湿热区域型GAC-16C沥青混合料配合比设计与优化

丁占锋 黄绚

摘要：文章以茂（名）湛（江）高速公路水泥路面加铺单层6 cm沥青混凝土表面层实体工程为依托，针对工程所在地高温、雨水多和交通量大的特点，为了获得高温性能和安全性能均较好的路面，选用改进型AC-16C即GAC- 16C沥青混合料，采用马歇尔设计方法对GAC- 16C混合料配合比进行了三阶段设计，在生产配合比设计阶段基于抗滑性能通过调整粗细集料比例对GAC- 16C矿料级配进行了优化。

关键词：道路工程;GAC- 16C;配合比设计;级配优化;高温性能;抗滑性能

中图分类号：U416.02文献标识码：A DOI： 10. 13282/j. cnki. wccst.2019. 12. 020

文章编号：1673 - 4874（2019）12 - 0069 - 04

0 引言

广东茂（名）湛（江）高速公路通车运营14年，路面出现了大量的混凝土板底脱空、板角断裂以及破碎板等病害，路况指标严重下降，使用性能已不能满足高速公路行车要求。为了恢复路面使用性能，在处治旧水泥混凝土路面后加铺单層6 cm沥青混凝土面层。工程所处地区年平均气温高，雨水多，且重车、超重车比例大，对加铺沥青面层的抗滑性能、高温稳定性、水稳定性等[1]提出了较高的要求。考虑到以上因素，加铺层选择湿热区域型GAC - 16C沥青混凝土。本文结合工程实例，对GAC - 16C沥青混合料配合比设计及优化进行研究。

1 原材料选择

沥青加铺层GAC- 16C粗集料（规格为10～16 mm、5～10 mm、3～5mm）、细集料（0～3 mm机制砂）均采用闪长岩石料，矿粉为石灰岩，沥青采用PG82 - 10 SBS改性沥青[2]。各原材料性能指标均满足设计技术要求，其中SBS改性沥青三大指标如表1所示。

2 GAC-16C混合料配合比设计

2.1 目标配合比设计

AC- 16C属于悬浮密实结构型沥青混合料，其级配连续，各档集料都存在一定数量，较大颗粒被相对较小颗粒挤开，大颗粒悬浮在小颗粒中，大颗粒空隙被填充相对密实，但粗集料间未形成相互有力嵌挤的骨架。GAC- 16C则是在AC - 16C级配基础上针对高温多雨气候地区进行改进的地域性沥青混合料。与AC- 16C矿料级配对比可发现，GAC- 16C更接近于间断级配的密实骨架结构型沥青混合料。GAC -16C大幅提高关键筛孔2.36 rrrn以上粗集料的比例，适当降低1. 18 mm和0.6 mrri两档细集料比例，从而使粗集料之间形成相互嵌挤的骨架，提升了沥青混合料的高温稳定性。粗集料的增多改善了路面表观构造，提高了路面的抗滑性，细集料和沥青的有效填充保证了混合料的密水性。GAC - 16C与AC - 16C级配曲线图如图1所示。

选取GAC- 16C矿料级配范围，经调试，设计矿料组成比例确定为10～16 rrrn碎石：5～10 rrrn碎石：3～5 rrrn碎石：0～3 mmtjL制砂：矿粉=44%：20%：4%：29%：3%。GAC - 16C沥青混合料矿料级配组成如表2所示。

根据规范[3]中沥青混合料配合比的设计思路，按初试级配油石比试验的空隙率情况，以0.3%为间隔，分别按4.2%、4.5%、4.8%、5.1%和5.4%共计5个设定油石比制作试件并进行马歇尔试验。结合各个油石比下马歇尔试验体积指标综合得出GAC -16C目标配比最佳油石比为4.8%，即最佳沥青用量为4. 58%。在4.8%的油石比下进行了相关指标可行性检验，结果如表3所示。

2.2生产配合比设计

项目采用MARINI MAC320型间歇式沥青搅拌设备进行试拌，沥青混合料拌和前对拌和设备的整套计量系统用砝码进行标定，验证了测量系统的精确性。

依据GAC- 16C目标配比的各档矿料比例，按照250 t/h的生产速度调整电机转速以控制各冷料仓下料量和比例，矿料经加热并通过二次筛分分别进入四个热料仓（所用拌和楼的振动筛网尺寸依次是19 mm、11 mm、6 mm和3 mm），从四个热料仓分别取样进行筛分，结合筛分结果以及GAC - 16C矿料级配要求确定各热料仓矿料比例。考虑到实体工程对沥青混合料路用性能的要求，调试出了相对较细（级配一）和较粗（级配二）的两种矿料级配方案进行优选。两种级配各规格矿料比例与热料仓筛分及合成级配分别见表4和表5。

取目标配合比测得的最佳油石比4.8%并以0.3%为间隔，参照目标配合比最佳油石比的确定方法分别对级配一和级配二进行生产配合比最佳油石比试验，最终确定二者的最佳油石比分别为4. 82%、4. 91%。最佳油石比下两种级配混合料相关试验指标均能满足技术要求，车辙和马歇尔试验结果分别如表6和表7所示。

从车辙试验结果可知，级配一和级配二两种级配方案的高温稳定性能均满足设计要求。其中，11～19 mm粗集料比例的提高，使得级配二的高温稳定性优于级配一。

2.3 生产配合比验证

为了从沥青混合料的路用性能方面对两种生产配合比矿料级配进行优选，分别采用级配一和级配二铺筑了各300 m的试验段。

（1）马歇尔试验

从试验段沥青混合料取样进行了马歇尔试验，两种矿料级配混合料各项技术指标均满足设计技术要求，试验结果见表8。

（2）抽提筛分试验

为了检验试验段现场沥青混合料的实际配合比，分别取样对两种生产级配的GAC - 16C沥青混合料进行了抽提筛分试验，实测并计算级配一和级配二的混合料实际油石比分别为4. 86%、4.87%。矿料级配见下页表9。

抽提试验结果表明试验段GAC- 16C沥青混合料配合比满足设计技术要求，混合料的生产和施工等过程控制有效，未出现明显离析问题。

（3）路用性能检测

由表10～11中级配一、级配二试验段的路用性能检测结果可知，二者的平整度、渗水系数、构造深度和摩擦系数等指标均符合设计技术要求。其中，两种级配铺筑试验段的平整度和渗水系数相差不大，但级配二路面的构造深度和摩擦系数均大于级配一，分别较级配一高12. 2%、9.4%，表明级配二路面的抗滑性能优于级配一。综合考虑两种级配的抗滑性和高温稳定性，相对较粗的级配二更加符合设计要求。为此，在后续正式加铺时选择了级配二。

3结语

通过目标配合比设计、生产配合比设计以及生产配合比验证三阶段设计以及级配优化，确定了符合实体工程要求的GAC - 16C沥青混合料。近三年的良好通车效果进一步验证了湿热区域型GAC - 16C沥青混合料的适用性。本文为不同气候环境条件下进行针对性的沥青混合料配合比设计提供了参考。

参考文献

[1]罗代松，田春林，郭猛，等.改性再生沥青混合料配合比设计及性能验证[J].公路交通科技，2018（12）：7 -1 3.

[2]黄国威，盛赛华，彭霞.水泥路面加铺单层沥青混凝土施工关键技术研究[J].公路与汽运，201 6，174 （3）：99-102.

[3]JTG F40 - 2004，公路沥青路面施工技术规范[S].

作者简介：丁占锋（1987-），工程师，工学硕士，从事高速公路施工与养护管理工作;

黄绚（1982-），工程师，从事高速公路养护管理工作。