濕熱區域型GAC-16C瀝青混合料配合比設計與優化

丁占鋒 黃絢

摘要：文章以茂（名）湛（江）高速公路水泥路面加鋪單層6 cm瀝青混凝土表面層實體工程為依托，針對工程所在地高溫、雨水多和交通量大的特點，為了獲得高溫性能和安全性能均較好的路面，選用改進型AC-16C即GAC- 16C瀝青混合料，采用馬歇爾設計方法對GAC- 16C混合料配合比進行了三階段設計，在生產配合比設計階段基于抗滑性能通過調整粗細集料比例對GAC- 16C礦料級配進行了優化。

關鍵詞：道路工程;GAC- 16C;配合比設計;級配優化;高溫性能;抗滑性能

中圖分類號：U416.02文獻標識碼：A DOI： 10. 13282/j. cnki. wccst.2019. 12. 020

文章編號：1673 - 4874（2019）12 - 0069 - 04

0 引言

廣東茂（名）湛（江）高速公路通車運營14年，路面出現了大量的混凝土板底脫空、板角斷裂以及破碎板等病害，路況指標嚴重下降，使用性能已不能滿足高速公路行車要求。為了恢復路面使用性能，在處治舊水泥混凝土路面后加鋪單層6 cm瀝青混凝土面層。工程所處地區年平均氣溫高，雨水多，且重車、超重車比例大，對加鋪瀝青面層的抗滑性能、高溫穩定性、水穩定性等[1]提出了較高的要求。考慮到以上因素，加鋪層選擇濕熱區域型GAC - 16C瀝青混凝土。本文結合工程實例，對GAC - 16C瀝青混合料配合比設計及優化進行研究。

1 原材料選擇

瀝青加鋪層GAC- 16C粗集料（規格為10～16 mm、5～10 mm、3～5mm）、細集料（0～3 mm機制砂）均采用閃長巖石料，礦粉為石灰巖，瀝青采用PG82 - 10 SBS改性瀝青[2]。各原材料性能指標均滿足設計技術要求，其中SBS改性瀝青三大指標如表1所示。

2 GAC-16C混合料配合比設計

2.1 目標配合比設計

AC- 16C屬于懸浮密實結構型瀝青混合料，其級配連續，各檔集料都存在一定數量，較大顆粒被相對較小顆粒擠開，大顆粒懸浮在小顆粒中，大顆粒空隙被填充相對密實，但粗集料間未形成相互有力嵌擠的骨架。GAC- 16C則是在AC - 16C級配基礎上針對高溫多雨氣候地區進行改進的地域性瀝青混合料。與AC- 16C礦料級配對比可發現，GAC- 16C更接近于間斷級配的密實骨架結構型瀝青混合料。GAC -16C大幅提高關鍵篩孔2.36 rrrn以上粗集料的比例，適當降低1. 18 mm和0.6 mrri兩檔細集料比例，從而使粗集料之間形成相互嵌擠的骨架，提升了瀝青混合料的高溫穩定性。粗集料的增多改善了路面表觀構造，提高了路面的抗滑性，細集料和瀝青的有效填充保證了混合料的密水性。GAC - 16C與AC - 16C級配曲線圖如圖1所示。

選取GAC- 16C礦料級配范圍，經調試，設計礦料組成比例確定為10～16 rrrn碎石：5～10 rrrn碎石：3～5 rrrn碎石：0～3 mmtjL制砂：礦粉=44%：20%：4%：29%：3%。GAC - 16C瀝青混合料礦料級配組成如表2所示。

根據規范[3]中瀝青混合料配合比的設計思路，按初試級配油石比試驗的空隙率情況，以0.3%為間隔，分別按4.2%、4.5%、4.8%、5.1%和5.4%共計5個設定油石比制作試件并進行馬歇爾試驗。結合各個油石比下馬歇爾試驗體積指標綜合得出GAC -16C目標配比最佳油石比為4.8%，即最佳瀝青用量為4. 58%。在4.8%的油石比下進行了相關指標可行性檢驗，結果如表3所示。

2.2生產配合比設計

項目采用MARINI MAC320型間歇式瀝青攪拌設備進行試拌，瀝青混合料拌和前對拌和設備的整套計量系統用砝碼進行標定，驗證了測量系統的精確性。

依據GAC- 16C目標配比的各檔礦料比例，按照250 t/h的生產速度調整電機轉速以控制各冷料倉下料量和比例，礦料經加熱并通過二次篩分分別進入四個熱料倉（所用拌和樓的振動篩網尺寸依次是19 mm、11 mm、6 mm和3 mm），從四個熱料倉分別取樣進行篩分，結合篩分結果以及GAC - 16C礦料級配要求確定各熱料倉礦料比例。考慮到實體工程對瀝青混合料路用性能的要求，調試出了相對較細（級配一）和較粗（級配二）的兩種礦料級配方案進行優選。兩種級配各規格礦料比例與熱料倉篩分及合成級配分別見表4和表5。

取目標配合比測得的最佳油石比4.8%并以0.3%為間隔，參照目標配合比最佳油石比的確定方法分別對級配一和級配二進行生產配合比最佳油石比試驗，最終確定二者的最佳油石比分別為4. 82%、4. 91%。最佳油石比下兩種級配混合料相關試驗指標均能滿足技術要求，車轍和馬歇爾試驗結果分別如表6和表7所示。

從車轍試驗結果可知，級配一和級配二兩種級配方案的高溫穩定性能均滿足設計要求。其中，11～19 mm粗集料比例的提高，使得級配二的高溫穩定性優于級配一。

2.3 生產配合比驗證

為了從瀝青混合料的路用性能方面對兩種生產配合比礦料級配進行優選，分別采用級配一和級配二鋪筑了各300 m的試驗段。

（1）馬歇爾試驗

從試驗段瀝青混合料取樣進行了馬歇爾試驗，兩種礦料級配混合料各項技術指標均滿足設計技術要求，試驗結果見表8。

（2）抽提篩分試驗

為了檢驗試驗段現場瀝青混合料的實際配合比，分別取樣對兩種生產級配的GAC - 16C瀝青混合料進行了抽提篩分試驗，實測并計算級配一和級配二的混合料實際油石比分別為4. 86%、4.87%。礦料級配見下頁表9。

抽提試驗結果表明試驗段GAC- 16C瀝青混合料配合比滿足設計技術要求，混合料的生產和施工等過程控制有效，未出現明顯離析問題。

（3）路用性能檢測

由表10～11中級配一、級配二試驗段的路用性能檢測結果可知，二者的平整度、滲水系數、構造深度和摩擦系數等指標均符合設計技術要求。其中，兩種級配鋪筑試驗段的平整度和滲水系數相差不大，但級配二路面的構造深度和摩擦系數均大于級配一，分別較級配一高12. 2%、9.4%，表明級配二路面的抗滑性能優于級配一。綜合考慮兩種級配的抗滑性和高溫穩定性，相對較粗的級配二更加符合設計要求。為此，在后續正式加鋪時選擇了級配二。

3結語

通過目標配合比設計、生產配合比設計以及生產配合比驗證三階段設計以及級配優化，確定了符合實體工程要求的GAC - 16C瀝青混合料。近三年的良好通車效果進一步驗證了濕熱區域型GAC - 16C瀝青混合料的適用性。本文為不同氣候環境條件下進行針對性的瀝青混合料配合比設計提供了參考。

參考文獻

[1]羅代松，田春林，郭猛，等.改性再生瀝青混合料配合比設計及性能驗證[J].公路交通科技，2018（12）：7 -1 3.

[2]黃國威，盛賽華，彭霞.水泥路面加鋪單層瀝青混凝土施工關鍵技術研究[J].公路與汽運，201 6，174 （3）：99-102.

[3]JTG F40 - 2004，公路瀝青路面施工技術規范[S].

作者簡介：丁占鋒（1987-），工程師，工學碩士，從事高速公路施工與養護管理工作;

黃絢（1982-），工程師，從事高速公路養護管理工作。