S248線瀝青混合料上面層材料強度提升與優(yōu)化★

黃 時 倉

(韶關(guān)市金禧城市建設(shè)投資有限公司，廣東 韶關(guān) 512000)

0 引言

韶關(guān)市位于廣東省，根據(jù)國家氣象信息中心提供的氣象數(shù)據(jù)，分析廣東省近30年的氣溫及降雨狀況發(fā)現(xiàn)，與其他省內(nèi)城市相比，韶關(guān)市的高溫最高、低溫最低，平均年降雨量在省內(nèi)較少，在全國范圍內(nèi)平均年降水量依然較大。依據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》[1]，韶關(guān)市屬于夏炎熱—冬暖—潮濕區(qū)。由于韶關(guān)市溫度高，降雨量大，因此需重點考慮混合料高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性。

針對瀝青混合料優(yōu)化設(shè)計，楊慧光等[2]應(yīng)用Excel的“規(guī)劃求解”功能進行瀝青混合料配合比設(shè)計的優(yōu)化計算，并利用“圖表向?qū)А惫δ芾L出級配要求和合成級配曲線圖。姚愛玲等[3]認為目前混合料配合比設(shè)計方法比較繁瑣，開發(fā)了采用面向?qū)ο蠼＜夹g(shù)的配合比優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)。劉朝暉等[4]采用SAC級配設(shè)計法設(shè)計瀝青混合料級配，并采用VCADRF級配驗證法進行驗證和調(diào)整。李晉峰[5]從抗車轍角度進行考慮，基于抗剪性能對瀝青混合料進行配合比優(yōu)化設(shè)計。趙友松[6]為了提高瀝青混合料的高溫性能，通過調(diào)整工程級配范圍、降低瀝青用量、增大混合料空隙率等措施進行優(yōu)化設(shè)計。張鐵志等[7]以正交試驗優(yōu)化的技術(shù)指標(biāo)為基礎(chǔ)，考慮原材料成本，運用功效系數(shù)法對配合比進行優(yōu)化。

本文考慮了韶關(guān)市的氣候條件，依托S248線韶關(guān)市區(qū)過境段黃金村大橋至韶關(guān)鋼鐵廠公路改線工程二期(大學(xué)路—韶關(guān)鋼鐵廠)湞江段上面層，對AC-13瀝青混合料配合比進行優(yōu)化設(shè)計，并進行路用性能驗證。

1 原材料性能

1.1 瀝青

瀝青采用SBS改性瀝青，依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》[8]對原材料進行試驗，相關(guān)技術(shù)指標(biāo)如表1所示。瀝青軟化點為76.4 ℃，高溫穩(wěn)定性比較好；5 ℃延度為29.9 cm，在低溫條件下不易脆裂，瀝青的性能良好；25 ℃彈性恢復(fù)為99.9%，高溫性能好。

表1 改性瀝青技術(shù)指標(biāo)

1.2 集料

粗集料技術(shù)指標(biāo)檢驗結(jié)果如表2所示。壓碎值為6.3%，遠小于規(guī)定值26%，集料之間的摩擦嵌擠良好；對瀝青的粘附性為5級，抗水剝落性能好；此外，粗集料中的針片狀顆粒含量也比較小，細集料和礦粉指標(biāo)也滿足規(guī)范要求。

表2 粗集料技術(shù)指標(biāo)

2 目標(biāo)配合比設(shè)計及性能驗證

2.1 礦料配合比組成設(shè)計

依據(jù)集料篩分結(jié)果及規(guī)范設(shè)計礦料級配，目標(biāo)配合比合成級配結(jié)果如圖1所示。

AC-13瀝青混合料公稱最大粒徑13.2 mm，關(guān)鍵性篩孔尺寸2.36 mm的通過率為32.4%，小于40%，滿足粗型密級配AC-13C關(guān)鍵性篩孔尺寸通過率，符合韶關(guān)地區(qū)夏季高溫的情況；且級配位于規(guī)范中值與下限之間，呈S型級配曲線。

2.2 確定最佳油石比

采用4.0%，4.3%，4.6%，4.9%，5.1%五種油石比，制備馬歇爾試件進行試驗，結(jié)果如表3所示；確定最佳油石比為4.8%，最佳瀝青用量對應(yīng)的馬歇爾試驗結(jié)果如表4所示。

表3 AC-13不同油石比的馬歇爾試驗結(jié)果

表4 AC-13最佳油石比的馬歇爾試驗結(jié)果

2.3 瀝青混合料性能檢驗

在最佳瀝青油石比條件下，對高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、低溫抗裂性進行檢驗，試驗結(jié)果見表5。

表5 AC-13瀝青混合料性能檢驗

AC-13C瀝青混合料的動穩(wěn)定度平均值為8 458次/mm，遠高于規(guī)范規(guī)定值不小于2 800次/mm，該級配下的瀝青混合料高溫穩(wěn)定性很好；殘留穩(wěn)定度和殘留強度比均比規(guī)范下限值大，滿足水穩(wěn)性要求；瀝青混合料有很好的路用性能，可以在此目標(biāo)配合比基礎(chǔ)上進行生產(chǎn)配合比的設(shè)計。

3 生產(chǎn)配合比設(shè)計及優(yōu)化

3.1 生產(chǎn)配合比設(shè)計

熱倉料分為12 mm～18 mm,6 mm～12 mm,3 mm～6 mm,0 mm～3 mm四種規(guī)格。以目標(biāo)配合比設(shè)計為參考，從拌合樓各熱料倉取出的集料進行密度和篩分試驗，再根據(jù)篩分結(jié)果進行生產(chǎn)配合比級配的調(diào)試，初步確定了兩種級配，如表6所示。

表6 AC-13礦料級配組成

在生產(chǎn)配合比設(shè)計結(jié)果中，級配1以5.0%的油石比、級配2以4.8%，5.0%的油石比進行馬歇爾試驗，結(jié)果如表7所示。

表7 AC-13生產(chǎn)配合比馬歇爾試驗結(jié)果

對比兩種級配試驗結(jié)果，從穩(wěn)定度和流值角度考慮級配2的結(jié)果優(yōu)于級配1，但級配2的空隙率和礦料間隙率小于規(guī)范值，應(yīng)增大粗集料比例，減小細集料比例，綜合以上分析，初步確定上面層AC-13生產(chǎn)配合比級配結(jié)果如表8所示。

表8 AC-13生產(chǎn)配合比級配設(shè)計結(jié)果

3.2 生產(chǎn)配合比優(yōu)化

為了對生產(chǎn)配合比進行合理優(yōu)化，對熱料倉集料進行二次篩分試驗，與第一次篩分結(jié)果相比，篩孔尺寸為12 mm～18 mm 和3 mm～6 mm的集料質(zhì)量通過百分率增加，說明集料整體偏細，應(yīng)增加粗集料的比例，減少細集料的用量。優(yōu)化后的生產(chǎn)配合比級配設(shè)計結(jié)果如表9所示。對級配以4.8%，5.0%的油石比進行馬歇爾試驗，結(jié)果見表10。

表9 AC-13生產(chǎn)配合比級配優(yōu)化

表10 AC-13生產(chǎn)配合比馬歇爾試驗結(jié)果

分析發(fā)現(xiàn)，油石比為4.8%的混合料空隙率超過了規(guī)范規(guī)定的取值范圍4%～5%，油石比為5.0%的空隙率也偏高，說明細集料偏少，應(yīng)適當(dāng)增加細集料的百分比。根據(jù)上述分析，確定最終生產(chǎn)配合比級配如表11所示。

表11 AC-13生產(chǎn)配合比級配結(jié)果

4 試驗路性能評價

對試驗路鉆芯取樣，進行馬歇爾試驗，馬歇爾實驗結(jié)果見表12。其高溫穩(wěn)定性(車轍試驗)和水穩(wěn)定性(凍融劈裂試驗)試驗結(jié)果見表13。

表12 馬歇爾試驗結(jié)果

表13 試驗路性能評價

通過以上結(jié)果可知，反映瀝青混合料高溫性和水穩(wěn)性的指標(biāo)均滿足規(guī)范并遠高于規(guī)定值，AC-13瀝青混合料具有良好的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性。

5 結(jié)語

本文結(jié)合韶關(guān)市氣候特點，以當(dāng)?shù)毓こ添椖繛橐劳校ㄟ^配合比設(shè)計及優(yōu)化，并對試驗路的使用性能進行評價，確定了上面層AC-13瀝青混合料級配及最佳瀝青用量，瀝青混合料表現(xiàn)出了良好的路用性能，為類似氣候特點地區(qū)的路面設(shè)計提供參考。