基于法国规范下沥青混凝土配合比设计的探讨

(中国港湾工程有限责任公司， 北京 100027)

结合本人参与的非洲刚果共和国国家 1号公路项目，即连接该国经济中心黑角（POINTE-NOIRE）和政治中心布拉柴维尔（BRAZZAVILLE）的交通大动脉，作为该项目的现场负责人，笔者浅谈对法国规范标准下路面面层沥青混凝土配合比设计的基本理念。

该项目从黑角至布拉柴维尔全长近 600公里，地形复杂，地质多变，位于中部非洲赤道热带雨林气候带，雨季旱季分明，雨季高温多雨，特别是穿越地形复杂的马永贝森林段。本项目路面结构设计由下至上依次是：25cm的天然砾料底基层0/40，20cm的级配碎石基层0/31.5，煤油稀释沥青透层cut-back 0/1，乳化沥青粘层，5cm的沥青混凝土面层BBSG 0/14，属于较为典型的强基薄面的路面结构。

1 沥青混凝土BBSG 配合比设计的理论依据

通常道路路面结构层设计，在满足一定的交通流量及设计年限的前提下，需满足相应的力学性能：1）一定的刚性模量；2）一定的抗疲劳性；3）一定的抗车辙性。因此，在路面结构层设计上，需要寻求三者性能的最佳平衡，而不是一味追求某一性能，否则反而会降低其它性能，从而影响道路的整体使用寿命。

沥青混凝土BBSG（Bétons Bitumineux Semi-Grenus）设计参照法国规范（NF P98-130，即新版欧洲标准NF EN13108-1），其中沥青混凝土面层BBSG 0/14的理论混合集骨料级配区间如下所示。

图一：BBSG 0/14集骨料筛分级配曲线图

在确定了混合集骨料级配后，根据实践经验及需要满足的设计丰度模数K来确定理论的沥青混凝土配合比设计的理论沥青含量百分比。此处的沥青含量，指的是相对于混合集骨料重量的百分比含量，不包含沥青在内的重量。下表中确定的理论沥青含量对应于BBSG 0/14筛分级配中位值的沥青含量百分比。

表一：确定沥青混凝土配合比的理论沥青含量

本项目的设计单位与施工单位均是中国公司，拟采用的沥青混凝土为中国标准下的AC-13C型，使用的沥青为南非生产的60/70号沥青（其主要参数指标见下表二）；混合集骨料的规格分别为当地采石场生产的0/2.5mm、2.5/5mm、5/10mm、10/15mm四种级配的骨料，按比例12%：33%：21%：31%，以及矿粉3%，其中矿粉为当地采石场球磨机生产的，并外加沥青用量0.3%的中国生产的抗剥落剂为添加剂。混合集骨料的表观密度为2.61g/cm3，碎石的洛杉矶磨耗试验（LA = 25.3）及微型狄法尔磨耗试验（MDE = 23.2）均符合沥青混凝土BBSG集骨料的要求（LA≤ 35，MDE ≤ 30，LA + MDE ≤ 55）。

表二：沥青的主要技术指标

图二：AC-13C的混合集骨料筛分级配曲线及沥青试配含量

该 AC-13C型沥青混凝土混合集骨料的筛分级配曲线，类似于法国规范的BBSG 0/14型沥青混凝土，按同样的原理计算得到理论最佳沥青含量为5.11%。以此为基础，在现场实验室可以分别试配4.5%、4.8%、5.1%、5.4%等不同沥青含量的沥青混凝土拌合料，并分别验证其性能以确定最佳油石比。为了得到最佳性能的沥青混合料，需要通过一系列实验室试验来验证，包括旋转剪切PCG试验、马歇尔Marshall试验、多利士DURIEZ试验、车辙试验等。在此案例中，最终得到的AC-13C型沥青混凝土的最佳沥青含量为5.0%。

在实验室配合比的基础上，需要结合项目现场及沥青拌合楼的工艺，试配生产配合比。按约定将集骨料按比例进料到冷料仓后，经过加热、干燥、除尘，把骨料送入不同分筛的热料仓，加入相应的矿粉，控制好每一个热料仓的骨料，最后加入沥青及抗剥落剂，使得生产出来的沥青混凝土拌合料与实验室得到的性能一致。在整个生产过程中，集骨料的温度（不宜超过175℃），沥青混合料的温度（145-165℃）控制是关键。

2 沥青混凝土配合比主要验证试验

在沥青混凝土试配过程中，需要最优化其性能，这就需要不同的试验去相互验证，以期达到各个不同性能的最佳组合：

Ø 达到最佳空隙率，即使得路面既要达到最密实状态而提供足够的承载力要求，又要避免过于压实使得路面容易产生疲劳破坏。该性能可以通过实验室旋转剪切PCG试验和多利士DURIEZ试验验证。

Ø 达到最佳水稳性能，由多利士试验验证，即两组圆柱体试块，在18℃环境下，分别浸水与非浸水保存 7天后，压力机压碎破坏后的比值来验证其水稳定性能。考虑到该项目位于潮湿多雨的热带气候条件下，要求路面的水稳定性能高，而多利士试验通常能比浸水马歇尔试验更能反映其验证效果。

Ø 达到最佳抗车辙性能，由车辙试验验证，在实验室由沥青混凝土试块在车辙试验仪中，模拟在连续不断的轮胎来回循环反复碾压作用下，能够承受的轮压次数（1000, 3000, 10000, 30000，...）与车辙深度的相互关系来确定其抗车辙的性能。

表三：沥青混凝土BBSG 0/14主要技术指标要求

一般对于 BBSG沥青混凝土配合比只需要验证以上基本试验即可，而对于其它如沥青碎石基层（GB或EME）或是高模量沥青混凝土连接层或面层（BBME或BBTM），需要做复杂模量试验及疲劳试验等，以便进一步验证其性能。

3 沥青混凝土路面施工的质量控制

沥青拌合楼按最佳油石比生产的沥青混凝土拌合料，通过对其做萃取实验，分析其沥青含量及混合集骨料的筛分级配，检测其是否符合既定的沥青混凝土配合比设计。

沥青混合料摊铺前，施工路段的紧前准备工作尤为重要：施工路段需清扫除尘后，撒铺一层粘层油，以起到有效连接基层透层与面层的作用。该粘层油有效破乳后，开始摊铺沥青混合料。对于 50-70号沥青的混合料，出拌合楼的温度不宜超过165℃，下料到摊铺机的温度不宜低于145℃。一旦某段摊铺预压到位后，需按施工组织方案中约定的，胶轮压路机紧随摊铺机，接着光轮压路机，同时静压与震动碾压组合，已保证沥青混合料在有效温度内碾压成型，确保道路面层的压实度达到要求。

沥青路面成型后，通过钻芯取样，对其做压实度及厚度检测，也可通过伽马密度仪检测压实度。此外，其它的检测还包括路面的承载板实验，路面的纹理构造检测，路面的平整度检测等。

通过 AC-13C型沥青混合料路面在当地的实际使用效果来看，既能满足当地高温稳定性的要求，又能具有良好的耐久性及水稳定性能。

4 结语

结合非洲刚果共和国国家 1号公路的实施工程案例，阐述了沥青混凝土配合比设计的基本原理及主要的验证试验；同时也是 AC-13C型沥青混凝土配合比设计结合法国规范在非洲热带地区的推广与应用的成功典范。

[1]Couches de roulement et couches de liaison : Bétons bitumineux semi-grenus(BBSG) : NF P98-130, Novembre 1999

[2]Les enrobés bitumineux- Tome 1 : Henri Moulierac, François Prévost

[3]Enrobés bitumineux à chaud- Mise en application des nouvelles normes NF EN : CFTR- Info N°17, Décembre 2008

[4]Exécution des corps de chaussées, couches de liaison et couches de roulement- Constituants / Composition des mélanges / Exécution et contrôles : NF P98-150, Dé cembre 1992