热带草原气候下公路沥青混凝土配合比设计

康军亮

（中国水利水电第四工程局，西宁810007）

1 工程概况

西非安哥拉属热带草原气候，全年分旱、雨两季，气候炎热，气温高、湿度大。年平均气温20.9℃，最高气温32.6℃，年平均降雨量为510～960mm。恩泽托—索约高速公路项目是安哥拉政府规划的当前境内最高等级的一条高速公路，本标段路线全长96km，设计时速100km/h。一般标准路基宽度为39.5m，双向四车道，路面宽度11m，凹形中央分隔带17.5m，行车道外侧路肩宽2.5m；村镇路段路基宽度为44.5m。本项目的施工范围为本段落除去桥梁部分的其他所有工程项目，主要包括道路土石方、底基层天然砂砾石、基层级配碎石、下面层6cm沥青混凝土、上面层6cm沥青混凝土道路设施等。

2 配合比的主要内容及设计思路

沥青混凝土路面作为一种路面结构形式，以其行车舒适、噪声低、易于维护等优点，被广泛应用于公路建设中。但路面普遍存在耐久性差，早期损坏的问题。其中主要原因就是沥青混凝土配合比设计或施工摊铺碾压工艺不合理。确定沥青混凝土的最佳沥青用量，制作马歇尔试件，测定马歇尔试件的力学性能：稳定度、流值，检测沥青混合料的最大理论密度。计算混合料的物理指标：毛体积密度、空隙率、沥青体积百分率、矿料间隙率和沥青饱和度。对所有性能指标绘制曲线图，绘制空隙率、稳定度、流值、矿料间隙率、饱和度和沥青掺量的关系曲线图[1]。

3 原材的检测标准及选择

原材料的检测和选择是沥青混凝土配合比设计前必不可少的一个环节。检测原材技术指标要满足美国AASHTO规范的有关规定，选择和确定原材料也要结合当地地材料的供应情况。（1）沥青的选择：沥青混凝土中沥青结合料应有较高的黏度，以保证有足够的高温稳定性，本项目在热带草原性气候，降水量集中，灾害性天气比较严重。选用伊朗产60/70石油沥青，对伊朗沥青进行各项检测指标符合规范要求。（2）粗、细集料均采用扎伊尔省项目部料场自行加工生产。集料属于花岗岩，偏酸性。按粗集料的技术规范要求，对压碎值、吸水率、黏附性、针片状含量，坚固性，洛杉矶磨耗、视密度都进行检测。细集料对视密度、及石粉含量进行检测。粗细骨料性能都满足规范要求。（3）填料的选择。沥青混合料中必须采用石灰岩和岩浆中的强基性岩石等憎水性石材料磨细得到的矿粉，矿粉应干燥洁净能自由地从矿粉仓流出，其表观密度不小于2.45t/m3，其粒径范围满足规范要求。填料采用的当地生产的P·O42.5硅酸盐水泥代替，掺量比例按照2%掺配，技术指标满足规范要求[2]。（4）抗剥离措施。采用添加0.5%的抗剥落剂改善集料黏附性。试验方法采用水煮法检测黏附性指标。检测结果沥青膜少部为水所移动，厚度不均匀，剥离面积百分率少于10%，达到沥青与集料黏附性四级，满足沥青混凝土沥青与集料的黏附性要求。

4 矿料级配组成的选择

选择合适的沥青混合料级配类型是确保沥青混凝土路面质量的前提，沥青混凝土面层设计，规范规定，上面层沥青混凝土的最大粒径不宜超过该层厚的1/2；沥青结构层混合料集料最大公称尺寸不宜超过该层厚的1/3[3]。项目部料场生产的沥青集料规格是25~19mm、19~9.5mm、9.5~4.75mm、4.75~0mm 4种，根据集料的筛分结果首先初选出粗、中、细3个不同比例的级配进行试配。

5 马歇尔试验

确定矿料混合比例，计算各种矿料的试拌用量，根据规范的推荐和经验，估计适用的沥青用量为中值，按0.5%间隔变化，分别取掺量为3.0%、3.5%、4.0%、4.5%、5.0%不同的沥青用量，用沥青混合料拌和机拌制。分别备制最大理论密度样品、马歇尔试件。马歇尔试件按规范规定两面击实75次成型，用卡尺测量试件中部的直径，用十字对称的4个方向测量边缘10mm处的高度，求平均值，试件高度按（63.5±1.3）mm控制，不满足尺寸要求的废弃。测得马歇尔试件在空气和水中重量以后，在（60±1）℃的恒温水浴中放置30min。开始马歇尔试验，直至试件加载破坏时纪录最大荷载和流值。测得混合料最大理论密度。计算出试件的密度、空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度等。

沥青用量为横坐标，以沥青混合料试验的密度、空隙率、沥青饱和度、马歇尔稳定度和流值为纵坐标，绘制成关系图，从曲线上找出相应于最大密度、最大稳定度、目标空隙率（或中值）及沥青饱和度范围中值对应的4个油石比，求出4者的平均值作为最佳掺量比初始值OAC1；如果对选择试验的沥青掺量比范围，密度或稳定度没有出现峰值，可直接以目标空隙率所对应的掺量比作为OAC1。然后，以各项指标均满足沥青混凝土各项标准要求的掺量比范围（OACmax，OACmin）的中值为 OAC2。最佳掺量比的初始值 OAC1在 OACmax与OACmin之间，设计结果是可行的，可取OAC1与OAC2的中值作为目标配合比的最佳掺量比OAC，并结合当地的气候特点和实际情况得出最佳掺量比。

6 配合比验证

为了检验沥青混合料的抗水损害性能，进行了设计油石比下的沥青混合料的浸水马歇尔试验，试验结果残留稳定度为89.4%，大于规范要求80%；动稳定度试车辙试验平均值为2196次/mm，满足规范要求≥1500次/mm[4]；渗水系数试验数据为53 m L/min，满足≤100m L/min。目标配合比结果表明：设计AC-25型目标配合比沥青混合料的性能均满足技术要求。

7 生产配合比

根据目标配合比，拌和楼振动筛的筛孔尺寸分别设定为：35mm ×35mm、20mm×20mm、12mm ×12mm、7mm ×7mm、3mm ×3mm，安装角度12°。按目标配合比确定的比例上料，仓门开启比例30%，对各料仓的热料进行试验，最终确定生产配合比。根据AC-25沥青混凝土路面设计要求及当地气候条件。本次沥青掺量为4.0%时空隙率为4.3%，且其他各项指标均满足设计要求。

8 结语

公路沥青混凝土的技术性能指标对沥青路面的渗水系数、车辙及耐久性都影响很大，科学的配合比设计，能确保沥青混凝土的各项技术性能。同时，严格把控原材料及现场施工质量，才能有效地提高路面的工作性能和耐久性能，防止早期病害的发生。