Superpave20瀝青混凝土在巴基斯坦干線公路中的應用研究

張可強，縱瑾瑜，汪立誠

（1.蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 211112；2.新型道路材料國家工程實驗室，江蘇 南京 211112）

0 引言

我國援巴基斯坦國道主干線N5公路是巴基斯坦國家的重要經濟走廊，是巴基斯坦快速發展中運輸物資的交通要道。隨著車輛運輸業的快速增長，重載及超載車輛較多。據當地公路局資料顯示：貨車所占比重顯著增加，且重載車輛行駛速度緩慢；該地區屬于熱帶干燥氣候，夏季溫度特高，極端日平均氣溫高達48.8℃，路面表面溫度則超過70℃，晝夜溫差小，且高溫持續時間長，雨水極少，年平均降雨量不足100～200 mm。這些因素導致道路車轍嚴重（見圖1）。

圖1 舊路車轍嚴重

結合工程現場實際情況，項目組對N5公路工程項目開展了Superpave高性能瀝青混凝土的試驗研究，以改善和提高路面抗車轍性能、使用安全性和耐久性能。

1 原材料選擇

1.1 瀝青

瀝青屬于熱敏感性材料，高溫易變形。由于該項目所在區域特殊的氣候條件和交通條件，經研究首次在巴基斯坦國道主干線上采用50號硬質瀝青摻加5.0%的SBS瀝青進行SBS改性。改性瀝青為現場加工，同時強化瀝青進場及改性加工管理，避免離析現象。表1為瀝青的各項技術指標。技術指標參考國內規范[1,3]。

表1 SBS改性瀝青檢測結果

1.2 集料

項目原材料遠距離運輸經濟性投入較高，為此，只能就地取材。集料母材取自當地戈壁灘的礫石，經加工生產成成品粗細集料。提出的粗、細集料技術要求及材料性能試驗檢測結果見表2和表3。

表2 粗集料技術指標及檢測結果

表3 細集料技術指標及檢測結果

1.3 填料

該項目所在區域無礦粉，以水泥作為主要填料，其技術要求和試驗檢測結果均滿足國內規范中礦粉的技術要求。

2 瀝青混凝土配合比設計

2.1 目標配合比驗證

依據Superpave設計的一般方法，通過計算機按照級配設計程序計算，在配合比設計過程中發現，該項目的集料比較特殊，只有合成級配接近或超出相關要求的下限控制點時，其混合料才能形成理想的骨架嵌擠結構。因此，該項目配合比設計過程中減少細集料用量，即0～2.36 mm集料占礦料總量均在20%以內。通過試驗調整，最后驗證確定瀝青混合料的礦料配比為：19～26.5mm∶9.5～19mm∶4.75～9.5 mm∶2.36～4.75 mm∶0～2.36 mm∶礦粉（水泥）=7∶36∶25∶10∶19∶3。考慮到項目地常年持續高溫少雨、重載交通嚴重的車轍現象，依據現行規范說明，在設計最佳瀝青用量的基礎上減小0.1%～0.5%作為設計瀝青用量，最終確定的最佳油石比為4.2%，礦料合成級配曲線見圖2。同時結合該項目現場高溫和交通狀況，配合比研究的旋轉壓實次數與中國和美國的常規壓實次數不同，分別選用初壓9次，設計125次，最大壓實205次。Superpave20瀝青混合料性能指標要求見表4。

圖2 Superpave20合成級配曲線

表4 Superpave20瀝青混合料設計指標

2.2 生產配合比的確定

根據目標配合比對各種集料所確定的設計比例進行生產配合比設計，通過拌和樓冷料流量標定效核、熱料倉篩分、密度試驗，進行了生產配合比調試和級配組合設計。取目標配合比設計的最佳油石比及±0.3%三個油石比進行瀝青混合料性能驗證，根據試驗結果確定生產配合比的最佳油石比，確定的生產配比見表5。生產配比中瀝青混合料性能指標見表6。

表5 Superpave20生產配合比

表6 Superpave20生產配合比實測體積指標結果

3 Superpave20瀝青混凝土路用性能

3.1 高溫穩定性

研究表明，瀝青混合料是溫度敏感性材料，當溫度高于45℃時，溫度每升高5℃車轍深度增加大約1.8倍[4]。該項目所在區域夏季高溫達48.8℃，路面溫度均在70℃以上，為此，在標準輪壓下，選擇了三個溫度條件，分別以60℃（標準溫度）、非標準70℃和80℃條件進行試驗研究，進一步檢驗瀝青混合料在苛刻溫度條件下的抗車轍能力。瀝青混合料高溫穩定性的試驗結果見表7。同時，為了模擬重載交通，通過增加輪壓，分別在胎壓達到0.85 MPa和1.0 MPa、80℃條件下進行瀝青混合料車轍試驗。研究結果表明，所選擇的Superpave20瀝青混合料高溫抗車轍性能表現得十分優越。

表7 高溫穩定性試驗研究結果

3.2 抗水損害性

采用AASHTO T283試驗方法對瀝青混合料的抗水損害性能進行測試評價。與馬歇爾試驗相比，AASHTO T283試驗條件更嚴格，混合料要求達到7%±1%的空隙率，與現場性能具有較好的相關性[2]。試驗結果見表8。從試驗結果看，選定的瀝青混合料的抗水損害性能滿足設計及現行規范的要求。

表8 AASHTO T283試驗結果

3.3 低溫抗開裂性能

為評價瀝青混合料低溫抗開裂性能，對Superpave20瀝青混合料進行低溫彎曲試驗。試驗條件：在試驗溫度-10℃，速率50 mm/min，試驗結果見表9。從試驗結果看，Superpave20瀝青混合料在低溫狀態下破壞應變大于2 500 με，說明其具有良好的低溫抗開裂性能。

表9 Superpave20瀝青混合料試驗結果

3.4 后期觀測

針對地域的特殊條件，項目組對Superpave20試驗段進行跟蹤觀測，對行車道輪跡帶進行測試，檢驗其車轍變形情況。試驗段落運行3年后車轍檢測數據為:平均車轍深度為8 mm，最大車轍深度為15 mm。車轍跟蹤觀測數據充分說明Superpave20瀝青混凝土具有良好的抗車轍性能。

4 結論

通過對巴基斯坦國道N5公路施工過程中的原材料、配合比、路用性能的試驗研究，可以看出：

（1）Superpave20瀝青混合料旋轉壓實分別采用初壓9次，設計125次，最大壓實205次，瀝青混合料的各項性能指標均滿足技術要求。

（2）Superpave20的粗集料顆粒之間具有良好的嵌擠作用，因此具有非常好的抵抗荷載變形能力，即使在極端高溫條件下，仍有較強的高溫抗車轍能力，滿足高溫重載特殊地區的技術要求。

（3）由于SBS改性瀝青、礦料和礦粉形成的高黏性瀝青膠結料，使得瀝青混合料具有良好的低溫性能和抗水損害性能，能夠滿足巴基斯坦高等級公路工程的技術要求。