基于法國規范下瀝青混凝土配合比設計的探討

(中國港灣工程有限責任公司， 北京 100027)

結合本人參與的非洲剛果共和國國家 1號公路項目，即連接該國經濟中心黑角（POINTE-NOIRE）和政治中心布拉柴維爾（BRAZZAVILLE）的交通大動脈，作為該項目的現場負責人，筆者淺談對法國規范標準下路面面層瀝青混凝土配合比設計的基本理念。

該項目從黑角至布拉柴維爾全長近 600公里，地形復雜，地質多變，位于中部非洲赤道熱帶雨林氣候帶，雨季旱季分明，雨季高溫多雨，特別是穿越地形復雜的馬永貝森林段。本項目路面結構設計由下至上依次是：25cm的天然礫料底基層0/40，20cm的級配碎石基層0/31.5，煤油稀釋瀝青透層cut-back 0/1，乳化瀝青粘層，5cm的瀝青混凝土面層BBSG 0/14，屬于較為典型的強基薄面的路面結構。

1 瀝青混凝土BBSG 配合比設計的理論依據

通常道路路面結構層設計，在滿足一定的交通流量及設計年限的前提下，需滿足相應的力學性能：1）一定的剛性模量；2）一定的抗疲勞性；3）一定的抗車轍性。因此，在路面結構層設計上，需要尋求三者性能的最佳平衡，而不是一味追求某一性能，否則反而會降低其它性能，從而影響道路的整體使用壽命。

瀝青混凝土BBSG（Bétons Bitumineux Semi-Grenus）設計參照法國規范（NF P98-130，即新版歐洲標準NF EN13108-1），其中瀝青混凝土面層BBSG 0/14的理論混合集骨料級配區間如下所示。

圖一：BBSG 0/14集骨料篩分級配曲線圖

在確定了混合集骨料級配后，根據實踐經驗及需要滿足的設計豐度模數K來確定理論的瀝青混凝土配合比設計的理論瀝青含量百分比。此處的瀝青含量，指的是相對于混合集骨料重量的百分比含量，不包含瀝青在內的重量。下表中確定的理論瀝青含量對應于BBSG 0/14篩分級配中位值的瀝青含量百分比。

表一：確定瀝青混凝土配合比的理論瀝青含量

本項目的設計單位與施工單位均是中國公司，擬采用的瀝青混凝土為中國標準下的AC-13C型，使用的瀝青為南非生產的60/70號瀝青（其主要參數指標見下表二）；混合集骨料的規格分別為當地采石場生產的0/2.5mm、2.5/5mm、5/10mm、10/15mm四種級配的骨料，按比例12%：33%：21%：31%，以及礦粉3%，其中礦粉為當地采石場球磨機生產的，并外加瀝青用量0.3%的中國生產的抗剝落劑為添加劑。混合集骨料的表觀密度為2.61g/cm3，碎石的洛杉磯磨耗試驗（LA = 25.3）及微型狄法爾磨耗試驗（MDE = 23.2）均符合瀝青混凝土BBSG集骨料的要求（LA≤ 35，MDE ≤ 30，LA + MDE ≤ 55）。

表二：瀝青的主要技術指標

圖二：AC-13C的混合集骨料篩分級配曲線及瀝青試配含量

該 AC-13C型瀝青混凝土混合集骨料的篩分級配曲線，類似于法國規范的BBSG 0/14型瀝青混凝土，按同樣的原理計算得到理論最佳瀝青含量為5.11%。以此為基礎，在現場實驗室可以分別試配4.5%、4.8%、5.1%、5.4%等不同瀝青含量的瀝青混凝土拌合料，并分別驗證其性能以確定最佳油石比。為了得到最佳性能的瀝青混合料，需要通過一系列實驗室試驗來驗證，包括旋轉剪切PCG試驗、馬歇爾Marshall試驗、多利士DURIEZ試驗、車轍試驗等。在此案例中，最終得到的AC-13C型瀝青混凝土的最佳瀝青含量為5.0%。

在實驗室配合比的基礎上，需要結合項目現場及瀝青拌合樓的工藝，試配生產配合比。按約定將集骨料按比例進料到冷料倉后，經過加熱、干燥、除塵，把骨料送入不同分篩的熱料倉，加入相應的礦粉，控制好每一個熱料倉的骨料，最后加入瀝青及抗剝落劑，使得生產出來的瀝青混凝土拌合料與實驗室得到的性能一致。在整個生產過程中，集骨料的溫度（不宜超過175℃），瀝青混合料的溫度（145-165℃）控制是關鍵。

2 瀝青混凝土配合比主要驗證試驗

在瀝青混凝土試配過程中，需要最優化其性能，這就需要不同的試驗去相互驗證，以期達到各個不同性能的最佳組合：

? 達到最佳空隙率，即使得路面既要達到最密實狀態而提供足夠的承載力要求，又要避免過于壓實使得路面容易產生疲勞破壞。該性能可以通過實驗室旋轉剪切PCG試驗和多利士DURIEZ試驗驗證。

? 達到最佳水穩性能，由多利士試驗驗證，即兩組圓柱體試塊，在18℃環境下，分別浸水與非浸水保存 7天后，壓力機壓碎破壞后的比值來驗證其水穩定性能。考慮到該項目位于潮濕多雨的熱帶氣候條件下，要求路面的水穩定性能高，而多利士試驗通常能比浸水馬歇爾試驗更能反映其驗證效果。

? 達到最佳抗車轍性能，由車轍試驗驗證，在實驗室由瀝青混凝土試塊在車轍試驗儀中，模擬在連續不斷的輪胎來回循環反復碾壓作用下，能夠承受的輪壓次數（1000, 3000, 10000, 30000，...）與車轍深度的相互關系來確定其抗車轍的性能。

表三：瀝青混凝土BBSG 0/14主要技術指標要求

一般對于 BBSG瀝青混凝土配合比只需要驗證以上基本試驗即可，而對于其它如瀝青碎石基層（GB或EME）或是高模量瀝青混凝土連接層或面層（BBME或BBTM），需要做復雜模量試驗及疲勞試驗等，以便進一步驗證其性能。

3 瀝青混凝土路面施工的質量控制

瀝青拌合樓按最佳油石比生產的瀝青混凝土拌合料，通過對其做萃取實驗，分析其瀝青含量及混合集骨料的篩分級配，檢測其是否符合既定的瀝青混凝土配合比設計。

瀝青混合料攤鋪前，施工路段的緊前準備工作尤為重要：施工路段需清掃除塵后，撒鋪一層粘層油，以起到有效連接基層透層與面層的作用。該粘層油有效破乳后，開始攤鋪瀝青混合料。對于 50-70號瀝青的混合料，出拌合樓的溫度不宜超過165℃，下料到攤鋪機的溫度不宜低于145℃。一旦某段攤鋪預壓到位后，需按施工組織方案中約定的，膠輪壓路機緊隨攤鋪機，接著光輪壓路機，同時靜壓與震動碾壓組合，已保證瀝青混合料在有效溫度內碾壓成型，確保道路面層的壓實度達到要求。

瀝青路面成型后，通過鉆芯取樣，對其做壓實度及厚度檢測，也可通過伽馬密度儀檢測壓實度。此外，其它的檢測還包括路面的承載板實驗，路面的紋理構造檢測，路面的平整度檢測等。

通過 AC-13C型瀝青混合料路面在當地的實際使用效果來看，既能滿足當地高溫穩定性的要求，又能具有良好的耐久性及水穩定性能。

4 結語

結合非洲剛果共和國國家 1號公路的實施工程案例，闡述了瀝青混凝土配合比設計的基本原理及主要的驗證試驗；同時也是 AC-13C型瀝青混凝土配合比設計結合法國規范在非洲熱帶地區的推廣與應用的成功典范。

[1]Couches de roulement et couches de liaison : Bétons bitumineux semi-grenus(BBSG) : NF P98-130, Novembre 1999

[2]Les enrobés bitumineux- Tome 1 : Henri Moulierac, Fran?ois Prévost

[3]Enrobés bitumineux à chaud- Mise en application des nouvelles normes NF EN : CFTR- Info N°17, Décembre 2008

[4]Exécution des corps de chaussées, couches de liaison et couches de roulement- Constituants / Composition des mélanges / Exécution et contr?les : NF P98-150, Dé cembre 1992