骨架密實型GAC-20C在陽茂高速的應用實踐

羅 珅，陳 搏

（1.廣東大雄經濟技術咨詢有限公司，廣東 廣州 510075；2.廣州肖寧道路工程技術研究事務所有限公司，廣東 廣州 510641）

0 引言

廣東省位于我國華南地區，屬于亞熱帶和熱帶季風氣候，主要特征是夏季高溫持續時間長，雨季降雨量大且較為集中，因此對瀝青混凝土路面抗滲性能、抗疲勞性能要求較高。隨著廣東經濟的迅猛增長，快速增長的交通量也對廣東地區高速公路的路面性能提出了更高的要求。傳統AC型瀝青混凝土高溫穩定性欠佳，大孔隙瀝青混凝土易松散、抗水損能力欠佳，廣東省在二者基礎上提出了GAC型瀝青混凝土，將級配設計向骨架密實型調整，使得其抗車轍性能、疲勞性能、抗滲性能大幅度提高，因而GAC型瀝青混凝土近年來在廣東省及附近地區的瀝青路面得到了廣泛推廣應用[1-2]。

GAC-20C作為骨架密實型級配瀝青中面層，其使用性能及壽命大幅受到混合料級配設計及施工工藝的影響，對施工過程的技術要求較高[3-5]。本研究依托廣東省陽茂高速公路改擴建項目瀝青路面施工應用實例，介紹了GAC-20C瀝青中面層施工過程關鍵工藝，通過混合料級配設計、生產穩定性控制、施工溫度控制、碾壓工藝優化，實現了骨架密實型GAC-20C路面的高質量成型，使項目交工檢測的結果達到省內優良水準。通過對本項目施工工藝和施工效果評價，總結出一套科學的質量管控方案，以期為GAC-20C瀝青混凝土在廣東省及其周邊地區的推廣應用提供科學參考。

1 工程概況

陽茂高速是國高網G15沈海高速的重要組成部分，雙向4車道，設計時速120 km/h，于2004年建成通車。本次改擴建施工采用雙向8車道高速公路建設標準，將路基標準寬度擴至42 m，新鋪路面面層結構組合為：4 cm SMA-13（上面層）+6 cm GAC-20C（中面層）+8 cm GAC-20C（下面層），其上、中面層使用SBS改性瀝青，下面層使用70#基質瀝青。

2 配合比設計

2.1 原材料

（1）瀝青。中面層使用廣東南粵物流實業有限公司所供應SBS改性瀝青（PG76-22），進場時對其進行抽檢試驗，各性能指標均滿足規范及設計文件要求。主要性能參數見表1。

表1 瀝青性能指標

（2）集料。使用河源市芙蓉石場生產的10~20 mm、5~10 mm、3~5 mm規格碎石以及0~3 mm規格同母巖機制砂，其表觀干燥潔凈、級配均一，各項性能指標均滿足規范及設計文件要求。主要性能指標見表2、表3。

表2 粗集料性能指標

表3 細集料性能指標

（3）填料。采用當地石灰廠所生產的礦粉，各項性能指標均滿足規范及設計文件要求。主要性能指標見表4。

表4 礦粉性能指標

（4）水泥。采用42.5級普通硅酸鹽水泥，各性能指標均滿足規范要求。

2.2 目標配合比設計

2.2.1 礦料級配設計

由于本項目所處華南高溫多雨區，年平均氣溫22.3℃，最高氣溫38~39℃，最低氣溫0~3℃；平均每日光照時間長，路面熱量吸收值大；4—9月為常規雨季，時間跨度長且雨量大。因此，對瀝青中面層開展目標配合比設計時，需要優先考慮路面的抗高溫性能及抗水損害的能力。增加混合料中4.75 mm規格以上的集料比例，可以使瀝青混合料中的粗集料構成骨架嵌擠結構，從而改善中面層的抗車轍性能。適當減少混合料中19 mm規格以上的集料比例，可以改善瀝青混合料的施工均勻性，更不易產生路面施工離析，從而提高抗水損害能力。適當減少混合料中2.36~4.75 mm規格的集料比例，以進一步增強粗集料骨架嵌擠結構。適當增加混合料中1.18 mm規格以下細集料的比例，以使骨架間的空隙被充分充填。根據廣東省已有項目及研究的經驗，確定以4.0%~6.0%作為級配設計的目標空隙率。

使用上述原材料，進行GAC-20C型瀝青混合料目標配合比礦料級配曲線設計，經試配，芙蓉集料目標配合比礦料合成級配見圖1。

圖1 目標配合比級配曲線圖

2.2.2 瀝青混合料性能試驗結果

根據馬歇爾配合比設計要求和規范中熱拌瀝青混合料配合比設計方法，確定的最佳油石比為4.4%，采用GAC-20C瀝青混合料目標配合比為：10~20 mm∶5~10 mm∶3~5 mm∶0~3 mm:礦粉∶水泥=45∶22∶5∶24.5∶2∶1.5?；旌狭闲阅軠y試結果見表5。

表5 混合料性能測試結果

2.3 生產配合比設計

熱料倉集料粒徑規格分別為12~22 mm、6~12 mm、3.5~6 mm和0~3.5 mm。進行中面層生產配合比設計，確定生產配合比（各材料重量比）為：12~22 mm∶6~12 mm∶3.5~6 mm∶0~3.5 mm:礦粉:水泥=40∶26∶5.5∶24.5∶2.5∶1.5。最佳油石比馬歇爾試驗結果見表6。

表6 最佳油石比馬歇爾試驗結果

3 施工過程質量控制

3.1 施工準備

施工前，攤鋪路段須確保下承層界面的清潔，完成對中央分隔帶的填土填鋪與路肩培土綠化，路緣石與急流槽采用喇叭口順接，施工過程進行薄膜覆蓋，達到零污染施工條件。

壓路機組進場時，應對施工作業面起點前20 m范圍內鋪設彩條布，并在碾壓前對壓路設備進行仔細清洗，以免施工過程中因銹跡、污漬等污染碾壓界面。

3.2 瀝青混合料的拌制

拌合設備為安邁5000型間歇式瀝青拌合樓（見圖2）。生產前須首先對拌合設備進行標定，檢查其各項功能運行情況，確保其在拌料過程中正常監控原材料投入量及溫度變化等數據，并可逐盤顯示、打印，以嚴格控制原材料用量，保證混合料生產的均勻、穩定。拌合過程中須嚴格控制拌合樓滾筒火焰燃燒功率，將倉筒內混合料溫度控制在190℃以下，以免因瀝青在高溫下加速老化，造成施工性能失衡，最終出料溫度控制在170~180℃范圍。

圖2 瀝青拌合樓

根據規范及設計文件，結合安邁拌合樓的獨立計時規則，進行混合料拌合時間設計。適當縮短拌合樓下料、料倉門開合時間，然后根據原材料含水率狀態和溫度情況，確定合適的干拌時間。干拌過程一方面需要將結團粉料打散，另一方面具有通過干拌將常溫粉料加熱的作用。保證濕拌時間有助于降低空隙率和VMA，提高馬歇爾穩定度，對高溫穩定性能有利，但是拌合時間過長會導致瀝青膠結料的老化，將削弱混合料的低溫性能和抗水損性能。結合廣東地區已建項目經驗，控制瀝青混合料的每一盤生產周期為60 s左右，且干拌時間至少5 s，濕拌時間不少于40 s。安排技術專員以目測方式實時監控混合料生產均勻性，確?；旌狭喜唤Y團成塊、不嚴重離析、不產生花白料。

3.3 混合料裝載與運輸

混合料的運輸應選用經過保暖改裝的運輸車輛，采用油水混合物（食用油與水按照1∶3的比例混合）涂抹廂板內部及車底，以免混合料沾黏于車廂內，并在廂板兩側距廂底約50 cm處各開一個孔洞以便測溫。開工前對車輛進行集中清洗，將輪胎清潔干凈，確保無泥土或油污。在裝料時，應按照“前、后、中、前補、后補”的流程執行裝載，以降低單次堆料的高度，減少裝載離析，并逐車由技術人員使用電子溫度計從兩側孔洞插入混合料中，測量、記錄出廠與到場時瀝青混合料的溫度，單次測溫時溫度計插入深度須不低于15 cm。

3.4 混合料的攤鋪

攤鋪設備為2臺福格勒2100-3L攤鋪機，為最大程度減少布料離析，采取梯形同步攤鋪方式，兩機間隔維持在5 m范圍內，前機攤鋪靠路肩側，攤鋪寬度設置為6~7.5 m，后機設置為6~7.5 m，以避開輪跡帶位置。

攤鋪作業開始前1 h，對熨平板采用電預熱，確保開始攤鋪作業時溫度高于100℃。攤鋪過程中，須將初始壓實度控制在85%之上，將攤鋪速度控制在2 m/min左右，并使布料面連續、均勻。為維持料位相對穩定，應合理調整螺旋布料器與料位器，使輸料螺旋中的料位保持在2/3之上。

因在卸料結束時攤鋪機中尾料往往含有較多粗集料，易使攤鋪面產生離析，故應盡量減少收斗，且每次收斗后需要待新混合料進入料槽并經過充分攪拌后再進行前行攤鋪。

3.5 混合料的碾壓

碾壓設備為寶馬格203SL雙鋼輪壓路機與柳工6530E膠輪壓路機。瀝青混合料的碾壓對后續路面的使用性能及壽命至關重要，碾壓過程應遵循“緊跟、慢壓、高頻、低幅”的原則進行。初壓緊跟攤鋪機，前靜后振，并保持較短的初壓區長度，以盡快使表面壓實，減少熱量散失；復壓采用搓揉壓實形式，緊跟在初壓后開始；壓路機前后停機、返向時，速度緩慢，有效減少了停機造成路面的凸凹不平。鋼輪壓路機應使用潔凈水源并合理調整噴水量，以在不粘輪的情況下盡量少噴水為準。碾壓作業時，機組應合理劃分區段，將作業面維持在30~50 m，并自低向高處碾壓，單次碾壓輪跡帶重疊控制在30%~50%范圍，碾壓現場設專崗對碾壓溫度、碾壓工藝進行管理和檢查，確保不漏壓、不超壓。本項目碾壓方案見表7。

表7 試驗段碾壓方案

3.6 施工過程溫度控制

為精準把控施工全過程瀝青混合料溫度，并及時作出反應調整，本項目采用FLIR手持式紅外熱像儀進行全過程、大范圍的溫度監控（見圖3）。根據工程應用經驗及SBS改性瀝青黏溫特性，對各環節具體溫度控制提出要求為[6]：混合料到場溫度控制在160℃以上；料槽混合料溫度控制在165~170℃；攤鋪后的混合料表面溫度應處于145~155℃；初壓溫度應處于140~150℃，初壓后表面溫度應維持在130℃左右；復壓溫度在130℃左右。開始終壓溫度應為90~100℃，終壓完成溫度應在80℃以上。

圖3 混合料紅外溫度探測

4 施工質量檢測與評價

4.1 壓實度檢測

根據設計要求，馬歇爾密度壓實度應大于98%，理論密度壓實度應大于93%。根據現場鉆取的9顆芯樣試驗結果，芯樣（馬歇爾密度）壓實度均值100.02%，個別芯樣過壓現象明顯，導致局部區域空隙率偏小。為進一步評價施工均勻性狀態，采用PQI380無核密度儀，通過儀器產生的環形探測磁場來測試瀝青路面的介電常數測密度與空隙率，以1 m為間隔繪制全斷面方格采集待檢區域共732個測點數據，按空隙率的范圍分為細離析、非離析、中度粗離析、嚴重粗離析4種離析程度[7]。檢測區域非離析區域占比為82.1%，嚴重離析區域僅占比0.4%（見圖4），可認為該區域瀝青中面層空隙較為均勻，離析程度較低，施工均勻性較好。

圖4 空隙率分布圖

4.2 厚度檢測與均勻性評價

根據相關規范及設計文件要求，施工過程中每一層次厚度偏差值不超過設計值的8%。本項目瀝青中下面層設計總厚度為14 cm，容許偏差為1.12 cm，現場鉆取的9顆芯樣，測試的中面層厚度為56~65 mm，均值為59.6 mm，合格率100%。為了進一步評價試驗路段整體中下面層施工厚度的均勻性，采用DXG系列地面耦合天線陣向地下發送脈沖形式的高頻電磁波，通過多測道往返測量得到全斷面中下面層總厚度狀況[8]，檢測段落長度為630 m。測試結果顯示，該路段厚度均值滿足規范及設計要求，偏薄區域僅占比3.1%，且偏薄區域多為小塊分散分布，對后續使用性能及性能影響較小，可認為瀝青中下面層整體施工厚度均勻性較好（見表8）。

表8 瀝青中面層厚度分布

4.3 其他路用性能指標

（1）滲水系數。對施工面層進行滲水檢測，共檢測21個斷面，均值為11.1 mL/min，極值為28 mL/min，滿足規范及設計不大于150 mL/min的要求。

（2）平整度。采用連續式平整度儀對施工面層進行測試，共檢測18個區間，標準差最大值1.17 mm，最小值0.63 mm，平均值0.76 mm，合格率100%，滿足規范及設計對中面層平整度標準差應小于1.2 mm的要求。

（3）彎沉。采用落錘式彎沉儀對施工面層進行彎沉測試，共測點86處，平均值為3.5（0.01 mm），標準差為0.878（0.01 mm），代表值為4.1（0.01 mm），達到設計文件小于22.5（0.01 mm）的要求。

5 結論

以廣東省陽茂高速公路項目為依托，瀝青路面中面層采用GAC-20C瀝青混凝土結構，通過對原材料技術指標控制、配合比設計優化、施工關鍵環節質量監控（溫度、攤鋪、碾壓環節）等工作，使中面層施工兼顧瀝青混凝土路用性能與施工質量均勻性，整體交驗最終達到優質水準，一系列的施工參數及把控重點可以在類似項目中推廣應用。