熱帶海洋氣候機場跑道瀝青混合料配合比設計探析

張繼偉 ，李松 （中交一航局安裝工程有限公司，天津 300456）

1 概述

本文介紹的該機場跑道采用750mm厚級配碎石基層，14mm下封層和75mm厚DG14等級瀝青混合料結構設計。DG14等級瀝青混合料是采用澳大利亞標準規范設計的瀝青混合料，通過與國標JTG F40進行比對，DG14等級與國標AC-13等級瀝青混合料相近，骨料最大粒徑均為13.2mm。DG14等級瀝青混合料因其有著良好的路用性能而被廣泛用于路面面層。而機場跑道采用DG14等級瀝青混合料有著更為嚴苛技術要求，已超出標準規范要求，其設計關鍵一方面在于原材料選擇，另一方面還在于配合比設計及壓實度等。

該機場跑道升級改造工程位于巴布亞新幾內亞國家某海島東側海岸，地處赤道帶，南緯8。，熱帶雨林島嶼，氣溫年較差和日較差均較小，終年高溫多雨，年平均氣溫在30℃～33℃，年平均降雨量4096mm。另外瀝青面層還嚴重受到海風海蝕影響，太陽直射嚴重，瀝青路面溫度日最高溫度可達70℃。為此，項目試驗室對DG14等級瀝青混合料配合比設計展開研究。本文將詳細介紹機場跑道DG14等級瀝青混合料配合比設計的研究過程和試驗段所取得的成功經驗，并在此基礎上提出在熱帶海洋氣候地區機場跑道瀝青面層配合比設計時一些注意事項和建議，意在為類似地區的機場跑道面層瀝青配合比設計積累經驗，為今后相關工程配合比設計提供參考。

2 機場跑道DG14等級瀝青混合料及原材料技術要求

2.1 瀝青技術要求

表1 瀝青技術要求

2.2 集料技術要求（見表2）

2.3 DG14瀝青混合料技術要求（見表3、表4）

2.4 其他技術要求

①壓實度要求：接縫以外位置壓實度至少為98%且不超過100%，接縫位置壓實度至少為97%且不超過100%；

②浸水馬歇爾（48h）試驗結果大于等于90%；

③凍融抗劈裂殘留強度比不小于80%；

④刻槽工藝：

瀝青混合料攤鋪壓實結束六周后，在瀝青混合料表面進行刻槽工藝，以增大飛機輪與跑道之間的摩擦力，同時利于跑道面不行成水膜。槽與槽間距為38mm，槽深槽寬均為6mm。

3 原材料準備

集料：石灰巖類破碎碎石和機制砂。如使用天然砂，天然砂用量不超過總混合集料的20%。

好果產自好苗。說到枸杞，人們自然就想到了寧夏枸杞。說來也巧，當天，寧夏中寧縣杞鑫枸杞苗木專業合作社董事長朱金忠正好來到姬勝利的種植基地回訪。他介紹說，合作社形成了一套種植技術服務體系，為種植戶提供管理技術、病蟲害防治、整形修剪、水肥一體化等一系列技術服務。河西農場枸杞苗主要用的是他們的寧杞10號、7號和5號，抗逆性強。種植枸杞關鍵是管理，尤其開春整形修剪很重要，要能分清果條和非果條，修剪不好，苗會瘋長影響產量。

表2 集料技術要求

表3 瀝青混合料混合料集料篩分和技術要求

瀝青：采購自新加披GSI Energy Corporation企業的C320等級瀝青，符合澳標AS 2008規范要求。

瀝青抗剝落劑：采購自新加坡AkzoNobel企業的DIAMINE HBG系列固態抗剝落劑，通過骨料抗剝落性試驗確定最小摻量為瀝青用量的0.5%。

表4 瀝青混合料馬歇爾技術要求

填料：考慮到運輸等因素，填料選擇當地生產的水泥，替換機場跑道技術要求的消石灰。

各種規格集料、水泥和瀝青的技術指標，對應的材料密度試驗結果見表5、表6。

表5 集料密度試驗結果

表6 瀝青密度試驗結果

4 目標和生產配合比設計研究

4.1 目標配合比設計-冷料，Cold Bin

計算DG14等級瀝青混合集料的級配，通過計算2.36mm和4.75mm篩孔通過率，控制其接近技術要求級配的中值，合成級配見表4和圖1，由于技術要求的級配范圍極窄，同時參考以往工程經驗，合成該條級配曲線。根據確定好的混合級配和技術要求，按照初試瀝青含量為5.7%雙面各擊實75次制作馬歇爾試件，測定VV、VMA、VFA等馬歇爾體積指標，在瀝青混合料指標滿足技術要求的基礎上驗證此級配，測試結果見表7。

由表7可知，空隙率VV等于4%，礦料間隙率VMA等于15%，大于等于JTG F40國標最小14%的要求，滿足澳標AS 2150最小15%的要求，瀝青混合料體積指標滿足要求，因此本次設計選擇該級配為設計級配。

表7 混合級配的設計結果

圖1 合成級配

表8 混合級配初試級配試驗結果

4.2 最佳瀝青含量的確定-冷料，Cold Bin

按確定的級配稱取集料，采用不同種瀝青含量，雙面各擊實75次成型馬歇爾試件，然后將成型的試件進行試驗，試驗結果見表8。

根據機場跑道瀝青混合料體積指標的設計要求，空隙率應控制在3.8～4.2%，瀝青含量為5.9%時空隙率為3.8%，其它指標穩定度、飽和度、流值和瀝青薄膜厚度均滿足機場跑道技術指標的要求。

表9 瀝青混合料馬歇爾試驗結果

4.3 生產配合比設計-熱料，Hot Bin

根據冷料篩分合成配比的比例，對瀝青拌合站冷料倉皮帶速率進行率定，并出熱料，確定熱料篩分和熱料混合料級配。通過計算2.36mm和4.75mm篩孔通過率，控制其接近冷料目標配合比級配，合成級配及對應的集料密度試驗結果見表10，表11和圖2。

表10 混合級配的設計結果

表11 集料密度試驗結果

4.4 最佳瀝青含量的確定-熱料，Hot Bin

按確定的級配稱取熱料集料，采用不同種瀝青含量，雙面各擊實75次成型馬歇爾試件，然后將成型的試件進行馬歇爾試驗，試驗結果見表12。

根據馬歇爾穩定度試驗結果，分別繪制穩定度、流值、空隙率、飽和度與瀝青含量的關系曲線，見圖3和圖4。當瀝青含量在5.9%～6.0%之間均滿足機場跑道DG14等級瀝青混合料技術設計要求 (技術設計要求理想瀝青含量6.0%)，且該范圍值與目標配合比設計階段OAC1相差不超過±0.2%，結合當地的氣候特點和實際情況論證，選擇6.0%為最終得出最佳瀝青含量。

4.5 混合料性能試驗

針對上述DG14等級瀝青混合料各項指標的試驗研究結果，分別對瀝青混合料試件進行抗水損害試驗、和低溫抗裂性性能試驗，具體試驗結果見表13所示。從表中的試驗數據分析可知，熱料生產配合比所設計的瀝青混合料的抗水損害性能、高溫穩定性能和低溫抗裂性能均能滿足技術要求。

圖2 合成級配

表12 瀝青混合料馬歇爾試驗結果

圖3 馬歇爾性能與瀝青含量關系曲線

5 生產配合比調試及試生產拌合

根據上述的生產配合比研究結果進行了瀝青混合料試拌。從DG14等級瀝青混合料外觀來看，整體混合料較為均勻，所檢指標均能滿足技術要求，具體檢測結果見表14表15。

圖4 最佳瀝青含量范圍

表13 混合料性能研究結果

表14 混合料級配檢測結果

6 施工試驗段

試驗段基層和下封層全部檢測合格，試驗段施工當日天氣多云，瀝青混合料的出料溫度基本在150℃～165℃之間，到場檢測溫度基本在145℃～164℃之間，攤鋪時現場的大氣溫度為30℃，地表溫度為56℃，具體碾壓工藝及試驗段實體檢測結果如下所述。

6.1 碾壓工藝

攤鋪過程中采用一臺中交西筑LTUY900C型履帶式攤鋪機進行5m寬攤鋪，松鋪系數采用1.20，攤鋪速度設定為3.0m/min，整體鋪面均勻性良好。碾壓環節采用2臺雙鋼輪壓路機和一臺膠輪壓路機，碾壓段落長度控制在30m以內。碾壓方式見表16。

6.2 試驗段檢測數據

從試驗段的施工現場來看：整體鋪面均勻，表面平整，無花白，符合DG14（國標AC-13F）路面的鋪面特點。從試驗段的試驗室瀝青混合料檢測結果來看：混合料級配與生產配合比設計的級配較為吻合，瀝青含量和混合料的馬歇爾性能指標均滿足機場跑道技術指標控制要求；從試驗段的現場檢測結果來看：正常鋪面所有檢測點的壓實度均大于98%，接縫點的壓實度均大于97%，滿足機場跑道技術指標控制要求。

試驗段的各項檢測結果表明：DG14等級瀝青混合料的施工配合比、碾壓工藝、碾壓溫度和碾壓段落長度等參數設置是合理的，達到了鋪筑試驗段的預期目的，可指導后續DG14等級瀝青混合料施工。

表15 混合料馬歇爾試驗結果

7 DG14等級瀝青混合料配合比設計中遇到問題和解決過程

①抗剝落劑對比選擇

瀝青抗剝落劑選用新加坡AkzoNobel企業的DIAMINE HBG系列固態抗剝落劑，和GSI企業的MEGAMINE液態抗剝落劑，通過骨料抗剝離率試驗，最小摻量均為瀝青用量的0.5%。通過馬歇爾試驗對比發現，加入了MEGAMINE液態抗剝落劑的馬歇爾試件流值結果普遍在4.0～6.0mm，不滿足機場跑道≤3mm的技術要求。

②瀝青對比

瀝青選用新加披GSI企業的C320等級瀝青和馬來西亞VKING ASPHALT SDN.BHD同等級的瀝青進行配合比設計，通過多次試驗和驗證，馬來西亞VKING的C320等級瀝青滿足配合比設計技術要求，可用于替代GSI C320等級瀝青。

③添加絮狀木質纖維素對比

配合比設計初期，馬歇爾穩定度一直很低。從澳大利亞某企業采購了絮狀木質纖維素樣品，通過馬歇爾試驗發現，穩定度并無明顯改善，同時流值大幅增加，超出3mm，不滿足機場跑道DG14等級瀝青配合比設計技術要求。

8 總結

通過本次DG14等級瀝青混合料配合比設計，總結設計過程經驗，提出如下幾點建議供配合比設計和施工時參考：

①此配合比設計關鍵在集料混合料級配，對比機場跑道技術要求，現行澳標和國標，不難發現，機場跑道技術要求區間極度狹窄，中值曲線是澳標標準和國標標準要求級配區間的級配上線，也就意味著，機場跑道技術要求的集料混合料細度偏細，這樣瀝青混凝料面層相對光滑細膩，所以在合成集料混合料級配上務必保證貼近技術級配要求區間的中值。取瀝青混合料進行集料篩分試驗，檢驗標準配合比集料合成級配中，至少應包括0.075mm、2.36mm、4.75mm及公稱最大粒徑篩孔的通過率接近目標配合比級配值，避免在0.3mm～0.6mm處出現“駝峰”。

表16 碾壓組合方式

表17 混合料級配檢測結果

表18 混合料馬歇爾試驗結果

②使用原材料中瀝青選擇優質C320等級瀝青，且確保瀝青在12個月內，并無任何污染。

③瀝青用抗剝落劑要進行骨料抗剝離率試驗，從而確認最小抗剝落劑用量，且抗剝落劑與瀝青匹配性要良好，建議不使用MEGAMINE作為瀝青混合料抗剝落劑。

④為滿足飛機著陸和瀝青薄膜厚度指標要求，在不降低瀝青含量的情況下，建議增加施工壓實度。

⑤瀝青混合料出料溫度：嚴禁超出165℃出料溫度的上限，否則廢棄。瀝青混合料控制在145℃～165℃。

⑥瀝青混合料攤鋪溫度：瀝青混合料攤鋪到跑道上溫度不低于110℃。

⑦瀝青混合料碾壓溫度：瀝青混合料全部碾壓結束溫度不低于80℃。