Superpave20瀝青混凝土在巴基斯坦干線公路中的應(yīng)用研究

張可強(qiáng)，縱瑾瑜，汪立誠

（1.蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 211112；2.新型道路材料國家工程實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 211112）

0 引言

我國援巴基斯坦國道主干線N5公路是巴基斯坦國家的重要經(jīng)濟(jì)走廊，是巴基斯坦快速發(fā)展中運(yùn)輸物資的交通要道。隨著車輛運(yùn)輸業(yè)的快速增長，重載及超載車輛較多。據(jù)當(dāng)?shù)毓肪仲Y料顯示：貨車所占比重顯著增加，且重載車輛行駛速度緩慢；該地區(qū)屬于熱帶干燥氣候，夏季溫度特高，極端日平均氣溫高達(dá)48.8℃，路面表面溫度則超過70℃，晝夜溫差小，且高溫持續(xù)時(shí)間長，雨水極少，年平均降雨量不足100～200 mm。這些因素導(dǎo)致道路車轍嚴(yán)重（見圖1）。

圖1 舊路車轍嚴(yán)重

結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，項(xiàng)目組對(duì)N5公路工程項(xiàng)目開展了Superpave高性能瀝青混凝土的試驗(yàn)研究，以改善和提高路面抗車轍性能、使用安全性和耐久性能。

1 原材料選擇

1.1 瀝青

瀝青屬于熱敏感性材料，高溫易變形。由于該項(xiàng)目所在區(qū)域特殊的氣候條件和交通條件，經(jīng)研究首次在巴基斯坦國道主干線上采用50號(hào)硬質(zhì)瀝青摻加5.0%的SBS瀝青進(jìn)行SBS改性。改性瀝青為現(xiàn)場(chǎng)加工，同時(shí)強(qiáng)化瀝青進(jìn)場(chǎng)及改性加工管理，避免離析現(xiàn)象。表1為瀝青的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。技術(shù)指標(biāo)參考國內(nèi)規(guī)范[1,3]。

表1 SBS改性瀝青檢測(cè)結(jié)果

1.2 集料

項(xiàng)目原材料遠(yuǎn)距離運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性投入較高，為此，只能就地取材。集料母材取自當(dāng)?shù)馗瓯跒┑牡[石，經(jīng)加工生產(chǎn)成成品粗細(xì)集料。提出的粗、細(xì)集料技術(shù)要求及材料性能試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果見表2和表3。

表2 粗集料技術(shù)指標(biāo)及檢測(cè)結(jié)果

表3 細(xì)集料技術(shù)指標(biāo)及檢測(cè)結(jié)果

1.3 填料

該項(xiàng)目所在區(qū)域無礦粉，以水泥作為主要填料，其技術(shù)要求和試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果均滿足國內(nèi)規(guī)范中礦粉的技術(shù)要求。

2 瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)

2.1 目標(biāo)配合比驗(yàn)證

依據(jù)Superpave設(shè)計(jì)的一般方法，通過計(jì)算機(jī)按照級(jí)配設(shè)計(jì)程序計(jì)算，在配合比設(shè)計(jì)過程中發(fā)現(xiàn)，該項(xiàng)目的集料比較特殊，只有合成級(jí)配接近或超出相關(guān)要求的下限控制點(diǎn)時(shí)，其混合料才能形成理想的骨架嵌擠結(jié)構(gòu)。因此，該項(xiàng)目配合比設(shè)計(jì)過程中減少細(xì)集料用量，即0～2.36 mm集料占礦料總量均在20%以內(nèi)。通過試驗(yàn)調(diào)整，最后驗(yàn)證確定瀝青混合料的礦料配比為：19～26.5mm∶9.5～19mm∶4.75～9.5 mm∶2.36～4.75 mm∶0～2.36 mm∶礦粉（水泥）=7∶36∶25∶10∶19∶3?？紤]到項(xiàng)目地常年持續(xù)高溫少雨、重載交通嚴(yán)重的車轍現(xiàn)象，依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范說明，在設(shè)計(jì)最佳瀝青用量的基礎(chǔ)上減小0.1%～0.5%作為設(shè)計(jì)瀝青用量，最終確定的最佳油石比為4.2%，礦料合成級(jí)配曲線見圖2。同時(shí)結(jié)合該項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)高溫和交通狀況，配合比研究的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)與中國和美國的常規(guī)壓實(shí)次數(shù)不同，分別選用初壓9次，設(shè)計(jì)125次，最大壓實(shí)205次。Superpave20瀝青混合料性能指標(biāo)要求見表4。

圖2 Superpave20合成級(jí)配曲線

表4 Superpave20瀝青混合料設(shè)計(jì)指標(biāo)

2.2 生產(chǎn)配合比的確定

根據(jù)目標(biāo)配合比對(duì)各種集料所確定的設(shè)計(jì)比例進(jìn)行生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)，通過拌和樓冷料流量標(biāo)定效核、熱料倉篩分、密度試驗(yàn)，進(jìn)行了生產(chǎn)配合比調(diào)試和級(jí)配組合設(shè)計(jì)。取目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)的最佳油石比及±0.3%三個(gè)油石比進(jìn)行瀝青混合料性能驗(yàn)證，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定生產(chǎn)配合比的最佳油石比，確定的生產(chǎn)配比見表5。生產(chǎn)配比中瀝青混合料性能指標(biāo)見表6。

表5 Superpave20生產(chǎn)配合比

表6 Superpave20生產(chǎn)配合比實(shí)測(cè)體積指標(biāo)結(jié)果

3 Superpave20瀝青混凝土路用性能

3.1 高溫穩(wěn)定性

研究表明，瀝青混合料是溫度敏感性材料，當(dāng)溫度高于45℃時(shí)，溫度每升高5℃車轍深度增加大約1.8倍[4]。該項(xiàng)目所在區(qū)域夏季高溫達(dá)48.8℃，路面溫度均在70℃以上，為此，在標(biāo)準(zhǔn)輪壓下，選擇了三個(gè)溫度條件，分別以60℃（標(biāo)準(zhǔn)溫度）、非標(biāo)準(zhǔn)70℃和80℃條件進(jìn)行試驗(yàn)研究，進(jìn)一步檢驗(yàn)瀝青混合料在苛刻溫度條件下的抗車轍能力。瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的試驗(yàn)結(jié)果見表7。同時(shí)，為了模擬重載交通，通過增加輪壓，分別在胎壓達(dá)到0.85 MPa和1.0 MPa、80℃條件下進(jìn)行瀝青混合料車轍試驗(yàn)。研究結(jié)果表明，所選擇的Superpave20瀝青混合料高溫抗車轍性能表現(xiàn)得十分優(yōu)越。

表7 高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)研究結(jié)果

3.2 抗水損害性

采用AASHTO T283試驗(yàn)方法對(duì)瀝青混合料的抗水損害性能進(jìn)行測(cè)試評(píng)價(jià)。與馬歇爾試驗(yàn)相比，AASHTO T283試驗(yàn)條件更嚴(yán)格，混合料要求達(dá)到7%±1%的空隙率，與現(xiàn)場(chǎng)性能具有較好的相關(guān)性[2]。試驗(yàn)結(jié)果見表8。從試驗(yàn)結(jié)果看，選定的瀝青混合料的抗水損害性能滿足設(shè)計(jì)及現(xiàn)行規(guī)范的要求。

表8 AASHTO T283試驗(yàn)結(jié)果

3.3 低溫抗開裂性能

為評(píng)價(jià)瀝青混合料低溫抗開裂性能，對(duì)Superpave20瀝青混合料進(jìn)行低溫彎曲試驗(yàn)。試驗(yàn)條件：在試驗(yàn)溫度-10℃，速率50 mm/min，試驗(yàn)結(jié)果見表9。從試驗(yàn)結(jié)果看，Superpave20瀝青混合料在低溫狀態(tài)下破壞應(yīng)變大于2 500 με，說明其具有良好的低溫抗開裂性能。

表9 Superpave20瀝青混合料試驗(yàn)結(jié)果

3.4 后期觀測(cè)

針對(duì)地域的特殊條件，項(xiàng)目組對(duì)Superpave20試驗(yàn)段進(jìn)行跟蹤觀測(cè)，對(duì)行車道輪跡帶進(jìn)行測(cè)試，檢驗(yàn)其車轍變形情況。試驗(yàn)段落運(yùn)行3年后車轍檢測(cè)數(shù)據(jù)為:平均車轍深度為8 mm，最大車轍深度為15 mm。車轍跟蹤觀測(cè)數(shù)據(jù)充分說明Superpave20瀝青混凝土具有良好的抗車轍性能。

4 結(jié)論

通過對(duì)巴基斯坦國道N5公路施工過程中的原材料、配合比、路用性能的試驗(yàn)研究，可以看出：

（1）Superpave20瀝青混合料旋轉(zhuǎn)壓實(shí)分別采用初壓9次，設(shè)計(jì)125次，最大壓實(shí)205次，瀝青混合料的各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足技術(shù)要求。

（2）Superpave20的粗集料顆粒之間具有良好的嵌擠作用，因此具有非常好的抵抗荷載變形能力，即使在極端高溫條件下，仍有較強(qiáng)的高溫抗車轍能力，滿足高溫重載特殊地區(qū)的技術(shù)要求。

（3）由于SBS改性瀝青、礦料和礦粉形成的高黏性瀝青膠結(jié)料，使得瀝青混合料具有良好的低溫性能和抗水損害性能，能夠滿足巴基斯坦高等級(jí)公路工程的技術(shù)要求。