程佳產(chǎn)，薛向榮，黨建鋒，李向利，黃露杰

（中鐵一局集團(tuán)第三工程分公司，陜西 寶雞 721006）

0 引言

為推動(dòng)西部地區(qū)的快速發(fā)展，高速公路網(wǎng)的建設(shè)成為了重要的一環(huán)，若羌至民豐高速公路的開工建設(shè)成為其重要的組成部分[1]。工程建設(shè)中發(fā)現(xiàn)，沿線新疆地區(qū)的自然環(huán)境極其惡劣，主要以鹽漬土與沙漠為主，常年干旱少雨（年降雨量低于140 mm），蒸發(fā)量大（年約2 000～3 000 mm），輻射量大（平均輻射量6 000 MJ·m-1），晝夜溫差大[2-4]。受此氣候條件的影響，常規(guī)的瀝青混合料常會(huì)面臨車轍、開裂、推移等路面病害，降低路面的使用性能[5]。新疆地區(qū)特殊的氣候特點(diǎn)以及對(duì)瀝青混合料高溫性能的要求，進(jìn)一步突出了低標(biāo)號(hào)瀝青的使用重要性。低標(biāo)號(hào)瀝青具有黏度大、針入度小、軟化點(diǎn)高的特點(diǎn)，使其具有優(yōu)秀的抗車轍能力[6]。關(guān)于低標(biāo)號(hào)瀝青混合料應(yīng)用研究方面，郭寅川等[6]測(cè)試并比較了50#、70#、90#、SBS瀝青的高溫、低溫性能，并相應(yīng)設(shè)計(jì)瀝青混合料，分析了其路用性能，發(fā)現(xiàn)低標(biāo)號(hào)瀝青混合料的路用性能可以滿足高溫抗車轍地區(qū)的使用需求，且在全壽命周期中具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。劉闖等[7]研究發(fā)現(xiàn)低標(biāo)號(hào)硬質(zhì)瀝青的高溫流變性能隨標(biāo)號(hào)的降低而增加。鄒桂蓮等[8]從低標(biāo)號(hào)瀝青混合料的材料組成設(shè)計(jì)方面進(jìn)行考量，提出低標(biāo)號(hào)瀝青混合料設(shè)計(jì)過程中應(yīng)兼顧高溫性能與耐久性確定瀝青含量。楊琳與蔡俊華等[9-10]發(fā)現(xiàn)低標(biāo)號(hào)瀝青混合料具有優(yōu)秀的高溫抗車轍能力，并在福建地區(qū)開展低標(biāo)號(hào)瀝青混合料施工應(yīng)用工作。總體來說，現(xiàn)有低標(biāo)號(hào)瀝青混合料的研究工作主要集中在室內(nèi)研究，在現(xiàn)場(chǎng)施工應(yīng)用方面的研究較少，對(duì)施工效果方面的報(bào)道較少。

為研究低標(biāo)號(hào)瀝青混合料的應(yīng)用效果，設(shè)計(jì)AC-25型低標(biāo)號(hào)瀝青混合料，并結(jié)合若羌至民豐高速公路項(xiàng)目分析低標(biāo)號(hào)瀝青混合料施工過程中材料組成、馬歇爾指標(biāo)等變化，評(píng)估低標(biāo)號(hào)瀝青混合料的施工質(zhì)量。研究可為低標(biāo)號(hào)瀝青混合料在新疆干旱高溫地區(qū)路面建設(shè)中的應(yīng)用提供一定參考價(jià)值。

1 瀝青混合料材料組成

1.1 原材料

若羌至民豐高速公路使用的AC-25型低標(biāo)號(hào)瀝青混合料原材料主要包括50#瀝青，21～26 mm（1#）、16～21 mm（2#）、11～16 mm（3#）、6～11 mm（4#）、3～6 mm（5#）、0～3 mm（6#） 及礦粉。根據(jù)《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E42—2005）與《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）測(cè)試瀝青與集料基本性能指標(biāo)，結(jié)果分別見表1、表2。

表1 50#瀝青性能指標(biāo)Tab.1 Performance indexes of 50# asphalt

表2 礦料技術(shù)指標(biāo)Tab.2 Performance indexes of mineral aggregate

1.2 設(shè)計(jì)材料組成

室內(nèi)設(shè)計(jì)50#低標(biāo)號(hào)瀝青混合料的各檔材料組成比例分別為1#∶2#∶3#∶4#∶5#∶6#∶礦粉=18∶11∶12∶20∶9∶27∶3，所設(shè)計(jì)的礦料合成級(jí)配如圖1所示。根據(jù)圖1設(shè)計(jì)礦料級(jí)配進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，確定低標(biāo)號(hào)瀝青混合料的設(shè)計(jì)馬歇爾指標(biāo)見表3。

圖1 設(shè)計(jì)級(jí)配Fig.1 Design grading

表3 設(shè)計(jì)瀝青混合料馬歇爾指標(biāo)Tab.3 Marshall indexes of designed asphalt mixture

2 施工工藝與質(zhì)量評(píng)價(jià)方法

2.1 施工工藝

低標(biāo)號(hào)瀝青混合料施工內(nèi)容主要包括路面清理、乳化瀝青撒布、低標(biāo)號(hào)瀝青混合料運(yùn)輸、攤鋪、碾壓等環(huán)節(jié)。各環(huán)節(jié)涉及的主要施工機(jī)具見表4。在施工過程中，為保證低標(biāo)號(hào)瀝青混合料的施工質(zhì)量，需要控制攤鋪碾壓環(huán)節(jié)的施工溫度以及碾壓工藝，具體見表5。

表4 施工設(shè)備配置Tab.4 Construction equipment

表5 施工工藝Tab.5 Construction process

2.2 施工質(zhì)量評(píng)價(jià)方法

（1）瀝青混合料礦料級(jí)配與瀝青含量分析

試驗(yàn)用于檢測(cè)的瀝青混合料均從施工現(xiàn)場(chǎng)的攤鋪機(jī)尾部取樣，共取樣15 kg。采用四分法采集樣品，保證被測(cè)試樣的均勻性。采用全自動(dòng)瀝青混合料抽提儀進(jìn)行抽提試驗(yàn)，測(cè)試低標(biāo)號(hào)瀝青混合料的級(jí)配與瀝青含量。

（2）馬歇爾指標(biāo)分析

采用標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試驗(yàn)成型現(xiàn)場(chǎng)取樣的低標(biāo)號(hào)瀝青混合料，并測(cè)試馬歇爾指標(biāo)，包括：毛體積密度、空隙率、礦料間隙率、有效瀝青飽和度、穩(wěn)定度、流值指標(biāo)。

（3）施工各環(huán)節(jié)溫度分析

采用紅外激光測(cè)溫儀對(duì)瀝青混合料攤鋪溫度、初壓溫度、復(fù)壓溫度和終壓溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)（如圖2所示），共計(jì)檢測(cè)20批次。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)試Fig.2 Field temperature test

（4）施工壓實(shí)度分析

采用鉆芯取樣的方法，分別對(duì)施工橫斷面兩側(cè)輪跡帶位置及中心位置進(jìn)行鉆芯取樣，并測(cè)試芯樣的毛體積密度，評(píng)估施工壓實(shí)度，計(jì)算如式（1）所示。

式中：D為芯樣的壓實(shí)度，%；ρ毛密為芯樣的毛體積密度，g/cm3；ρ理密為瀝青混合料的最大理論密度，g/cm3。

（5）滲水系數(shù)分析

根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）中滲水試驗(yàn)測(cè)定低標(biāo)瀝青路面的滲水系數(shù)。

3 結(jié)果分析與討論

3.1 礦料級(jí)配與瀝青含量

低標(biāo)號(hào)瀝青混合料的試驗(yàn)瀝青含量試驗(yàn)結(jié)果為4.12%，與設(shè)計(jì)瀝青含量一致。礦料級(jí)配試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。由圖3可見，低標(biāo)號(hào)瀝青混合料的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)礦料級(jí)配與設(shè)計(jì)級(jí)配基本一致。

圖3 礦料級(jí)配試驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Test results of mineral aggregate gradation

3.2 馬歇爾指標(biāo)

現(xiàn)場(chǎng)采樣的低標(biāo)號(hào)瀝青混合料馬歇爾指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果見表6。由表6可知，采樣的低標(biāo)號(hào)瀝青混合料毛體積相對(duì)密度、最大理論相對(duì)密度、礦料間隙率、有效瀝青飽和度指標(biāo)與設(shè)計(jì)值基本一致，空隙率、穩(wěn)定度指標(biāo)的試驗(yàn)值較設(shè)計(jì)值偏大，所測(cè)試的低標(biāo)號(hào)瀝青混合料的馬歇爾指標(biāo)均在規(guī)范要求的范圍內(nèi)。

表6 馬歇爾指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果Tab.6 Marshall index test results

3.3 施工溫度

不同階段20組施工溫度的變化趨勢(shì)如圖4所示。由圖4可見，瀝青混合料出料溫度約為160℃，到場(chǎng)溫度約為154℃、初壓溫度約為147℃、復(fù)壓溫度約為134℃、終壓溫度約為115℃。與表4中的規(guī)范值相比，復(fù)壓溫度和終壓溫度略高于規(guī)范要求，其他溫度符合規(guī)范要求。將不同階段的溫度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，結(jié)果見表7。由表7可知，出廠溫度、到場(chǎng)溫度、初壓溫度、復(fù)壓溫度、終壓溫度的標(biāo)準(zhǔn)差分別為2.3℃、2.2℃、1.7℃、2.9℃、7.1℃，施工溫度的離散性較小，表明施工過程中溫度控制較為均勻。

圖4 施工溫度測(cè)試結(jié)果Fig.4 Construction temperature test results

表7 施工溫度的數(shù)理統(tǒng)計(jì)結(jié)果Tab.7 Mathematical statistical results of construction temperature

3.4 壓實(shí)度

路段壓實(shí)度試驗(yàn)結(jié)果見表8。由表8可知，低標(biāo)號(hào)瀝青混合料6處不同位置的壓實(shí)度試驗(yàn)結(jié)果分別為 94.7%、92.5%、92.4%、95.2%、93.4%、92.8%，兩處取芯樁號(hào)的壓實(shí)度均值分別為93.2%、93.8%，可見壓實(shí)瀝青混合料兩側(cè)存在壓實(shí)度不足的情況，總體壓實(shí)度滿足規(guī)范要求。此外，從保障瀝青混合料耐久性角度，應(yīng)進(jìn)一步改善壓實(shí)工藝保障壓實(shí)質(zhì)量的均勻性。

表8 壓實(shí)度試驗(yàn)結(jié)果Tab.8 Compaction test results

3.5 滲水系數(shù)

路面滲水系數(shù)的測(cè)試結(jié)果見表9，不同位置的滲水系數(shù)有較大的差異，但是均滿足規(guī)范控制要求。此外，兩處測(cè)試樁號(hào)均存在邊側(cè)滲水系數(shù)較中心位置高的情況，且不同位置的滲水系數(shù)均值差異達(dá)到了60 mL/min，可見不同路段的施工質(zhì)量有較為顯著的差異，應(yīng)進(jìn)一步控制壓實(shí)質(zhì)量來改善路面的滲水系數(shù)。

表9 滲水系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果Tab.9 Test results of water permeability coefficient

4 結(jié)語(yǔ)

（1）低標(biāo)號(hào)瀝青混合料的生產(chǎn)過程中，通過控制原材料級(jí)配，可使生產(chǎn)的瀝青混合料級(jí)配、瀝青含量、馬歇爾指標(biāo)與試驗(yàn)設(shè)計(jì)值基本一致。

（2）低標(biāo)號(hào)瀝青混合料施工過程中，不同階段的施工溫度隨施工的進(jìn)行呈降低的趨勢(shì)，總體施工溫度的離散性較小，施工過程中溫度控制較為均勻

（3）不同施工路段低標(biāo)號(hào)瀝青混合料的壓實(shí)度與滲水系數(shù)總體滿足規(guī)范要求，但不同路段測(cè)試值之間具有差異，且相同路段兩側(cè)試驗(yàn)結(jié)果較中心位置偏低，應(yīng)進(jìn)一步控制低標(biāo)號(hào)瀝青混合料的碾壓工藝保障施工質(zhì)量。