热带海洋气候机场跑道沥青混合料配合比设计探析

张继伟 ，李松 （中交一航局安装工程有限公司，天津 300456）

1 概述

本文介绍的该机场跑道采用750mm厚级配碎石基层，14mm下封层和75mm厚DG14等级沥青混合料结构设计。DG14等级沥青混合料是采用澳大利亚标准规范设计的沥青混合料，通过与国标JTG F40进行比对，DG14等级与国标AC-13等级沥青混合料相近，骨料最大粒径均为13.2mm。DG14等级沥青混合料因其有着良好的路用性能而被广泛用于路面面层。而机场跑道采用DG14等级沥青混合料有着更为严苛技术要求，已超出标准规范要求，其设计关键一方面在于原材料选择，另一方面还在于配合比设计及压实度等。

该机场跑道升级改造工程位于巴布亚新几内亚国家某海岛东侧海岸，地处赤道带，南纬8。，热带雨林岛屿，气温年较差和日较差均较小，终年高温多雨，年平均气温在30℃～33℃，年平均降雨量4096mm。另外沥青面层还严重受到海风海蚀影响，太阳直射严重，沥青路面温度日最高温度可达70℃。为此，项目试验室对DG14等级沥青混合料配合比设计展开研究。本文将详细介绍机场跑道DG14等级沥青混合料配合比设计的研究过程和试验段所取得的成功经验，并在此基础上提出在热带海洋气候地区机场跑道沥青面层配合比设计时一些注意事项和建议，意在为类似地区的机场跑道面层沥青配合比设计积累经验，为今后相关工程配合比设计提供参考。

2 机场跑道DG14等级沥青混合料及原材料技术要求

2.1 沥青技术要求

表1 沥青技术要求

2.2 集料技术要求（见表2）

2.3 DG14沥青混合料技术要求（见表3、表4）

2.4 其他技术要求

①压实度要求：接缝以外位置压实度至少为98%且不超过100%，接缝位置压实度至少为97%且不超过100%；

②浸水马歇尔（48h）试验结果大于等于90%；

③冻融抗劈裂残留强度比不小于80%；

④刻槽工艺：

沥青混合料摊铺压实结束六周后，在沥青混合料表面进行刻槽工艺，以增大飞机轮与跑道之间的摩擦力，同时利于跑道面不行成水膜。槽与槽间距为38mm，槽深槽宽均为6mm。

3 原材料准备

集料：石灰岩类破碎碎石和机制砂。如使用天然砂，天然砂用量不超过总混合集料的20%。

好果产自好苗。说到枸杞，人们自然就想到了宁夏枸杞。说来也巧，当天，宁夏中宁县杞鑫枸杞苗木专业合作社董事长朱金忠正好来到姬胜利的种植基地回访。他介绍说，合作社形成了一套种植技术服务体系，为种植户提供管理技术、病虫害防治、整形修剪、水肥一体化等一系列技术服务。河西农场枸杞苗主要用的是他们的宁杞10号、7号和5号，抗逆性强。种植枸杞关键是管理，尤其开春整形修剪很重要，要能分清果条和非果条，修剪不好，苗会疯长影响产量。

表2 集料技术要求

表3 沥青混合料混合料集料筛分和技术要求

沥青：采购自新加披GSI Energy Corporation企业的C320等级沥青，符合澳标AS 2008规范要求。

沥青抗剥落剂：采购自新加坡AkzoNobel企业的DIAMINE HBG系列固态抗剥落剂，通过骨料抗剥落性试验确定最小掺量为沥青用量的0.5%。

表4 沥青混合料马歇尔技术要求

填料：考虑到运输等因素，填料选择当地生产的水泥，替换机场跑道技术要求的消石灰。

各种规格集料、水泥和沥青的技术指标，对应的材料密度试验结果见表5、表6。

表5 集料密度试验结果

表6 沥青密度试验结果

4 目标和生产配合比设计研究

4.1 目标配合比设计-冷料，Cold Bin

计算DG14等级沥青混合集料的级配，通过计算2.36mm和4.75mm筛孔通过率，控制其接近技术要求级配的中值，合成级配见表4和图1，由于技术要求的级配范围极窄，同时参考以往工程经验，合成该条级配曲线。根据确定好的混合级配和技术要求，按照初试沥青含量为5.7%双面各击实75次制作马歇尔试件，测定VV、VMA、VFA等马歇尔体积指标，在沥青混合料指标满足技术要求的基础上验证此级配，测试结果见表7。

由表7可知，空隙率VV等于4%，矿料间隙率VMA等于15%，大于等于JTG F40国标最小14%的要求，满足澳标AS 2150最小15%的要求，沥青混合料体积指标满足要求，因此本次设计选择该级配为设计级配。

表7 混合级配的设计结果

图1 合成级配

表8 混合级配初试级配试验结果

4.2 最佳沥青含量的确定-冷料，Cold Bin

按确定的级配称取集料，采用不同种沥青含量，双面各击实75次成型马歇尔试件，然后将成型的试件进行试验，试验结果见表8。

根据机场跑道沥青混合料体积指标的设计要求，空隙率应控制在3.8～4.2%，沥青含量为5.9%时空隙率为3.8%，其它指标稳定度、饱和度、流值和沥青薄膜厚度均满足机场跑道技术指标的要求。

表9 沥青混合料马歇尔试验结果

4.3 生产配合比设计-热料，Hot Bin

根据冷料筛分合成配比的比例，对沥青拌合站冷料仓皮带速率进行率定，并出热料，确定热料筛分和热料混合料级配。通过计算2.36mm和4.75mm筛孔通过率，控制其接近冷料目标配合比级配，合成级配及对应的集料密度试验结果见表10，表11和图2。

表10 混合级配的设计结果

表11 集料密度试验结果

4.4 最佳沥青含量的确定-热料，Hot Bin

按确定的级配称取热料集料，采用不同种沥青含量，双面各击实75次成型马歇尔试件，然后将成型的试件进行马歇尔试验，试验结果见表12。

根据马歇尔稳定度试验结果，分别绘制稳定度、流值、空隙率、饱和度与沥青含量的关系曲线，见图3和图4。当沥青含量在5.9%～6.0%之间均满足机场跑道DG14等级沥青混合料技术设计要求 (技术设计要求理想沥青含量6.0%)，且该范围值与目标配合比设计阶段OAC1相差不超过±0.2%，结合当地的气候特点和实际情况论证，选择6.0%为最终得出最佳沥青含量。

4.5 混合料性能试验

针对上述DG14等级沥青混合料各项指标的试验研究结果，分别对沥青混合料试件进行抗水损害试验、和低温抗裂性性能试验，具体试验结果见表13所示。从表中的试验数据分析可知，热料生产配合比所设计的沥青混合料的抗水损害性能、高温稳定性能和低温抗裂性能均能满足技术要求。

图2 合成级配

表12 沥青混合料马歇尔试验结果

图3 马歇尔性能与沥青含量关系曲线

5 生产配合比调试及试生产拌合

根据上述的生产配合比研究结果进行了沥青混合料试拌。从DG14等级沥青混合料外观来看，整体混合料较为均匀，所检指标均能满足技术要求，具体检测结果见表14表15。

图4 最佳沥青含量范围

表13 混合料性能研究结果

表14 混合料级配检测结果

6 施工试验段

试验段基层和下封层全部检测合格，试验段施工当日天气多云，沥青混合料的出料温度基本在150℃～165℃之间，到场检测温度基本在145℃～164℃之间，摊铺时现场的大气温度为30℃，地表温度为56℃，具体碾压工艺及试验段实体检测结果如下所述。

6.1 碾压工艺

摊铺过程中采用一台中交西筑LTUY900C型履带式摊铺机进行5m宽摊铺，松铺系数采用1.20，摊铺速度设定为3.0m/min，整体铺面均匀性良好。碾压环节采用2台双钢轮压路机和一台胶轮压路机，碾压段落长度控制在30m以内。碾压方式见表16。

6.2 试验段检测数据

从试验段的施工现场来看：整体铺面均匀，表面平整，无花白，符合DG14（国标AC-13F）路面的铺面特点。从试验段的试验室沥青混合料检测结果来看：混合料级配与生产配合比设计的级配较为吻合，沥青含量和混合料的马歇尔性能指标均满足机场跑道技术指标控制要求；从试验段的现场检测结果来看：正常铺面所有检测点的压实度均大于98%，接缝点的压实度均大于97%，满足机场跑道技术指标控制要求。

试验段的各项检测结果表明：DG14等级沥青混合料的施工配合比、碾压工艺、碾压温度和碾压段落长度等参数设置是合理的，达到了铺筑试验段的预期目的，可指导后续DG14等级沥青混合料施工。

表15 混合料马歇尔试验结果

7 DG14等级沥青混合料配合比设计中遇到问题和解决过程

①抗剥落剂对比选择

沥青抗剥落剂选用新加坡AkzoNobel企业的DIAMINE HBG系列固态抗剥落剂，和GSI企业的MEGAMINE液态抗剥落剂，通过骨料抗剥离率试验，最小掺量均为沥青用量的0.5%。通过马歇尔试验对比发现，加入了MEGAMINE液态抗剥落剂的马歇尔试件流值结果普遍在4.0～6.0mm，不满足机场跑道≤3mm的技术要求。

②沥青对比

沥青选用新加披GSI企业的C320等级沥青和马来西亚VKING ASPHALT SDN.BHD同等级的沥青进行配合比设计，通过多次试验和验证，马来西亚VKING的C320等级沥青满足配合比设计技术要求，可用于替代GSI C320等级沥青。

③添加絮状木质纤维素对比

配合比设计初期，马歇尔稳定度一直很低。从澳大利亚某企业采购了絮状木质纤维素样品，通过马歇尔试验发现，稳定度并无明显改善，同时流值大幅增加，超出3mm，不满足机场跑道DG14等级沥青配合比设计技术要求。

8 总结

通过本次DG14等级沥青混合料配合比设计，总结设计过程经验，提出如下几点建议供配合比设计和施工时参考：

①此配合比设计关键在集料混合料级配，对比机场跑道技术要求，现行澳标和国标，不难发现，机场跑道技术要求区间极度狭窄，中值曲线是澳标标准和国标标准要求级配区间的级配上线，也就意味着，机场跑道技术要求的集料混合料细度偏细，这样沥青混凝料面层相对光滑细腻，所以在合成集料混合料级配上务必保证贴近技术级配要求区间的中值。取沥青混合料进行集料筛分试验，检验标准配合比集料合成级配中，至少应包括0.075mm、2.36mm、4.75mm及公称最大粒径筛孔的通过率接近目标配合比级配值，避免在0.3mm～0.6mm处出现“驼峰”。

表16 碾压组合方式

表17 混合料级配检测结果

表18 混合料马歇尔试验结果

②使用原材料中沥青选择优质C320等级沥青，且确保沥青在12个月内，并无任何污染。

③沥青用抗剥落剂要进行骨料抗剥离率试验，从而确认最小抗剥落剂用量，且抗剥落剂与沥青匹配性要良好，建议不使用MEGAMINE作为沥青混合料抗剥落剂。

④为满足飞机着陆和沥青薄膜厚度指标要求，在不降低沥青含量的情况下，建议增加施工压实度。

⑤沥青混合料出料温度：严禁超出165℃出料温度的上限，否则废弃。沥青混合料控制在145℃～165℃。

⑥沥青混合料摊铺温度：沥青混合料摊铺到跑道上温度不低于110℃。

⑦沥青混合料碾压温度：沥青混合料全部碾压结束温度不低于80℃。