巖瀝青砼在江廣高速公路的應用

董志豐

巖瀝青砼在江廣高速公路的應用

董志豐

（無錫交通建設工程集團有限公司，江蘇 無錫 214100）

本文以江廣高速改擴建為工程背景，分析研究了巖瀝青材料的性能及其混合料的技術特性，同時對巖瀝青砼的施工進行了質量控制分析，結果表明：巖瀝青混合料的力學強度較高，且具有較好的水穩定性和抗車轍性；其生產、攤鋪、養護環節與常用的AC-20類似，并無特殊限制，施工可操控性強。巖瀝青BRAC-20作為中面層臨時通行結構在江廣高速的成功應用可以作為其他工程的參考，不斷探索巖瀝青在瀝青路面中的應用。

巖瀝青砼；改擴建；抗車轍；水穩定性

1 應用背景

江廣高速改擴建工程根據建設需要，施工期內中面層路段需要臨時通行，考慮到江廣高速屬于滬陜高速和京滬高速的共線段，夏季高溫多雨、交通量大，為避免新建路面中面層在臨時通行期間病害的發生，需要選擇強度高、水穩定性好、高溫性能優越的混合料。

2016年6月，基于全壽命理念的高速公路擴建瀝青路面結構與材料研究課題組在其課題中期匯報中，通過永久變形計算提出中面層抗車轍性能要滿足動穩定大于6000的要求，并根據比選提出采用高低溫性能較好的巖瀝青BRAC-20。

江廣高速采用的巖瀝青是一種高灰分天然巖瀝青，巖瀝青在瀝青膠漿中能形成較為穩定的兩相結構，該結構可通過改善瀝青膠漿界面的方法來提升混合料的力學強度與水穩定性。2017年6月15日，江廣高速北半幅路面中面層試驗段開始施工，BRAC-20施工工藝簡單，與傳統的AC-20施工工藝相同，無特殊要求。

2 巖瀝青材料及其混合料控制要點

2.1 巖瀝青復合改性混合料技術指標

本項目先導段采用的高灰分天然巖瀝青（BRA）當中含有約25%的天然瀝青及約75%的灰分，進過多達萬年的物理化學作用，天然瀝青和灰分之間形成了穩定的膠漿界面，該膠漿界面可有效提高瀝青混合料的抗水損害性能及高溫穩定性能。

根據經典的瀝青基材料用現代膠漿理論描述，瀝青混合料具有粘彈性質，它是一種三級空間網狀結構的分散系。在該分散體系中，由填料和瀝青組成瀝青膠漿體系的性質及材料組成對瀝青混合料的綜合性能都起著關鍵作用。雖然在實際項目中較少對膠漿提出性能指標，工但程人員注意到了瀝青混合料粘彈性受到礦粉以及瀝青的重要影響，國內外對此也進行過大量的研究。考慮到BRA對瀝青膠漿的改性效果，對于BRA改性混合料，應建立BRA改性瀝青膠漿的性能指標體系，對膠漿的性能進行控制。

依據《江蘇省江都至廣陵高速公路改擴建工程中面層巖瀝青改性BRAC-20瀝青混合料施工指導意見》，建議試驗按照每50噸巖瀝青為一批次對巖瀝青膠漿進行檢驗，以SBS改性瀝青質量：巖瀝青質量：礦粉質量=1:1:0.75的比例制備BRA改性瀝青膠漿，主要檢驗膠漿針入度與軟化點，并在條件允許的情況下進行車轍因子與175℃粘度的檢測，相關數據技術要求請見表1。

表1 BRA改性瀝青膠漿技術要求

2.1.1 BRA改性BRAC-20瀝青混合料設計

依據《江蘇省江都至廣陵高速公路改擴建工程中面層巖瀝青改性BRAC-20瀝青混合料施工指導意見》的技術要求，天然巖瀝青改性BRAC-20為熱拌密級配瀝青混凝土混合料，其級配范圍符合規范要求，其室內馬歇爾試驗應符合規定的技術標準。

先導段巖瀝青改性BRAC-20混合料使用的石灰巖集料、礦粉與所使用的瀝青密度如表2所示。

表3 混合料用礦料的篩分結果

首先初選出級配A、級配B、級配C即為粗、中、細三個級配是根據混合料設計規范要求得到的集料的篩分結果，表3、表4分別為礦料比例和礦料的合成級配。

表3 試驗用混合料礦料配合比組成

表4 試驗用混合料礦料級配明細表

（3）試驗瀝青混合料級配分析

試驗結果顯示，油石比選4.5%（其中含巖瀝青中折算的可溶瀝青）作為試級配用的油石比，瀝青混合料試件馬歇爾試驗結果匯總如表5所示。由表5可以看出級配A滿足要求，級配B和級配C體積指標不滿足要求，因此結合工程經驗，本次設計選擇級配A為設計級配，實際配的詳細結果見表6。

表5 瀝青混合料試件馬歇爾試驗結果

表6 BRAC-20瀝青混合料設計級配組成

根據上述瀝青混合料的馬歇爾穩定度試驗結果分析，分別繪制油石比與VMA、流值、穩定度、飽和、度空隙率、密度的關系曲線，并找出相應與最大穩定度、最大密度及飽和度范圍中值及空隙率中值對應的四個油石比，求出初始值OAC1。作圖求出滿足瀝青混凝土各項指標要求的油石比范圍（OACmin，OACmax），該范圍的中值為OAC2；可取OAC1與OAC2的中值作為目標配合比的最佳油石比OAC，并結合交通與氣候特點論證地取用，得出改瀝青混合料的最佳油石比。

由曲線圖可知，OAC1為4.50%，由于試件毛體積相對密度沒有出現峰值，所以取目標空隙率為4.5%所對應的油石比為4.50%。由各項指標與油石比的關系圖可得符合各指標要求的油石比OAC2中值為4.42%，OAC1與OAC2的平均值為4.46%，根據設計經驗和當地氣候條件取油石比4.5%為最佳油石比。

通過BRAC-20改性瀝青混合料配合比設計，得出配設計合比結果如表7、表8所示。

表7 瀝青混合料油石比及礦料配合比

表8 瀝青混合料最佳油石比及密度、空隙率

2.1.2巖瀝青改性BRAC-20瀝青混合料性能評價

（1）水穩定性檢驗

浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗是根據設計結果來進行的，并檢驗設計的BRA復合改性BRAC-20瀝青混合料的水穩定性，試驗結果見表9和表10。試驗結果表明設計的混合料水穩定性滿足要求。

表9 最佳油石比下浸水馬歇爾穩定度試驗結果

表10 最佳油石比下瀝青混合料凍融劈裂檢驗

（2）高溫穩定性試驗

在0.7±0.05MPa，溫度60±1℃的條件下進行車轍試驗以檢驗設計的BRA復合改性BRAC-20瀝青混合料高溫穩定性，車轍試驗見表11所示。

表11 最佳油石比下瀝青混合料車轍檢驗

試驗結果表明，設計瀝青混合料的動穩定度為8011次/mm，符合SBS改性瀝青混合料高溫性能要求。

（3）低溫抗裂性檢驗

瀝青混合料的低溫性能是根據國內低溫彎曲試驗規范要求，在條件為速率為50mm/min、溫度為-10℃的環境下進行試驗來檢驗。試驗結果如表6所示。

結果表明，被測試樣的低溫彎曲應變滿足了規范對改性瀝青混合料低溫彎曲大于2500με的變形要求。

由上述相關試驗的結果可見，設計巖瀝青改性BRAC-20瀝青混合料的低溫抗裂性、高溫穩定性、抗水損性均滿足我國施工技術規范和《江蘇省江都至廣陵高速公路改擴建工程中面層巖瀝青改性BRAC-20瀝青混合料施工指導意見》中對于改性瀝青混合料的技術要求。

表12 瀝青混合料彎曲試驗檢測

（3）巖瀝青改性BRAC-20瀝青混合料的拌制

1）嚴格掌握瀝青和集料的加熱溫度以及瀝青混合料的出廠溫度。集料溫度應比瀝青溫度高10～15℃，熱混合料成品在貯料倉儲存后，其溫度下降不應超過10℃，瀝青混合料的施工溫度控制范圍見表13。

表13 巖瀝青復合改性瀝青混合料BRAC-20的施工溫度（℃）

2）拌合樓嚴格控制各種礦料及瀝青的拌和溫度和用量，并定期校核拌和樓的測溫和計量；確保拌和機自動記錄裝置正常使用。

3）巖瀝青的添加。拌合樓通過添加巖瀝青的提升設備，根據每鍋攪拌量確定巖瀝青單次投料量，為了對巖瀝青準確計量，可采用專用投料系統進行投料，或者將巖瀝青提升至拌合樓的粉倉進行稱量投料。為了防止因擠壓、潮濕造成巖瀝青結塊影響投送，需要在原材料進料口處設置篩網或者添加分散裝置，剔除結塊的巖瀝青材料。

2.1.3 BRAC-20檢測和九個月后路況觀測情況

試驗段結束后，試鋪段標準壓實度和理論壓實度合格率100%，滲水系數合格率93.3%，路表均勻密實。

2018年3月，為了了解BRAC-20在江廣高速的應用效果，在江廣高速左幅路段K986+130-K991+200段進行了路況觀測，在5公里范圍內，路面平整無病害。

從觀測情況分析，雖然在大交通量的情況下經歷了6月份的高溫天氣、10月份的連綿陰雨天氣、冬季的嚴寒雨雪天氣，路基段與橋面的中面層BRAC-20均未發生一處破損。

路基與橋面段滲水檢測滲水系數為0，并且每個公里段檢測段沒有出現車轍現象，說明巖瀝青高強、密水、抗車轍的特性能夠避免普通中面層臨時通行出現的路面裂縫、坑槽、車轍等病害，能夠保證中面層結構穩定性，避免后期進行養護維修。

作為臨時通行的瀝青面層，其抗滑性能的大小能否滿足高速公路上面層的技術要求也相當重要，本次觀測在巖瀝青BRAC-20輪跡帶位置分別測定了構造深度以及摩擦系數，其中構造深度0.72mm（上面層要求≥0.55mm），摩擦系數60BPN（上面層要求≥54BPN），說明巖瀝青BRAC-20在通行9個月后仍然能保持較好的抗滑性能。

3 結論

通過對江廣高速中面層BRAC-20路面進行的路況觀測，根據觀測的實際情況，結合材料的技術特點，對BRAC-20中面層使用的情況得出如下結論：

（1）采用的BRAC-20混合料動穩定度超過8000次/mm，TSR達到85%以上，說明巖瀝青混合料的強度較高，水穩定性及抗車轍性也較好；

（2）根據現場施工工藝分析，除拌合樓需增加巖瀝青添加設備外，BRAC-20其他生產、攤鋪、養護等環節與常用的AC-20類似，并無特殊限制要求，施工可操控性較強；

（3）作為中面層臨時通行結構，在交通量答、高溫多雨的環境下，9個月內未出現任何病害，凸顯了巖瀝青BRAC-20具有的高強、水穩定好、抗車轍性能強的特性；

（4）由于巖瀝青對膠漿性能的改善作用，巖瀝青BRAC-20中集料、膠漿界面相對穩定，不容易出現變形，能夠維持表面紋理不發生變化，同時為路面行車車輛提供足夠的摩阻力，保證路面的行車安全；

（5）巖瀝青BRAC-20作為中面層臨時通行結構在江廣高速的成功應用可以作為其他工程的參考，不斷探索巖瀝青在瀝青路面當中的應用。

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董志豐（1971.01- ），男，漢族，江蘇豐縣人，無錫交通建設工程集團有限公司，高級工程師，研究方向：交通工程。

S210

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1007-6344（2021）04-0308-03