劉忠根，金亞龍，王文斌，李禹錚，許西淼，高 松

(吉林建筑大學(xué) 交通科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 長春 130118)

黃陵至延安高速公路擴(kuò)能工程是國家高速公路包頭至茂名線G65在陜西境內(nèi)的重要組成路段。項(xiàng)目路線起于宜君縣崖頭莊，終點(diǎn)位于安塞縣沿河灣鎮(zhèn)南側(cè)，路線全長154.507 km。該項(xiàng)目區(qū)地處內(nèi)陸，屬暖溫帶大陸性半干旱氣候，早晚溫差較大，年均氣溫8.6～9.4 ℃。年平均降雨量552.663 1 mm。夏秋季溫濕多雨，降雨量占全年的60%，區(qū)內(nèi)季節(jié)性凍土深度65 cm。該工程路面結(jié)構(gòu)層為18 cm水泥穩(wěn)定碎石底基層，36 cm水泥穩(wěn)定碎石基層，12 cm粗粒式密集配瀝青碎石下面層，6 cm SBS改性瀝青混凝土(AC-20)中面層，4 cm橡膠瀝青混凝土(AR-GM13)上面層。

1 目標(biāo)配合比的驗(yàn)證

在生產(chǎn)配合比設(shè)計之前，首先需要對目標(biāo)配合比進(jìn)行驗(yàn)證，主要包括對目標(biāo)配合比使用的原材料和礦料配合比以及目標(biāo)配合比確定的油石比的檢測。

1.1 原材料檢測

原材料包括改性瀝青和集料，其檢測結(jié)果如下

1.1.1 瀝青

AC-20瀝青混合料瀝青采用SBS改性瀝青，其試驗(yàn)檢測結(jié)果如表1所示。

1.1.2 集料原材料

1)粗集料。采用石料場生產(chǎn)的石灰?guī)r碎石，規(guī)格為19～26.5 mm、9.5～19 mm、4.75～9.5 mm、2.36～4.75 mm，技術(shù)性能見表2。

表1 SBS改性瀝青試驗(yàn)項(xiàng)目及試驗(yàn)結(jié)果

表2 粗集料質(zhì)量規(guī)格試驗(yàn)結(jié)果

2)細(xì)集料。機(jī)制砂采用9.5～19 mm的石灰?guī)r碎石自行加工，技術(shù)性能見表3。

表3 機(jī)制砂試驗(yàn)結(jié)果

3)礦粉。礦粉采用9.5～19 mm的石灰?guī)r碎石自行加工生產(chǎn)的礦粉，技術(shù)性能見表4。

科學(xué)理論不但給人類以行之有效的認(rèn)識工具，而且往往成為他們的精神支柱和奮斗旗幟。只有揭示了客觀事物發(fā)展規(guī)律，立足當(dāng)時的歷史現(xiàn)狀，根植于人類發(fā)展與進(jìn)步的實(shí)踐，并與時俱進(jìn)，不斷豐富和發(fā)展，不斷為進(jìn)步人類的革命和建設(shè)實(shí)踐所證實(shí)的理論，才能成為進(jìn)步人類的科學(xué)信仰，才值得人們確立對這種理論的自信。

表4 填料試驗(yàn)結(jié)果

1.2 礦料配合比的檢測

依據(jù)目標(biāo)配合比確定的礦料級配，對摻配混合后的各檔集料多次篩分，均能滿足設(shè)計要求，故確定使用冷料級配比例為：19～26.5 mm∶9.5～19 mm∶4.75～9.5 mm∶2.36～4.75 mm∶0～2.36 mm∶礦粉=6.0%∶32.0%∶24.0%∶7.0%∶27.0%∶4.0%。

1.3 油石比進(jìn)行檢測

以目標(biāo)最佳配合比最佳油石比進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，檢驗(yàn)馬歇爾各項(xiàng)指標(biāo)，經(jīng)檢測各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足設(shè)計要求，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 AC-20最佳瀝青用量馬歇爾試件試驗(yàn)結(jié)果

2 生產(chǎn)配合比設(shè)計

采用日工 4000 型拌和機(jī)進(jìn)行拌和，按選定的目標(biāo)配合比各材料用量進(jìn)行上料(礦粉不上料)，經(jīng)拌和樓加熱烘干二次篩分后，取各熱料倉1#倉19～26.5 mm，2#倉9.5～19 mm，3#倉4.75～9.5 mm，4#倉2.36～4.75 mm，5#倉0～2.36 mm集料進(jìn)行試驗(yàn)。

2.1 礦料級配合成

根據(jù)目標(biāo)配合比試驗(yàn)結(jié)果，生產(chǎn)配合比進(jìn)行設(shè)計，根據(jù)熱料倉各礦料篩分情況，AC-20瀝青混合料礦料合成級配結(jié)果如表6所示。

表6 AC-25瀝青混合料礦料合成級配結(jié)果

根據(jù)表6數(shù)據(jù)，繪制生產(chǎn)配合比級配曲線如圖1所示。

圖1 生產(chǎn)配合比礦料級配曲線

2.2 生產(chǎn)配合比最佳瀝青用量

生產(chǎn)配合比根據(jù)目標(biāo)配合比設(shè)計的最佳瀝青用量OAC、OAC±0.3%(油石比分別為4.0%、4.3%、4. 6%)分別進(jìn)行馬歇爾擊實(shí)成型試件，進(jìn)行瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)，用于確定生產(chǎn)配合比的最佳瀝青用量，試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 不同油石比生產(chǎn)配合比馬歇爾試驗(yàn)檢測指標(biāo)

按表7以油石比為橫坐標(biāo)，分別以空隙率、毛體積密度、礦料間隙率、穩(wěn)定度、流值、瀝青飽和度為縱坐標(biāo)繪制關(guān)系圖如圖2所示。

各指標(biāo)符合表下表的瀝青混合料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的油石比范圍OACmin=4.22% OACmax=4.35%，OAC1=(a1+a2+a3+a4)/4=4.60+4.38+4.23+4.34/4=4.23%，

OAC2=(OACmin+OACmax)/2=4.28%，OAC=(OAC1+OAC2)/2=4.3%

經(jīng)綜合分析，最后求得AC-20中面層瀝青混合料最佳瀝青用量為4.3%，初定的生產(chǎn)配合比如表8所示。

表8 生產(chǎn)配合比比例

2.3 生產(chǎn)配合比馬歇爾指標(biāo)檢驗(yàn)

以最佳瀝青用量和確定的礦料配合比進(jìn)行成型試件，做馬歇爾指標(biāo)試驗(yàn)，其生產(chǎn)配合比試驗(yàn)檢驗(yàn)結(jié)果如表9所示。

表9 生產(chǎn)配合比馬歇爾檢測指標(biāo)

3 生產(chǎn)配合比驗(yàn)證

通過在鋪筑的試驗(yàn)段K47+020-K47+540內(nèi)，現(xiàn)場鉆芯取樣，檢測驗(yàn)證，測求其馬歇爾各項(xiàng)指標(biāo)和使用性能指標(biāo)如穩(wěn)定度、流值、溫度測量、壓實(shí)度、平整度、摩擦系數(shù)、構(gòu)造深度等。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如果某些指標(biāo)不符合規(guī)范要求，找出原因，需要對生產(chǎn)配合比進(jìn)行調(diào)整的迅速調(diào)整，該試驗(yàn)段經(jīng)測試性能指標(biāo)滿足要求，確定了原擬定的生產(chǎn)配合比。馬歇爾指標(biāo)、性能試驗(yàn)結(jié)果見表10。

圖2 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)指標(biāo)規(guī)定值試驗(yàn)結(jié)果毛體積相對密度-2.453空隙率VV/%4～54.2間隙率VMA/%13～1413.5瀝青飽和度VFA/%65～7568.6有效瀝青體積百分率/%-9.2穩(wěn)定度MS/kN≥819.2流值FL/mm2～42.4凍融劈裂強(qiáng)度比/% ≥8586.9 殘留穩(wěn)定z/%≥9096破壞應(yīng)變(-10 ℃,50 mm/min)/uε≥2 6002 800.6(平均值)

生產(chǎn)配合比驗(yàn)證解決的兩個主要問題是拌和溫度和拌和時間。

拌和溫度需在規(guī)范規(guī)定的溫度范圍內(nèi)，且混合料色澤均一，流而不散，則認(rèn)為原擬定的加熱溫度可行。拌和溫度過高會導(dǎo)致瀝青老化，性能變差，過低瀝青不能在礦料表面形成均勻的瀝青膜，二者都會使混合料的性質(zhì)變差。拌和溫度過低還會影響攤鋪和壓實(shí)質(zhì)量，黃延項(xiàng)目中面層確定下來的拌和溫度為：干拌時間5 s，濕拌45 s。

拌和時間根據(jù)瀝青對礦料的裹覆情況確定。按裹覆情況好壞分開，以裹覆率大于 95%的拌和時間為最佳拌和時間[9]，黃延項(xiàng)目中面層最終確定下來的控制溫度如表11所示。

表11 AC-20瀝青混合料溫度控制標(biāo)準(zhǔn) ℃

從試驗(yàn)路段K47+020-K47+540(左幅)內(nèi)隨機(jī)取樣，經(jīng)試驗(yàn)檢測均符合技術(shù)規(guī)范要求，驗(yàn)證了配合比設(shè)計正確性，試驗(yàn)段施工質(zhì)量控制符合施工技術(shù)要求參見表12。

表12 試驗(yàn)段現(xiàn)場檢測結(jié)果

4 結(jié)束語

通過對目標(biāo)配合比驗(yàn)證和生產(chǎn)配合比設(shè)計以及生產(chǎn)配合比驗(yàn)證過程，考慮到目標(biāo)配合比和生產(chǎn)配合比設(shè)計的相似和不同，可得出以下結(jié)論：

1)由于拌合樓拌和設(shè)備并不能都完全按預(yù)定功能工作，使得生產(chǎn)配合比與目標(biāo)配合比礦料級配有差異，為使經(jīng)調(diào)試的礦料級配滿足設(shè)計要求，這就需要未來進(jìn)一步對生產(chǎn)配合比拌合樓調(diào)試技術(shù)進(jìn)行研究。

2)由于拌和樓拌和過程中，需要控制的變量較多，經(jīng)鋪筑的拌合料的路用性能受很多因素影響，這就需要在確定好配合比后要跟蹤觀測拌合廠冷料倉和熱量倉供料情況和現(xiàn)場實(shí)際鋪筑路段的混合料生產(chǎn)均衡穩(wěn)定性。在生產(chǎn)中每天取混合礦料進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)與設(shè)計有出入，找出原因，及時進(jìn)行調(diào)整，確保合格的配合比運(yùn)用到施工生產(chǎn)中。