Superpave20沥青混凝土在巴基斯坦干线公路中的应用研究

张可强，纵瑾瑜，汪立诚

（1.苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 211112；2.新型道路材料国家工程实验室，江苏 南京 211112）

0 引言

我国援巴基斯坦国道主干线N5公路是巴基斯坦国家的重要经济走廊，是巴基斯坦快速发展中运输物资的交通要道。随着车辆运输业的快速增长，重载及超载车辆较多。据当地公路局资料显示：货车所占比重显著增加，且重载车辆行驶速度缓慢；该地区属于热带干燥气候，夏季温度特高，极端日平均气温高达48.8℃，路面表面温度则超过70℃，昼夜温差小，且高温持续时间长，雨水极少，年平均降雨量不足100～200 mm。这些因素导致道路车辙严重（见图1）。

图1 旧路车辙严重

结合工程现场实际情况，项目组对N5公路工程项目开展了Superpave高性能沥青混凝土的试验研究，以改善和提高路面抗车辙性能、使用安全性和耐久性能。

1 原材料选择

1.1 沥青

沥青属于热敏感性材料，高温易变形。由于该项目所在区域特殊的气候条件和交通条件，经研究首次在巴基斯坦国道主干线上采用50号硬质沥青掺加5.0%的SBS沥青进行SBS改性。改性沥青为现场加工，同时强化沥青进场及改性加工管理，避免离析现象。表1为沥青的各项技术指标。技术指标参考国内规范[1,3]。

表1 SBS改性沥青检测结果

1.2 集料

项目原材料远距离运输经济性投入较高，为此，只能就地取材。集料母材取自当地戈壁滩的砾石，经加工生产成成品粗细集料。提出的粗、细集料技术要求及材料性能试验检测结果见表2和表3。

表2 粗集料技术指标及检测结果

表3 细集料技术指标及检测结果

1.3 填料

该项目所在区域无矿粉，以水泥作为主要填料，其技术要求和试验检测结果均满足国内规范中矿粉的技术要求。

2 沥青混凝土配合比设计

2.1 目标配合比验证

依据Superpave设计的一般方法，通过计算机按照级配设计程序计算，在配合比设计过程中发现，该项目的集料比较特殊，只有合成级配接近或超出相关要求的下限控制点时，其混合料才能形成理想的骨架嵌挤结构。因此，该项目配合比设计过程中减少细集料用量，即0～2.36 mm集料占矿料总量均在20%以内。通过试验调整，最后验证确定沥青混合料的矿料配比为：19～26.5mm∶9.5～19mm∶4.75～9.5 mm∶2.36～4.75 mm∶0～2.36 mm∶矿粉（水泥）=7∶36∶25∶10∶19∶3。考虑到项目地常年持续高温少雨、重载交通严重的车辙现象，依据现行规范说明，在设计最佳沥青用量的基础上减小0.1%～0.5%作为设计沥青用量，最终确定的最佳油石比为4.2%，矿料合成级配曲线见图2。同时结合该项目现场高温和交通状况，配合比研究的旋转压实次数与中国和美国的常规压实次数不同，分别选用初压9次，设计125次，最大压实205次。Superpave20沥青混合料性能指标要求见表4。

图2 Superpave20合成级配曲线

表4 Superpave20沥青混合料设计指标

2.2 生产配合比的确定

根据目标配合比对各种集料所确定的设计比例进行生产配合比设计，通过拌和楼冷料流量标定效核、热料仓筛分、密度试验，进行了生产配合比调试和级配组合设计。取目标配合比设计的最佳油石比及±0.3%三个油石比进行沥青混合料性能验证，根据试验结果确定生产配合比的最佳油石比，确定的生产配比见表5。生产配比中沥青混合料性能指标见表6。

表5 Superpave20生产配合比

表6 Superpave20生产配合比实测体积指标结果

3 Superpave20沥青混凝土路用性能

3.1 高温稳定性

研究表明，沥青混合料是温度敏感性材料，当温度高于45℃时，温度每升高5℃车辙深度增加大约1.8倍[4]。该项目所在区域夏季高温达48.8℃，路面温度均在70℃以上，为此，在标准轮压下，选择了三个温度条件，分别以60℃（标准温度）、非标准70℃和80℃条件进行试验研究，进一步检验沥青混合料在苛刻温度条件下的抗车辙能力。沥青混合料高温稳定性的试验结果见表7。同时，为了模拟重载交通，通过增加轮压，分别在胎压达到0.85 MPa和1.0 MPa、80℃条件下进行沥青混合料车辙试验。研究结果表明，所选择的Superpave20沥青混合料高温抗车辙性能表现得十分优越。

表7 高温稳定性试验研究结果

3.2 抗水损害性

采用AASHTO T283试验方法对沥青混合料的抗水损害性能进行测试评价。与马歇尔试验相比，AASHTO T283试验条件更严格，混合料要求达到7%±1%的空隙率，与现场性能具有较好的相关性[2]。试验结果见表8。从试验结果看，选定的沥青混合料的抗水损害性能满足设计及现行规范的要求。

表8 AASHTO T283试验结果

3.3 低温抗开裂性能

为评价沥青混合料低温抗开裂性能，对Superpave20沥青混合料进行低温弯曲试验。试验条件：在试验温度-10℃，速率50 mm/min，试验结果见表9。从试验结果看，Superpave20沥青混合料在低温状态下破坏应变大于2 500 με，说明其具有良好的低温抗开裂性能。

表9 Superpave20沥青混合料试验结果

3.4 后期观测

针对地域的特殊条件，项目组对Superpave20试验段进行跟踪观测，对行车道轮迹带进行测试，检验其车辙变形情况。试验段落运行3年后车辙检测数据为:平均车辙深度为8 mm，最大车辙深度为15 mm。车辙跟踪观测数据充分说明Superpave20沥青混凝土具有良好的抗车辙性能。

4 结论

通过对巴基斯坦国道N5公路施工过程中的原材料、配合比、路用性能的试验研究，可以看出：

（1）Superpave20沥青混合料旋转压实分别采用初压9次，设计125次，最大压实205次，沥青混合料的各项性能指标均满足技术要求。

（2）Superpave20的粗集料颗粒之间具有良好的嵌挤作用，因此具有非常好的抵抗荷载变形能力，即使在极端高温条件下，仍有较强的高温抗车辙能力，满足高温重载特殊地区的技术要求。

（3）由于SBS改性沥青、矿料和矿粉形成的高黏性沥青胶结料，使得沥青混合料具有良好的低温性能和抗水损害性能，能够满足巴基斯坦高等级公路工程的技术要求。