SBS改性沥青混凝土AC-20生产配合比设计研究

刘忠根，金亚龙，王文斌，李禹铮，许西淼，高 松

(吉林建筑大学 交通科学与工程学院，吉林 长春 130118)

黄陵至延安高速公路扩能工程是国家高速公路包头至茂名线G65在陕西境内的重要组成路段。项目路线起于宜君县崖头庄，终点位于安塞县沿河湾镇南侧，路线全长154.507 km。该项目区地处内陆，属暖温带大陆性半干旱气候，早晚温差较大，年均气温8.6～9.4 ℃。年平均降雨量552.663 1 mm。夏秋季温湿多雨，降雨量占全年的60%，区内季节性冻土深度65 cm。该工程路面结构层为18 cm水泥稳定碎石底基层，36 cm水泥稳定碎石基层，12 cm粗粒式密集配沥青碎石下面层，6 cm SBS改性沥青混凝土(AC-20)中面层，4 cm橡胶沥青混凝土(AR-GM13)上面层。

1 目标配合比的验证

在生产配合比设计之前，首先需要对目标配合比进行验证，主要包括对目标配合比使用的原材料和矿料配合比以及目标配合比确定的油石比的检测。

1.1 原材料检测

原材料包括改性沥青和集料，其检测结果如下

1.1.1 沥青

AC-20沥青混合料沥青采用SBS改性沥青，其试验检测结果如表1所示。

1.1.2 集料原材料

1)粗集料。采用石料场生产的石灰岩碎石，规格为19～26.5 mm、9.5～19 mm、4.75～9.5 mm、2.36～4.75 mm，技术性能见表2。

表1 SBS改性沥青试验项目及试验结果

表2 粗集料质量规格试验结果

2)细集料。机制砂采用9.5～19 mm的石灰岩碎石自行加工，技术性能见表3。

表3 机制砂试验结果

3)矿粉。矿粉采用9.5～19 mm的石灰岩碎石自行加工生产的矿粉，技术性能见表4。

科学理论不但给人类以行之有效的认识工具，而且往往成为他们的精神支柱和奋斗旗帜。只有揭示了客观事物发展规律，立足当时的历史现状，根植于人类发展与进步的实践，并与时俱进，不断丰富和发展，不断为进步人类的革命和建设实践所证实的理论，才能成为进步人类的科学信仰，才值得人们确立对这种理论的自信。

表4 填料试验结果

1.2 矿料配合比的检测

依据目标配合比确定的矿料级配，对掺配混合后的各档集料多次筛分，均能满足设计要求，故确定使用冷料级配比例为：19～26.5 mm∶9.5～19 mm∶4.75～9.5 mm∶2.36～4.75 mm∶0～2.36 mm∶矿粉=6.0%∶32.0%∶24.0%∶7.0%∶27.0%∶4.0%。

1.3 油石比进行检测

以目标最佳配合比最佳油石比进行马歇尔试验，检验马歇尔各项指标，经检测各项指标均能满足设计要求，实验数据如表5所示。

表5 AC-20最佳沥青用量马歇尔试件试验结果

2 生产配合比设计

采用日工 4000 型拌和机进行拌和，按选定的目标配合比各材料用量进行上料(矿粉不上料)，经拌和楼加热烘干二次筛分后，取各热料仓1#仓19～26.5 mm，2#仓9.5～19 mm，3#仓4.75～9.5 mm，4#仓2.36～4.75 mm，5#仓0～2.36 mm集料进行试验。

2.1 矿料级配合成

根据目标配合比试验结果，生产配合比进行设计，根据热料仓各矿料筛分情况，AC-20沥青混合料矿料合成级配结果如表6所示。

表6 AC-25沥青混合料矿料合成级配结果

根据表6数据，绘制生产配合比级配曲线如图1所示。

图1 生产配合比矿料级配曲线

2.2 生产配合比最佳沥青用量

生产配合比根据目标配合比设计的最佳沥青用量OAC、OAC±0.3%(油石比分别为4.0%、4.3%、4. 6%)分别进行马歇尔击实成型试件，进行沥青混合料马歇尔试验，用于确定生产配合比的最佳沥青用量，试验结果见表7。

表7 不同油石比生产配合比马歇尔试验检测指标

按表7以油石比为横坐标，分别以空隙率、毛体积密度、矿料间隙率、稳定度、流值、沥青饱和度为纵坐标绘制关系图如图2所示。

各指标符合表下表的沥青混合料技术标准的油石比范围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%

经综合分析，最后求得AC-20中面层沥青混合料最佳沥青用量为4.3%，初定的生产配合比如表8所示。

表8 生产配合比比例

2.3 生产配合比马歇尔指标检验

以最佳沥青用量和确定的矿料配合比进行成型试件，做马歇尔指标试验，其生产配合比试验检验结果如表9所示。

表9 生产配合比马歇尔检测指标

3 生产配合比验证

通过在铺筑的试验段K47+020-K47+540内，现场钻芯取样，检测验证，测求其马歇尔各项指标和使用性能指标如稳定度、流值、温度测量、压实度、平整度、摩擦系数、构造深度等。根据实验结果，如果某些指标不符合规范要求，找出原因，需要对生产配合比进行调整的迅速调整，该试验段经测试性能指标满足要求，确定了原拟定的生产配合比。马歇尔指标、性能试验结果见表10。

图2 马歇尔试验结果

试验指标规定值试验结果毛体积相对密度-2.453空隙率VV/%4～54.2间隙率VMA/%13～1413.5沥青饱和度VFA/%65～7568.6有效沥青体积百分率/%-9.2稳定度MS/kN≥819.2流值FL/mm2～42.4冻融劈裂强度比/% ≥8586.9 残留稳定z/%≥9096破坏应变(-10 ℃,50 mm/min)/uε≥2 6002 800.6(平均值)

生产配合比验证解决的两个主要问题是拌和温度和拌和时间。

拌和温度需在规范规定的温度范围内，且混合料色泽均一，流而不散，则认为原拟定的加热温度可行。拌和温度过高会导致沥青老化，性能变差，过低沥青不能在矿料表面形成均匀的沥青膜，二者都会使混合料的性质变差。拌和温度过低还会影响摊铺和压实质量，黄延项目中面层确定下来的拌和温度为：干拌时间5 s，湿拌45 s。

拌和时间根据沥青对矿料的裹覆情况确定。按裹覆情况好坏分开，以裹覆率大于 95%的拌和时间为最佳拌和时间[9]，黄延项目中面层最终确定下来的控制温度如表11所示。

表11 AC-20沥青混合料温度控制标准 ℃

从试验路段K47+020-K47+540(左幅)内随机取样，经试验检测均符合技术规范要求，验证了配合比设计正确性，试验段施工质量控制符合施工技术要求参见表12。

表12 试验段现场检测结果

4 结束语

通过对目标配合比验证和生产配合比设计以及生产配合比验证过程，考虑到目标配合比和生产配合比设计的相似和不同，可得出以下结论：

1)由于拌合楼拌和设备并不能都完全按预定功能工作，使得生产配合比与目标配合比矿料级配有差异，为使经调试的矿料级配满足设计要求，这就需要未来进一步对生产配合比拌合楼调试技术进行研究。

2)由于拌和楼拌和过程中，需要控制的变量较多，经铺筑的拌合料的路用性能受很多因素影响，这就需要在确定好配合比后要跟踪观测拌合厂冷料仓和热量仓供料情况和现场实际铺筑路段的混合料生产均衡稳定性。在生产中每天取混合矿料进行试验，发现与设计有出入，找出原因，及时进行调整，确保合格的配合比运用到施工生产中。