Superpave技術在通鳳公路瀝青面層中的應用研究

尹秀杰，閆文俊，德勒嘿，蔡 軍

（1.通遼市交通工程局，通遼 028000；2.正鑲白旗查汗淖爾養路工區，明安圖 013800；3.錫林郭勒盟邊防公路機械化養護隊，錫林浩特 026000；4.武漢理工大學硅酸鹽建筑材料國家重點實驗室，武漢 430070）

通遼至鳳凰嶺一級公路（下稱通鳳公路）起點位于通遼市科爾沁區河西鎮通霍鐵路西（K602＋500），終點位于通遼市與赤峰市的交界風凰嶺處的新開河大橋，順接國道303線鳳凰嶺至天山段公路。全長約110km，采用平丘區一級公路標準修建，設計速度100km/h，面層采用6cm Superpave20＋4cm Superpave13瀝青混凝土雙層結構設計，其中下面層采用90號重交石油瀝青，上面層采用SBS改性瀝青，級配設計采用了Superpave設計理論和設計方法，在施工過程中取得了良好的效果。

1 材料性能要求與配合比優化

1.1 氣候特性對瀝青膠結料性能要求

根據設計文件統計結果，項目所在地通遼市位于北緯42°14′37″～45°59′24″，年均最高氣溫41℃，最低氣溫－30.9℃，采用SHRP研究提出的公式，項目采用瀝青膠結料性能高、低溫設計公式分別如下：

式中，Tair為最近30年中每年連續7d平均氣溫最高值的平均值；

式中，Tair為最近30年中每年極端低氣溫的平均值。

將項目所處緯度代入上式（1）計算得設計高溫等級為

將統計所得平均最低氣溫代入（2）式計算的路表低溫設計值為

依照Superpave瀝青膠結料等級表，在50%可靠度下，應選用PG64－22的道路瀝青；在98%可靠度下，高低溫等級都應提高一級。綜合考慮溫度及交通量的影響，通鳳公路路面改性瀝青性能等級應達PG70－28，同時其性能技術指標需滿足JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術規范》表4.6.2聚合物改性瀝青SBS類I－C類技術要求。

1.2 交通量對集料性能要求

項目設計交通量累計當量軸次（BZZ－100）11.22×106，根據SHRP規范設計方法，其標準軸載為BZZ－80，因此與我國的標準軸載BZZ－100有以下換算關系

式中，P1為我國標準軸載，取值100kN；P2為美國標準軸載，取值80kN；n為彎沉等效系數，取值4.35；N0為設計交通量當量軸載次數，次。

該項目設計軸載采用BZZ－100；路面瀝青混凝土面層設計使用年限15年；設計交通量累計當量軸次為1 122×104，換算BZZ－80的當量軸載次數為

根據標準軸載換算結果，結合SHRP設計交通量等級劃分原則，該項目當量軸載次數可以劃歸重載交通量等級，其所用碎石材料技術指標應較規范要求提高一個技術等級，該項目要求碎石材料主要技術指標為：表觀密度≥2.7g/cm3、吸水率≤2.0%、壓碎值≤16%、洛杉磯磨耗值≤18%。級配設計旋轉壓實次數選用Nini＝9次、Ndes＝105次、Nmax＝205次。

2 集料級配優化與最佳油石比確定

2.1 集料級配優化

該項目集料結構設計根據Superpave瀝青混合料級配設計要求，在進行級配設計時合成級配位于控制點之間并避開限制區來優化級配。按要求選擇粗、中、細三個級配試拌，其合成級配通過率如表1所示。

表1 試拌合成級配通過率 /%

對3個初試級配進行旋轉壓實試驗，根據軟件推薦初試油石比5.2%拌和混合料。在試驗模擬生產過程實際，瀝青加熱溫度160℃，礦料加熱溫度180℃，拌鍋溫度170℃，拌和出料溫度165～170℃。為模擬運輸過程中的短期老化過程，新拌混合料在出鍋之后用方盤盛放并放置在170℃烘箱中恒溫2h，進行短期老化。隨后從烘箱中取出，稍晾數分鐘，當表面溫度降至165℃左右，開始裝入旋轉壓實儀模具中。控制裝模完畢時混合料的溫度在155～160℃之間（與施工現場的初壓溫度基本一致），采用旋轉壓實儀成型試件，旋轉壓實儀的成型壓力0.6MPa，旋轉次數為Nini＝9次、Ndes＝105次、Nmax＝205次。根據試驗結果（表2所示）得出級配2和級配3各項預估體積和壓實度性能均可滿足要求，但級配2瀝青用量更為合理。

表2 初試級配旋轉壓實結果

2.2 最佳油石比確定

結合集料級配優選試驗結果，初步微調試驗油石比，采用0.3%間隔變化，選定4.5%、4.8%、5.1%、5.4%四個油石比進行設計級配的瀝青混合料壓實特性與體積性能評估，并結合混合料在不同油石比下的性能確定最佳油石比，其試驗結果見表3。

表3 設計級配四種油石比試驗結果匯總

由表3可知，不同油石比下瀝青混合料壓實特性與體積性能，確定最佳油石比為5.1%（瀝青用量為4.85%）。

2.3 目標配合比混合料性能驗證

在最佳油石比條件下，分別進行馬歇爾試驗、凍融劈裂強度比試驗和車轍試驗，其試驗結果如表4所示。

表4 目標配合比混合料性能驗證

3 生產配合比驗證

3.1 生產配合比調整原則

Superpave混合料的生產配合比設計與熱拌瀝青混合料過程相同，根據拌和站熱料倉礦料的篩分結果，調整生產配合比與目標配合比相一致，生產配合比調整原則為：

1）4.75mm（含4.75mm）以上粗集料通過率生產與目標之間偏差控制在±4%之間；

2）2.36mm（含2.36mm）以下細集料通過率生產與目標之間偏差控制在±2%之間；

3）0.075mm通過率生產與目標之間偏差控制在±1%之間；

4）控制生產配合比CA值在0.2～0.4之間，FA值在0.3～0.5之間，粉膠比Dp在0.8～1.4之間。

綜合考慮施工設備偏差及所在地區氣候、交通量、公路等級等因素，確保合成級配在規定范圍內，確定各種礦料的摻配比例如表5所示。

表5 生產配合比驗證級配 /%

3.2 生產配合比混合料性能驗證

按照優選的最佳油石比5.1%進行生產配合比混合料性能驗證試驗，結果見表6所示。

表6 生產配合比混合料性能驗證

4 Superpave混合料的施工

通鳳公路地處內蒙古東北部，緯度相對較高，冬季嚴寒漫長，最低氣溫能達到零下30℃；同時夏季氣溫又能達到40℃，因此整條路所承受的溫度差達到70℃以上，對原材料質量、施工配合比、施工工藝和施工質量都提出了嚴格要求。

4.1 混合料拌和

拌和設備采用日工4000型間歇式瀝青混凝土拌和機，拌和時間為干拌6s，濕拌42s。以拌和混合料外觀均勻、色澤鮮亮、顆粒集料表面油膜裹覆飽滿，混合料粘聚性好，出料溫度在170～180℃之間，表面冒出淡藍色的煙為宜。

4.2 攤鋪

采用兩臺福格勒2100型攤鋪機聯合梯隊進行攤鋪。攤鋪前檢測混合料的溫度，混合料的攤鋪最佳溫度宜在160～175℃間，攤鋪時利用刮板輸送器和料位計控制好進入攤鋪室的供料量，布料高度以沒過螺旋葉片2/3高度為宜，并確保沿螺旋全長布料一致。選擇合適的料斗閥門開度，使其與供料速度恰當配合，進而達到刮板輸料器連續、均勻地供料。上面層攤鋪速度一般為2.5～3m/min，在攤鋪時注意攤鋪的連續性。為防止運料車撞擊攤鋪機影響平整度，運料車在攤鋪機前30cm處要停住掛空檔，靠攤鋪機推動前進，卸料要緩起以防離析。

4.3 碾壓

壓實分初壓、復壓、終壓3個步驟進行，根據現場設備，初壓采用寶馬雙鋼輪BW219D壓路機靜壓一遍，復壓采用2臺寶馬雙鋼輪BW219D振動碾壓3～4遍，中間以30t膠輪壓路機交替往復碾壓2～3遍，最后用11t雙鋼輪壓路機收光1～2遍作為終壓。所有鋼輪壓路機都須有1/3錯輪，壓實原則遵循從外側向中心碾壓，在超高段由低向高碾壓，從而保證達到要求的壓實度。

另外由于施工時散熱較快，故鋪筑后應立即碾壓采取雙鋼輪壓路機緊跟攤鋪機，膠輪壓路機緊跟著鋼輪壓路機來回碾壓，每段長度應控制在40～50m之間。

5 結 論

根據通鳳公路的路面結構組成、原材料以及地理氣候等特點，結合相關高速公路瀝青路面科研實踐成果、施工成功經驗和通鳳公路項目工期要求，在通鳳公路瀝青路面目標、生產配合比設計的基礎上，采用該地區優質石料廠并對級配進行了系統的研究。所設計的Superpave瀝青混凝土路面從目前的情況看滿足該地區的行車要求，并且施工難度較小，施工質量可控。

［1］ JTG F40—2004公路瀝青施工技術規范［M］.人民交通出版社，2004.

［2］ JTG E40—2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程［M］.人民交通出版社，2011.

［3］ 賈 渝，曹榮吉，李本京.高性能瀝青路面（Superpave）基礎參考手冊［M］.人民交通出版社，2005.

［4］ 張春剛，熊小群，潘 攀，等.Superpave混合料設計在金查高速建設中的應用研究［J］.建材世界，2011，32（5）：55－57.

［5］ 余世根，張 敏，吳少鵬，等.Superpave技術在十漫高速公路建設中的應用［J］.國外建材科技，2008，29（5）：122－125.

［6］ 付 玉，邱 健，張登峰，等.Superpave瀝青混合料組成設計研究［J］.國外建材科技，2007，28（3）：48－50.