I-D型SBS改性瀝青混合料AC-13C配合比設(shè)計(jì)

吳金清

(廈門(mén)捷航工程檢測(cè)技術(shù)有限公司，福建 廈門(mén) 361009)

1 工程概況

汕頭市東海岸新城項(xiàng)目中濱海大道(又稱東海岸大道)是汕頭市東海岸新城濱海主干道，全長(zhǎng)16.4 km，道路紅線寬度43～69.5 m，雙向8車道，投資總額約44億元。

隨著城市經(jīng)濟(jì)與交通行業(yè)不斷的發(fā)展，對(duì)交通路面條件的要求也越來(lái)越高。為提高路面的使用性能并延長(zhǎng)路面壽命、行車安全性和舒適性，道路路面優(yōu)先選用瀝青混合料設(shè)計(jì)。但由于汕頭市地處南方，全年平均氣溫21℃～27 ℃，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，若使用普通瀝青會(huì)出現(xiàn)高溫穩(wěn)定性較差、易老化,嚴(yán)重影響到瀝青路面的使用壽命,故在濱海大道路面工程建設(shè)中改性瀝青混合料得到了廣泛的應(yīng)用。

SBS改性瀝青混合料是一種技術(shù)含量與附加值較高的新型優(yōu)質(zhì)筑路材料，應(yīng)用于路面可提高行車舒適性與安全。

據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)[1]中對(duì)聚合物改性瀝青技術(shù)要求，SBS類(I類)分為A、B、C和D四個(gè)等級(jí)，其中I-D型適合在氣溫較高的地區(qū)的道路建設(shè)中應(yīng)用[2]。根據(jù)工程特點(diǎn)和結(jié)合具體實(shí)際情況，汕頭市濱海大道工程中有多段路面及橋面結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)采用I-D型SBS改性瀝青混合料(AC-13C)作為路面上面層。

2 試驗(yàn)原材料

2.1 瀝 青

本瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)瀝青采用I-D型SBS改性瀝青，生產(chǎn)廠家為茂名某公司。其主要性能檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 I-D型SBS改性瀝青主要檢測(cè)結(jié)果

2.2 礦 粉

本瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)采用礦粉為生產(chǎn)廠家梅縣建材廠，主要性能檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 礦粉主要檢測(cè)結(jié)果

2.3 細(xì)集料

本瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)采用細(xì)集料為本地石屑，公稱直徑0～5 mm，表觀相對(duì)密度為2.672 g/cm3，顆粒級(jí)配檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 細(xì)集料顆粒級(jí)配檢測(cè)結(jié)果

2.4 粗集料

本瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)采用粗集料本地碎石，公稱直接分別為5～10 mm和10～15 mm，主要檢測(cè)結(jié)果及其顆粒級(jí)配檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4～8。

表4 5～10 mm碎石主要檢測(cè)結(jié)果

表5 5～10 mm碎石主要顆粒級(jí)配檢測(cè)結(jié)果

表6 10～15 mm碎石主要檢測(cè)結(jié)果1

表7 10～15 mm碎石主要檢測(cè)結(jié)果2

表8 10～15 mm碎石主要顆粒級(jí)配檢測(cè)結(jié)果

注：據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中附錄B.3.2條規(guī)定，當(dāng)單一規(guī)格集料某項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)不合格，但不同粒徑規(guī)格的材料按級(jí)配組成的集料混合料指標(biāo)能符合規(guī)范要求時(shí)，允許使用[1]。

3 配合比設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

瀝青混合料配合比依據(jù)《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E42-2005)[3]、《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》[1]和《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011)[4]等的相關(guān)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。

瀝青混合料必須在對(duì)同類型公路配合比設(shè)計(jì)和使用情況調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，充分借鑒成功經(jīng)驗(yàn)，選用符合要求的材料進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。本工程根據(jù)規(guī)范與經(jīng)驗(yàn)選用馬歇爾試驗(yàn)配合設(shè)計(jì)方法，確定最佳瀝青用量及檢驗(yàn)混合料各項(xiàng)性能指標(biāo)。

3.2 礦料組成設(shè)計(jì)

混合料礦料級(jí)配應(yīng)符合工程設(shè)計(jì)規(guī)定的級(jí)配范圍，并滿足公路等級(jí)、氣候條件和交通量的需求。通常對(duì)夏季氣溫高且高溫持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)、重載交通多的路段，宜選用粗型(C型)密級(jí)配，并取較高的設(shè)計(jì)空隙率，根據(jù)新津河大橋上面層結(jié)構(gòu)功能要求，選用密實(shí)式粗級(jí)配AC—13C。依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)原材料進(jìn)行檢驗(yàn)，組成混合料礦料級(jí)配范圍需符合設(shè)計(jì)要求。

采用各原材料級(jí)配檢測(cè)結(jié)果,計(jì)算各原料的用量比例,使合成的礦料級(jí)配符合規(guī)范要求，并使礦料合成級(jí)配曲線基本上與要求級(jí)配范圍中值線相重合。本配合比設(shè)計(jì)合成級(jí)配組成見(jiàn)表9。

表9 合成級(jí)配組成

由表9所得本配合比設(shè)計(jì)礦料級(jí)配比例為：礦粉∶石屑(0～5 mm)∶碎石(5～10 mm)∶碎石(10～15 mm)=5%∶46%∶25%∶24%。

3.3 最佳油石比計(jì)算

根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)選擇適宜的瀝青用量以0.5%間隔變化取5個(gè)油石比，用試驗(yàn)室的小型拌和機(jī)與礦料混合料拌和成瀝青混合料，并擊實(shí)成型馬歇爾試件，要求擊實(shí)溫度160 ℃，錘擊次數(shù)正反兩面各75次，試件高度(63.5±1.3)mm。測(cè)定試件密度并計(jì)算空隙率、瀝青飽和度、礦料間隙率，檢測(cè)馬歇爾穩(wěn)定度及流值等物理力學(xué)性質(zhì)。

取馬歇爾穩(wěn)定度和密度最大值相對(duì)應(yīng)的瀝青用量(通常用油石比表示)為a1和a2，空隙率范圍中值或目標(biāo)空隙率對(duì)應(yīng)的瀝青用量a3，以及飽和度范圍中值對(duì)應(yīng)的瀝青用量a4，最佳油石比計(jì)算表見(jiàn)表10。

表10 最佳油石比計(jì)算表

由表10計(jì)算表可得a1=5.50%；a2=5.60%；a3=5.35%；a4=5.45%；取OAC1=(a1+ a2+ a3+ a4)/4=5.48%。

OACmin=5.10%；OACmax=5.95%；取OAC2=(OACmin+OACmax)/2=5.52%，取最佳油石比OAC=5.5%。

3.4 目標(biāo)配合比

綜合分析，本I-D型SBS改性瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)取最佳油石比5.5%，混合料目標(biāo)配合比見(jiàn)表11。并根據(jù)本配合比拌制瀝青混合料馬歇爾試件,檢驗(yàn)其各項(xiàng)性能是否滿足技術(shù)要求，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表12。

表11 I-D型SBS改性瀝青混合料配合比比例

依據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2017)及《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011)的規(guī)定：此瀝青混合料的各項(xiàng)指標(biāo)符合瀝青混合料配合比AC-13C的技術(shù)要求。

3.5 生產(chǎn)配合比

用于生產(chǎn)的施工配合比應(yīng)根據(jù)當(dāng)日各礦料及生產(chǎn)環(huán)境的影響進(jìn)行篩分調(diào)整，各料倉(cāng)進(jìn)料比例應(yīng)多次調(diào)整以達(dá)到供料平衡，確保施工配合比與設(shè)計(jì)配合比基本一致。由于拌和樓設(shè)備運(yùn)作功能控制變量較多，并不能完全按預(yù)定設(shè)計(jì)工作，與試驗(yàn)室所用小型拌和機(jī)存在拌和偏差，故對(duì)油石比及礦料級(jí)配驗(yàn)證應(yīng)考慮修正。

表12 瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

4 問(wèn)題、分析、對(duì)策和實(shí)踐應(yīng)用

在進(jìn)行I-D型SBS改性瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中，存在的一些問(wèn)題及對(duì)其解決分析(包括需要注意項(xiàng))如下。

1)由于本工程瀝青混合料拌和站位于廣東東部的汕頭市新溪鎮(zhèn)，而I-D型SBS改性瀝青生產(chǎn)方地處廣東西部的茂名市，相距地勢(shì)偏遠(yuǎn)，交通不便。這對(duì)改性瀝青的運(yùn)輸和儲(chǔ)存溫度的保持有較高的要求，若到場(chǎng)溫度低于140℃易使改性瀝青黏度增大，導(dǎo)致泵送油管堵塞。對(duì)此本工程選用過(guò)

濾網(wǎng)較大的瀝青泵過(guò)濾器，并加強(qiáng)對(duì)油管的保溫措施，保證泵送順暢。

2)生產(chǎn)配合比試拌過(guò)程中，由于初設(shè)干拌時(shí)間(10 s)過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致集料棱角磨細(xì)和擠散泥塊，故在拌和取料驗(yàn)證配合比時(shí)生產(chǎn)級(jí)配細(xì)顆粒增多，混合料空隙率減小。而初設(shè)濕拌時(shí)間(35 s)較短導(dǎo)致瀝青對(duì)礦料裹覆不夠，影響混合料均勻性。對(duì)此本工程將混合料拌和時(shí)間調(diào)整為：干拌5 s，濕拌40 s。

3)試驗(yàn)室馬歇爾擊實(shí)后測(cè)混合料密度與現(xiàn)場(chǎng)攤鋪壓實(shí)后取芯得到的混合料密度對(duì)比偏小，找尋原因發(fā)現(xiàn)為擊實(shí)前使用的插刀對(duì)瀝青混合料的插搗不完全。為此換用可插搗到試模底部的大螺絲刀，并注意插搗時(shí)不戳破底部紙片。

4)汕頭地處東南沿海，高溫多雨，濕度較大。I-D型SBS改性瀝青對(duì)溫濕度要求較高，在生產(chǎn)及攤鋪應(yīng)時(shí)刻保持對(duì)溫濕度的監(jiān)控，并密切關(guān)注天氣情況做好預(yù)防措施，例如可在料場(chǎng)搭建防水棚阻止雨水侵濕影響。

5)2017年11月汕頭東海岸大道使用SBS改性瀝青混合料對(duì)整條道路進(jìn)行攤鋪，該公路通車兩年多無(wú)出現(xiàn)各種病害。通過(guò)使用SBS改性瀝青混合料，不僅顯著延長(zhǎng)瀝青路面的使用壽命，降低維修成本，同時(shí)還保證了交通舒適、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行服務(wù)能力。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)I-D型SBS改性瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)過(guò)程，得出以下經(jīng)驗(yàn)和建議，可供相關(guān)類似工程參考。

1)可通過(guò)選用優(yōu)質(zhì)的瀝青原料、良好的礦料級(jí)配及合適的瀝青用量改善瀝青混合料的空隙率、飽和度和穩(wěn)定度等關(guān)鍵指標(biāo)，從而完成滿足要求的I-D型SBS改性瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)。

2)在保證改性瀝青性能合格情況下宜選用就近改性瀝青生產(chǎn)廠家，以減少瀝青原料運(yùn)輸成本，保證原料運(yùn)輸溫度。

3)生產(chǎn)配合比在拌和樓拌和過(guò)程中影響拌和因素較多，對(duì)混合料的路用性能的影響也多方面。故應(yīng)該隨時(shí)監(jiān)測(cè)礦料倉(cāng)供料情況，并抽取出料口和現(xiàn)場(chǎng)攤鋪段的混合料進(jìn)行試驗(yàn)，保證混合料生產(chǎn)質(zhì)量。

[ID:009757]