FAC-5富油瀝青應(yīng)力吸收層配合比設(shè)計(jì)技術(shù)

摘要 文章結(jié)合G358線上杭蛟洋段“白加黑”瀝青路面改造工程的實(shí)施，按照設(shè)置富油應(yīng)力吸收層作為延緩和減少反射裂縫，達(dá)到抵抗溫度應(yīng)力的目的，從原材料選擇、瀝青混合料的技術(shù)指標(biāo)要求著手，使瀝青膠結(jié)料具有較大的彈性恢復(fù)；混合料具有較高的高溫穩(wěn)定性、抗疲勞性能，對(duì)FAC-5應(yīng)力吸收層配合比設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了完善總結(jié)，可供同類工程實(shí)施時(shí)參考。

關(guān)鍵詞 FAC-5；應(yīng)力吸收層；配合比；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào) U414 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）20-0000-04

0 引言

近年來(lái)，福建省在瀝青路面改造工程中采用FAC-5富油瀝青應(yīng)力吸收層作為減少或延緩“白加黑”工程中經(jīng)常出現(xiàn)的反射裂縫病害的結(jié)構(gòu)層，但由于目前的相關(guān)規(guī)范中還沒(méi)有關(guān)于應(yīng)力吸收層的具體規(guī)定，而設(shè)計(jì)單位在FAC-5富油瀝青應(yīng)力吸收層的設(shè)計(jì)中主要沿用美國(guó)STRATA應(yīng)力吸收層[1]的標(biāo)準(zhǔn)，其提出的設(shè)計(jì)指標(biāo)如維姆穩(wěn)定度在我國(guó)并不適用，影響了FAC-5富油瀝青應(yīng)力吸收層的配合比設(shè)計(jì)工作的實(shí)施。

該文以實(shí)體“白加黑”工程為依托，根據(jù)施工技術(shù)規(guī)范[2]和試驗(yàn)規(guī)程[3]，并參照STRATA應(yīng)力吸收層的技術(shù)指標(biāo)，提出了FAC-5富油瀝青應(yīng)力吸收層配合比的設(shè)計(jì)方法，為“白加黑”瀝青路面改造工程的順利實(shí)施提供技術(shù)支持。

1 原材料及瀝青混合料質(zhì)量要求

1.1 改性瀝青

在參照美國(guó)STRATA應(yīng)力吸收層黏結(jié)材料改性瀝青的技術(shù)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，該工程提出了推薦指標(biāo)，如表1所示：

其中，針入度指標(biāo)主要是根據(jù)我國(guó)的道路石油瀝青標(biāo)號(hào)BrQ5HJD4FOSqeQl6GKAZ3Q==劃分，而軟化點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)黏度、彈性恢復(fù)指標(biāo)的調(diào)整則主要是為確保富油瀝青應(yīng)力吸收層瀝青混合料的熱穩(wěn)定性、柔韌性、整體性、抗變形能力及與舊路面的黏結(jié)性能，即應(yīng)力吸收層應(yīng)有的高彈高黏性能。

1.2 礦料

集料一般采用非酸性（堿性更佳）巖石加工而成，以0～3 mm石屑（S16）或機(jī)制砂為主，并適當(dāng)摻入3～5 mm碎石（S14）。填料為堿性巖石加工磨細(xì)而成的礦粉，具有良好的親油性。

集料及礦粉采用滿足路面施工技術(shù)規(guī)范中一級(jí)路及以上瀝青路面材料相同的質(zhì)量要求。

1.3 礦料級(jí)配

該工程的礦料采用AC-5的級(jí)配范圍見(jiàn)表2所示：

1.4 瀝青混合料性能指標(biāo)

瀝青混合料馬歇爾性能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3所示：

指標(biāo)采用說(shuō)明：

穩(wěn)定度、流值指標(biāo)采用公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范中一級(jí)路及以上瀝青路面的指標(biāo)；空隙率、礦料間隙率指標(biāo)采用STRATA應(yīng)力吸收層的標(biāo)準(zhǔn)；瀝青飽和度指標(biāo)比公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范高，這是由于采用的空隙率小及瀝青用量增加，所以調(diào)高至85%～98%。

為確保FAC-5應(yīng)力吸收層的抗裂性能、抗變形能力、水穩(wěn)性能、抗水滲透性能，以及抵抗疲勞裂縫的能力，需對(duì)瀝青混合料路用性能進(jìn)行檢驗(yàn)，其技術(shù)指標(biāo)如表4所示：

其中，疲勞試驗(yàn)是通過(guò)彎曲應(yīng)變模擬舊水泥路面接縫位置反射裂縫的產(chǎn)生，以測(cè)試瀝青混合料承受重復(fù)彎曲荷載的疲勞壽命。該試驗(yàn)按照美國(guó)STRATA應(yīng)力吸收層瀝青混合料BEAM疲勞試驗(yàn)的條件（2 000 με，10 Hz，20℃）和標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)我國(guó)的《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）進(jìn)行試驗(yàn)。

2 材料試驗(yàn)

材料進(jìn)場(chǎng)前，應(yīng)對(duì)意向采用的改性瀝青，以及S14碎石、S16石屑、礦粉現(xiàn)場(chǎng)取樣并初步檢測(cè)，合格后才能進(jìn)場(chǎng)。

2.1 改性瀝青質(zhì)量檢測(cè)

對(duì)進(jìn)場(chǎng)的改性瀝青質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)符合該工程的設(shè)計(jì)要求，見(jiàn)表5所示：

2.2 礦料質(zhì)量檢測(cè)

進(jìn)場(chǎng)的S14碎石、S16石屑為玄武巖破碎加工而成，礦粉為石灰?guī)r磨細(xì)，經(jīng)檢測(cè)進(jìn)場(chǎng)的礦料質(zhì)量均符合要求。

2.3 材料篩分及密度檢測(cè)

通過(guò)對(duì)所采用的礦料進(jìn)行篩分，以及對(duì)礦料、改性瀝青密度進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果匯總?cè)绫?所示：

3 目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)

3.1 確定各檔集料的用量比例

根據(jù)各礦料的篩分結(jié)果，以合成級(jí)配曲線盡量接近設(shè)計(jì)推薦級(jí)配范圍的中值為原則，通過(guò)試算確定各種礦料間的比例：S14碎石：S16石屑：礦粉=25∶69∶6，對(duì)應(yīng)的礦料合成級(jí)配如表7所示：

3.2 確定最佳瀝青用量

（1）馬歇爾性能試驗(yàn)

按照瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)方法，選用經(jīng)驗(yàn)瀝青用量9.0%，以及9.0%±0.3%、9.0%±0.6%制作5組不同瀝青用量的馬歇爾試件進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)定計(jì)算各組試件的馬歇爾性能指標(biāo)見(jiàn)表8所示：

（2）確定最佳瀝青用量

由于在所選用的瀝青用量范圍內(nèi)，密度和穩(wěn)定度沒(méi)有出現(xiàn)峰值，所以以目標(biāo)空隙率中值的瀝青用量作為最佳瀝青用量OAC1=a3=9.12%。

由于5組試件的流值、空隙率、瀝青飽和度指標(biāo)均在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)，所以以瀝青用量范圍的中值作為最佳瀝青用量，即OAC2=9.00%。

最佳瀝青用量OAC=（OAC1+OAC2）/2=9.06%，最后確定最佳的瀝青用量為9.1%。

3.3 路用性能檢驗(yàn)

（1）試件相關(guān)要求

根據(jù)最佳瀝青用量OAC拌和的瀝青混合料，按規(guī)定的擊實(shí)方法成形馬歇爾試件，以及用輪碾法成形板塊狀試件，其中板塊狀成形試件的密度應(yīng)符合馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試樣密度100±1%的要求。

1）馬歇爾試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)試件2組（各5個(gè)），分別用于測(cè)定試件浸水前后的穩(wěn)定度，進(jìn)而確定浸水殘留穩(wěn)定度。

2）車(chē)轍板試件：尺寸為300 mm×300 mm×50 mm，2組（各3個(gè)），輪碾法碾壓成形分別作為瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度及滲水檢驗(yàn)的試件。

3）疲勞試驗(yàn)需用特制輪碾成形機(jī)，按試驗(yàn)規(guī)程T703的方法成形450 mm×寬450 mm×厚70 mm的板塊，然后再切割成長(zhǎng)380 mm×寬63 mm×高50 mm的試件，該工程共制作了5個(gè)試件。試驗(yàn)時(shí)先行預(yù)加載50個(gè)循環(huán)，作為試件的初始勁度模量；繼續(xù)加載，以試件勁度模量下降到初始勁度的50%所對(duì)應(yīng)的循環(huán)加載重復(fù)次數(shù)，作為彎曲梁的疲勞壽命。

（2）路用性能檢驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)測(cè)定，瀝青混合料的路用性能檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9所示，均符合要求。

3.4 目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)結(jié)果

目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)結(jié)果如表10所示：

4 生產(chǎn)配合比

4.1 生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)

（1）按目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)確定的比例進(jìn)料，通過(guò)對(duì)拌和樓熱料倉(cāng)的集料進(jìn)行二次篩分，各熱料倉(cāng)材料篩分結(jié)果匯總?cè)绫?1所示：

（2）確定各熱料倉(cāng)集料的用量比例。根據(jù)各熱料倉(cāng)材料篩分結(jié)果，通過(guò)試算確定各熱料倉(cāng)集料的用量比例，其合成級(jí)配應(yīng)與設(shè)計(jì)級(jí)配大致接近，試算確定的各熱料倉(cāng)礦料及礦粉的用量比例為：1#倉(cāng)：2#倉(cāng)：3#倉(cāng)礦：粉=33∶31∶30∶6，對(duì)應(yīng)的礦料合成級(jí)配如表12所示：

該各熱料倉(cāng)用量比例供拌和機(jī)控制室使用。

（3）測(cè)定試件的馬歇爾性能指標(biāo)

按確定的各熱料倉(cāng)礦料比例及最佳瀝青用量OAC制作馬歇爾試件，測(cè)定計(jì)算試件的體積性能指標(biāo)見(jiàn)表13所示，作為生產(chǎn)配合比驗(yàn)證及施工時(shí)對(duì)應(yīng)技術(shù)指標(biāo)的參考。

（4）生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表14所示：

4.2 生產(chǎn)配合比驗(yàn)證

拌和機(jī)按生產(chǎn)配合比結(jié)果進(jìn)HgtnLA78QZg9Nlo3vHRMew==行瀝青混合料試拌，集料加熱溫度為180～190℃，瀝青加熱溫度為165～175℃，混合料拌和溫度為170～180℃，待拌和60 s瀝青均勻包裹集料后，混合料即可出料。

當(dāng)瀝青混合料在溫度155～165℃范圍內(nèi)時(shí)，取樣制作馬歇爾試件，檢測(cè)瀝青混合料的馬歇爾性能指標(biāo)；同時(shí)抽提瀝青用量，結(jié)果見(jiàn)表15所示：

由表15顯示，試拌結(jié)果與生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)結(jié)果相一致，因此表12的馬歇爾性能指標(biāo)和表13的各熱料倉(cāng)生產(chǎn)配合比可以作為FAC-5富油瀝青應(yīng)力吸收層的瀝青混合料的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)及標(biāo)準(zhǔn)配合比。

5 實(shí)施效果

5.1 試驗(yàn)段情況

對(duì)舊水泥路面的病害及接縫處理后，按0.2 kg/m2的用量噴灑SBR改性乳化瀝青黏層，待破乳后即可進(jìn)行瀝青混合料的鋪設(shè)。攤鋪時(shí)的溫度控制在150～170℃范圍內(nèi)，初壓選用8～10 t小噸位光輪壓路機(jī)靜壓1～2遍，速度控制在1.5～2.0 km/h，碾壓溫度為150～165℃；復(fù)壓、終壓選用10～16 t雙鋼輪壓路機(jī)靜壓3～4遍，速度控制在2.0～2.5 km/h，終壓溫度應(yīng)控制在90℃以上。

在試驗(yàn)段施工后的第二天對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查，應(yīng)力吸收層結(jié)構(gòu)緊密，顏色呈深黑色，并出現(xiàn)輕微的油斑。經(jīng)取芯檢查，應(yīng)力吸收與舊水泥路面黏結(jié)牢固；滲水檢測(cè)滲透系數(shù)為32 ml/min；核子密實(shí)度檢測(cè)壓實(shí)度為97%。

5.2 工程實(shí)效

工程完成后經(jīng)過(guò)了三年多的通車(chē)使用，路面整體狀況良好，6.8 km的雙車(chē)道瀝青路面共出現(xiàn)54 m/21條的反射裂縫。實(shí)踐證明，F(xiàn)AC-5富油瀝青應(yīng)力吸收層能夠有效減少和延緩反射裂縫的產(chǎn)生，也說(shuō)明了在該工程實(shí)施中采用的應(yīng)力吸收層配合比設(shè)計(jì)方法可行，在確保FAC-5富油瀝青應(yīng)力吸收層的施工質(zhì)量方面起到了關(guān)鍵作用。

6 結(jié)語(yǔ)

FAC-5富油瀝青應(yīng)力吸收層目前并無(wú)相關(guān)的技術(shù)規(guī)范，該文結(jié)合實(shí)際工程總結(jié)了配合比的設(shè)計(jì)方法，但要轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用還需結(jié)合工程所在地的氣候條件、材料供應(yīng)來(lái)源等因素進(jìn)行綜合考量。

參考文獻(xiàn)

[1]廖衛(wèi)東，劉洪海，張昌波，等，STRATA應(yīng)力吸收層的級(jí)配特征與施工控制技術(shù)[J]，公路，2005（5）：13-18.

[2]公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范：JTG F40—2004[S].北京：人民交通出版社，2004.

[3]公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程：JTG E20—2011，[S].北京：人民交通出版社，2011.

收稿日期：2024-08-10

作者簡(jiǎn)介：藍(lán)玉（1968—），男，本科，工程師，研究方向：公路養(yǎng)護(hù)。