低标号沥青在新疆干旱高温地区路面铺装中的应用研究

程佳产，薛向荣，党建锋，李向利，黄露杰

（中铁一局集团第三工程分公司，陕西 宝鸡 721006）

0 引言

为推动西部地区的快速发展，高速公路网的建设成为了重要的一环，若羌至民丰高速公路的开工建设成为其重要的组成部分[1]。工程建设中发现，沿线新疆地区的自然环境极其恶劣，主要以盐渍土与沙漠为主，常年干旱少雨（年降雨量低于140 mm），蒸发量大（年约2 000～3 000 mm），辐射量大（平均辐射量6 000 MJ·m-1），昼夜温差大[2-4]。受此气候条件的影响，常规的沥青混合料常会面临车辙、开裂、推移等路面病害，降低路面的使用性能[5]。新疆地区特殊的气候特点以及对沥青混合料高温性能的要求，进一步突出了低标号沥青的使用重要性。低标号沥青具有黏度大、针入度小、软化点高的特点，使其具有优秀的抗车辙能力[6]。关于低标号沥青混合料应用研究方面，郭寅川等[6]测试并比较了50#、70#、90#、SBS沥青的高温、低温性能，并相应设计沥青混合料，分析了其路用性能，发现低标号沥青混合料的路用性能可以满足高温抗车辙地区的使用需求，且在全寿命周期中具有较高的经济效益。刘闯等[7]研究发现低标号硬质沥青的高温流变性能随标号的降低而增加。邹桂莲等[8]从低标号沥青混合料的材料组成设计方面进行考量，提出低标号沥青混合料设计过程中应兼顾高温性能与耐久性确定沥青含量。杨琳与蔡俊华等[9-10]发现低标号沥青混合料具有优秀的高温抗车辙能力，并在福建地区开展低标号沥青混合料施工应用工作。总体来说，现有低标号沥青混合料的研究工作主要集中在室内研究，在现场施工应用方面的研究较少，对施工效果方面的报道较少。

为研究低标号沥青混合料的应用效果，设计AC-25型低标号沥青混合料，并结合若羌至民丰高速公路项目分析低标号沥青混合料施工过程中材料组成、马歇尔指标等变化，评估低标号沥青混合料的施工质量。研究可为低标号沥青混合料在新疆干旱高温地区路面建设中的应用提供一定参考价值。

1 沥青混合料材料组成

1.1 原材料

若羌至民丰高速公路使用的AC-25型低标号沥青混合料原材料主要包括50#沥青，21～26 mm（1#）、16～21 mm（2#）、11～16 mm（3#）、6～11 mm（4#）、3～6 mm（5#）、0～3 mm（6#） 及矿粉。根据《公路工程集料试验规程》（JTG E42—2005）与《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）测试沥青与集料基本性能指标，结果分别见表1、表2。

表1 50#沥青性能指标Tab.1 Performance indexes of 50# asphalt

表2 矿料技术指标Tab.2 Performance indexes of mineral aggregate

1.2 设计材料组成

室内设计50#低标号沥青混合料的各档材料组成比例分别为1#∶2#∶3#∶4#∶5#∶6#∶矿粉=18∶11∶12∶20∶9∶27∶3，所设计的矿料合成级配如图1所示。根据图1设计矿料级配进行马歇尔试验，确定低标号沥青混合料的设计马歇尔指标见表3。

图1 设计级配Fig.1 Design grading

表3 设计沥青混合料马歇尔指标Tab.3 Marshall indexes of designed asphalt mixture

2 施工工艺与质量评价方法

2.1 施工工艺

低标号沥青混合料施工内容主要包括路面清理、乳化沥青撒布、低标号沥青混合料运输、摊铺、碾压等环节。各环节涉及的主要施工机具见表4。在施工过程中，为保证低标号沥青混合料的施工质量，需要控制摊铺碾压环节的施工温度以及碾压工艺，具体见表5。

表4 施工设备配置Tab.4 Construction equipment

表5 施工工艺Tab.5 Construction process

2.2 施工质量评价方法

（1）沥青混合料矿料级配与沥青含量分析

试验用于检测的沥青混合料均从施工现场的摊铺机尾部取样，共取样15 kg。采用四分法采集样品，保证被测试样的均匀性。采用全自动沥青混合料抽提仪进行抽提试验，测试低标号沥青混合料的级配与沥青含量。

（2）马歇尔指标分析

采用标准马歇尔试验成型现场取样的低标号沥青混合料，并测试马歇尔指标，包括：毛体积密度、空隙率、矿料间隙率、有效沥青饱和度、稳定度、流值指标。

（3）施工各环节温度分析

采用红外激光测温仪对沥青混合料摊铺温度、初压温度、复压温度和终压温度进行监测（如图2所示），共计检测20批次。

图2 现场温度测试Fig.2 Field temperature test

（4）施工压实度分析

采用钻芯取样的方法，分别对施工横断面两侧轮迹带位置及中心位置进行钻芯取样，并测试芯样的毛体积密度，评估施工压实度，计算如式（1）所示。

式中：D为芯样的压实度，%；ρ毛密为芯样的毛体积密度，g/cm3；ρ理密为沥青混合料的最大理论密度，g/cm3。

（5）渗水系数分析

根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）中渗水试验测定低标沥青路面的渗水系数。

3 结果分析与讨论

3.1 矿料级配与沥青含量

低标号沥青混合料的试验沥青含量试验结果为4.12%，与设计沥青含量一致。矿料级配试验结果如图3所示。由图3可见，低标号沥青混合料的现场试验矿料级配与设计级配基本一致。

图3 矿料级配试验结果Fig.3 Test results of mineral aggregate gradation

3.2 马歇尔指标

现场采样的低标号沥青混合料马歇尔指标试验结果见表6。由表6可知，采样的低标号沥青混合料毛体积相对密度、最大理论相对密度、矿料间隙率、有效沥青饱和度指标与设计值基本一致，空隙率、稳定度指标的试验值较设计值偏大，所测试的低标号沥青混合料的马歇尔指标均在规范要求的范围内。

表6 马歇尔指标试验结果Tab.6 Marshall index test results

3.3 施工温度

不同阶段20组施工温度的变化趋势如图4所示。由图4可见，沥青混合料出料温度约为160℃，到场温度约为154℃、初压温度约为147℃、复压温度约为134℃、终压温度约为115℃。与表4中的规范值相比，复压温度和终压温度略高于规范要求，其他温度符合规范要求。将不同阶段的温度进行统计学分析，结果见表7。由表7可知，出厂温度、到场温度、初压温度、复压温度、终压温度的标准差分别为2.3℃、2.2℃、1.7℃、2.9℃、7.1℃，施工温度的离散性较小，表明施工过程中温度控制较为均匀。

图4 施工温度测试结果Fig.4 Construction temperature test results

表7 施工温度的数理统计结果Tab.7 Mathematical statistical results of construction temperature

3.4 压实度

路段压实度试验结果见表8。由表8可知，低标号沥青混合料6处不同位置的压实度试验结果分别为 94.7%、92.5%、92.4%、95.2%、93.4%、92.8%，两处取芯桩号的压实度均值分别为93.2%、93.8%，可见压实沥青混合料两侧存在压实度不足的情况，总体压实度满足规范要求。此外，从保障沥青混合料耐久性角度，应进一步改善压实工艺保障压实质量的均匀性。

表8 压实度试验结果Tab.8 Compaction test results

3.5 渗水系数

路面渗水系数的测试结果见表9，不同位置的渗水系数有较大的差异，但是均满足规范控制要求。此外，两处测试桩号均存在边侧渗水系数较中心位置高的情况，且不同位置的渗水系数均值差异达到了60 mL/min，可见不同路段的施工质量有较为显著的差异，应进一步控制压实质量来改善路面的渗水系数。

表9 渗水系数试验结果Tab.9 Test results of water permeability coefficient

4 结语

（1）低标号沥青混合料的生产过程中，通过控制原材料级配，可使生产的沥青混合料级配、沥青含量、马歇尔指标与试验设计值基本一致。

（2）低标号沥青混合料施工过程中，不同阶段的施工温度随施工的进行呈降低的趋势，总体施工温度的离散性较小，施工过程中温度控制较为均匀

（3）不同施工路段低标号沥青混合料的压实度与渗水系数总体满足规范要求，但不同路段测试值之间具有差异，且相同路段两侧试验结果较中心位置偏低，应进一步控制低标号沥青混合料的碾压工艺保障施工质量。