低標號瀝青在新疆干旱高溫地區路面鋪裝中的應用研究

程佳產，薛向榮，黨建鋒，李向利，黃露杰

（中鐵一局集團第三工程分公司，陜西 寶雞 721006）

0 引言

為推動西部地區的快速發展，高速公路網的建設成為了重要的一環，若羌至民豐高速公路的開工建設成為其重要的組成部分[1]。工程建設中發現，沿線新疆地區的自然環境極其惡劣，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，常規的瀝青混合料常會面臨車轍、開裂、推移等路面病害，降低路面的使用性能[5]。新疆地區特殊的氣候特點以及對瀝青混合料高溫性能的要求，進一步突出了低標號瀝青的使用重要性。低標號瀝青具有黏度大、針入度小、軟化點高的特點，使其具有優秀的抗車轍能力[6]。關于低標號瀝青混合料應用研究方面，郭寅川等[6]測試并比較了50#、70#、90#、SBS瀝青的高溫、低溫性能，并相應設計瀝青混合料，分析了其路用性能，發現低標號瀝青混合料的路用性能可以滿足高溫抗車轍地區的使用需求，且在全壽命周期中具有較高的經濟效益。劉闖等[7]研究發現低標號硬質瀝青的高溫流變性能隨標號的降低而增加。鄒桂蓮等[8]從低標號瀝青混合料的材料組成設計方面進行考量，提出低標號瀝青混合料設計過程中應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]發現低標號瀝青混合料具有優秀的高溫抗車轍能力，并在福建地區開展低標號瀝青混合料施工應用工作?？傮w來說，現有低標號瀝青混合料的研究工作主要集中在室內研究，在現場施工應用方面的研究較少，對施工效果方面的報道較少。

為研究低標號瀝青混合料的應用效果，設計AC-25型低標號瀝青混合料，并結合若羌至民豐高速公路項目分析低標號瀝青混合料施工過程中材料組成、馬歇爾指標等變化，評估低標號瀝青混合料的施工質量。研究可為低標號瀝青混合料在新疆干旱高溫地區路面建設中的應用提供一定參考價值。

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型低標號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《公路工程集料試驗規程》（JTG E42—2005）與《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）測試瀝青與集料基本性能指標，結果分別見表1、表2。

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

表2 礦料技術指標Tab.2 Performance indexes of mineral aggregate

1.2 設計材料組成

室內設計50#低標號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，所設計的礦料合成級配如圖1所示。根據圖1設計礦料級配進行馬歇爾試驗，確定低標號瀝青混合料的設計馬歇爾指標見表3。

圖1 設計級配Fig.1 Design grading

表3 設計瀝青混合料馬歇爾指標Tab.3 Marshall indexes of designed asphalt mixture

2 施工工藝與質量評價方法

2.1 施工工藝

低標號瀝青混合料施工內容主要包括路面清理、乳化瀝青撒布、低標號瀝青混合料運輸、攤鋪、碾壓等環節。各環節涉及的主要施工機具見表4。在施工過程中，為保證低標號瀝青混合料的施工質量，需要控制攤鋪碾壓環節的施工溫度以及碾壓工藝，具體見表5。

表4 施工設備配置Tab.4 Construction equipment

表5 施工工藝Tab.5 Construction process

2.2 施工質量評價方法

（1）瀝青混合料礦料級配與瀝青含量分析

試驗用于檢測的瀝青混合料均從施工現場的攤鋪機尾部取樣，共取樣15 kg。采用四分法采集樣品，保證被測試樣的均勻性。采用全自動瀝青混合料抽提儀進行抽提試驗，測試低標號瀝青混合料的級配與瀝青含量。

（2）馬歇爾指標分析

采用標準馬歇爾試驗成型現場取樣的低標號瀝青混合料，并測試馬歇爾指標，包括：毛體積密度、空隙率、礦料間隙率、有效瀝青飽和度、穩定度、流值指標。

（3）施工各環節溫度分析

采用紅外激光測溫儀對瀝青混合料攤鋪溫度、初壓溫度、復壓溫度和終壓溫度進行監測（如圖2所示），共計檢測20批次。

圖2 現場溫度測試Fig.2 Field temperature test

（4）施工壓實度分析

采用鉆芯取樣的方法，分別對施工橫斷面兩側輪跡帶位置及中心位置進行鉆芯取樣，并測試芯樣的毛體積密度，評估施工壓實度，計算如式（1）所示。

式中：D為芯樣的壓實度，%；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）滲水系數分析

根據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）中滲水試驗測定低標瀝青路面的滲水系數。

3 結果分析與討論

3.1 礦料級配與瀝青含量

低標號瀝青混合料的試驗瀝青含量試驗結果為4.12%，與設計瀝青含量一致。礦料級配試驗結果如圖3所示。由圖3可見，低標號瀝青混合料的現場試驗礦料級配與設計級配基本一致。

圖3 礦料級配試驗結果Fig.3 Test results of mineral aggregate gradation

3.2 馬歇爾指標

現場采樣的低標號瀝青混合料馬歇爾指標試驗結果見表6。由表6可知，采樣的低標號瀝青混合料毛體積相對密度、最大理論相對密度、礦料間隙率、有效瀝青飽和度指標與設計值基本一致，空隙率、穩定度指標的試驗值較設計值偏大，所測試的低標號瀝青混合料的馬歇爾指標均在規范要求的范圍內。

表6 馬歇爾指標試驗結果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如圖4所示。由圖4可見，瀝青混合料出料溫度約為160℃，到場溫度約為154℃、初壓溫度約為147℃、復壓溫度約為134℃、終壓溫度約為115℃。與表4中的規范值相比，復壓溫度和終壓溫度略高于規范要求，其他溫度符合規范要求。將不同階段的溫度進行統計學分析，結果見表7。由表7可知，出廠溫度、到場溫度、初壓溫度、復壓溫度、終壓溫度的標準差分別為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 施工溫度測試結果Fig.4 Construction temperature test results

表7 施工溫度的數理統計結果Tab.7 Mathematical statistical results of construction temperature

3.4 壓實度

路段壓實度試驗結果見表8。由表8可知，低標號瀝青混合料6處不同位置的壓實度試驗結果分別為 94.7%、92.5%、92.4%、95.2%、93.4%、92.8%，兩處取芯樁號的壓實度均值分別為93.2%、93.8%，可見壓實瀝青混合料兩側存在壓實度不足的情況，總體壓實度滿足規范要求。此外，從保障瀝青混合料耐久性角度，應進一步改善壓實工藝保障壓實質量的均勻性。

表8 壓實度試驗結果Tab.8 Compaction test results

3.5 滲水系數

路面滲水系數的測試結果見表9，不同位置的滲水系數有較大的差異，但是均滿足規范控制要求。此外，兩處測試樁號均存在邊側滲水系數較中心位置高的情況，且不同位置的滲水系數均值差異達到了60 mL/min，可見不同路段的施工質量有較為顯著的差異，應進一步控制壓實質量來改善路面的滲水系數。

表9 滲水系數試驗結果Tab.9 Test results of water permeability coefficient

4 結語

（1）低標號瀝青混合料的生產過程中，通過控制原材料級配，可使生產的瀝青混合料級配、瀝青含量、馬歇爾指標與試驗設計值基本一致。

（2）低標號瀝青混合料施工過程中，不同階段的施工溫度隨施工的進行呈降低的趨勢，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）不同施工路段低標號瀝青混合料的壓實度與滲水系數總體滿足規范要求，但不同路段測試值之間具有差異，且相同路段兩側試驗結果較中心位置偏低，應進一步控制低標號瀝青混合料的碾壓工藝保障施工質量。