熱帶草原氣候下公路瀝青混凝土配合比設計

康軍亮

（中國水利水電第四工程局，西寧810007）

1 工程概況

西非安哥拉屬熱帶草原氣候，全年分旱、雨兩季，氣候炎熱，氣溫高、濕度大。年平均氣溫20.9℃，最高氣溫32.6℃，年平均降雨量為510～960mm。恩澤托—索約高速公路項目是安哥拉政府規劃的當前境內最高等級的一條高速公路，本標段路線全長96km，設計時速100km/h。一般標準路基寬度為39.5m，雙向四車道，路面寬度11m，凹形中央分隔帶17.5m，行車道外側路肩寬2.5m；村鎮路段路基寬度為44.5m。本項目的施工范圍為本段落除去橋梁部分的其他所有工程項目，主要包括道路土石方、底基層天然砂礫石、基層級配碎石、下面層6cm瀝青混凝土、上面層6cm瀝青混凝土道路設施等。

2 配合比的主要內容及設計思路

瀝青混凝土路面作為一種路面結構形式，以其行車舒適、噪聲低、易于維護等優點，被廣泛應用于公路建設中。但路面普遍存在耐久性差，早期損壞的問題。其中主要原因就是瀝青混凝土配合比設計或施工攤鋪碾壓工藝不合理。確定瀝青混凝土的最佳瀝青用量，制作馬歇爾試件，測定馬歇爾試件的力學性能：穩定度、流值，檢測瀝青混合料的最大理論密度。計算混合料的物理指標：毛體積密度、空隙率、瀝青體積百分率、礦料間隙率和瀝青飽和度。對所有性能指標繪制曲線圖，繪制空隙率、穩定度、流值、礦料間隙率、飽和度和瀝青摻量的關系曲線圖[1]。

3 原材的檢測標準及選擇

原材料的檢測和選擇是瀝青混凝土配合比設計前必不可少的一個環節。檢測原材技術指標要滿足美國AASHTO規范的有關規定，選擇和確定原材料也要結合當地地材料的供應情況。（1）瀝青的選擇：瀝青混凝土中瀝青結合料應有較高的黏度，以保證有足夠的高溫穩定性，本項目在熱帶草原性氣候，降水量集中，災害性天氣比較嚴重。選用伊朗產60/70石油瀝青，對伊朗瀝青進行各項檢測指標符合規范要求。（2）粗、細集料均采用扎伊爾省項目部料場自行加工生產。集料屬于花崗巖，偏酸性。按粗集料的技術規范要求，對壓碎值、吸水率、黏附性、針片狀含量，堅固性，洛杉磯磨耗、視密度都進行檢測。細集料對視密度、及石粉含量進行檢測。粗細骨料性能都滿足規范要求。（3）填料的選擇。瀝青混合料中必須采用石灰巖和巖漿中的強基性巖石等憎水性石材料磨細得到的礦粉，礦粉應干燥潔凈能自由地從礦粉倉流出，其表觀密度不小于2.45t/m3，其粒徑范圍滿足規范要求。填料采用的當地生產的P·O42.5硅酸鹽水泥代替，摻量比例按照2%摻配，技術指標滿足規范要求[2]。（4）抗剝離措施。采用添加0.5%的抗剝落劑改善集料黏附性。試驗方法采用水煮法檢測黏附性指標。檢測結果瀝青膜少部為水所移動，厚度不均勻，剝離面積百分率少于10%，達到瀝青與集料黏附性四級，滿足瀝青混凝土瀝青與集料的黏附性要求。

4 礦料級配組成的選擇

選擇合適的瀝青混合料級配類型是確保瀝青混凝土路面質量的前提，瀝青混凝土面層設計，規范規定，上面層瀝青混凝土的最大粒徑不宜超過該層厚的1/2；瀝青結構層混合料集料最大公稱尺寸不宜超過該層厚的1/3[3]。項目部料場生產的瀝青集料規格是25~19mm、19~9.5mm、9.5~4.75mm、4.75~0mm 4種，根據集料的篩分結果首先初選出粗、中、細3個不同比例的級配進行試配。

5 馬歇爾試驗

確定礦料混合比例，計算各種礦料的試拌用量，根據規范的推薦和經驗，估計適用的瀝青用量為中值，按0.5%間隔變化，分別取摻量為3.0%、3.5%、4.0%、4.5%、5.0%不同的瀝青用量，用瀝青混合料拌和機拌制。分別備制最大理論密度樣品、馬歇爾試件。馬歇爾試件按規范規定兩面擊實75次成型，用卡尺測量試件中部的直徑，用十字對稱的4個方向測量邊緣10mm處的高度，求平均值，試件高度按（63.5±1.3）mm控制，不滿足尺寸要求的廢棄。測得馬歇爾試件在空氣和水中重量以后，在（60±1）℃的恒溫水浴中放置30min。開始馬歇爾試驗，直至試件加載破壞時紀錄最大荷載和流值。測得混合料最大理論密度。計算出試件的密度、空隙率、礦料間隙率、瀝青飽和度等。

瀝青用量為橫坐標，以瀝青混合料試驗的密度、空隙率、瀝青飽和度、馬歇爾穩定度和流值為縱坐標，繪制成關系圖，從曲線上找出相應于最大密度、最大穩定度、目標空隙率（或中值）及瀝青飽和度范圍中值對應的4個油石比，求出4者的平均值作為最佳摻量比初始值OAC1；如果對選擇試驗的瀝青摻量比范圍，密度或穩定度沒有出現峰值，可直接以目標空隙率所對應的摻量比作為OAC1。然后，以各項指標均滿足瀝青混凝土各項標準要求的摻量比范圍（OACmax，OACmin）的中值為 OAC2。最佳摻量比的初始值 OAC1在 OACmax與OACmin之間，設計結果是可行的，可取OAC1與OAC2的中值作為目標配合比的最佳摻量比OAC，并結合當地的氣候特點和實際情況得出最佳摻量比。

6 配合比驗證

為了檢驗瀝青混合料的抗水損害性能，進行了設計油石比下的瀝青混合料的浸水馬歇爾試驗，試驗結果殘留穩定度為89.4%，大于規范要求80%；動穩定度試車轍試驗平均值為2196次/mm，滿足規范要求≥1500次/mm[4]；滲水系數試驗數據為53 m L/min，滿足≤100m L/min。目標配合比結果表明：設計AC-25型目標配合比瀝青混合料的性能均滿足技術要求。

7 生產配合比

根據目標配合比，拌和樓振動篩的篩孔尺寸分別設定為：35mm ×35mm、20mm×20mm、12mm ×12mm、7mm ×7mm、3mm ×3mm，安裝角度12°。按目標配合比確定的比例上料，倉門開啟比例30%，對各料倉的熱料進行試驗，最終確定生產配合比。根據AC-25瀝青混凝土路面設計要求及當地氣候條件。本次瀝青摻量為4.0%時空隙率為4.3%，且其他各項指標均滿足設計要求。

8 結語

公路瀝青混凝土的技術性能指標對瀝青路面的滲水系數、車轍及耐久性都影響很大，科學的配合比設計，能確保瀝青混凝土的各項技術性能。同時，嚴格把控原材料及現場施工質量，才能有效地提高路面的工作性能和耐久性能，防止早期病害的發生。