濕熱地區GAC-8瀝青混合料配合比設計研究

作者簡介：

葛 明（1984—），碩士，工程師，主要從事高速公路養護管理工作。

文章針對南友高速公路通車運營后出現的高溫車轍、水損害和抗滑性能下降等問題，為了使修復后的路面更具安全性和行車舒適性，結合實體工程，選用改進型AC-8即GAC-8瀝青混合料進行路面養護，對GAC-8瀝青混合料進行了三階段設計與優化，并對后期實際鋪筑效果進行了跟蹤檢測，為今后濕熱地區公路養護工程使用GAC-8瀝青混合料提供參考。

道路工程；瀝青混合料；配合比設計；級配優化；應用效果

中圖分類號：U416.02 A 16 053 4

0 引言

瀝青路面在運營階段前期容易出現裂縫、剝落、車轍等常見病害，特別是在高溫多雨的環境下更容易產生這類問題。隨著時間的推移，路面裂縫不斷變寬，雨水沿著路面縫隙侵入內部結構，使瀝青與集料之間的粘結力逐漸降低。在車輛荷載的作用下，集料被帶離面層主體，形成路面不平整、剝落，嚴重時還會形成坑槽。孔凡旺［1］利用低標號瀝青的自身特性展開動態模量試驗，研究表明骨架密實型的低標號瀝青混合料在高溫潮濕環境下依舊具有較高的模量和強度。范倩等［2］對濕熱地區高速公路路面坑槽冷補料進行了試驗研究，發現冷補料能夠有效改善瀝青路面的水穩定性。李燁宏［3］將間斷級配瀝青混合料應用于高溫潮濕的高速路面上，顯著提高了路面的平整度和抗滑性能。廣西南友高速公路地處丘陵地帶，屬于亞熱帶溫濕季風氣候，年平均氣溫為22 ℃，全年最低月平均氣溫為7 ℃，最高月平均氣溫為37 ℃，年均降水量約為1 200 mm，雨熱同季。該路段建成通車以來，一直受到高溫雨水等不利環境因素的影響，隨著使用時間的進一步增長，路面材料的老化日趨嚴重，使用性能逐步降低，路面逐漸出現不同程度的高溫車轍、水損害和抗滑性能下降等常見病害［4］。為了保證南友高速公路未來的正常運營，提高其通行質量，降低后期養護維修成本，在當前情況下，綜合考慮社會政治、經濟和技術條件，有必要適時采取有效的養護措施予以改善，提高其路面結構強度和使用質量，減少養護維修的壽命周期費用［5］。考慮到高溫車轍、水損害和路面抗滑等是該高速公路路面綜合處治工程中的重點難題，本文選擇對南友路部分路段進行GAC-8超薄磨耗層加鋪。本文對GAC-8瀝青混合料進行了配合比優化設計，并在實體工程中檢驗了其性能。

1 原材料選擇

1.1 輝綠巖粗集料

原材料的選取是瀝青路面施工質量控制的源頭，對路面質量有決定性作用。本文研究選用的是由田東那拔鎮那練村輝綠巖石場生產的輝綠巖集料，檢測結果如表1～2所示。

檢測結果顯示，田東那拔鎮那練村輝綠巖石場生產的3～10 mm輝綠巖各項指標均符合工程要求。

1.2 石灰巖細集料

細集料選用的是崇左市江州區古陂村采石場生產的石灰巖，檢測結果如表3～4所示。

由崇左市江州區古陂村采石場提供的石灰巖細集料檢測結果來看，關鍵質量控制指標符合規范要求，其中細集料級配存在一定問題，細集料0.075 mm通過率偏高，細集料偏細。

1.3 礦粉

礦粉為上思縣城恒翔礦業有限公司提供，其質量檢測結果如表5所示。根據檢測數據，礦粉的性能指標均符合工程技術要求。

1.4 瀝青

GAC-8瀝青混合料采用SBS改性瀝青（I-D），供應商為中遠海運國際貿易有限公司。其檢測指標如表6所示。根據數據顯示，該瀝青的各項指標符合工程技術要求。

2 GAC-8混合料配合比設計

2.1 目標配合比設計

AC-8屬于懸浮密實型瀝青混合料，在這種連續級配的條件下，每檔集料都占一定比例，次級集料填充前級集料間的空隙，較大顆粒懸浮于較小顆粒之間，每級集料間的空隙被填充密實，但粗集料之間未相互嵌擠，形成能夠受力的結構骨架［6］。GAC-8則是在AC-8級配基礎上針對廣西濕熱地區氣候特點進行改進的區域性瀝青混合料［7］。與AC-8礦料級配對比可發現，GAC-8更接近于骨架密實型瀝青混合料的級配曲線。GAC-8使1.18 mm和0.6 mm篩孔通過率盡量貼近上限，適當提高控制篩孔2.36 mm以上的集料比例，從而達到形成粗集料結構骨架的目的，提高瀝青混合料的高溫穩定性。2.36 mm篩孔以上的集料比例相對增加能夠有效增大路面的構造深度，達到提升抗滑性的效果；細集料和瀝青的有效填充則保證了路面的密實，抗滲水性能也可滿足規范要求［8］。GAC-8和AC-8礦料級配的組成如表7所示。

按照規范進行最佳油石比的確定，根據經驗以5.2%的油石比為中間值，間隔0.5%油石比測定瀝青混合料的馬歇爾試驗指標，根據測出的各個體積參數得出最佳油石比為5.2%。在5.2%的油石比下進行馬歇爾試件相關體積參數的測定，結果如表8所示。

2.2 生產配合比設計

根據目標級配曲線和礦料的篩分結果進行礦料級配合成，同時考慮工程實體對瀝青混合料路用性的要求，調試出兩組不同的GAC-8礦料級配進行礦料級配的選擇，分別記為級配一和級配二。礦料組成的設計如表9所示。

以目標配合比確定的最佳油石比5.2%對兩種級配礦料進行馬歇爾試驗，結果如表10所示。

根據表10可知，級配二的空隙率偏大，而級配一瀝青混合料的馬歇爾試驗各項指標均符合要求，因此選擇級配一為設計級配。

2.3 生產配合比檢驗

為了驗證確定的生產配合比的各項性能，采用5.2％油石比成型馬歇爾試件（雙面各擊實75次）和凍融劈裂試件（雙面各擊實50次），并進行相應的試驗以檢驗其水穩定性能。檢測結果如表11～12所示。

采用5.2％油石比成型車轍試件，在標準試驗條件下進行車轍試驗［9］，以評估其高溫穩定性，結果如表13所示。

由表11～13可知，生產配合比GAC-8具有一定的抗水損害能力和低溫抗裂能力，同時高溫抗車轍性能也較好，非常適合鋪筑于高溫多雨的廣西地區。

3 試驗段鋪筑

為了驗證GAC-8的實際路用性能，在南友高速公路K177+000～K177+372上行段鋪筑了長達372 m的試驗段。該試驗路施工方配備了3臺雙鋼輪壓路機，2臺膠輪壓路機和1臺單鋼輪壓路機，攤鋪速度控制在3～3.5 m/min。試驗段現場天氣為陰，環境溫度為28 ℃。根據現場跟蹤，混合料攤鋪溫度＞165 ℃，初壓溫度＞150 ℃，符合試驗段施工要求。

3.1 燃燒級配篩分

為了掌握混合料實際生產與設計的級配偏差，對試驗段混合料進行了燃燒篩分試驗，其試驗結果如下頁表14所示。

根據表14的數據顯示，現場攤鋪的瀝青混合料級配與生產配合比的誤差均滿足要求。7.2 mm篩孔通過率與生產配合比通過率相差較大，但在一定范圍內7.2 mm通過率越高對GAC-8瀝青混合料壓實越有利，在混合料性能指標滿足設計和規范要求條件下，該偏差對混合料性能無明顯影響。

3.2 現場試驗檢測

對試驗段進行鉆芯取樣、滲水試驗、平整度、構造深度檢測。試驗段鉆取芯樣3個，最厚的芯樣為2.8 cm，最薄的2.2 cm，平均厚度為2.5 cm。芯樣檢測結果見表15。

由表15可知，K177+060芯樣因取芯位置太靠近路邊緣，該位置壓實度不足的現象較為常見。在正式施工中，應注意壓路機的壓實遍數和均勻性，確保各處位置充分壓實。

對試驗段進行現場滲水試驗和構造深度試驗，結果如表16、表17所示。

表16～17的數據顯示，新鋪設的GAC-8瀝青混合料的抗滲水性能和抗滑性能均能滿足現場實際需求。

3.3 優化配合比

根據現場燃燒篩分的實測數據，除7.2 mm和4.75 mm篩孔的通過率與生產配合比的偏差為正偏差以外，其余篩孔的偏差為負。分析原因可能是與拌和站上料倉的篩孔有關。為了在大規模生產時礦料級配更接近于生產配合比，建議適當減小大檔料的投放比例，稍微提高細料含量。具體優化如表18所示。

4 結語

本文通過目標配合比設計、生產配合比設計以及現場試驗段鋪筑，驗證了GAC-8在廣西濕熱多雨地區的路用性能，并確定了符合工程實體需求的GAC-8瀝青混合料礦料級配和最佳油石比。針對實體工程中高溫多雨地區瀝青路面出現的高溫車轍、水損害和抗滑性能下降等問題，GAC-8瀝青混合料經過現場試驗檢測的數據表明其能夠將這些問題一一解決。同時該高速公路近三年來的通車情況顯示，GAC-8的各項路用性能均表現良好，而且穩定，從而進一步驗證了其在濕熱地區的適用性，這為針對不同氣候環境條件，進行瀝青配合比設計提供了一定的參考方向。

參考文獻

［1］孔凡旺.低標號瀝青混凝土在濕熱地區路面加鋪結構中應用的關鍵技術研究［J］.西部交通科技，2022（10）：87-90.

［2］范 倩，李善強，許新權，張國民.濕熱地區瀝青路面坑槽冷補料性能測試與分析［J］.廣東公路交通，2022，48（3）：17-21.

［3］李燁宏.SMA-13瀝青混合料在濕熱地區高速公路路面中的應用［J］.廣東公路交通，2021，47（4）：49-55.

［4］李 睿，傅 琴.改進型薄層罩面AC-5瀝青混凝土性能室內試驗研究［J］.西部交通科技，2021（12）：8-13.

［5］丁占鋒，黃 絢.濕熱區域型GAC-16C瀝青混合料配合比設計與優化［J］.西部交通科技，2019（12）：69-72.

［6］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，2018，35（12）：7-13.

［7］陳云耀，李 睿.熱拌薄層AC-5瀝青混合料體積參數及礦料級配范圍研究［J］.公路與汽運，2018（6）：79-84.

［8］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，2016（3）：99-102.

［9］JTJ E20-2011，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程［S］.

收稿日期：2022-10-09