GAC-16瀝青上面層配合比設計及施工質量控制

吳枚良

(保利長大工程有限公司，廣州 510620)

0 引言

GAC-16型瀝青混合料屬于骨架密實型結構，研究表明，相比于傳統(tǒng)AC型瀝青混凝土路面，GAC-16型瀝青混凝土具有密實、高溫性能及抗滑性能好、便于施工和高溫抗車轍能力好等優(yōu)點[1-3]。并且GAC-16較SMA路面瀝青用量更小，無需摻入纖維[4-7]，這些特點使其在經(jīng)濟性上，具有更多優(yōu)勢，在我國南方濕熱多雨地區(qū)特別是珠三角等地區(qū)，得到廣泛應用[8]。

目前針對GAC-16型瀝青上面層的研究多見于室內配合比設計或工程實際鋪筑后的工后性能觀測。工程實踐表明，施工期間控制好混合料級配波動對于GAC-16的施工質量非常重要。級配波動控制的重要依據(jù)是目標配合比，而實際施工中由于進倉集料發(fā)生波動，拌合樓在上料時，一旦發(fā)生某個倉溢料嚴重，往往會改變配合比。本文通過對GAC-16試驗段全過程進行跟蹤，并及時收集拌合樓熱料篩分情況，嚴格控制配合比波動，通過采用紅外滲水檢測等快速檢測技術[9]，確保試驗段鋪筑質量。

1 GAC-16配合比設計

1.1 目標配合比

上面層GAC-16采用芙蓉石場生產(chǎn)的輝綠巖材質集料，集料粒徑規(guī)格分別為10～18mm、5～10mm、3～5mm和同母材輝綠巖0～3mm機制砂；采用石灰?guī)r礦粉和P.O 42.5普通硅酸鹽水泥；瀝青為SBS(I-D)改性瀝青。原材料試驗結果見表1～表4。

表1 集料密度檢測結果

表2 集料篩分結果

表3 SBS(I-D)改性瀝青主要物理指標試驗結果

表4 RTFOT(163℃，75min)老化后物理指標試驗結果

根據(jù)原材料篩分及檢測結果，設計上面層GAC-16C瀝青混合料目標配合比礦料合成級配如表5所示。

表5 GAC-16C目標配合比礦料級配組成

圖1 GAC-16C目標配合比礦料合成級配曲線

混合料性能指標見表6。

表6 GAC-16C型瀝青混凝土目標配合比設計試驗結果

1.2 生產(chǎn)配合比設計

拌合樓按照目標配合比比例進行上料，通過拌合樓加溫、除塵和機械篩分至各個料倉后，取各倉熱料再進行試驗檢測，已確定最終生產(chǎn)配合比。熱料篩分結果見表7～表8。

表7 熱料試驗結果

表8 熱料倉集料篩分結果

參照JTG F40-2004規(guī)定的GAC-16的礦料級配范圍，在設計級配范圍內，設計生產(chǎn)級配，各篩孔的通過率見表9。

表9 GAC-16C生產(chǎn)配合比礦料級配組成

圖2 GAC-16C層試鋪段礦料合成級配曲線

2 生產(chǎn)配合比性能驗證試驗

2.1 馬歇爾試驗

在確定生產(chǎn)配合比最佳油石比時，選擇目標配合比的最佳瀝青用量OAC和OAC±0.3%三組不同油石比成型馬歇爾試件。馬歇爾試驗結果見表10。

表10 生產(chǎn)配合比馬歇爾試驗結果

生產(chǎn)配合比以4.0%為目標空隙率，馬歇爾試驗結果見表11。

表11 最佳瀝青用量馬歇爾檢測結果

2.2 水穩(wěn)定性檢驗

按最佳油石比4.7%拌和混合料，通過浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗評價GAC-16的水穩(wěn)定性，試驗結果見表12～表13。

表12 GAC-16殘留穩(wěn)定度試驗結果

表13 GAC-16凍融劈裂試驗結果

從表12～表13可看出，該配合比混合料的殘留穩(wěn)定度和劈裂抗拉強度比分別為91.9%和92.7%，針對廣東濕熱多雨的氣候特點，該配合比具有較好的抗水損壞性能。

2.3 高溫穩(wěn)定性

為驗證混合料的高溫穩(wěn)定性，成型試件進行動穩(wěn)定度試驗，試驗結果見表14。

表14 GAC-16車轍試驗結果

由表14可知，60℃和70℃動穩(wěn)定度的平均值分別為9 500次/mm和5 918次/mm，大于設計文件要求的5 500次/mm，表明該瀝青混合料具有較好的抵抗高溫變形的能力，能夠滿足廣東濕熱環(huán)境的要求。同時，對上述車轍板進行滲水試驗，試驗結果表明，該類型混合料具有較好的密水性。

3 試驗段施工控制

3.1 試驗段配合比

參照JTG F40-2004規(guī)定的GAC-16的礦料級配范圍，并根據(jù)廣東地區(qū)施工經(jīng)驗，在設計級配范圍內，設計兩組不同粗細的試驗段生產(chǎn)級配。兩組配合比各篩孔的通過率見表15。

表15 GAC-16礦料合成級配

3.2 現(xiàn)場管理

(1)各種集料分倉儲存，并設置防雨頂棚，邊部料倉設置防雨檔板，保持集料及機制砂干濕均勻度。

(2)拌和樓冷料倉的數(shù)量應滿足配合比需要，宜在頂部顯眼位置設置冷料倉集料規(guī)格信息牌，可避免裝載機操作手上料錯誤。

(3)將同檔集料水洗后在料倉中分兩列堆放，一列堆放近期水洗的料，不得用于瀝青混合料生產(chǎn)；一列堆放已經(jīng)充分泌水、風干的水洗集料，用于正常的混合料生產(chǎn)。兩列料交替使用，保持用于瀝青混合料的集料基本干燥且干濕程度基本一致。

3.3 拌和

采用瑪連尼MGAC360間歇式拌和機進行拌和。為保證拌合連續(xù)，拌和站配備5個冷料倉，現(xiàn)場按照目標配合比進行冷料下料。拌合樓設置5個熱料倉，混合料每盤的生產(chǎn)周期為55s(其中濕拌時間為40s，干拌時間為5s)。為了保證GAC-16混合料的拌和效果，拌和溫度按表16所示溫度進行控制。

表16 混合料溫度控制

3.4 瀝青混合料的運輸

瀝青混合料運輸綜合考慮拌和能力、運距、道路情況、車輛噸位等因素，合理確定車輛類型及數(shù)量。本次試驗段使用大噸位自卸翻斗運輸車輛，數(shù)量10臺，車廂嚴密干凈，并在車廂內涂刷或噴防粘液，噴涂后車廂中不能有多余液體聚集車廂底。裝車時，嚴格執(zhí)行五步裝料法，以減小離析。運輸至現(xiàn)場后統(tǒng)一安排位置調頭。

3.5 攤鋪

(1)運輸車用篷布加強覆蓋，做到待卸料過程中篷布不揭開，施工遇雨現(xiàn)場混合料保溫措施到位。

(2)攤鋪機就位并調整完畢后，對機械進行施工前檢修，檢查并鏟除下料斗及熨平板上附著的混合料塊。攤鋪前對熨平板預熱和保溫，且溫度不低于100℃。

(3)處理好兩臺攤鋪機搭接位置和攤鋪機1/4吊臂及邊部的離析帶，保證攤鋪機布料器端頭裝有反向螺旋葉片、下料口和吊臂位置裝有過渡葉片，以及反向螺旋葉片高度及傾角、布料槽離地高度設置的合理性，確保混合料充分攪拌后再進行攤鋪，提高施工均勻性。

(4)調整后場拌和樓產(chǎn)能，確保攤鋪作業(yè)連續(xù)勻速進行，盡量減少收斗或不收斗。攤鋪速度為2.5～3.0m/min。攤鋪過程中注意攤鋪機布料螺旋布料情況，及時檢測攤鋪溫度，攤鋪溫度不低于160℃，及時檢測攤鋪厚度是否滿足要求。

(5)運料車進入施工界面前應檢查車輪，并對較臟的車輪進行清洗之后，才允許進入施工界面。

3.6 碾壓

現(xiàn)場共準備3臺l3t雙鋼輪振蕩壓路機及3臺30t膠輪壓路機(其中一臺膠輪備用)，采用2臺13t雙鋼輪靜壓一遍、振動壓實兩遍+2臺30t膠輪壓路機復壓3遍+1臺雙鋼輪靜壓兩遍收面。碾壓速度按雙鋼輪初壓2.0～3.0m/min、膠輪復壓3.0～4.5m/min控制，雙鋼輪終壓收面按3.0～6.0m/min控制，并注意碾壓溫度應符合規(guī)范要求。

此外，攤鋪機攤鋪溫度(初壓前)較均勻，但雙鋼輪初壓后溫度下降較快，且存在溫度帶狀離析現(xiàn)象，因此要合理控制鋼輪壓路機的灑水量及灑水位置，使鋼輪各位置灑水量一致，以保證碾壓溫度的均勻性。

4 試驗段檢測

4.1 油石比及級配

按照試驗段檢測要求，在上面層GAC-16C生產(chǎn)結束后從熱料倉取樣篩分，重新擬合合成級配曲線，用以檢驗與生產(chǎn)配合比級配曲線的偏差，同時取樣瀝青混合料測試瀝青含量和級配(燃燒法)，測試結果見表17～表18。

表17 上面層GAC-16C(級配1)油石比與級配檢測結果

表18 上面層GAC-16C(級配2)油石比與級配檢測結果

由表18結果可知，該試驗段生產(chǎn)的上面層GAC-16C瀝青混合料級配檢測結果與生產(chǎn)級配的偏差值均在設計要求的范圍內，且波動較小，滿足設計及規(guī)范要求。

4.2 馬歇爾體積指標

對上面層GAC-16C施工過程取樣成型馬歇爾試件檢測穩(wěn)定度及相關體積指標，測試結果見表19。

從表19可知，兩組級配的瀝青混合料馬歇爾指標均滿足設計要求。

表19 上面層GAC-16C馬歇爾穩(wěn)定度及體積指標檢測結果

4.3 動穩(wěn)定度

在攤鋪過程中對上面層GAC-16C進行取樣成型車轍試件，測試動穩(wěn)定度，測試結果見表20。

表20 上面層GAC-16C車轍動穩(wěn)定度試驗結果

從表20檢測結果可知，上面層GAC-16C動穩(wěn)定度滿足設計要求。

4.4 厚度及壓實度

根據(jù)試驗段檢測計劃要求，在上面層GAC-16C施工后，進行鉆芯厚度檢測，測試結果見表21。

表21 上面層GAC-16C厚度檢測結果

(續(xù)表21)

根據(jù)現(xiàn)場取芯，級配1和級配2厚度平均值分別為46.0mm和46.2mm，滿足設計要求，且總體厚度也滿足要求。

圖3 級配1芯樣

根據(jù)現(xiàn)場取芯，室內對芯樣進行馬歇爾密度檢測，級配1最大理論密度壓實度平均值為95.6%，級配2最大理論密度壓實度平均值為95.4%，均滿足最大理論密度壓實度≥92%的設計要求。對比兩個配合比芯樣切片，級配二芯樣切面具有更好的骨架結構。

圖4 級配2芯樣

4.5 平整度及抗滑性能

根據(jù)試驗段檢測計劃要求，在上面層GAC-16C施工后，進行平整度、手工鋪砂構造深度及擺式摩擦儀檢測，檢測結果見表22。

表22 上面層GAC-16C平整度檢測結果

從表22可知，本次試驗段所檢測的上面層GAC-16C平整度合格率為100%，兩個配合比檢測結果相近且都滿足設計要求。配比二由于采用了更多粗骨料，其構造深度為1.05mm，大于配合比一的0.99mm，兩者均滿足設計及規(guī)范要求。擺式摩擦系數(shù)平均值配合比一為74，配合比二為73。

4.6 施工均勻性

采用基于紅外溫差識別檢測技術的施工全斷面滲水狀況測試系統(tǒng)，對整個試驗段進行掃描。縱向按5m間距、橫向按1m間隔出具滲水系數(shù)測試值。對采集到的全斷面溫度數(shù)據(jù)進行分類(對采集區(qū)域進行分區(qū))，對不同的區(qū)域選取代表性位置進行滲水系數(shù)測試。本GAC-16C試驗段滲水系數(shù)按0～20、20～60、60～100、>100 ml/min劃分范圍。

滲水系數(shù)抽檢結果見表23。

表23 滲水系數(shù)抽檢結果分布

(1)試驗段上面層共測試1 344個點，其中滲水系數(shù)小于100ml/min的點數(shù)占總數(shù)的100%，未檢測到滲水系數(shù)大于100ml/min的點。從每km平均滲水系數(shù)來看，滲水系數(shù)一般分布在0～60ml/min之間，試驗段滲水系數(shù)整體滿足設計要求。

(2)路肩、主車道、超車道的滲水系數(shù)的平均值為41.7ml/min、40.6ml/min、36.4ml/min，整體滲水系數(shù)的平均值為39.6ml/min。

(3)1#配合比共計測試1 068個點，總體滲水系數(shù)平均值為36.0ml/min；2#配合比共計測試276個點，總體滲水系數(shù)平均值為53.6ml/min。

(4)由于測試前施工單位對中分帶植物澆水引起超車道一側存在積水，使得部分區(qū)域滲水系數(shù)實際測試溫度偏低，導致滲水系數(shù)結果偏大。

5 結論

(1)該項目設計的GAC-16配合比具有較好的骨架，油石比適中，高溫性能和低溫性能優(yōu)良，抗水損壞能力強，具有廣泛的應用前景。

(2)從后場控制、拌和時間、拌和溫度、下承層、攤鋪和碾壓等施工質量控制的關鍵點提出相應的要求，為保證GAC-16混合料的施工質量提供基礎。

(3)采用基于紅外熱差技術的路面快速滲水性能及均勻性檢測方法，可以對鋪筑試驗段進行全斷面掃描，直觀分析試驗段滲水及均勻性指標。

(4)通過兩組配合比施工后的性能參數(shù)對比可以看出，配合比二具有更好的骨架結構，從濕熱地區(qū)路面使用性能角度考慮，推薦配合比二作為正式施工的配合比。