布敦巖瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)及施工質(zhì)量控制

(肇慶市公路發(fā)展有限公司， 廣東 肇慶 526040)

近年來，布敦巖瀝青(BRA)以其優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性等路用性能受到道路工程界的廣泛重視,并得到了一定程度的推廣[1-5]，通過室內(nèi)試驗(yàn)測試評(píng)價(jià)BRA改性瀝青結(jié)合料及混合料的路用性能的研究較多[6-12]，布敦巖瀝青與SBS復(fù)合改性和級(jí)配優(yōu)化方面也有了一定的研究[13-16]。由于我國所使用的路面規(guī)范中還沒有明確的相關(guān)應(yīng)用技術(shù)規(guī)定，在一定程度上限制了其推廣與應(yīng)用。

本文依托廣東某一級(jí)公路新建工程，根據(jù)相應(yīng)的規(guī)范[17]進(jìn)行了上面層布墩巖瀝青改性AC — 13瀝青混合料的生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)，對(duì)其路用性能進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)評(píng)價(jià)，并與同級(jí)配的SBS改性瀝青AC —13瀝青混合料的路用性能進(jìn)行對(duì)比分析。參考普通改性瀝青AC — 13路面的施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行攤鋪，確定了BRA改性瀝青AC — 13路面施工工藝流程，可為同類工程提供參考。

1 原材料試驗(yàn)

1.1 瀝青

采用70#道路石油瀝青作為基質(zhì)瀝青，BRA作為改性劑，按照相關(guān)規(guī)程進(jìn)行試驗(yàn)操作，基質(zhì)瀝青的主要技術(shù)性能指標(biāo)見表1，BRA的主要技術(shù)性能指標(biāo)見表2。

表1 70#基質(zhì)瀝青主要技術(shù)指標(biāo)類別針入度/(0.1 mm)針入度指數(shù)PI延度/cm軟化點(diǎn)/℃相對(duì)密度TFOT試驗(yàn)后質(zhì)量變化率/%針入度比/%延度/cm試驗(yàn)結(jié)果690.16>100 501.03-0.01 84 47技術(shù)要求60～80-1.5～1.0≥100≥46實(shí)測-1.0～1.0≥61≥15

表2 BRA主要技術(shù)指標(biāo)類別瀝青含量/%密度/(g·cm-3)試驗(yàn)結(jié)果25.01.72技術(shù)要求≥18—

1.2 集料

集料采用肇慶某石場花崗巖，規(guī)格為4#(11～16 mm)、3#(6～11 mm)、2#(3～6 mm)、1#(0～3 mm)，粗集料和細(xì)集料的主要技術(shù)性能試驗(yàn)結(jié)果見表3，均滿足技術(shù)要求，集料的篩分試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表3 粗、細(xì)集料主要技術(shù)性能試驗(yàn)結(jié)果類別粗集料對(duì)瀝青的粘附性/級(jí)表觀密度/(g·cm-3)吸水率/%0～3 mm3～6 mm6～11 mm11～16 mm0～3 mm3～6 mm6～11 mm11～16 mm細(xì)料砂當(dāng)量/%試驗(yàn)結(jié)果52.652.742.722.711.010.660.420.39 72技術(shù)要求5≥2.5≤2.0≥65

表4 集料篩分試驗(yàn)結(jié)果%集料規(guī)格通過下列方孔篩(mm)的質(zhì)量百分率16.013.29.54.752.361.180.60.30.150.0754#10088.38.81.20.90.40.40.40.40.23#10010089.35.40.30.30.30.30.30.12#10010010093.84.32.20.50.50.50.11#10010010010087.856.933.519.712.15.2礦粉10010010010010010010010094.378.2

2 配合比設(shè)計(jì)

2.1 目標(biāo)配合比

針對(duì)廣東高溫多雨的氣候環(huán)境，上面層采用AC — 13型密級(jí)配，級(jí)配范圍見表5，由委托公司進(jìn)行的目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)結(jié)果為:m(4#)∶m(3#)∶m(2#)∶m(1#)∶m(礦粉)=22∶38∶10∶26∶4,油石比為5%，布敦巖瀝青摻量為2%。按規(guī)程做馬歇爾試驗(yàn)，結(jié)果表明,各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

表5 AC—13瀝青混合料級(jí)配范圍%通過下列篩孔(mm)的質(zhì)量百分率1613.29.54.752.361.180.60.30.150.07510090～10068～8538～6824～5015～3810～287～205～154～8

2.2 生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)

對(duì)場地的原材料進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)復(fù)核,并與目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)所用的原材料進(jìn)行對(duì)比,以確定其作為生產(chǎn)配合比使用是否符合要求[18]，經(jīng)檢測均符合要求。因室內(nèi)拌和設(shè)備與現(xiàn)場拌合樓拌和的效果存在一定差距，根據(jù)目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行二次篩分計(jì)算，各級(jí)集料在混合料中的比例及合成級(jí)配如表6所示，合成級(jí)配圖見圖1。

表6 各級(jí)集料在混合料中的比例及合成級(jí)配集料規(guī)格及級(jí)配集料比例/%通過下列方孔篩(mm)的質(zhì)量百分率/%1613.29.54.752.361.180.60.30.150.0754#1910088.628.41.70.90.90.90.90.90.23#3810010080.54.20.90.90.90.90.90.42#1010010010089.67.44.94.94.94.90.91#2910010010010084.25632.721.116.210.3巖瀝青篩分1.610010010010010096.390.482.366.346.4礦粉2.410010010010010010010010098.585.0合成級(jí)配10097.879.043.929.721.214.410.99.26.1級(jí)配范圍10090～10068～8538～6824～5015～3810～287～205～154～8級(jí)配中值100 95 76.5 53 37 26.519 13.510 6

取由目標(biāo)配合比確定的最佳油石比5%和5%±0.3%共3種油石比進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

以油石比為橫坐標(biāo)，以瀝青混合料試件的密度、空隙率、瀝青飽和度、馬歇爾穩(wěn)定度和流值等指標(biāo)為縱坐標(biāo)，將馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果繪制成關(guān)系曲線圖(略)，由圖計(jì)算可得:OAC1=4.93%，OAC2=(OACmix+OACmax)/2=4.95%，取OAC1與OAC2的中值為最佳油石比，OAC=(OAC1+OAC2)/2=4.94%，根據(jù)上述計(jì)算以及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，確定布敦巖瀝青改性瀝青混合料AC — 13最佳油石比為5.0%。

圖1 合成級(jí)配圖

經(jīng)計(jì)算，在同級(jí)配情況下SBS改性瀝青混凝土AC — 13最佳油石比也為5.0%，材料方面經(jīng)試驗(yàn)檢測均符合要求。

2.3 生產(chǎn)配合比驗(yàn)證

通過馬歇爾試驗(yàn)來驗(yàn)證最佳油石比及礦料級(jí)配的正確性，馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見表8。由表8可知，馬歇爾試驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范要求，表明設(shè)計(jì)的配合比能夠作為標(biāo)準(zhǔn)配合比使用。

表7 各級(jí)集料在混合料中的比例及合成級(jí)配油石比/%混合料最大相對(duì)密度試件毛體積相對(duì)密度試件空隙率/%瀝青飽和度/%礦料間隙率/%穩(wěn)定度/kN流值/mm4.72.5192.4023.467.714.414.603.75 2.5092.4094 72.314.413.833.85.32.4992.4134.775.214.512.993.8(3～5)(65～75)(≥13)(≥8)(1.5～4)注:括號(hào)內(nèi)值為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

表8 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果瀝青種類毛體積相對(duì)密度空隙率/%間隙率/%飽和度/%穩(wěn)定度/kN流值/mmBRA改性瀝青2.5324.214.872.614.073.78SBS改性瀝青2.4414.014.472.512.133.94(3～5)(≥13)(65～75)(≥8)(1.5～4) 注:括號(hào)內(nèi)為技術(shù)要求值。

3 瀝青混合料路用性能對(duì)比分析

為了評(píng)價(jià)BRA改性瀝青混合料的主要路用性能，進(jìn)行車轍、浸水馬歇爾、凍融劈裂等試驗(yàn)，并結(jié)合馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果，以驗(yàn)證其是否滿足規(guī)范要求。同時(shí)，與SBS改性瀝青混凝土的相關(guān)性能作對(duì)比分析,試驗(yàn)結(jié)果見表9。

從表8和表9可以看出：

由馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果可知，BRA改性瀝青混合料AC — 13的穩(wěn)定度比SBS改性的有一定提高，提高了16%，且BRA改性的流值比SBS改性的低，這可以初步說明BRA改性較SBS改性對(duì)瀝青混合料的高溫性能改善效果更好。通過車轍試驗(yàn)結(jié)果可知，BRA改性相較于SBS改性，動(dòng)穩(wěn)定提高了11.1%，且滿足規(guī)范的技術(shù)要求，進(jìn)一步說明BRA對(duì)AC — 13的高溫穩(wěn)定性有很大的改善作用。

采用浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)對(duì)混合料的水穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，試驗(yàn)結(jié)果顯示，BRA改性瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比均高于SBS改性瀝青混合料的，且分別提高了2.1%和1%,表明BRA對(duì)AC — 13瀝青混合料水穩(wěn)定性的改善效果比SBS改性瀝青的要好，但相差不大。

低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果顯示，BRA改性瀝青混合料雖然滿足技術(shù)要求，但其對(duì)AC — 13的低溫抗裂性能的改善效果并沒有SBS改性的好。

通過BRA改性AC — 13瀝青混合料的各項(xiàng)性能試驗(yàn)可知，生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)的礦料級(jí)配與最佳油石比均是合格的，能夠用于路面施工。

4 BRA改性瀝青混合料施工質(zhì)量控制

4.1 拌和與運(yùn)輸

為更有效地進(jìn)行BRA改性AC — 13瀝青混合料的生產(chǎn)質(zhì)量控制，采用干拌法的生產(chǎn)工藝進(jìn)行混合料的生產(chǎn)。干拌時(shí)間要比普通混合料延長5～10 s,且總拌和時(shí)間要比普通混合料延長15 s左右，瀝青加熱溫度160～170 ℃，礦料加熱溫度180～200 ℃，瀝青混合料出廠的正常溫度為170～180 ℃，超過195 ℃的料則廢棄。瀝青混合料出場后，應(yīng)按相關(guān)試驗(yàn)規(guī)程對(duì)BRA改性混合料進(jìn)行馬歇爾穩(wěn)定度、流值、空隙率、各項(xiàng)密度、瀝青含量、礦料級(jí)配組成及殘留穩(wěn)定度等測試。同時(shí)，混合料應(yīng)采用大噸位自卸車運(yùn)輸。

4.2 攤鋪與壓實(shí)

BRA改性AC — 13上面層由1臺(tái)攤鋪機(jī)攤鋪，攤鋪機(jī)配備2套非接觸式平衡梁。施工時(shí)攤鋪機(jī)外側(cè)采用平衡力控制標(biāo)高的施工方法。攤鋪溫度應(yīng)控制在不低于160 ℃。初壓采用雙鋼輪壓路機(jī)靜壓2遍，且溫度不低于150 ℃；復(fù)壓先采用雙鋼輪壓路機(jī)振壓2遍，再采用重型輪胎壓路機(jī)進(jìn)行全寬碾壓4遍，溫度不低于135 ℃；終壓采用雙鋼輪壓路機(jī)靜壓2遍，溫度不低于110 ℃。

4.3 現(xiàn)場試驗(yàn)檢測

對(duì)BRA改性AC — 13上面層施工路段進(jìn)行現(xiàn)場檢測，其結(jié)果見表10。

表10 BRA改性AC—13試驗(yàn)路檢測結(jié)果類別壓實(shí)度/%現(xiàn)場空隙率/%厚度/mm滲水率/(mL·min-1)平整度/mm規(guī)范要求≥98 ≤6.040≤90≤1.1代表值 99.74.440基本不滲水0.32 0.24 0.39 0.53 0.35 0.38 0.41 0.34 0.44 1.03 0.36 0.31

路面碾壓達(dá)到了要求的壓實(shí)度，養(yǎng)生符合規(guī)范要求，表明平整密實(shí)，無泛油、松散、裂縫、粗集料集中等現(xiàn)象，施工接縫緊密、平順。

5 結(jié)語

依托廣東某一級(jí)公路新建工程，進(jìn)行了BRA改性AC — 13瀝青混合料上面層生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)與驗(yàn)證，得出的生產(chǎn)配合比為：m(4#)∶m(3#)∶m(2#)∶m(1#)∶m(礦粉)=19∶38∶10∶29∶4(其中巖瀝青中礦粉為1.6)，最佳油石比為5%。通過車轍試驗(yàn)、低溫彎曲試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)等評(píng)價(jià)了BRA改性瀝青混合料的高低溫性能和水穩(wěn)定性，并與SBS改性瀝青混合料進(jìn)行對(duì)比，還進(jìn)行了施工過程中的工藝控制和最終上面層的試驗(yàn)檢測，通過分析試驗(yàn)結(jié)果得出以下結(jié)論：

1) 從高溫性能、水穩(wěn)定性、低溫性能指標(biāo)看，BRA改性瀝青的路用性能指標(biāo)完全滿足規(guī)范要求，且高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性要優(yōu)于SBS改性瀝青混合料的，低溫抗裂性要比SBS改性瀝青混合料的稍差。

2) 從BRA改性AC-13瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)、鋪后的效果、施工過程中的工藝控制和最終的試驗(yàn)檢測結(jié)果來看,達(dá)到了預(yù)期的目的，取得了良好的效果。

3) BRA改性瀝青混合料具有良好的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性，適合在南方高溫多雨的氣候環(huán)境中使用，有推廣價(jià)值。