高速公路干湿交替环境下路用沥青混合料配合比优化设计

李蔓琴 姜龙飞

摘  要：本文在对老挝高速公路干湿交替环境下路用沥青混合料配合比影响因素的研究基础上进行优化设计。项目位于老挝境内，属中南半岛热带、亚热带干湿季节交替环境，该环境对高速公路路面结构影响较大。为解决高速公路沥青路面出现的各种早期病害问题，达到提升路面耐久性的目的，根据本项目的工程特点及目前已有工程实践和研究成果所存在的不足，旨在通过本文研究提高沥青混合料的高温稳定性和水稳定性。

关键词：沥青混合料  配合比  优化设计  高温稳定性  水穩定性

中图分类号：TU997                          文献标识码：A                  文章编号：1674-098X（2021）01（a）-0021-03

Abstract： Based on the research on the influencing factors of asphalt mixture mix proportion under the dry wet alternate environment of Laos expressway， the optimization design is carried out in this paper. The project is located in Laos， belonging to the alternate environment of tropical and subtropical dry and wet seasons in Indochina Peninsula， which has a great impact on the pavement structure of expressway. In order to solve various early diseases of Expressway Asphalt Pavement and improve the pavement durability， according to the engineering characteristics of this project and the shortcomings of existing engineering practice and research results， this paper aims to improve the high temperature stability and water stability of asphalt mixture.

Key Words： Asphalt mixture; Mix proportion; Optimization design; High temperature stability; Water stability

针对本文依托项目位于老挝境内，属中南半岛热带、亚热带干湿季节交替环境，该环境对高速公路路面结构影响较大，在雨季容易出现啃边、局部沉陷、翻浆唧浆、网裂、脱粒、松散，进而形成坑槽现象，旱季出现车辙、推挤、拥包、波浪等永久性变形。由于受环境影响较大，为解决高速公路沥青路面出现的各种早期病害问题，达到提升路面耐久性的目的。根据本项目的工程特点及目前已有工程实践和研究成果所存在的不足，旨在通过本文研究提高沥青混合料的高温稳定性和水稳定性。

1  项目自然环境影响因素

1.1 气象

区内为热带雨林气候，年平均气温22.3～31℃，每年3～5月气候炎热，最高气温为4月平均达34.4℃，6～10月气候湿热，11月至次年2月相对凉爽，平均气温 21.4～21.9℃，1月气温较低，月平均气温为10～20℃。

境内雨量充沛，年降水量1278.30～2493.50mm，多年平均降水量1822.7mm，其中85%集中在5～9月雨季，月降雨量以12～1月为最少。平均年降雨天数为107天，日最大降雨量510mm（1981年8月6日）。相对湿度3月最低为63%，8月最高达83%。蒸发量6～9月最低，为59.4～68.2mm，3月最高达172mm。

区域内气候条件总体对施工有利，但洪涝是影响本项目的主要的气候因素，特别是万象冲积平 原段、万荣沿河谷段，应合理安排项目建设工期，充分重视路基填筑、路面防、排水设计，构造物安全及运营安全。

1.2 水文

区内地表水系发育，多呈格状、羽状水系，总体属湄公河水系。湄公河（Mekhong River）是老挝境内最大的河流，流经西部地区长1900km，湄公河在老挝境内支流众多，沿路线附近主要支流有南松河（Nam Song River）、南利河（Nam Lik River）、南俄河（Nam Ngum River）等及更次级北东、南西向羽状水系，河流流量受季节影响较明显。路线横跨其众多支流。区内还有许多水面面积在数百——数万平方米的水塘及湖泊，是当地居民除井水和河流水以外的另一重要用水来源。河流和水塘及湖泊是区内地下潜水的主要补给源之一。

2  原材料的优化选择

2.1 集料

沥青混合料所使用集料的品质对于路用性能会产生重大影响。针对粗集料而言，要求具有满足标准规范的硬度和强度与沥青有非常好的粘附性，且要求表面粗糙、多棱角、无杂质、洁净、干燥、无风化，颗粒接近立方体。针对细集料而言，应保证洁净、干燥且有适当的颗粒级配。

根据老挝万象地区气象情况，全年气温普遍在30℃以上，路面温度甚至可达45～60℃。为了提高高温稳定性，应该选择集料间能够形成紧密的嵌挤作用，提高沥青混合料的内摩阻力。研究表明，破碎细集料相比较于破碎粗集料对提高高温稳定性具有更加优秀的表现。

尽可能选取能够与沥青能够起化学吸附作用的矿质材料，更能改善沥青混合料的抗变形能力。例如，石灰岩材料颗粒表面起化学吸附作用的薄层沥青的内聚力，大大超过了花岗岩颗粒表面上沥青的内聚力。而随着沥青内聚力的增大，沥青混合料的强度和抗变形能力也得到了提高。

2.2 沥青

沥青混凝土的主體自然是沥青，沥青的好坏在很大程度上决定着沥青混凝土路面的使用期限以及适应能力。所以，既要密切关注沥青质量的好坏，同时也要注重该沥青对于当地自然环境、气候及道路运行情况的适应性，例如，该项目地处热带雨林气候高温，雨量充沛干湿交替。根据项目情况，沥青的高温粘度越大，与集料的粘附性越好，相应的沥青混合料的抗高温变形能力就越强且对水稳定性能也有提高。

2.3 矿粉

矿粉指的是粒径小于0.6mm的石灰岩磨细的填料。填料在沥青混凝土中扮演着一种添加剂的角色，要配合需求投放，投放的量过少会导致沥青难以吸附，投放的量过多则会使胶泥成团，致使路面离析，造成不良后果。

3  结合项目情况沥青混合料配合比设计

3.1 目标配合比设计

根据材料的确定和性能的测试，结合气候特点和交通条件选择相应的沥青型号。由道路等级、路面结构层位等确定采用AC-25C型沥青混合料。通过图解法或者试算法确定各种材料间的比例关系，并且根据多年的实践经验，调整AC-25C型的级配范围接近规范级配的上、下限。对集料进行筛分，从而使混合料达到较高密度和内摩阻力。因此矿料生产过程中，应关注矿料的级配变化，防止部分筛孔通过率超出级配范围，影响混合料的质量。

根据各种材料的配合比例，结合SBS改性沥青，参考规范要求的沥青用量范围，按0.5%间隔变化取5个不同的沥青用量，进行马歇尔试验。通过对目标配合比设计得出如表1所示结果。

3.2 最佳沥青用量确定试验检测

根据最佳沥青用量结果，对该AC-25C沥青混合料生产配合比进行各项指标试验检测。根据试验验证结果数据（表2）表明，各项指标符合JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》及设计文件中的技术要求。

4  结语

本文主要以老挝高速公路项目为依托，通过分析项目所处干湿交替自然环境条件下对沥青混凝土路用性能的影响，研究得出提高沥青混合料的高温稳定性和水稳定性最为关键。通过从矿料选择到配合比优化设计，在增强沥青混合料的高温稳定性和水稳定性的同时遵循性能平衡原则，以达到设计出最优生产配合比设计方案。最后通过对配合比设计方案进行试验检测各项指标是否符合JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》及设计文件中的技术要求。

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