抗滑能力和抗車轍能力，對表面層瀝青混合料AC-13C進(jìn)行了增粗式設(shè)計。

1 水泥穩(wěn)定碎石基層礦料級配的優(yōu)化設(shè)計與工程實踐

河都高速公路水穩(wěn)基層、底基層石灰?guī)r集料分為四種規(guī)格、最大粒徑≤31.5 mm，即1#料(19～31.5)mm、2#料(9.5～19)mm、3#料(4.75～9.5)mm、4#料(0～4.75)mm，水泥穩(wěn)定碎石的摻配比例見表1～4。

表1 水泥穩(wěn)定基層配合比摻配比例表

表2 水泥穩(wěn)定碎石配合比設(shè)計曲線參數(shù)表

表3 基層配合比試驗優(yōu)化審批表

表4 底基層配合比試驗優(yōu)化審批表

河都高速公路建立三級質(zhì)量管理體系，所有工序均要通過試驗檢測把關(guān)，在路面工程施工中，嚴(yán)格抓好質(zhì)量關(guān)，通過施工單位自檢、監(jiān)理抽檢、中心試驗室把關(guān)三級管理，在底基層、基層施工檢測中，堅持按照審批的配合比進(jìn)行監(jiān)控，基本杜絕了不合格品的出現(xiàn)。水泥穩(wěn)定碎石底基層、基層用集料共抽檢48批次，合格率100%，級配能滿足設(shè)計及規(guī)范要求，壓碎值≤26%、軟弱和針片狀顆粒含量≤20%，抽樣檢測結(jié)果如下頁表5所示；底基層無側(cè)限抗壓強度共抽檢41組，合格率100%，基層無側(cè)限抗壓強度共抽檢43組，合格率98.8%，底基層芯樣抽檢516個，合格率98.9%；基層芯樣抽檢502個，合格率99.0%，底基層、基層水泥劑量抽檢395點，合格率100%，試驗抽樣檢測結(jié)果如下頁表6～8及圖1所示。

表5 水泥穩(wěn)定碎石用集料的壓碎值、針片狀、塑性指數(shù)、砂當(dāng)量抽樣檢測結(jié)果匯總表

表6 底基層、基層無側(cè)限抗壓強度抽樣檢測結(jié)果表

圖1 水泥穩(wěn)定碎石底基層、基層芯樣示例圖

表7 底基層、基層芯樣抗壓強度抽樣檢測結(jié)果表

表8 底基層、基層水泥穩(wěn)定碎石水泥劑量抽樣檢測結(jié)果表

2 瀝青混合料礦料級配的優(yōu)化設(shè)計與工程實踐

2.1 原材料

河都高速公路瀝青共抽檢25批次，合格率100%，其三大指標(biāo)抽樣檢測結(jié)果如表9所示。

表9 瀝青三大指標(biāo)抽樣檢測結(jié)果表

本項目為有效減少混合料生產(chǎn)過程中熱料4～7 mm的大量溢料，對細(xì)集料(石屑)采用分檔備料，即0～5 mm石屑分為0～3 mm、3～5 mm兩檔進(jìn)行生產(chǎn)。對集料配篩進(jìn)行控制，即中、下面層統(tǒng)一按20～30 mm、10～20 mm、5～10 mm、0～3 mm四檔進(jìn)行備料。由于在骨架密實型瀝青混合料級中，壓縮了3～5 mm、5～10 mm集料的用量，粗集料進(jìn)場總量按“≥10 mm粗集料用量多、5～10 mm用量少”的原則進(jìn)行把關(guān)。在碎石集料的加工生產(chǎn)過程中緊密圍繞集料的“規(guī)格、顆粒形狀、潔凈度”及其穩(wěn)定性進(jìn)行控制，集料的抽樣檢測結(jié)果如表10所示。

表10 粗集料壓碎值、針片狀的檢測結(jié)果表

2.2 下面層瀝青混合料AC-25C的級配優(yōu)化設(shè)計與工程實踐

河都高速公路在設(shè)計瀝青混合料AC-25C時，19 mm、9.5 mm所對應(yīng)的篩孔采用了規(guī)范級配范圍的下限，河都高速公路下面層瀝青混合料的礦料設(shè)計如表11、圖2所示。下面層瀝青混合料的摻配比例等如表12所示，其中，施工摻配比例壓縮了3～5 mm、5～10 mm等集料的含量，相應(yīng)增加了10～25 mm粒徑集料的含量。

圖2 河都路瀝青混合料AC-25C的典型合成級配曲線圖

表11 瀝青混合料AC-25C的合成級配設(shè)計表

表12 下面層瀝青混合料AC-25C施工摻配比例及礦料的合成有效相對密度γsb、γsa數(shù)值表

3.6%油石比下AC-25瀝青混合料設(shè)計配合比的馬歇爾試驗如表13所示。抽檢瀝青混合料的馬歇爾、油石比19次，合格率100%，動穩(wěn)定度10次，合格率100%，抽樣檢測結(jié)果見表14。抽檢下面層壓實度76點，合格率100%，抽檢平整度1 175點，合格率98.3%，檢測結(jié)果如表15及圖3所示。

表13 3.6%油石比下AC-25C瀝青混合料設(shè)計配合比的馬歇爾試驗指標(biāo)結(jié)果表

表14 下面層瀝青混合料AC-25C施工配合比的馬歇爾、油石比、動穩(wěn)定度抽樣檢測結(jié)果表

表15 下面層瀝青路面檢查壓實度、平整度抽樣檢測結(jié)果表

圖3 瀝青路面中、下面層芯樣實例圖

2.3 中面層瀝青混合料AC-20C的級配優(yōu)化設(shè)計與工程實踐

河都高速公路在設(shè)計瀝青混合料AC-20C時，19mm、9.5mm所對應(yīng)的篩孔采用了規(guī)范級配范圍的下限，中面層瀝青混合料的礦料設(shè)計如表16、圖4所示。中面層瀝青混合料的施工摻配比例等如表17所示，其中，中面層施工級配組成與下面層施工級配組成在11mm以下的摻配比例相同，11～28mm的摻配總量與下面層摻配總量相同。

表16 瀝青混合料AC-20C的合成級配設(shè)計表

注：根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTGF40-2004)的條文說明5.3.2，工程設(shè)計級配范圍一般在規(guī)范規(guī)定的允許范圍內(nèi)，但必要時允許超出。對處于炎熱地區(qū)的高速公路，預(yù)計建成通車后重載交通特征明顯，有可能產(chǎn)生較大車轍，為提高瀝青混合料AC-20C的高溫穩(wěn)定性能，允許級配曲線中篩孔26.5mm所對應(yīng)的通過率超出規(guī)范的范圍

圖4 瀝青混合料AC-20C的典型合成級配曲線圖

4.0%油石比下AC-20C瀝青混合料設(shè)計配合比的馬歇爾試驗情況如表18所示。抽檢瀝青混合料的馬歇爾、油石比17次，合格率100%，動穩(wěn)定度抽檢10次，合格率100%，抽樣檢測結(jié)果如下頁表19所示。抽檢中面層壓實度93點，合格率100%；抽檢平整度1015點，合格率99.3%，檢測結(jié)果如下頁表20及圖5所示。

表17 瀝青混合料AC-20C的摻配比例及礦料的合成有效相對密度γsb、γsa數(shù)值表

表18 4.0%油石比下AC-20C瀝青混合料設(shè)計配合比的馬歇爾試驗指標(biāo)結(jié)果表

圖5 瀝青中、下面層芯樣粘結(jié)良好示例圖

表19 中面層瀝青混合料AC-20C施工配合比的馬歇爾、油石比、動穩(wěn)定度抽樣檢測結(jié)果表

表20 中面層檢查壓實度、平整度抽樣檢測結(jié)果表

2.4 表面層瀝青混合料AC-13C的級配優(yōu)化設(shè)計與工程實踐

河都高速公路在設(shè)計瀝青混合料AC-13C時，9.5mm、4.75mm所對應(yīng)的篩孔采用了規(guī)范級配范圍的下限，表面層瀝青混合料的礦料設(shè)計如表21、圖6所示。

表21 瀝青混合料AC-13C的合成級配設(shè)計表

圖6 瀝青混合料AC-13C的典型合成級配曲線圖

4.6%油石比下AC-13C瀝青混合料設(shè)計配合比的馬歇爾試驗如表22所示。

表22 4.6%油石比下瀝青混合料AC-13C的馬歇爾試驗結(jié)果表

對設(shè)計的瀝青混合料AC-13C采用最佳油石比制備試件，分別以浸水殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂抗拉強度比評價其水穩(wěn)定性能。試驗結(jié)果如表23所示。

表23 瀝青混合料AC-13C的水穩(wěn)定性試驗結(jié)果表

同樣，對設(shè)計的瀝青混合料AC-13C采用最佳油石比制備試件進(jìn)行60 ℃車轍試驗，試驗結(jié)果如表24～25所示。

表24 A標(biāo)、B標(biāo)瀝青混合料AC-13C的車轍試驗結(jié)果表

表25 中試瀝青混合料AC-13C的車轍試驗結(jié)果表

2013年12月19日、20日河都高速公路A標(biāo)表面層試驗段的施工比例如表26所示。

表26 河都A標(biāo)表面層瀝青混合料的施工摻配比例表

3 結(jié)語

(1)通過優(yōu)化設(shè)計，采用骨架穩(wěn)定密實級配的水泥穩(wěn)定碎石層既滿足設(shè)計強度要求，又使得工后的水泥穩(wěn)定碎石層不開裂。

(2)與傳統(tǒng)瀝青混合料級配相比，本項目采用優(yōu)化設(shè)計了的“骨架穩(wěn)定密實型”瀝青混合料級配，瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能得到大幅提高，通車運營后瀝青路面無車轍(<6mm)。

[1]張登良.瀝青路面工程手冊[M].北京：人民交通出版社，2003.

[2]JTGE20-2011，公路工程瀝青與瀝青混合料試驗規(guī)程[S].

[3]JTGF40-2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

[4]JTGE42-2005，公路工程集料試驗規(guī)程[S].

Mix Ratio Design Optimization and Engineering Practice of Pavement Engineering in Hedu Expressway

ZHAO Cheng-wei1，2，YUE Ai-jun1，2，MA Yi-sheng1，2

(1.Guangxi Transportation Research Institute，Nanning，Guangxi，530700；2.Guangxi Key Laboratory of Road Structures and Materials，Nanning，Guangxi，530007)

In order to avoid the rutting，cracking and other damage of asphalt pavement，this article used the modified homogeneous anti-segregation-skeleton stabilized dense asphalt mixture AC-25C，AC-20C and AC-13C to conduct the design optimization on the material gradation of cement stabilized macadam base，the consumption of(5 ～30)mm coarse aggregate is relatively large，the pass rate of 4.75 mm≥65%，so that the structure of stable dense homogeneous skeleton can be formed among aggregates.The practical engineering application showed that this design optimization has achieved practical results in effectively reducing the cracking phenomenon of cement stabilized crushed stone base，improving the performance of asphalt mixture，and improving the compaction degree and smoothness of asphalt pavement.

Road engineering；Pavement engineering；Cement stabilized crushed stone mixture；Asphalt mixture；Gradation；Performance

趙承偉(1968—)，高級工程師，主要從事公路試驗檢測工作；

岳愛軍(1971—)，教授級高級工程師，工學(xué)博士，主要從事路面材料及應(yīng)用研究工作；

馬一勝(1971—)，工程師，主要從事公路試驗檢測工作。

U

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.11.006

1673-4874(2016)11-0030-08

2016-10-28