陳永勝

（中交四航局第一工程有限公司，廣東 廣州 510000）

1 工程概況

新疆沙漠地區(qū)某公路項目穿越塔克拉瑪干沙漠東部邊緣，現(xiàn)場施工條件惡劣，夏、冬兩季的溫度極端，夏季高溫達(dá)43.6℃，冬季極端低溫達(dá)-30.9℃，不利于道路建設(shè)工作的順利開展。路面以瀝青混凝土為材料施工成型，但施工所在區(qū)域的瀝青碎石地材有限，為突破材料對施工造成的限制性作用，局部路段將加工后的片麻巖作為集料使用。從材料性質(zhì)分析，片麻巖呈酸性，內(nèi)含豐富的SiO2，其在與瀝青接觸后難以形成穩(wěn)定的黏附關(guān)系，隨時間的延長易出現(xiàn)嚴(yán)重的水損害問題。因此，在瀝青混凝土配合比設(shè)計中，如何增強(qiáng)集料與瀝青的黏附性成為重點研究內(nèi)容之一。

2 瀝青混合料配合比設(shè)計的流程

（1）充分考慮高溫抗車轍、低溫抗裂兩個方面的要求，以免瀝青混合料無法正常使用。

（2）嚴(yán)格控制4.75mm 和2.36mm 通過率，基本要求是上下限差值穩(wěn)定在12%以內(nèi)。

（3）目標(biāo)配合比設(shè)計階段，選取3 組粗細(xì)不同的配合比，分別組織試驗，確定各組混合料的各項性能指標(biāo)，經(jīng)過對比分析后，判斷各自是否在設(shè)計要求的范圍內(nèi)[1]。

（4）根據(jù)瀝青混合料的公稱粒徑靈活控制粉膠比，保證各項指標(biāo)均具有合理性[2]。以AC-25C 瀝青混合料為例，當(dāng)此類材料的公稱粒徑為26.5mm 時，粉膠比以1.2～1.6為宜。

（5）除前述外，設(shè)計中還需考慮瀝青膜的有效厚度，該值應(yīng)在5μm以上。

3 公路瀝青混凝土路面配合比設(shè)計性能重點

強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性以及平整度是公路瀝青混凝土路面設(shè)計需要重要考慮的內(nèi)容，只有保證瀝青混凝土路面性能良好，才能有效提升公路路面的施工質(zhì)量，減少路面的損壞概率，提升高速行車的安全性。在瀝青混凝土路面設(shè)計時，應(yīng)加強(qiáng)對強(qiáng)度和剛度性能的設(shè)計，采用級配適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)層材料和路基填料，模擬行車荷載，防止路面出現(xiàn)大的沉降和變形，避免瀝青路面出現(xiàn)開裂、沉陷等不良病害。

同時，加強(qiáng)對穩(wěn)定性和耐久性的設(shè)計，確保采用的路面結(jié)構(gòu)層材料和路基填料能夠承受溫度、濕度等外力因素的作用。在高速公路設(shè)計年限范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，耐久使用。最后，關(guān)注對路面平整度的設(shè)計，路面的平整度與高速公路的行車感受密切相關(guān)，并且會對路面的使用壽命產(chǎn)生影響。影響路面平整度的因素較為復(fù)雜，受到路面結(jié)構(gòu)層材料和路基填料等施工材料的影響，也受到道路施工與后期維護(hù)養(yǎng)護(hù)因素的影響。在設(shè)計高速公路平整度時，設(shè)計人員應(yīng)充分考慮行車需要，保證路面具有一定的粗糙度，以滿足不同天氣下車輛的行車需要，提升行車的流暢與安全性。

3.1 底基層

（1）以灰劑量2%的標(biāo)準(zhǔn)，采用不少于5 種方案配置混合料，并對配置好的混合料的最佳含水量與最大干密度進(jìn)行檢驗，確定最佳配比方案。

實驗采用CuNi2Si材料,其具體化學(xué)成分如表1所示。本文實驗采用兩種熱處理工藝，一種是含有預(yù)冷變形處理的熱處理工藝，具體熱處理工藝為：850℃固溶處理+預(yù)冷變形處理+時效處理400℃保溫2h，室溫空冷，該材料加工的試樣稱為預(yù)冷變形試樣，簡稱PCW(Pre-cold worked)試樣；另一種是不含預(yù)冷變形的熱處理工藝，具體熱處理工藝為： 850℃固溶處理+時效處理400℃保溫2h，室溫空冷，該材料加工的試樣稱為非預(yù)冷變形試樣，簡稱Un-PCW試樣。

（2）嚴(yán)格執(zhí)行95%壓實標(biāo)準(zhǔn)，開展試件檢驗，以6 個試件為一組，配置5 組以上的試件組，施作“保濕養(yǎng)護(hù)（6d）+浸水（1d）”養(yǎng)護(hù)方案，測量試件組的結(jié)構(gòu)性能，計算每一組的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，確定抗壓強(qiáng)度高、灰劑量也符合標(biāo)準(zhǔn)的混凝土配比方案，將其作為備選方案。值得注意的是，應(yīng)根據(jù)不同的材料調(diào)整無側(cè)限抗壓強(qiáng)度計算數(shù)值。如果計算石灰土和水泥石灰的穩(wěn)定性，計算數(shù)值應(yīng)為0.8MPa；如果計算二灰土，計算數(shù)值應(yīng)調(diào)整為0.5MPa。

3.2 基層

相較于底基層配比方案的設(shè)計，路面基層的混合料配比方案更加復(fù)雜。

（1）配比人員應(yīng)對采購的材料實施篩選，并確定級配和繪制級配曲線。

（2）根據(jù)繪制好的級配曲線做好級配合成，先大致確定各類原材料的劑量，再做細(xì)微調(diào)整。

（3）以灰劑量2%的標(biāo)準(zhǔn)，采用不少于5 種方案配置混合料，并對配置好的混合料的最佳含水量與最大干密度進(jìn)行檢驗，確定最佳配比方案。

（4）嚴(yán)格執(zhí)行95%壓實標(biāo)準(zhǔn)，開展試件檢驗，以9個試件為一小組，配置5組以上的試件組，實施浸水7d養(yǎng)護(hù)方案，測量試件組的結(jié)構(gòu)性能，計算每一小組的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，確定抗壓強(qiáng)度高，灰劑量也符合標(biāo)準(zhǔn)的混凝土配比方案，將其作為備選方案。值得注意的是，應(yīng)根據(jù)不同的材料調(diào)整無側(cè)限抗壓強(qiáng)度計算數(shù)值。如果計算水泥碎石的穩(wěn)定性，計算數(shù)值應(yīng)為3～4MPa；如果計算二灰碎石，計算數(shù)值應(yīng)調(diào)整為0.8MPa。

4 各類原材料的選擇

各類原材料包括瀝青、粗集料、細(xì)集料、填料和抗剝落劑。

（1）瀝青。南疆瀝青的特點在于高瀝青質(zhì)含量，在此條件下衍生出軟化點高、針入度及延度低的工程特性，選用此類材料時以輕度改性的方法進(jìn)行處理。例如摻入芳烴類物質(zhì)，起到降低軟化點、提高針入度及延度的作用。但此方法也存在局限之處，即老化質(zhì)量異常增加。相比之下，中國石油克拉瑪依石化公司的90號A級石油瀝青具有更為突出的性能優(yōu)勢。體現(xiàn)在質(zhì)量可靠、性能穩(wěn)定等方面，并且已經(jīng)在塔里木沙漠公路等類似環(huán)境的工程中取得應(yīng)用。因此，將其作為本次施工中的瀝青材料。

（2）粗集料。源自項目附近碎石場，要求表面粗糙、潔凈、干燥。按規(guī)范取樣檢測，實測結(jié)果顯示該類材料質(zhì)量達(dá)標(biāo)，滿足工程對粗集料提出的質(zhì)量要求。

（3）細(xì)集料。源自項目附近碎石場，要求潔凈、干燥。按照規(guī)范取樣檢測，實測結(jié)果顯示該類材料質(zhì)量達(dá)標(biāo)，滿足工程對細(xì)集料提出的質(zhì)量要求。

（4）填料。源自項目附近自建礦粉生產(chǎn)廠，以石灰?guī)r石料為基礎(chǔ)材料，經(jīng)過磨細(xì)處理后制得。按照規(guī)范取樣檢測，實測結(jié)果顯示該類材料質(zhì)量達(dá)標(biāo)，滿足工程對填料提出的質(zhì)量要求。

（5）抗剝落劑。選用LX-6525 瀝青抗剝落劑，以改變?yōu)r青和石料的化學(xué)結(jié)構(gòu)為主要應(yīng)用方向，以達(dá)到提升抗剝落性能的效果。將該類抗剝落劑應(yīng)用于瀝青路面施工中，有效緩解路面水損病害。取用方面，按照瀝青質(zhì)量的0.3%摻入，攪拌處理2h，然后依次對瀝青進(jìn)行老化試驗、黏附性試驗。實測結(jié)果顯示，瀝青對碎石的黏附性達(dá)5級，滿足要求。

5 瀝青混凝土配合比設(shè)計

5.1 初步確定目標(biāo)級配

考慮偏粗、中線、偏細(xì)3 條級配曲線，要求關(guān)鍵篩孔通過率達(dá)標(biāo)，即控制在40%以內(nèi)。

5.2 偏粗級配目標(biāo)配合比設(shè)計

（1）馬歇爾試驗。根據(jù)瀝青黏溫曲線展開分析，確定各階段的溫度控制要求，拌和階段為151～157℃，攤鋪為142～146℃，由此組織馬歇爾試驗，以空隙率、間隙率、飽和度等為項目指標(biāo)，確定具體的試驗結(jié)果，馬歇爾試驗結(jié)果匯總見表1。

表1 馬歇爾試驗結(jié)果匯總

（2）最佳油石比確定。以馬歇爾試驗結(jié)果為準(zhǔn)，進(jìn)一步確定合適的油石比，最佳油石比最終確定為3.7%。

（3）最佳油石比試驗結(jié)果。試驗發(fā)現(xiàn)，最佳油石比為3.7%。在此基礎(chǔ)上，繼續(xù)組織試驗，考慮在不同油石比條件下的試驗數(shù)據(jù)，不同油石比AC-25C 目標(biāo)配合比試驗數(shù)據(jù)見表2。

表2 不同油石比AC-25C目標(biāo)配合比試驗數(shù)據(jù)表

5.3 目標(biāo)配合比的選擇

根據(jù)氣候檢測報告的顯示，項目所在地四季氣候變化明顯，多極端天氣。因此，在確定配比時選擇溫度穩(wěn)定性較高的配比方案，以應(yīng)對高溫與低溫氣候的影響，保證瀝青路面的耐久性與穩(wěn)定性。試驗結(jié)果顯示，中間曲線對應(yīng)的數(shù)據(jù)較為適宜，因此選取該曲線的礦料比例，即：10～25mm∶10～20mm∶5～10mm∶3～5mm∶0～3mm∶礦粉=18%∶29%∶20%∶7%∶23%∶3%，將該結(jié)果作為最終目標(biāo)配合比。

目標(biāo)配合比的設(shè)計是施工的前提，應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求選擇級配恰當(dāng)?shù)牡V物原料，并保證配置的混合料性能穩(wěn)定，強(qiáng)度、剛度均滿足施工要求?；诖?，本項目共設(shè)計了不同油石比的6 組試件，每一試件的間隔為0.5%，分別開展馬歇爾穩(wěn)定度、孔隙率、最佳瀝青用量OAC試驗，并評估試驗結(jié)果，靈活根據(jù)試驗結(jié)果調(diào)整用料與配比方案，直至確定目標(biāo)配合比。

衡量目標(biāo)配合比的重要指標(biāo)是混合料空隙率和穩(wěn)定度，這兩個指標(biāo)反映出的問題存在一定差異。其中，混合料空隙率能夠快速反映瀝青路面是否存在病害，是反映瀝青路面泛油、松散、裂紋等不良病害的主要指標(biāo)。礦料間隙率能夠直接反映瀝青路面的穩(wěn)定度，對瀝青混合料的設(shè)計與生產(chǎn)具有積極意義。因此，應(yīng)對混合料空隙率和穩(wěn)定度的關(guān)系進(jìn)行詳細(xì)分析，并分析兩者表現(xiàn)的多種狀態(tài)，制定針對性的處治措施。

（1）空隙率低、穩(wěn)定度低。面對此問題，主要的處治方法有：①根據(jù)瀝青混合料的實際情況，在設(shè)計要求允許范圍內(nèi)提高礦料的級配，適量增加粗集料的數(shù)量；②若發(fā)現(xiàn)瀝青混合料油石比超出正常范圍，應(yīng)根據(jù)礦料的吸收情況調(diào)整油石比，進(jìn)而提升礦料的間隙；③更換骨料，調(diào)整集料比例，同時增加粗集料和減少細(xì)集料，以提高混合料的空隙率，保證穩(wěn)定度達(dá)到設(shè)計要求。

（2）空隙率低，穩(wěn)定度能滿足要求。這種瀝青混合料的狀態(tài)極易導(dǎo)致路面泛油和擁包病害，主要的處治方法有：①調(diào)整礦料級配方案，適量添加粗集料和減少細(xì)集料；②若方案①實施無效，可輔助調(diào)整瀝青混合料的油石比，以提升礦料的空隙率。

（3）空隙率滿足要求，穩(wěn)定度低。造成該問題的主要原因是礦料的質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，主要的處治方法有：①更換礦料，重新測算空隙率與穩(wěn)定性；②加入濃稠度較高的瀝青原料，調(diào)整原混合料狀態(tài)，改善空隙率與穩(wěn)定度。

（4）空隙率偏大，穩(wěn)定度滿足要求。該情況會使瀝青路面的滲透性過高，瀝青性能受到滲透的雨水和空氣的影響而衰退，大幅降低瀝青路面的使用年限。主要的處治方法有：加入適當(dāng)細(xì)礦粉，改善混合料空隙，提升瀝青路面結(jié)構(gòu)的耐久性。

（5）空隙率高，穩(wěn)定度低。對該問題的處治方法有：①增加瀝青比例；②若方案①失靈，則重新進(jìn)行目標(biāo)配比試驗，確定符合施工需求的配比方案。

5.4 抗剝落劑的檢測

摻加一種抗剝落劑能使瀝青黏附性能達(dá)到5 級，但并不能完全說明水穩(wěn)定性好，還需根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20－2011）采用目標(biāo)配合比級配，對摻加與未摻加抗剝落劑的瀝青混合料均制作馬歇爾試件，進(jìn)行試驗檢測。試驗數(shù)據(jù)表明：經(jīng)長期老化后的摻抗剝落劑瀝青混合料，水穩(wěn)定性、高溫性能及低溫性能均有顯著效果。

6 瀝青混凝土路面配合比的應(yīng)用

6.1 施工準(zhǔn)備

（1）驗證生產(chǎn)配合比。經(jīng)過試驗與分析后，確定生產(chǎn)配合比。但在正式施工前依然需要進(jìn)行驗證，判斷在該配合比下混合料的性能表現(xiàn)；此外，檢驗施工方案，重點考慮的是拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓等各階段施工方法的可行性以及彼此間的協(xié)調(diào)效果。在判斷瀝青路面質(zhì)量時，綜合考慮平整度、壓實度等關(guān)鍵指標(biāo)，確保投入使用的生產(chǎn)配合比具有合理性[3]。

（2）加強(qiáng)對施工物資的檢查。原材料方面，瀝青、集料等各類材料均應(yīng)滿足要求，經(jīng)過檢驗后，任何不達(dá)標(biāo)的材料均不能使用，否則易由于原材料質(zhì)量缺陷而影響混合料的工程性能。檢查攤鋪機(jī)、壓路機(jī)等機(jī)械設(shè)備的性能，例如運(yùn)行穩(wěn)定性、計量精度均要滿足要求[4]。

6.2 試鋪

正式施工前，選取具有代表性的路段試鋪，以實地檢驗的方法檢驗施工方案的可行性，及時識別不足之處并做出調(diào)整。實驗段長度100～200mm，試鋪作業(yè)嚴(yán)格依據(jù)方案有序推進(jìn)，加強(qiáng)檢測與記錄，根據(jù)實測數(shù)據(jù)客觀分析施工效果。若無誤方可進(jìn)入大面積施工環(huán)節(jié)，否則需要調(diào)整，直至試鋪效果達(dá)到要求為止。

6.3 正式施工

正式施工中，瀝青混合料的拌和、裝料及運(yùn)輸、攤鋪、碾壓均是重要環(huán)節(jié)，各崗位工作人員應(yīng)密切溝通，建立層序分明的施工模式[5]，并注重對接縫部位的處理，以免因接縫過于薄弱而影響路面質(zhì)量。施工期間加強(qiáng)對攤鋪速度、攤鋪厚度、碾壓遍數(shù)等參數(shù)的檢測與控制，若存在問題應(yīng)及時查明成因，施以正確的方法進(jìn)行處理，最終建設(shè)質(zhì)量達(dá)標(biāo)的瀝青混凝土路面。

7 結(jié)語

目標(biāo)配合比設(shè)計是公路路面施工中尤為關(guān)鍵的一項工作，材料類型的選擇、礦料及配比的計算、配合比的確定均是重點內(nèi)容。計算時，為盡可能使試配結(jié)果趨于級配范圍，有必要確定最佳瀝青含量的范圍，設(shè)計出多種油石比，經(jīng)過配置后得到多組材料試件，再繼續(xù)組織試驗，得到合適的結(jié)果，以滿足工程施工要求。