高速公路干濕交替環(huán)境下路用瀝青混合料配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)

李蔓琴 姜龍飛

摘? 要：本文在對(duì)老撾高速公路干濕交替環(huán)境下路用瀝青混合料配合比影響因素的研究基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。項(xiàng)目位于老撾境內(nèi)，屬中南半島熱帶、亞熱帶干濕季節(jié)交替環(huán)境，該環(huán)境對(duì)高速公路路面結(jié)構(gòu)影響較大。為解決高速公路瀝青路面出現(xiàn)的各種早期病害問(wèn)題，達(dá)到提升路面耐久性的目的，根據(jù)本項(xiàng)目的工程特點(diǎn)及目前已有工程實(shí)踐和研究成果所存在的不足，旨在通過(guò)本文研究提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：瀝青混合料? 配合比? 優(yōu)化設(shè)計(jì)? 高溫穩(wěn)定性? 水穩(wěn)定性

中圖分類號(hào)：TU997? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2021）01（a）-0021-03

Abstract： Based on the research on the influencing factors of asphalt mixture mix proportion under the dry wet alternate environment of Laos expressway， the optimization design is carried out in this paper. The project is located in Laos， belonging to the alternate environment of tropical and subtropical dry and wet seasons in Indochina Peninsula， which has a great impact on the pavement structure of expressway. In order to solve various early diseases of Expressway Asphalt Pavement and improve the pavement durability， according to the engineering characteristics of this project and the shortcomings of existing engineering practice and research results， this paper aims to improve the high temperature stability and water stability of asphalt mixture.

Key Words： Asphalt mixture; Mix proportion; Optimization design; High temperature stability; Water stability

針對(duì)本文依托項(xiàng)目位于老撾境內(nèi)，屬中南半島熱帶、亞熱帶干濕季節(jié)交替環(huán)境，該環(huán)境對(duì)高速公路路面結(jié)構(gòu)影響較大，在雨季容易出現(xiàn)啃邊、局部沉陷、翻漿唧漿、網(wǎng)裂、脫粒、松散，進(jìn)而形成坑槽現(xiàn)象，旱季出現(xiàn)車轍、推擠、擁包、波浪等永久性變形。由于受環(huán)境影響較大，為解決高速公路瀝青路面出現(xiàn)的各種早期病害問(wèn)題，達(dá)到提升路面耐久性的目的。根據(jù)本項(xiàng)目的工程特點(diǎn)及目前已有工程實(shí)踐和研究成果所存在的不足，旨在通過(guò)本文研究提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性。

1? 項(xiàng)目自然環(huán)境影響因素

1.1 氣象

區(qū)內(nèi)為熱帶雨林氣候，年平均氣溫22.3～31℃，每年3～5月氣候炎熱，最高氣溫為4月平均達(dá)34.4℃，6～10月氣候濕熱，11月至次年2月相對(duì)涼爽，平均氣溫 21.4～21.9℃，1月氣溫較低，月平均氣溫為10～20℃。

境內(nèi)雨量充沛，年降水量1278.30～2493.50mm，多年平均降水量1822.7mm，其中85%集中在5～9月雨季，月降雨量以12～1月為最少。平均年降雨天數(shù)為107天，日最大降雨量510mm（1981年8月6日）。相對(duì)濕度3月最低為63%，8月最高達(dá)83%。蒸發(fā)量6～9月最低，為59.4～68.2mm，3月最高達(dá)172mm。

區(qū)域內(nèi)氣候條件總體對(duì)施工有利，但洪澇是影響本項(xiàng)目的主要的氣候因素，特別是萬(wàn)象沖積平 原段、萬(wàn)榮沿河谷段，應(yīng)合理安排項(xiàng)目建設(shè)工期，充分重視路基填筑、路面防、排水設(shè)計(jì)，構(gòu)造物安全及運(yùn)營(yíng)安全。

1.2 水文

區(qū)內(nèi)地表水系發(fā)育，多呈格狀、羽狀水系，總體屬湄公河水系。湄公河（Mekhong River）是老撾境內(nèi)最大的河流，流經(jīng)西部地區(qū)長(zhǎng)1900km，湄公河在老撾境內(nèi)支流眾多，沿路線附近主要支流有南松河（Nam Song River）、南利河（Nam Lik River）、南俄河（Nam Ngum River）等及更次級(jí)北東、南西向羽狀水系，河流流量受季節(jié)影響較明顯。路線橫跨其眾多支流。區(qū)內(nèi)還有許多水面面積在數(shù)百——數(shù)萬(wàn)平方米的水塘及湖泊，是當(dāng)?shù)鼐用癯秃恿魉酝獾牧硪恢匾盟畞?lái)源。河流和水塘及湖泊是區(qū)內(nèi)地下潛水的主要補(bǔ)給源之一。

2? 原材料的優(yōu)化選擇

2.1 集料

瀝青混合料所使用集料的品質(zhì)對(duì)于路用性能會(huì)產(chǎn)生重大影響。針對(duì)粗集料而言，要求具有滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的硬度和強(qiáng)度與瀝青有非常好的粘附性，且要求表面粗糙、多棱角、無(wú)雜質(zhì)、潔凈、干燥、無(wú)風(fēng)化，顆粒接近立方體。針對(duì)細(xì)集料而言，應(yīng)保證潔凈、干燥且有適當(dāng)?shù)念w粒級(jí)配。

根據(jù)老撾萬(wàn)象地區(qū)氣象情況，全年氣溫普遍在30℃以上，路面溫度甚至可達(dá)45～60℃。為了提高高溫穩(wěn)定性，應(yīng)該選擇集料間能夠形成緊密的嵌擠作用，提高瀝青混合料的內(nèi)摩阻力。研究表明，破碎細(xì)集料相比較于破碎粗集料對(duì)提高高溫穩(wěn)定性具有更加優(yōu)秀的表現(xiàn)。

盡可能選取能夠與瀝青能夠起化學(xué)吸附作用的礦質(zhì)材料，更能改善瀝青混合料的抗變形能力。例如，石灰?guī)r材料顆粒表面起化學(xué)吸附作用的薄層瀝青的內(nèi)聚力，大大超過(guò)了花崗巖顆粒表面上瀝青的內(nèi)聚力。而隨著瀝青內(nèi)聚力的增大，瀝青混合料的強(qiáng)度和抗變形能力也得到了提高。

2.2 瀝青

瀝青混凝土的主體自然是瀝青，瀝青的好壞在很大程度上決定著瀝青混凝土路面的使用期限以及適應(yīng)能力。所以，既要密切關(guān)注瀝青質(zhì)量的好壞，同時(shí)也要注重該瀝青對(duì)于當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境、氣候及道路運(yùn)行情況的適應(yīng)性，例如，該項(xiàng)目地處熱帶雨林氣候高溫，雨量充沛干濕交替。根據(jù)項(xiàng)目情況，瀝青的高溫粘度越大，與集料的粘附性越好，相應(yīng)的瀝青混合料的抗高溫變形能力就越強(qiáng)且對(duì)水穩(wěn)定性能也有提高。

2.3 礦粉

礦粉指的是粒徑小于0.6mm的石灰?guī)r磨細(xì)的填料。填料在瀝青混凝土中扮演著一種添加劑的角色，要配合需求投放，投放的量過(guò)少會(huì)導(dǎo)致瀝青難以吸附，投放的量過(guò)多則會(huì)使膠泥成團(tuán)，致使路面離析，造成不良后果。

3? 結(jié)合項(xiàng)目情況瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

3.1 目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)材料的確定和性能的測(cè)試，結(jié)合氣候特點(diǎn)和交通條件選擇相應(yīng)的瀝青型號(hào)。由道路等級(jí)、路面結(jié)構(gòu)層位等確定采用AC-25C型瀝青混合料。通過(guò)圖解法或者試算法確定各種材料間的比例關(guān)系，并且根據(jù)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，調(diào)整AC-25C型的級(jí)配范圍接近規(guī)范級(jí)配的上、下限。對(duì)集料進(jìn)行篩分，從而使混合料達(dá)到較高密度和內(nèi)摩阻力。因此礦料生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)關(guān)注礦料的級(jí)配變化，防止部分篩孔通過(guò)率超出級(jí)配范圍，影響混合料的質(zhì)量。

根據(jù)各種材料的配合比例，結(jié)合SBS改性瀝青，參考規(guī)范要求的瀝青用量范圍，按0.5%間隔變化取5個(gè)不同的瀝青用量，進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)得出如表1所示結(jié)果。

3.2 最佳瀝青用量確定試驗(yàn)檢測(cè)

根據(jù)最佳瀝青用量結(jié)果，對(duì)該AC-25C瀝青混合料生產(chǎn)配合比進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)試驗(yàn)檢測(cè)。根據(jù)試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果數(shù)據(jù)（表2）表明，各項(xiàng)指標(biāo)符合JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》及設(shè)計(jì)文件中的技術(shù)要求。

4? 結(jié)語(yǔ)

本文主要以老撾高速公路項(xiàng)目為依托，通過(guò)分析項(xiàng)目所處干濕交替自然環(huán)境條件下對(duì)瀝青混凝土路用性能的影響，研究得出提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性最為關(guān)鍵。通過(guò)從礦料選擇到配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)，在增強(qiáng)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性的同時(shí)遵循性能平衡原則，以達(dá)到設(shè)計(jì)出最優(yōu)生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)方案。最后通過(guò)對(duì)配合比設(shè)計(jì)方案進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)是否符合JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》及設(shè)計(jì)文件中的技術(shù)要求。

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