地域性级配GAC-16C沥青混凝土在江肇高速公路中的应用研究.pdf

公路 交通技术2 0 1 3年 1 0月 第5期T e c h n o l o g y o f H i g h w a y a n d T r a n s p o r t O c t 2 0 1 3 N o 5 地域性级配 G A C 一 1 6 C沥青混凝土 在江肇高速公路 中的应用研究 吕 瑞 ( 广东华路交通科技有限公司， 广州5 1 0 4 2 0 ) 摘要： 以广东省江肇高速公路 2期S - 程为依托， 将地域性级配G A C 一 1 6 C沥青混凝土， 与A C 一 1 6 C沥青混凝土进行 对比， 室内试验结果表明： G A C 一 1 6 C沥青混凝土在高温稳定性等方面具有一定的优势； 试验段各项指标现场检测均 满足规 范及设计要 求。由此 可知 G A C是 一种较好 的地域性 级配 ， 其应 用效果可 为国 内研 究适合各 地 区地域型级 配 的沥青混凝土提供参考。 关键词 ： 级配 ； 高温稳定性 ； G A C； 骨架 文章编号 ： 1 0 0 9 6 4 7 7 2 0 1 3 ) 0 5 0 0 5 0 0 5 中图分类号： U 4 1 6 2 1 7 文献标识码： B Re s e a r c h o n Ap p l ic a t io n o f Re g i o n a l Gr a d i n g GAC-1 6 C As p h a lt Co n c r e t e i n J i a n g me n - Zh a o q i n g Ex p r e s s wa y I V Rui 自上世纪9 0年代末以来， 因内高速公路建设得 到迅猛发展 ， 部分高速公路运营数年后路面出现 了 不同程度的破坏， 影响了其正常使用， 最常见的车辙 病害已引起业界的普遍关注。路面车辙除影响行车 舒适性外 ， 还对交通安全有直接影 响。广东 省江肇 高速公路 1 期工程通车以来 ， 局部路段也出现了车 辙病害 ， 相关部门为此进行 了调查研究 ， 并提 出了 改善方案。在江肇高速公路 2期工程建设时 ， 通过 换用新材料 、 改善混 合料级 配及增 大压 实功 能等 各种方式来提高路面沥青混合料 的高 温抗车辙性 能。本文主要研究 改善混合料 的级配并将 其用于 江肇高速公路 2期路面工程 中的可行性 ， 提出地域 性级配 G AC的颗粒组成范 围； 对不 同级配 沥青混 凝土 相关 指 标进 行 了 室 内对 比研 究 ， 并 探 讨 了 G A C 一 1 6 C沥青混合料在江肇 高速公路 2期路面工 程中的应用。 1 江肇高速公路 2期工程路面材料性能研究 1 1 沥青 采用经过试验检测合格的壳牌新粤( 佛山) 沥 青有限公司生产 的壳牌克裂王 S B S改性沥青 ， 与普 通沥青相 比， 其抗高温性能等有很大提高 ， 基本指标 见表 1 。 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 4 1 1 作者简介 ： 吕瑞 ( 1 9 8 7 一 ) ， 男 ， 湖北省荆门市人 ， 硕士 ， 助工 表 1 S B S改性沥青基本指标 1 2 集料和填料 集料选用龙兴石场生产 的碎石 ， 上面层采用 4 档规格集料 ， 分别为： 1 11 9 、 61 l 、 36 、 03 m m 石屑 ， 集料各项指标均符合规范要求 。 填料掺加矿粉和水泥 ， 采用 四会生产 的石灰石 矿粉和中材水泥厂生产的中材牌硅酸盐水泥。集料 和填料 的相关技术指标见表 2 。 2 沥青混合料配比设计室内试验 2 1 级配类型选择 混合料不能形成骨架时， 其级配高温敏感性强 ， 易形成车辙 。江肇高速公路 1 期工程建设时， 中 上面层均采用连续密级配 ， 为悬浮密实型结构 ， 经数 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年 第 5期 吕 瑞 ： 地域性级配 G A C - 1 6 C沥青混凝土在 江肇 高速公路 中的应用研 究 5 1 年的运 营后 ， 局部 路段 出现 了轻微车辙。为改善车 辙病害 ， 在 2期工程建设时 ， 针对广东省常年高温多 雨 的气候特征 ， 设计 了适合该省的密级配沥青混凝 土的级配 ( G A C) 。该级配为连续密集配 ， 是在 J T G D 5 0 -2 0 0 6 公路沥青路面设计规范 中 A C级配类 型的基础上 ， 调整上下限 ， 并改变级配范 围得到 的。 A C和 G A C 2种矿料级配范 围见表 3 ， 并将 2种矿料 级配类型的沥青混合料进行了配合比验证。 2 1 1 目标配合 比级配范 围确定 江肇高速公路 2期工程路面采用粗型的沥青混 合料 ， 根据 J T G F 4 0 -2 0 0 4 公路沥青路面施工技术 规范 要求 ， 级配范 围确定时需拟定 4组 ( 或以上 ) 不同的典型级配( 2 3 6 mm关键筛孔 的通过率小于 3 8 ) j ： 级 配 曲线在级配 图中超 出上 限、 下 限、 明 显的 S型级配曲线 、 居中的微型 S型曲线 。G A C 一 1 6 C级配范围确定 时参照 A C 一 1 6 C级 配， 拟定 4组 级配成型马歇尔试件 ， 检验马歇尔相关技术指标 ， 并 选择最佳油石比进行高温稳定性 、 低温抗裂性 、 水稳 定性、 渗水系数指标的检验。若不合格 ， 则调整级配 重新试验 ； 若 4组均合格 ， 取其并集作为工程设计级 配范围。 2 1 2 生产配合比确定 按实验室 目标配合 比所设计 的比例 ， 根据现场 各级集料规格进行试 配， 以确定生产 配合 比。A C一 1 6 C和 G A C 一 1 6 C各级集料掺配 比例见表 4 ， 其合成 级配见表 5 ， 2种级配的合成级配曲线见图 1 、 图 2 。 从图 1 、 图 2的合成级配 曲线看 ， 2种混合料 的 合成级配走向趋势 基本一致 ， A C骨料 中 1 6 m m 以 上粗颗粒较多， G A C级配设计 时相对减少 了 1 6 m m 以上的颗粒 ， 按照贝雷法 J ， 计算的第一控制筛孔粒 径为 ： P C S = 0 2 2 N MP S 。 ( 1 ) 式 中， P C S 为第一控制筛孑 L 粒径 ； N MP S 为公称 最大粒径。 表 2 集料和填料的相关技术指标 上面层 _ 一 矿 粉 水泥 1 11 9 mm 61 1 mm 3 6 mm 03 mm 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 2 公路交通技术 2 01 3 维 00 7 5 n1 5 03 06 1】 8 2 3 6 4 7 5 9 5 1 32 j 6 1 9 2 65 31 5 筛孔尺寸 mm 图 1 A C 一 1 6 C沥青混合料合成级配曲线 筛孔 尺寸 mm 图 2 G A C 一 1 6 C沥青 混合料合成级配曲线 图 3 G A C 一 1 6 C沥青混凝土钻芯剖面 根据公式 ( 1 ) 确定采用 4 7 5 f i l m作为第一控制 筛孔路面。G A C 一 1 6 C沥青混合料级配设计中， 4 7 5 1 3 2 m m颗粒大幅增多 ， 多级 骨架密实型设计理论 认为粗集料和细集料在混合料中都会起到一定的架 构效应和填充作用 ， 每一级粒料均可架构起 “ 骨 架” ， 粗颗粒架构效应 更明显。G A C沥青混合料级 配类型使得混合料形成一种 “ 类骨架” 结构 ， 颗粒 间 嵌挤力的增大使得混凝土强度增大 ； 当足够多的细 集料填充于类骨架中时， 混合料就形成 了一个密实 结构。因此 G A C沥青 混凝 土具 备更 强 的承 载能 力 。从现场 G A C 一 1 6 C沥青混凝土钻芯取样可 以 看出， 该级配类型在骨架形成上较 A C 一 1 6 C沥青混 凝土结构有了很大改善 ， 对于提高其高温稳定性 是 有利的。 2 2室内试验指标对比 按生产配合比成型马歇尔试件 ， 检测的各项指 标见表 6 。G A C - 1 6 C沥青混合料 的稳定度 、 高温稳 定性 、 水稳定性均有 了一定程度 的提高。沥青混合 料中粗颗粒 的含量影响 内摩擦力 及抵抗 变形 的能 力。G A C 一 1 6 C沥青混合料中粗颗粒含量增多， 骨料 间的内摩擦力增大， 抵抗变形 的能力也得到了增强 ， 这对于沥青混合料的高温稳定性是有利的 。当级 配曲线接近最大密实线时 ， 混合料具有较好 的水稳 定性。 3 现场施工及检测 3 1 施 工工艺 江肇高速公路 2期路面工程 中， 采用 G A C 一 1 6 C 沥青混合料铺筑试验段 。试验段的铺筑过程中 ， 所 采用的施工工艺及机械与常规路段基本一致 ， 但 由 于 G A C沥青混合料 中粗骨料比例适当增多 ， 故施工 时应防止离析。另外 ， 为保证 G A C沥青混合料试验 路段的压实度 ， 采用 3 0 t 胶轮压路机来增大压实功。 以下主要介绍 G A C 一 1 6 C沥青混合料 的摊铺及碾压 工艺。 3 1 1 摊铺 试验段采用 2台摊铺机前后问隔 51 0 m同步 向前摊铺 ， 摊铺宽度为 1 5 2 5 i n ( 8 0 m+ 7 2 5 r l 1 ) 。 摊铺遵循“ 缓慢 、 均匀 、 连续” 的原则。根据拌和楼 生产能力 ， 确定本试验段摊铺速度控制在 2 m m i n ( 按此速度摊铺 ， 且熨平板夯实和振动系数 都控制 在 4级时， 摊铺出来的结构层表面密实 ) ， 松铺 系数 暂定 1 2 。及时跟踪测量 ， 确保路段 的标高、 横坡等 满足设计要求 。铺筑过程中杜绝摊铺机频繁收斗 ， 防止路段出现离析 ， 边 角处机械无法作业的地方应 人工修整补强。 3 1 2碾 压 表6 沥青混合料室内试验检测指标 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第5期 吕 瑞 ： 地域性级配 G A C 一 1 6 C沥青混凝土在江肇高速公路 中的应用研究 5 3 碾压分初压、 复压、 终压 3个 阶段进行 ， 对各阶 段的碾压温度都进行 了严格控制。在碾压过程 中遵 循“ 紧跟 、 强压 、 高频 、 低幅” 原则 ， 并 确保路面不产 生推移 、 发裂。 初压 ： 采用高温、 紧跟摊铺机 的碾压作业方式 ， 2 台 C B 一 5 6 4 0双驱双轮钢筒式压路机碾压。 复压 ： 2台 C B 一 5 6 4 0双驱双轮钢筒式压路机 + 2 台 3 0 t 的胶轮压路机。 终压 ： 2台 C B 一 5 6 4 0双驱双轮钢筒式压路机。 压实时从外侧往 中心碾压 ， 在超高路段则 由低 向高碾压 ， 相邻碾压重叠 1 31 2轮宽 ， 压实 1幅 为 1遍 ， 碾压路段宜控制在 2 04 0 m。碾压时应将 驱动轮面向摊铺机 ， 碾压路线及方 向不应突然改变 而导致推移。碾压现场见图 4 。 图 4碾压现场 3 2 现场检测 试验段铺筑完成后现场检测压实度 、 平整度 、 弯 沉 、 渗水系数及 构造 深度 等指标 ， 以此 判断 G A C一 1 6 C沥青混合料路面试验段是否满足设计及规范要 求 ， 并与 A C 一 1 6 C沥青混合料路段 的对应指标作对 比分析。 3 2 1 压实度 根据设计要求 ， 该路段 的压实度须大 于 9 8 ； 理 论压实度大于 9 4 。从现场检测结果看 ， 该路段压实 度满足设计要求 ， 检测结果见表 7 。沥 青混凝土 内 部 留有一定空隙率 ， 可满足其在重载交通作用下胶 浆 的自由流动。 表 7 现场压 实度检 测 施工段落 检测桩号 压实度 理论压实度 空隙率 3 2 2平 整度 采用连续式平整度仪 ， 以 5 k m h的速度在待检 路面上采集数据 ， 以 1 0 0 m为一个区间 ， 检测结果见 表 8 。 表 8 路 面平整度检测 r n k m 标准差规定值 平整度影响行车舒适性及安全性。现场检测结 果为 ： 整个试验段检测区间为 6个 ， 标准差合格为 6 个 ， 合格率 1 0 0 ； A C沥青混合料路 段的平 整度 与 G A C沥青混合料路段差异性不大 ， 均可满足行车舒 适性及安全性要求 。 3 2 3 弯沉 弯沉检测结果 ： R K 8 1 + 2 0 0R K 8 1 + 4 4 0试验段 共检测了3 4 个点， 弯沉代表值为 1 0 0 ( 0 o l m m) 1 8 8 ( 0 0 1 mm) ( 设计值 ) ， 符合设计要求 ； R K 3 9 + 3 3 0R K 3 9 + 5 3 0路段共检测 了 3 0个点 ， 弯沉代 表 值为 1 6 1 ( 0 0 1 m m) 。从弯沉检测结果看 ， G A C沥 青混合料路段承载能力较 A C沥青混合 料路段有一 定改善 ， 在高温及重载交通时能更好地发挥路用功 能。 3 2 4 渗水系数 渗水系数是衡量沥青路面性能的重要指标 ， 南 方多雨的气候特征对路面渗水的要求较高。为避免 水害带来 的功能性破坏 ， 本试验段在路 面施工完成 后选取 了 2个断面以检测渗水 系数 ， 其检测结果见 表 9 。 表 9 路面渗水 系数检测 mL m i n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 公路交通技术 2 0 1 3丘 由表 9可以看出， 该试验段渗水效果较为理想 ， 各抽检断面的渗水系数均满足小于 1 0 0 mL m i n的 设计要求。A C 一 1 6 C( K 3 9 + 3 3 0K 3 9 + 5 3 0) 路段共 检测了 2个断面， 结果分别为 8 5 8 、 8 7 8 m L m i n ， 2个路段的渗水系数都 比较均匀。 3 2 5 路面构造深度 构造深度检测 ： K 8 1 + 2 0 0K 8 1 + 4 4 0试验段共 检测 了2个断面 ， 桩号为 K 8 1 + 2 9 0 、 K 8 1 + 3 5 0 ， 结果 分别为 0 8 8 、 0 8 8 m m， 设计要求为 0 71 2 m m； K 3 9 + 3 3 0K 3 9 + 5 3 0路段共检测了 2个断面， 桩号 为 K 3 9 + 3 5 0 、 K 3 9 + 5 0 0， 结果分别为 0 8 1 、 0 7 8 m m。 G A C 一1 6 C沥 青 混 合 料 路 段 的构 造 深 度 略 大 于 A C 一 1 6 C沥青混合料路段 ， 说明 G A C 一 1 6 C沥青混合 料路段可适当提高路面的抗滑性能。 4结语 本文针对广东省常年高温多雨的气候特征对路 面带来的不利影 响 ， 提出了工程设计级配范 围。室 内试验结果表 明， 地域性级配 G A C一 1 6 C沥青混凝 土在高温稳定性能等方面有一定提高。G A C一 1 6 C 沥青混合料在江肇高速公路上的应用表明 ， 该级配 各项性能指标均满足规范及设计要求。因此 ， 各地 根据当地的气候特征及交通状况等因素 ， 研究适合 本地级配以解决公路病害是必要的。 参 考 文 献 彭波 基于变 i 法理论的级配组成设计方法 J 武 汉理工大学学报 ， 2 0 0 5 ( 5 ) ： 7 5 1 7 5 4 交通部 公路科学研究所 J T G F 4 0 -2 0 0 4 公路沥青路 面施工技术规范 S 北京： 人民交通出版社， 2 0 0 4 程英伟， 何晓鸣， 张炜 A C 一1 6型沥青混合料工程设计 级配范围研究 J 武汉工业学院学报， 2 0 0 6 ( 1 ) ： 7 7 8 1 胡贵华 A C 一 1 3 、 A C 一 2 0沥青混合料骨架密实级配范 围研究 D 长沙： 长沙理工大学， 2 0 0 8 王立久， 刘 慧 骨架密实型沥青混合料集料级配设 计方法 J 中国公路学报， 2 0 0 8 ( 5 ) ： 6 - 9 黄开宇， 吴超凡， 彭红卫 ， 等 抗车辙骨架密实性沥青 混合料配合比设计方法研究 J 公路工程， 2 0 1 0 ( 1 ) ： 8 89 4 段号炎， 慕海瑞， 杨锐 P R抗车辙剂在高速公路沥青混 合料中的应用研究 J 中外公路， 2 0 1 1 ( 1 ) ： 2 2 1 2 2 4 o ( 上接 第4 9页) 护也非常方便 ， 相对其他铺装 可谓 “ 一 劳永逸 ” ， 在 国内外获得了良好的应用效果。 3结语 桥面铺装层直接承受交通荷载的反 复作用 ， 要 求其具有 良好 的高温稳定性、 低温抗 裂性、 耐疲 劳 性 ， 因此选用性能优越的纤维增强溶剂型粘结剂防 水层+ 浇筑式沥青混合料+ s MA 一 1 3铺装方案。本文 介绍的矮寨大桥沥青混合料桥面铺装设计 ， 对类似 工程设计和施工具有一定 的参考意义。 矮寨大桥 已于 2 0 1 2年 3月通车 ， 其沥青混合料 桥面铺装层经受 了繁重交通荷载的考验 ， 到 目前为 止， 桥面铺装层尚未发现任何病害， 但其长期使用性 能还有待进一步观测。 2 参 考 文 献 交通部公路科学研究所 J T G F 4 0 -2 0 0 4 公 路沥青路 面施工技术规范 S 北京： 人民交通出版社， 2 0 0 4 招商局重庆交通科研设计院有限公司 吉茶高速公路 特殊桥隧铺装关键技术研究 R 重庆 ： 招商局重庆交 通科研设计院有限公司， 2 0 1 1 3 吴文军， 张华， 钱觉时 浇注式沥青混合料应用现状 综述 J j 公路交通技术， 2 0 0 9 ( 3 ) ： 9 6 2 4 王民， 张 华 钢桥面铺装特点及设计要求综合分 析 J 交通企业管理 ， 2 0 1 3 ， 4 1 ( 1 ) ： 3 9 4 2 5 湖南省交通规划勘察设计院 湖南省吉首至茶洞高速 公路初步设计路面结构计算书 R 长沙： 湖南省交通 规划勘察设计院， 2 0 0 9 6 重庆交通科研设计院 公路钢箱梁桥面铺装设计与施 工技术指南 M 北京： 人民交通出版社 ， 2 0 0 6 7 李雪莲 正交异性钢桥面复合铺装结构研究 D 长 沙 ： 长沙理工大学 ， 2 0 0 8 8 万涛涛 华南地区浇注式钢桥面铺装 M A性能研究 J 低温建筑技术， 2 o 1 2 ( 1 2 ) ： 6 6 6 8 9 刘黎萍 ， 胡 晓， 孙立军， 等 基于抗剪性能的混凝土 桥沥青铺装设计方法 J 同济大学学报： 自然科学 版 ， 2 0 1 3 ， 4 1 ( 1 ) ： 8 9 9 4 1 0 万涛涛国外浇注式钢桥面铺装方案在中国的应用探 究 J 公路与汽运， 2 0 1 2 ( 5 ) ： 1 5 9 - 1 6 2 1 j j 1 J 二J 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m