Superpave技術在通鳳公路瀝青面層中的應用研究

尹秀杰，閆文俊，德勒嘿，蔡 軍

（1.通遼市交通工程局，通遼 028000；2.正鑲白旗查汗淖爾養(yǎng)路工區(qū)，明安圖 013800；3.錫林郭勒盟邊防公路機械化養(yǎng)護隊，錫林浩特 026000；4.武漢理工大學硅酸鹽建筑材料國家重點實驗室，武漢 430070）

通遼至鳳凰嶺一級公路（下稱通鳳公路）起點位于通遼市科爾沁區(qū)河西鎮(zhèn)通霍鐵路西（K602＋500），終點位于通遼市與赤峰市的交界風凰嶺處的新開河大橋，順接國道303線鳳凰嶺至天山段公路。全長約110km，采用平丘區(qū)一級公路標準修建，設計速度100km/h，面層采用6cm Superpave20＋4cm Superpave13瀝青混凝土雙層結構設計，其中下面層采用90號重交石油瀝青，上面層采用SBS改性瀝青，級配設計采用了Superpave設計理論和設計方法，在施工過程中取得了良好的效果。

1 材料性能要求與配合比優(yōu)化

1.1 氣候特性對瀝青膠結料性能要求

根據(jù)設計文件統(tǒng)計結果，項目所在地通遼市位于北緯42°14′37″～45°59′24″，年均最高氣溫41℃，最低氣溫－30.9℃，采用SHRP研究提出的公式，項目采用瀝青膠結料性能高、低溫設計公式分別如下：

式中，Tair為最近30年中每年連續(xù)7d平均氣溫最高值的平均值；

式中，Tair為最近30年中每年極端低氣溫的平均值。

將項目所處緯度代入上式（1）計算得設計高溫等級為

將統(tǒng)計所得平均最低氣溫代入（2）式計算的路表低溫設計值為

依照Superpave瀝青膠結料等級表，在50%可靠度下，應選用PG64－22的道路瀝青；在98%可靠度下，高低溫等級都應提高一級。綜合考慮溫度及交通量的影響，通鳳公路路面改性瀝青性能等級應達PG70－28，同時其性能技術指標需滿足JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》表4.6.2聚合物改性瀝青SBS類I－C類技術要求。

1.2 交通量對集料性能要求

項目設計交通量累計當量軸次（BZZ－100）11.22×106，根據(jù)SHRP規(guī)范設計方法，其標準軸載為BZZ－80，因此與我國的標準軸載BZZ－100有以下?lián)Q算關系

式中，P1為我國標準軸載，取值100kN；P2為美國標準軸載，取值80kN；n為彎沉等效系數(shù)，取值4.35；N0為設計交通量當量軸載次數(shù)，次。

該項目設計軸載采用BZZ－100；路面瀝青混凝土面層設計使用年限15年；設計交通量累計當量軸次為1 122×104，換算BZZ－80的當量軸載次數(shù)為

根據(jù)標準軸載換算結果，結合SHRP設計交通量等級劃分原則，該項目當量軸載次數(shù)可以劃歸重載交通量等級，其所用碎石材料技術指標應較規(guī)范要求提高一個技術等級，該項目要求碎石材料主要技術指標為：表觀密度≥2.7g/cm3、吸水率≤2.0%、壓碎值≤16%、洛杉磯磨耗值≤18%。級配設計旋轉壓實次數(shù)選用Nini＝9次、Ndes＝105次、Nmax＝205次。

2 集料級配優(yōu)化與最佳油石比確定

2.1 集料級配優(yōu)化

該項目集料結構設計根據(jù)Superpave瀝青混合料級配設計要求，在進行級配設計時合成級配位于控制點之間并避開限制區(qū)來優(yōu)化級配。按要求選擇粗、中、細三個級配試拌，其合成級配通過率如表1所示。

表1 試拌合成級配通過率 /%

對3個初試級配進行旋轉壓實試驗，根據(jù)軟件推薦初試油石比5.2%拌和混合料。在試驗模擬生產過程實際，瀝青加熱溫度160℃，礦料加熱溫度180℃，拌鍋溫度170℃，拌和出料溫度165～170℃。為模擬運輸過程中的短期老化過程，新拌混合料在出鍋之后用方盤盛放并放置在170℃烘箱中恒溫2h，進行短期老化。隨后從烘箱中取出，稍晾數(shù)分鐘，當表面溫度降至165℃左右，開始裝入旋轉壓實儀模具中。控制裝模完畢時混合料的溫度在155～160℃之間（與施工現(xiàn)場的初壓溫度基本一致），采用旋轉壓實儀成型試件，旋轉壓實儀的成型壓力0.6MPa，旋轉次數(shù)為Nini＝9次、Ndes＝105次、Nmax＝205次。根據(jù)試驗結果（表2所示）得出級配2和級配3各項預估體積和壓實度性能均可滿足要求，但級配2瀝青用量更為合理。

表2 初試級配旋轉壓實結果

2.2 最佳油石比確定

結合集料級配優(yōu)選試驗結果，初步微調試驗油石比，采用0.3%間隔變化，選定4.5%、4.8%、5.1%、5.4%四個油石比進行設計級配的瀝青混合料壓實特性與體積性能評估，并結合混合料在不同油石比下的性能確定最佳油石比，其試驗結果見表3。

表3 設計級配四種油石比試驗結果匯總

由表3可知，不同油石比下瀝青混合料壓實特性與體積性能，確定最佳油石比為5.1%（瀝青用量為4.85%）。

2.3 目標配合比混合料性能驗證

在最佳油石比條件下，分別進行馬歇爾試驗、凍融劈裂強度比試驗和車轍試驗，其試驗結果如表4所示。

表4 目標配合比混合料性能驗證

3 生產配合比驗證

3.1 生產配合比調整原則

Superpave混合料的生產配合比設計與熱拌瀝青混合料過程相同，根據(jù)拌和站熱料倉礦料的篩分結果，調整生產配合比與目標配合比相一致，生產配合比調整原則為：

1）4.75mm（含4.75mm）以上粗集料通過率生產與目標之間偏差控制在±4%之間；

2）2.36mm（含2.36mm）以下細集料通過率生產與目標之間偏差控制在±2%之間；

3）0.075mm通過率生產與目標之間偏差控制在±1%之間；

4）控制生產配合比CA值在0.2～0.4之間，F(xiàn)A值在0.3～0.5之間，粉膠比Dp在0.8～1.4之間。

綜合考慮施工設備偏差及所在地區(qū)氣候、交通量、公路等級等因素，確保合成級配在規(guī)定范圍內，確定各種礦料的摻配比例如表5所示。

表5 生產配合比驗證級配 /%

3.2 生產配合比混合料性能驗證

按照優(yōu)選的最佳油石比5.1%進行生產配合比混合料性能驗證試驗，結果見表6所示。

表6 生產配合比混合料性能驗證

4 Superpave混合料的施工

通鳳公路地處內蒙古東北部，緯度相對較高，冬季嚴寒漫長，最低氣溫能達到零下30℃；同時夏季氣溫又能達到40℃，因此整條路所承受的溫度差達到70℃以上，對原材料質量、施工配合比、施工工藝和施工質量都提出了嚴格要求。

4.1 混合料拌和

拌和設備采用日工4000型間歇式瀝青混凝土拌和機，拌和時間為干拌6s，濕拌42s。以拌和混合料外觀均勻、色澤鮮亮、顆粒集料表面油膜裹覆飽滿，混合料粘聚性好，出料溫度在170～180℃之間，表面冒出淡藍色的煙為宜。

4.2 攤鋪

采用兩臺福格勒2100型攤鋪機聯(lián)合梯隊進行攤鋪。攤鋪前檢測混合料的溫度，混合料的攤鋪最佳溫度宜在160～175℃間，攤鋪時利用刮板輸送器和料位計控制好進入攤鋪室的供料量，布料高度以沒過螺旋葉片2/3高度為宜，并確保沿螺旋全長布料一致。選擇合適的料斗閥門開度，使其與供料速度恰當配合，進而達到刮板輸料器連續(xù)、均勻地供料。上面層攤鋪速度一般為2.5～3m/min，在攤鋪時注意攤鋪的連續(xù)性。為防止運料車撞擊攤鋪機影響平整度，運料車在攤鋪機前30cm處要停住掛空檔，靠攤鋪機推動前進，卸料要緩起以防離析。

4.3 碾壓

壓實分初壓、復壓、終壓3個步驟進行，根據(jù)現(xiàn)場設備，初壓采用寶馬雙鋼輪BW219D壓路機靜壓一遍，復壓采用2臺寶馬雙鋼輪BW219D振動碾壓3～4遍，中間以30t膠輪壓路機交替往復碾壓2～3遍，最后用11t雙鋼輪壓路機收光1～2遍作為終壓。所有鋼輪壓路機都須有1/3錯輪，壓實原則遵循從外側向中心碾壓，在超高段由低向高碾壓，從而保證達到要求的壓實度。

另外由于施工時散熱較快，故鋪筑后應立即碾壓采取雙鋼輪壓路機緊跟攤鋪機，膠輪壓路機緊跟著鋼輪壓路機來回碾壓，每段長度應控制在40～50m之間。

5 結 論

根據(jù)通鳳公路的路面結構組成、原材料以及地理氣候等特點，結合相關高速公路瀝青路面科研實踐成果、施工成功經驗和通鳳公路項目工期要求，在通鳳公路瀝青路面目標、生產配合比設計的基礎上，采用該地區(qū)優(yōu)質石料廠并對級配進行了系統(tǒng)的研究。所設計的Superpave瀝青混凝土路面從目前的情況看滿足該地區(qū)的行車要求，并且施工難度較小，施工質量可控。

［1］ JTG F40—2004公路瀝青施工技術規(guī)范［M］.人民交通出版社，2004.

［2］ JTG E40—2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程［M］.人民交通出版社，2011.

［3］ 賈 渝，曹榮吉，李本京.高性能瀝青路面（Superpave）基礎參考手冊［M］.人民交通出版社，2005.

［4］ 張春剛，熊小群，潘 攀，等.Superpave混合料設計在金查高速建設中的應用研究［J］.建材世界，2011，32（5）：55－57.

［5］ 余世根，張 敏，吳少鵬，等.Superpave技術在十漫高速公路建設中的應用［J］.國外建材科技，2008，29（5）：122－125.

［6］ 付 玉，邱 健，張登峰，等.Superpave瀝青混合料組成設計研究［J］.國外建材科技，2007，28（3）：48－50.