熱帶草原氣候下公路瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)

康軍亮

（中國(guó)水利水電第四工程局，西寧810007）

1 工程概況

西非安哥拉屬熱帶草原氣候，全年分旱、雨兩季，氣候炎熱，氣溫高、濕度大。年平均氣溫20.9℃，最高氣溫32.6℃，年平均降雨量為510～960mm。恩澤托—索約高速公路項(xiàng)目是安哥拉政府規(guī)劃的當(dāng)前境內(nèi)最高等級(jí)的一條高速公路，本標(biāo)段路線全長(zhǎng)96km，設(shè)計(jì)時(shí)速100km/h。一般標(biāo)準(zhǔn)路基寬度為39.5m，雙向四車道，路面寬度11m，凹形中央分隔帶17.5m，行車道外側(cè)路肩寬2.5m；村鎮(zhèn)路段路基寬度為44.5m。本項(xiàng)目的施工范圍為本段落除去橋梁部分的其他所有工程項(xiàng)目，主要包括道路土石方、底基層天然砂礫石、基層級(jí)配碎石、下面層6cm瀝青混凝土、上面層6cm瀝青混凝土道路設(shè)施等。

2 配合比的主要內(nèi)容及設(shè)計(jì)思路

瀝青混凝土路面作為一種路面結(jié)構(gòu)形式，以其行車舒適、噪聲低、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于公路建設(shè)中。但路面普遍存在耐久性差，早期損壞的問(wèn)題。其中主要原因就是瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)或施工攤鋪碾壓工藝不合理。確定瀝青混凝土的最佳瀝青用量，制作馬歇爾試件，測(cè)定馬歇爾試件的力學(xué)性能：穩(wěn)定度、流值，檢測(cè)瀝青混合料的最大理論密度。計(jì)算混合料的物理指標(biāo)：毛體積密度、空隙率、瀝青體積百分率、礦料間隙率和瀝青飽和度。對(duì)所有性能指標(biāo)繪制曲線圖，繪制空隙率、穩(wěn)定度、流值、礦料間隙率、飽和度和瀝青摻量的關(guān)系曲線圖[1]。

3 原材的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)及選擇

原材料的檢測(cè)和選擇是瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)前必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。檢測(cè)原材技術(shù)指標(biāo)要滿足美國(guó)AASHTO規(guī)范的有關(guān)規(guī)定，選擇和確定原材料也要結(jié)合當(dāng)?shù)氐夭牧系墓?yīng)情況。（1）瀝青的選擇：瀝青混凝土中瀝青結(jié)合料應(yīng)有較高的黏度，以保證有足夠的高溫穩(wěn)定性，本項(xiàng)目在熱帶草原性氣候，降水量集中，災(zāi)害性天氣比較嚴(yán)重。選用伊朗產(chǎn)60/70石油瀝青，對(duì)伊朗瀝青進(jìn)行各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)符合規(guī)范要求。（2）粗、細(xì)集料均采用扎伊爾省項(xiàng)目部料場(chǎng)自行加工生產(chǎn)。集料屬于花崗巖，偏酸性。按粗集料的技術(shù)規(guī)范要求，對(duì)壓碎值、吸水率、黏附性、針片狀含量，堅(jiān)固性，洛杉磯磨耗、視密度都進(jìn)行檢測(cè)。細(xì)集料對(duì)視密度、及石粉含量進(jìn)行檢測(cè)。粗細(xì)骨料性能都滿足規(guī)范要求。（3）填料的選擇。瀝青混合料中必須采用石灰?guī)r和巖漿中的強(qiáng)基性巖石等憎水性石材料磨細(xì)得到的礦粉，礦粉應(yīng)干燥潔凈能自由地從礦粉倉(cāng)流出，其表觀密度不小于2.45t/m3，其粒徑范圍滿足規(guī)范要求。填料采用的當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的P·O42.5硅酸鹽水泥代替，摻量比例按照2%摻配，技術(shù)指標(biāo)滿足規(guī)范要求[2]。（4）抗剝離措施。采用添加0.5%的抗剝落劑改善集料黏附性。試驗(yàn)方法采用水煮法檢測(cè)黏附性指標(biāo)。檢測(cè)結(jié)果瀝青膜少部為水所移動(dòng)，厚度不均勻，剝離面積百分率少于10%，達(dá)到瀝青與集料黏附性四級(jí)，滿足瀝青混凝土瀝青與集料的黏附性要求。

4 礦料級(jí)配組成的選擇

選擇合適的瀝青混合料級(jí)配類型是確保瀝青混凝土路面質(zhì)量的前提，瀝青混凝土面層設(shè)計(jì)，規(guī)范規(guī)定，上面層瀝青混凝土的最大粒徑不宜超過(guò)該層厚的1/2；瀝青結(jié)構(gòu)層混合料集料最大公稱尺寸不宜超過(guò)該層厚的1/3[3]。項(xiàng)目部料場(chǎng)生產(chǎn)的瀝青集料規(guī)格是25~19mm、19~9.5mm、9.5~4.75mm、4.75~0mm 4種，根據(jù)集料的篩分結(jié)果首先初選出粗、中、細(xì)3個(gè)不同比例的級(jí)配進(jìn)行試配。

5 馬歇爾試驗(yàn)

確定礦料混合比例，計(jì)算各種礦料的試拌用量，根據(jù)規(guī)范的推薦和經(jīng)驗(yàn)，估計(jì)適用的瀝青用量為中值，按0.5%間隔變化，分別取摻量為3.0%、3.5%、4.0%、4.5%、5.0%不同的瀝青用量，用瀝青混合料拌和機(jī)拌制。分別備制最大理論密度樣品、馬歇爾試件。馬歇爾試件按規(guī)范規(guī)定兩面擊實(shí)75次成型，用卡尺測(cè)量試件中部的直徑，用十字對(duì)稱的4個(gè)方向測(cè)量邊緣10mm處的高度，求平均值，試件高度按（63.5±1.3）mm控制，不滿足尺寸要求的廢棄。測(cè)得馬歇爾試件在空氣和水中重量以后，在（60±1）℃的恒溫水浴中放置30min。開(kāi)始馬歇爾試驗(yàn)，直至試件加載破壞時(shí)紀(jì)錄最大荷載和流值。測(cè)得混合料最大理論密度。計(jì)算出試件的密度、空隙率、礦料間隙率、瀝青飽和度等。

瀝青用量為橫坐標(biāo)，以瀝青混合料試驗(yàn)的密度、空隙率、瀝青飽和度、馬歇爾穩(wěn)定度和流值為縱坐標(biāo)，繪制成關(guān)系圖，從曲線上找出相應(yīng)于最大密度、最大穩(wěn)定度、目標(biāo)空隙率（或中值）及瀝青飽和度范圍中值對(duì)應(yīng)的4個(gè)油石比，求出4者的平均值作為最佳摻量比初始值OAC1；如果對(duì)選擇試驗(yàn)的瀝青摻量比范圍，密度或穩(wěn)定度沒(méi)有出現(xiàn)峰值，可直接以目標(biāo)空隙率所對(duì)應(yīng)的摻量比作為OAC1。然后，以各項(xiàng)指標(biāo)均滿足瀝青混凝土各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)要求的摻量比范圍（OACmax，OACmin）的中值為 OAC2。最佳摻量比的初始值 OAC1在 OACmax與OACmin之間，設(shè)計(jì)結(jié)果是可行的，可取OAC1與OAC2的中值作為目標(biāo)配合比的最佳摻量比OAC，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c(diǎn)和實(shí)際情況得出最佳摻量比。

6 配合比驗(yàn)證

為了檢驗(yàn)瀝青混合料的抗水損害性能，進(jìn)行了設(shè)計(jì)油石比下的瀝青混合料的浸水馬歇爾試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果殘留穩(wěn)定度為89.4%，大于規(guī)范要求80%；動(dòng)穩(wěn)定度試車轍試驗(yàn)平均值為2196次/mm，滿足規(guī)范要求≥1500次/mm[4]；滲水系數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)為53 m L/min，滿足≤100m L/min。目標(biāo)配合比結(jié)果表明：設(shè)計(jì)AC-25型目標(biāo)配合比瀝青混合料的性能均滿足技術(shù)要求。

7 生產(chǎn)配合比

根據(jù)目標(biāo)配合比，拌和樓振動(dòng)篩的篩孔尺寸分別設(shè)定為：35mm ×35mm、20mm×20mm、12mm ×12mm、7mm ×7mm、3mm ×3mm，安裝角度12°。按目標(biāo)配合比確定的比例上料，倉(cāng)門開(kāi)啟比例30%，對(duì)各料倉(cāng)的熱料進(jìn)行試驗(yàn)，最終確定生產(chǎn)配合比。根據(jù)AC-25瀝青混凝土路面設(shè)計(jì)要求及當(dāng)?shù)貧夂驐l件。本次瀝青摻量為4.0%時(shí)空隙率為4.3%，且其他各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。

8 結(jié)語(yǔ)

公路瀝青混凝土的技術(shù)性能指標(biāo)對(duì)瀝青路面的滲水系數(shù)、車轍及耐久性都影響很大，科學(xué)的配合比設(shè)計(jì)，能確保瀝青混凝土的各項(xiàng)技術(shù)性能。同時(shí)，嚴(yán)格把控原材料及現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量，才能有效地提高路面的工作性能和耐久性能，防止早期病害的發(fā)生。