骨架密實(shí)型GAC-20C在陽茂高速的應(yīng)用實(shí)踐

羅 珅，陳 搏

（1.廣東大雄經(jīng)濟(jì)技術(shù)咨詢有限公司，廣東 廣州 510075；2.廣州肖寧道路工程技術(shù)研究事務(wù)所有限公司，廣東 廣州 510641）

0 引言

廣東省位于我國華南地區(qū)，屬于亞熱帶和熱帶季風(fēng)氣候，主要特征是夏季高溫持續(xù)時(shí)間長，雨季降雨量大且較為集中，因此對(duì)瀝青混凝土路面抗?jié)B性能、抗疲勞性能要求較高。隨著廣東經(jīng)濟(jì)的迅猛增長，快速增長的交通量也對(duì)廣東地區(qū)高速公路的路面性能提出了更高的要求。傳統(tǒng)AC型瀝青混凝土高溫穩(wěn)定性欠佳，大孔隙瀝青混凝土易松散、抗水損能力欠佳，廣東省在二者基礎(chǔ)上提出了GAC型瀝青混凝土，將級(jí)配設(shè)計(jì)向骨架密實(shí)型調(diào)整，使得其抗車轍性能、疲勞性能、抗?jié)B性能大幅度提高，因而GAC型瀝青混凝土近年來在廣東省及附近地區(qū)的瀝青路面得到了廣泛推廣應(yīng)用[1-2]。

GAC-20C作為骨架密實(shí)型級(jí)配瀝青中面層，其使用性能及壽命大幅受到混合料級(jí)配設(shè)計(jì)及施工工藝的影響，對(duì)施工過程的技術(shù)要求較高[3-5]。本研究依托廣東省陽茂高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目瀝青路面施工應(yīng)用實(shí)例，介紹了GAC-20C瀝青中面層施工過程關(guān)鍵工藝，通過混合料級(jí)配設(shè)計(jì)、生產(chǎn)穩(wěn)定性控制、施工溫度控制、碾壓工藝優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了骨架密實(shí)型GAC-20C路面的高質(zhì)量成型，使項(xiàng)目交工檢測(cè)的結(jié)果達(dá)到省內(nèi)優(yōu)良水準(zhǔn)。通過對(duì)本項(xiàng)目施工工藝和施工效果評(píng)價(jià)，總結(jié)出一套科學(xué)的質(zhì)量管控方案，以期為GAC-20C瀝青混凝土在廣東省及其周邊地區(qū)的推廣應(yīng)用提供科學(xué)參考。

1 工程概況

陽茂高速是國高網(wǎng)G15沈海高速的重要組成部分，雙向4車道，設(shè)計(jì)時(shí)速120 km/h，于2004年建成通車。本次改擴(kuò)建施工采用雙向8車道高速公路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，將路基標(biāo)準(zhǔn)寬度擴(kuò)至42 m，新鋪路面面層結(jié)構(gòu)組合為：4 cm SMA-13（上面層）+6 cm GAC-20C（中面層）+8 cm GAC-20C（下面層），其上、中面層使用SBS改性瀝青，下面層使用70#基質(zhì)瀝青。

2 配合比設(shè)計(jì)

2.1 原材料

（1）瀝青。中面層使用廣東南粵物流實(shí)業(yè)有限公司所供應(yīng)SBS改性瀝青（PG76-22），進(jìn)場時(shí)對(duì)其進(jìn)行抽檢試驗(yàn)，各性能指標(biāo)均滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)文件要求。主要性能參數(shù)見表1。

表1 瀝青性能指標(biāo)

（2）集料。使用河源市芙蓉石場生產(chǎn)的10~20 mm、5~10 mm、3~5 mm規(guī)格碎石以及0~3 mm規(guī)格同母巖機(jī)制砂，其表觀干燥潔凈、級(jí)配均一，各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)文件要求。主要性能指標(biāo)見表2、表3。

表2 粗集料性能指標(biāo)

表3 細(xì)集料性能指標(biāo)

（3）填料。采用當(dāng)?shù)厥覐S所生產(chǎn)的礦粉，各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)文件要求。主要性能指標(biāo)見表4。

表4 礦粉性能指標(biāo)

（4）水泥。采用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，各性能指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

2.2 目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)

2.2.1 礦料級(jí)配設(shè)計(jì)

由于本項(xiàng)目所處華南高溫多雨區(qū)，年平均氣溫22.3℃，最高氣溫38~39℃，最低氣溫0~3℃；平均每日光照時(shí)間長，路面熱量吸收值大；4—9月為常規(guī)雨季，時(shí)間跨度長且雨量大。因此，對(duì)瀝青中面層開展目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)時(shí)，需要優(yōu)先考慮路面的抗高溫性能及抗水損害的能力。增加混合料中4.75 mm規(guī)格以上的集料比例，可以使瀝青混合料中的粗集料構(gòu)成骨架嵌擠結(jié)構(gòu)，從而改善中面層的抗車轍性能。適當(dāng)減少混合料中19 mm規(guī)格以上的集料比例，可以改善瀝青混合料的施工均勻性，更不易產(chǎn)生路面施工離析，從而提高抗水損害能力。適當(dāng)減少混合料中2.36~4.75 mm規(guī)格的集料比例，以進(jìn)一步增強(qiáng)粗集料骨架嵌擠結(jié)構(gòu)。適當(dāng)增加混合料中1.18 mm規(guī)格以下細(xì)集料的比例，以使骨架間的空隙被充分充填。根據(jù)廣東省已有項(xiàng)目及研究的經(jīng)驗(yàn)，確定以4.0%~6.0%作為級(jí)配設(shè)計(jì)的目標(biāo)空隙率。

使用上述原材料，進(jìn)行GAC-20C型瀝青混合料目標(biāo)配合比礦料級(jí)配曲線設(shè)計(jì)，經(jīng)試配，芙蓉集料目標(biāo)配合比礦料合成級(jí)配見圖1。

圖1 目標(biāo)配合比級(jí)配曲線圖

2.2.2 瀝青混合料性能試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)馬歇爾配合比設(shè)計(jì)要求和規(guī)范中熱拌瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)方法，確定的最佳油石比為4.4%，采用GAC-20C瀝青混合料目標(biāo)配合比為：10~20 mm∶5~10 mm∶3~5 mm∶0~3 mm:礦粉∶水泥=45∶22∶5∶24.5∶2∶1.5?；旌狭闲阅軠y(cè)試結(jié)果見表5。

表5 混合料性能測(cè)試結(jié)果

2.3 生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)

熱料倉集料粒徑規(guī)格分別為12~22 mm、6~12 mm、3.5~6 mm和0~3.5 mm。進(jìn)行中面層生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)，確定生產(chǎn)配合比（各材料重量比）為：12~22 mm∶6~12 mm∶3.5~6 mm∶0~3.5 mm:礦粉:水泥=40∶26∶5.5∶24.5∶2.5∶1.5。最佳油石比馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 最佳油石比馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

3 施工過程質(zhì)量控制

3.1 施工準(zhǔn)備

施工前，攤鋪路段須確保下承層界面的清潔，完成對(duì)中央分隔帶的填土填鋪與路肩培土綠化，路緣石與急流槽采用喇叭口順接，施工過程進(jìn)行薄膜覆蓋，達(dá)到零污染施工條件。

壓路機(jī)組進(jìn)場時(shí)，應(yīng)對(duì)施工作業(yè)面起點(diǎn)前20 m范圍內(nèi)鋪設(shè)彩條布，并在碾壓前對(duì)壓路設(shè)備進(jìn)行仔細(xì)清洗，以免施工過程中因銹跡、污漬等污染碾壓界面。

3.2 瀝青混合料的拌制

拌合設(shè)備為安邁5000型間歇式瀝青拌合樓（見圖2）。生產(chǎn)前須首先對(duì)拌合設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定，檢查其各項(xiàng)功能運(yùn)行情況，確保其在拌料過程中正常監(jiān)控原材料投入量及溫度變化等數(shù)據(jù)，并可逐盤顯示、打印，以嚴(yán)格控制原材料用量，保證混合料生產(chǎn)的均勻、穩(wěn)定。拌合過程中須嚴(yán)格控制拌合樓滾筒火焰燃燒功率，將倉筒內(nèi)混合料溫度控制在190℃以下，以免因?yàn)r青在高溫下加速老化，造成施工性能失衡，最終出料溫度控制在170~180℃范圍。

圖2 瀝青拌合樓

根據(jù)規(guī)范及設(shè)計(jì)文件，結(jié)合安邁拌合樓的獨(dú)立計(jì)時(shí)規(guī)則，進(jìn)行混合料拌合時(shí)間設(shè)計(jì)。適當(dāng)縮短拌合樓下料、料倉門開合時(shí)間，然后根據(jù)原材料含水率狀態(tài)和溫度情況，確定合適的干拌時(shí)間。干拌過程一方面需要將結(jié)團(tuán)粉料打散，另一方面具有通過干拌將常溫粉料加熱的作用。保證濕拌時(shí)間有助于降低空隙率和VMA，提高馬歇爾穩(wěn)定度，對(duì)高溫穩(wěn)定性能有利，但是拌合時(shí)間過長會(huì)導(dǎo)致瀝青膠結(jié)料的老化，將削弱混合料的低溫性能和抗水損性能。結(jié)合廣東地區(qū)已建項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，控制瀝青混合料的每一盤生產(chǎn)周期為60 s左右，且干拌時(shí)間至少5 s，濕拌時(shí)間不少于40 s。安排技術(shù)專員以目測(cè)方式實(shí)時(shí)監(jiān)控混合料生產(chǎn)均勻性，確?；旌狭喜唤Y(jié)團(tuán)成塊、不嚴(yán)重離析、不產(chǎn)生花白料。

3.3 混合料裝載與運(yùn)輸

混合料的運(yùn)輸應(yīng)選用經(jīng)過保暖改裝的運(yùn)輸車輛，采用油水混合物（食用油與水按照1∶3的比例混合）涂抹廂板內(nèi)部及車底，以免混合料沾黏于車廂內(nèi)，并在廂板兩側(cè)距廂底約50 cm處各開一個(gè)孔洞以便測(cè)溫。開工前對(duì)車輛進(jìn)行集中清洗，將輪胎清潔干凈，確保無泥土或油污。在裝料時(shí)，應(yīng)按照“前、后、中、前補(bǔ)、后補(bǔ)”的流程執(zhí)行裝載，以降低單次堆料的高度，減少裝載離析，并逐車由技術(shù)人員使用電子溫度計(jì)從兩側(cè)孔洞插入混合料中，測(cè)量、記錄出廠與到場時(shí)瀝青混合料的溫度，單次測(cè)溫時(shí)溫度計(jì)插入深度須不低于15 cm。

3.4 混合料的攤鋪

攤鋪設(shè)備為2臺(tái)福格勒2100-3L攤鋪機(jī)，為最大程度減少布料離析，采取梯形同步攤鋪方式，兩機(jī)間隔維持在5 m范圍內(nèi)，前機(jī)攤鋪靠路肩側(cè)，攤鋪寬度設(shè)置為6~7.5 m，后機(jī)設(shè)置為6~7.5 m，以避開輪跡帶位置。

攤鋪?zhàn)鳂I(yè)開始前1 h，對(duì)熨平板采用電預(yù)熱，確保開始攤鋪?zhàn)鳂I(yè)時(shí)溫度高于100℃。攤鋪過程中，須將初始?jí)簩?shí)度控制在85%之上，將攤鋪速度控制在2 m/min左右，并使布料面連續(xù)、均勻。為維持料位相對(duì)穩(wěn)定，應(yīng)合理調(diào)整螺旋布料器與料位器，使輸料螺旋中的料位保持在2/3之上。

因在卸料結(jié)束時(shí)攤鋪機(jī)中尾料往往含有較多粗集料，易使攤鋪面產(chǎn)生離析，故應(yīng)盡量減少收斗，且每次收斗后需要待新混合料進(jìn)入料槽并經(jīng)過充分?jǐn)嚢韬笤龠M(jìn)行前行攤鋪。

3.5 混合料的碾壓

碾壓設(shè)備為寶馬格203SL雙鋼輪壓路機(jī)與柳工6530E膠輪壓路機(jī)。瀝青混合料的碾壓對(duì)后續(xù)路面的使用性能及壽命至關(guān)重要，碾壓過程應(yīng)遵循“緊跟、慢壓、高頻、低幅”的原則進(jìn)行。初壓緊跟攤鋪機(jī)，前靜后振，并保持較短的初壓區(qū)長度，以盡快使表面壓實(shí)，減少熱量散失；復(fù)壓采用搓揉壓實(shí)形式，緊跟在初壓后開始；壓路機(jī)前后停機(jī)、返向時(shí)，速度緩慢，有效減少了停機(jī)造成路面的凸凹不平。鋼輪壓路機(jī)應(yīng)使用潔凈水源并合理調(diào)整噴水量，以在不粘輪的情況下盡量少噴水為準(zhǔn)。碾壓作業(yè)時(shí)，機(jī)組應(yīng)合理劃分區(qū)段，將作業(yè)面維持在30~50 m，并自低向高處碾壓，單次碾壓輪跡帶重疊控制在30%~50%范圍，碾壓現(xiàn)場設(shè)專崗對(duì)碾壓溫度、碾壓工藝進(jìn)行管理和檢查，確保不漏壓、不超壓。本項(xiàng)目碾壓方案見表7。

表7 試驗(yàn)段碾壓方案

3.6 施工過程溫度控制

為精準(zhǔn)把控施工全過程瀝青混合料溫度，并及時(shí)作出反應(yīng)調(diào)整，本項(xiàng)目采用FLIR手持式紅外熱像儀進(jìn)行全過程、大范圍的溫度監(jiān)控（見圖3）。根據(jù)工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)及SBS改性瀝青黏溫特性，對(duì)各環(huán)節(jié)具體溫度控制提出要求為[6]：混合料到場溫度控制在160℃以上；料槽混合料溫度控制在165~170℃；攤鋪后的混合料表面溫度應(yīng)處于145~155℃；初壓溫度應(yīng)處于140~150℃，初壓后表面溫度應(yīng)維持在130℃左右；復(fù)壓溫度在130℃左右。開始終壓溫度應(yīng)為90~100℃，終壓完成溫度應(yīng)在80℃以上。

圖3 混合料紅外溫度探測(cè)

4 施工質(zhì)量檢測(cè)與評(píng)價(jià)

4.1 壓實(shí)度檢測(cè)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，馬歇爾密度壓實(shí)度應(yīng)大于98%，理論密度壓實(shí)度應(yīng)大于93%。根據(jù)現(xiàn)場鉆取的9顆芯樣試驗(yàn)結(jié)果，芯樣（馬歇爾密度）壓實(shí)度均值100.02%，個(gè)別芯樣過壓現(xiàn)象明顯，導(dǎo)致局部區(qū)域空隙率偏小。為進(jìn)一步評(píng)價(jià)施工均勻性狀態(tài)，采用PQI380無核密度儀，通過儀器產(chǎn)生的環(huán)形探測(cè)磁場來測(cè)試瀝青路面的介電常數(shù)測(cè)密度與空隙率，以1 m為間隔繪制全斷面方格采集待檢區(qū)域共732個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，按空隙率的范圍分為細(xì)離析、非離析、中度粗離析、嚴(yán)重粗離析4種離析程度[7]。檢測(cè)區(qū)域非離析區(qū)域占比為82.1%，嚴(yán)重離析區(qū)域僅占比0.4%（見圖4），可認(rèn)為該區(qū)域?yàn)r青中面層空隙較為均勻，離析程度較低，施工均勻性較好。

圖4 空隙率分布圖

4.2 厚度檢測(cè)與均勻性評(píng)價(jià)

根據(jù)相關(guān)規(guī)范及設(shè)計(jì)文件要求，施工過程中每一層次厚度偏差值不超過設(shè)計(jì)值的8%。本項(xiàng)目瀝青中下面層設(shè)計(jì)總厚度為14 cm，容許偏差為1.12 cm，現(xiàn)場鉆取的9顆芯樣，測(cè)試的中面層厚度為56~65 mm，均值為59.6 mm，合格率100%。為了進(jìn)一步評(píng)價(jià)試驗(yàn)路段整體中下面層施工厚度的均勻性，采用DXG系列地面耦合天線陣向地下發(fā)送脈沖形式的高頻電磁波，通過多測(cè)道往返測(cè)量得到全斷面中下面層總厚度狀況[8]，檢測(cè)段落長度為630 m。測(cè)試結(jié)果顯示，該路段厚度均值滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，偏薄區(qū)域僅占比3.1%，且偏薄區(qū)域多為小塊分散分布，對(duì)后續(xù)使用性能及性能影響較小，可認(rèn)為瀝青中下面層整體施工厚度均勻性較好（見表8）。

表8 瀝青中面層厚度分布

4.3 其他路用性能指標(biāo)

（1）滲水系數(shù)。對(duì)施工面層進(jìn)行滲水檢測(cè)，共檢測(cè)21個(gè)斷面，均值為11.1 mL/min，極值為28 mL/min，滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)不大于150 mL/min的要求。

（2）平整度。采用連續(xù)式平整度儀對(duì)施工面層進(jìn)行測(cè)試，共檢測(cè)18個(gè)區(qū)間，標(biāo)準(zhǔn)差最大值1.17 mm，最小值0.63 mm，平均值0.76 mm，合格率100%，滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)對(duì)中面層平整度標(biāo)準(zhǔn)差應(yīng)小于1.2 mm的要求。

（3）彎沉。采用落錘式彎沉儀對(duì)施工面層進(jìn)行彎沉測(cè)試，共測(cè)點(diǎn)86處，平均值為3.5（0.01 mm），標(biāo)準(zhǔn)差為0.878（0.01 mm），代表值為4.1（0.01 mm），達(dá)到設(shè)計(jì)文件小于22.5（0.01 mm）的要求。

5 結(jié)論

以廣東省陽茂高速公路項(xiàng)目為依托，瀝青路面中面層采用GAC-20C瀝青混凝土結(jié)構(gòu)，通過對(duì)原材料技術(shù)指標(biāo)控制、配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化、施工關(guān)鍵環(huán)節(jié)質(zhì)量監(jiān)控（溫度、攤鋪、碾壓環(huán)節(jié)）等工作，使中面層施工兼顧瀝青混凝土路用性能與施工質(zhì)量均勻性，整體交驗(yàn)最終達(dá)到優(yōu)質(zhì)水準(zhǔn)，一系列的施工參數(shù)及把控重點(diǎn)可以在類似項(xiàng)目中推廣應(yīng)用。