濕熱地區(qū)GAC-8瀝青混合料配合比設(shè)計研究

作者簡介：

葛 明（1984—），碩士，工程師，主要從事高速公路養(yǎng)護管理工作。

文章針對南友高速公路通車運營后出現(xiàn)的高溫車轍、水損害和抗滑性能下降等問題，為了使修復(fù)后的路面更具安全性和行車舒適性，結(jié)合實體工程，選用改進型AC-8即GAC-8瀝青混合料進行路面養(yǎng)護，對GAC-8瀝青混合料進行了三階段設(shè)計與優(yōu)化，并對后期實際鋪筑效果進行了跟蹤檢測，為今后濕熱地區(qū)公路養(yǎng)護工程使用GAC-8瀝青混合料提供參考。

道路工程；瀝青混合料；配合比設(shè)計；級配優(yōu)化；應(yīng)用效果

中圖分類號：U416.02 A 16 053 4

0 引言

瀝青路面在運營階段前期容易出現(xiàn)裂縫、剝落、車轍等常見病害，特別是在高溫多雨的環(huán)境下更容易產(chǎn)生這類問題。隨著時間的推移，路面裂縫不斷變寬，雨水沿著路面縫隙侵入內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使瀝青與集料之間的粘結(jié)力逐漸降低。在車輛荷載的作用下，集料被帶離面層主體，形成路面不平整、剝落，嚴(yán)重時還會形成坑槽?？追餐?］利用低標(biāo)號瀝青的自身特性展開動態(tài)模量試驗，研究表明骨架密實型的低標(biāo)號瀝青混合料在高溫潮濕環(huán)境下依舊具有較高的模量和強度。范倩等［2］對濕熱地區(qū)高速公路路面坑槽冷補料進行了試驗研究，發(fā)現(xiàn)冷補料能夠有效改善瀝青路面的水穩(wěn)定性。李燁宏［3］將間斷級配瀝青混合料應(yīng)用于高溫潮濕的高速路面上，顯著提高了路面的平整度和抗滑性能。廣西南友高速公路地處丘陵地帶，屬于亞熱帶溫濕季風(fēng)氣候，年平均氣溫為22 ℃，全年最低月平均氣溫為7 ℃，最高月平均氣溫為37 ℃，年均降水量約為1 200 mm，雨熱同季。該路段建成通車以來，一直受到高溫雨水等不利環(huán)境因素的影響，隨著使用時間的進一步增長，路面材料的老化日趨嚴(yán)重，使用性能逐步降低，路面逐漸出現(xiàn)不同程度的高溫車轍、水損害和抗滑性能下降等常見病害［4］。為了保證南友高速公路未來的正常運營，提高其通行質(zhì)量，降低后期養(yǎng)護維修成本，在當(dāng)前情況下，綜合考慮社會政治、經(jīng)濟和技術(shù)條件，有必要適時采取有效的養(yǎng)護措施予以改善，提高其路面結(jié)構(gòu)強度和使用質(zhì)量，減少養(yǎng)護維修的壽命周期費用［5］?？紤]到高溫車轍、水損害和路面抗滑等是該高速公路路面綜合處治工程中的重點難題，本文選擇對南友路部分路段進行GAC-8超薄磨耗層加鋪。本文對GAC-8瀝青混合料進行了配合比優(yōu)化設(shè)計，并在實體工程中檢驗了其性能。

1 原材料選擇

1.1 輝綠巖粗集料

原材料的選取是瀝青路面施工質(zhì)量控制的源頭，對路面質(zhì)量有決定性作用。本文研究選用的是由田東那拔鎮(zhèn)那練村輝綠巖石場生產(chǎn)的輝綠巖集料，檢測結(jié)果如表1～2所示。

檢測結(jié)果顯示，田東那拔鎮(zhèn)那練村輝綠巖石場生產(chǎn)的3～10 mm輝綠巖各項指標(biāo)均符合工程要求。

1.2 石灰?guī)r細(xì)集料

細(xì)集料選用的是崇左市江州區(qū)古陂村采石場生產(chǎn)的石灰?guī)r，檢測結(jié)果如表3～4所示。

由崇左市江州區(qū)古陂村采石場提供的石灰?guī)r細(xì)集料檢測結(jié)果來看，關(guān)鍵質(zhì)量控制指標(biāo)符合規(guī)范要求，其中細(xì)集料級配存在一定問題，細(xì)集料0.075 mm通過率偏高，細(xì)集料偏細(xì)。

1.3 礦粉

礦粉為上思縣城恒翔礦業(yè)有限公司提供，其質(zhì)量檢測結(jié)果如表5所示。根據(jù)檢測數(shù)據(jù)，礦粉的性能指標(biāo)均符合工程技術(shù)要求。

1.4 瀝青

GAC-8瀝青混合料采用SBS改性瀝青（I-D），供應(yīng)商為中遠(yuǎn)海運國際貿(mào)易有限公司。其檢測指標(biāo)如表6所示。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，該瀝青的各項指標(biāo)符合工程技術(shù)要求。

2 GAC-8混合料配合比設(shè)計

2.1 目標(biāo)配合比設(shè)計

AC-8屬于懸浮密實型瀝青混合料，在這種連續(xù)級配的條件下，每檔集料都占一定比例，次級集料填充前級集料間的空隙，較大顆粒懸浮于較小顆粒之間，每級集料間的空隙被填充密實，但粗集料之間未相互嵌擠，形成能夠受力的結(jié)構(gòu)骨架［6］。GAC-8則是在AC-8級配基礎(chǔ)上針對廣西濕熱地區(qū)氣候特點進行改進的區(qū)域性瀝青混合料［7］。與AC-8礦料級配對比可發(fā)現(xiàn)，GAC-8更接近于骨架密實型瀝青混合料的級配曲線。GAC-8使1.18 mm和0.6 mm篩孔通過率盡量貼近上限，適當(dāng)提高控制篩孔2.36 mm以上的集料比例，從而達(dá)到形成粗集料結(jié)構(gòu)骨架的目的，提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。2.36 mm篩孔以上的集料比例相對增加能夠有效增大路面的構(gòu)造深度，達(dá)到提升抗滑性的效果；細(xì)集料和瀝青的有效填充則保證了路面的密實，抗?jié)B水性能也可滿足規(guī)范要求［8］。GAC-8和AC-8礦料級配的組成如表7所示。

按照規(guī)范進行最佳油石比的確定，根據(jù)經(jīng)驗以5.2%的油石比為中間值，間隔0.5%油石比測定瀝青混合料的馬歇爾試驗指標(biāo)，根據(jù)測出的各個體積參數(shù)得出最佳油石比為5.2%。在5.2%的油石比下進行馬歇爾試件相關(guān)體積參數(shù)的測定，結(jié)果如表8所示。

2.2 生產(chǎn)配合比設(shè)計

根據(jù)目標(biāo)級配曲線和礦料的篩分結(jié)果進行礦料級配合成，同時考慮工程實體對瀝青混合料路用性的要求，調(diào)試出兩組不同的GAC-8礦料級配進行礦料級配的選擇，分別記為級配一和級配二。礦料組成的設(shè)計如表9所示。

以目標(biāo)配合比確定的最佳油石比5.2%對兩種級配礦料進行馬歇爾試驗，結(jié)果如表10所示。

根據(jù)表10可知，級配二的空隙率偏大，而級配一瀝青混合料的馬歇爾試驗各項指標(biāo)均符合要求，因此選擇級配一為設(shè)計級配。

2.3 生產(chǎn)配合比檢驗

為了驗證確定的生產(chǎn)配合比的各項性能，采用5.2％油石比成型馬歇爾試件（雙面各擊實75次）和凍融劈裂試件（雙面各擊實50次），并進行相應(yīng)的試驗以檢驗其水穩(wěn)定性能。檢測結(jié)果如表11～12所示。

采用5.2％油石比成型車轍試件，在標(biāo)準(zhǔn)試驗條件下進行車轍試驗［9］，以評估其高溫穩(wěn)定性，結(jié)果如表13所示。

由表11～13可知，生產(chǎn)配合比GAC-8具有一定的抗水損害能力和低溫抗裂能力，同時高溫抗車轍性能也較好，非常適合鋪筑于高溫多雨的廣西地區(qū)。

3 試驗段鋪筑

為了驗證GAC-8的實際路用性能，在南友高速公路K177+000～K177+372上行段鋪筑了長達(dá)372 m的試驗段。該試驗路施工方配備了3臺雙鋼輪壓路機，2臺膠輪壓路機和1臺單鋼輪壓路機，攤鋪速度控制在3～3.5 m/min。試驗段現(xiàn)場天氣為陰，環(huán)境溫度為28 ℃。根據(jù)現(xiàn)場跟蹤，混合料攤鋪溫度＞165 ℃，初壓溫度＞150 ℃，符合試驗段施工要求。

3.1 燃燒級配篩分

為了掌握混合料實際生產(chǎn)與設(shè)計的級配偏差，對試驗段混合料進行了燃燒篩分試驗，其試驗結(jié)果如下頁表14所示。

根據(jù)表14的數(shù)據(jù)顯示，現(xiàn)場攤鋪的瀝青混合料級配與生產(chǎn)配合比的誤差均滿足要求。7.2 mm篩孔通過率與生產(chǎn)配合比通過率相差較大，但在一定范圍內(nèi)7.2 mm通過率越高對GAC-8瀝青混合料壓實越有利，在混合料性能指標(biāo)滿足設(shè)計和規(guī)范要求條件下，該偏差對混合料性能無明顯影響。

3.2 現(xiàn)場試驗檢測

對試驗段進行鉆芯取樣、滲水試驗、平整度、構(gòu)造深度檢測。試驗段鉆取芯樣3個，最厚的芯樣為2.8 cm，最薄的2.2 cm，平均厚度為2.5 cm。芯樣檢測結(jié)果見表15。

由表15可知，K177+060芯樣因取芯位置太靠近路邊緣，該位置壓實度不足的現(xiàn)象較為常見。在正式施工中，應(yīng)注意壓路機的壓實遍數(shù)和均勻性，確保各處位置充分壓實。

對試驗段進行現(xiàn)場滲水試驗和構(gòu)造深度試驗，結(jié)果如表16、表17所示。

表16～17的數(shù)據(jù)顯示，新鋪設(shè)的GAC-8瀝青混合料的抗?jié)B水性能和抗滑性能均能滿足現(xiàn)場實際需求。

3.3 優(yōu)化配合比

根據(jù)現(xiàn)場燃燒篩分的實測數(shù)據(jù)，除7.2 mm和4.75 mm篩孔的通過率與生產(chǎn)配合比的偏差為正偏差以外，其余篩孔的偏差為負(fù)。分析原因可能是與拌和站上料倉的篩孔有關(guān)。為了在大規(guī)模生產(chǎn)時礦料級配更接近于生產(chǎn)配合比，建議適當(dāng)減小大檔料的投放比例，稍微提高細(xì)料含量。具體優(yōu)化如表18所示。

4 結(jié)語

本文通過目標(biāo)配合比設(shè)計、生產(chǎn)配合比設(shè)計以及現(xiàn)場試驗段鋪筑，驗證了GAC-8在廣西濕熱多雨地區(qū)的路用性能，并確定了符合工程實體需求的GAC-8瀝青混合料礦料級配和最佳油石比。針對實體工程中高溫多雨地區(qū)瀝青路面出現(xiàn)的高溫車轍、水損害和抗滑性能下降等問題，GAC-8瀝青混合料經(jīng)過現(xiàn)場試驗檢測的數(shù)據(jù)表明其能夠?qū)⑦@些問題一一解決。同時該高速公路近三年來的通車情況顯示，GAC-8的各項路用性能均表現(xiàn)良好，而且穩(wěn)定，從而進一步驗證了其在濕熱地區(qū)的適用性，這為針對不同氣候環(huán)境條件，進行瀝青配合比設(shè)計提供了一定的參考方向。

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收稿日期：2022-10-09