GAC-16C型沥青混合料在路面预防性养护中的配合比设计及施工质量控制

期刊: 建筑监督检测与造价 DOI: PDF下载

孙健

（广东华美加工程顾问有限公司 广州 510000）

摘要

GAC-16C型混合料相较于AC-16有着更粗的级配，更好的抗滑性、抗车辙性及高温稳定性，属于一种改进型密集配沥青混合料。由于级配较粗，若配合比设计不合理，施工质量控制不严格，容易出现离析及均匀性不足的情况。基于此，本文依托高速公路预防性养护项目，从目标配合比设计、生产配合比设计及验证，再到施工过程中现场质量控制，对质量控制的各环节进行了全过程跟踪研究，明确了适用于本项目GAC-16C型混合料的各项参数指标及施工质量控制要点，为后续类似项目提供了参考。


关键词

配合比设计；GAC-16C；养护

正文


（引言）随着我国基础设施建设的日益完善，交通量的增长对高速公路路面性能提出了更好的要求。目前广东省高速公路大量的沥青路面已进入性能衰减期，选择一款价格经济，性能卓著的路面预防性养护沥青混合料材料显得尤为重要。GAC-16C型沥青混合料，有着良好的抗车辙、抗高温、抗滑性能，同时便于施工也有着良好的经济性，在广东地区的应用较为广泛。目前，在高速公路预防性养护中的配合比设计及施工质量控制的研究较少，本文从室内试验阶段到现场施工摊铺阶段，再到后续的工程检测，全过程系统的总结了GAC-16C在路面预防性养护中的质量控制的各项关键参数指标[1-3]，为后续类似预防性养护项目提供了参考。

1 项目背景

本项高速公路项目自建成通车以来，由于交通量的增长以及重载车辆比例较大，公路长期超负荷运行，路面病害逐渐增多，道路行驶质量日趋下降。本项目为竣工验收前将根据路面病害情况对路面进行预防性养护，计划在慢车道对部分路段进行铣刨，重新在上面层铺筑宽3.8m，厚4.5cm的GAC-16C型沥青混凝土。

2 配合比设计

2.1 目标配合比设计

本项目GAC-16C型沥青混合料目标配合比设计，按矿料筛分结果进行组配，以4.75mm、2.36mm、0.075mm为关键筛孔，各档集料的掺配比例见表1所列，合成矿料级配如表2，配合比级配曲线详见图1。

表1 目标配合比级配矿料掺配比例

材料规格(mm)

10～18

5～10

3～5

0～3

矿粉

水泥

掺配比例（%）

41

25

4

26

2

2

表2 合成级配及级配范围（%）

筛孔

(mm)

19.0

16

13.2

9.5

4.75

2.36

1.18

0.6

0.3

0.15

0.075

级配

上限

100

100

90

70

44

35

29

23

18

13

8

级配

下限

100

95

70

50

26

18

15

12

8

6

4

级配

中值

100

97.5

80

60

35

26.5

22

17.5

13

9.5

6

合成

级配

100

97

77.6

58.2

33.0

25

19

14.5

10.7

7.7

5.5

 

 

图1 GAC-16C沥青混合料矿料级配曲线图

2.1.1目标配合比试验结果

试验结果表明，所设计的GAC-16C目标配合比在最佳油石比4.7%能满足规范及设计要求。即采用GAC-16C沥青混合料目标配合比为：10-18mm: 5-10 mm:3-5 mm: 0-3mm:矿粉：水泥=41：25：4：26：2：2。配制的GAC-16C沥青混合料，其油石比范围为4.4~4.8%，建议最佳沥青油石比4.7%，但生产采用的施工沥青用量需经试拌、试铺、压实工艺和现场效果最终确定。

2.2 生产配合比设计

2.2.1矿料级配设计

GAC-16C沥青混合料生产配合比设计采用拌合楼生产热料：4#仓热料（11～18mm）、3#仓热料（6～11mm）、2#仓热料（3~6mm）以及 1#仓热料（0～3mm），配合比所采用的矿料筛分结果见表3所列。

表3 矿料筛分结果

筛径（mm）

11-18mm

6-11mm

3-6mm

0-3mm

矿粉

水泥

26.5

100

100

100

100

100

100

19

100

100

100

100

100

100

16

88.8

100

100

100

100

100

13.2

51.3

100

100

100

100

100

9.5

1.1

83.4

100

100

100

100

4.75

0.1

3.8

33.2

96.7

100

100

2.36

0

0.1

0.1

82.3

100

100

1.18

0

0.1

0.1

54.1

100

100

0.6

0

0.1

0.1

36.5

100

100

0.3

0

0.1

0.1

19.3

100

100

0.15

0

0.1

0.1

8.4

93.0

99.5

0.075

0

0.1

0.1

4.5

80.5

96.5

表观相对密度

2.964

2.957

2.961

2.869

2.725

3.034

毛体积相对密度

2.924

2.912

2.911

2.788

/

/

按矿料筛分结果进行组配[4]，以4.75mm、2.36mm、0.075mm为关键筛孔，各档集料的掺配比例见表4所列，合成矿料级配如表5，配合比级配曲线详如图2所示。

表4配合比级配矿料掺配比例

材料规格(mm)

11～18

6～11

3～6

0～3

矿粉

水泥

掺配比例（%）

35

27

6

27

3.5

1.5

表5合成级配及级配范围（%）

筛孔

(mm)

19.0

16

13.2

9.5

4.75

2.36

1.18

0.6

0.3

0.15

0.075

级配

上限

100

100

90

70

44

35

29

23

18

13

8

级配

下限

100

95

70

50

26

18

15

12

8

6

4

级配

中值

100

97.5

80

60

35

26.5

22

17.5

13

9.5

6

合成

级配

100

96.1

83

60.9

34.1

27.3

19.6

14.9

10.2

7

5.5

 

 

图2 GAC-16C沥青混合料矿料级配曲线图

2.2.2确定最佳油石比

选择目标配合比最佳油石比4.7%及其±0.3%共计三个油石比进行生产配合比最佳沥青用量确定试验。

按JTG E20-2011中的T0702-2011和T0709-2011规程进行了马歇尔最佳沥青用量试验，马歇尔试验试验结果见表6。 

表 6 GAC-16C 生产配合比马歇尔试验结果

油石比

毛体相对 积密度

最大相对密度

空隙率(%)

VMA (%)

VFA (%)

稳定度

(kN)

流值

(0.1mm)

4.4%

2.573

2.707

5.0

14.3

65.4

11.08

33.8

2.567

2.707

5.2

14.5

64.3

10.73

32.0

2.579

2.707

4.7

14.1

66.5

11.50

33.8

2.569

2.707

5.1

14.4

64.7

11.10

36.2

平均值

2.572

2.707

5.0

14.3

65.2

11.10

33.9

4.7%

2.571

2.695

4.6

14.6

68.6

10.35

33.3

2.577

2.695

4.4

14.4

69.8

12.41

34.6

2.579

2.695

4.3

14.4

70.1

13.34

34.1

2.573

2.695

4.5

14.6

69.0

10.57

39.6

平均值

2.575

2.695

4.4

14.5

69.4

11.67

35.4

5.0%

2.580

2.682

3.8

14.6

73.9

9.95

35.2

2.583

2.682

3.7

14.5

74.5

10.76

35.3

2.578

2.682

3.9

14.6

73.5

10.46

38.9

2.578

2.682

3.9

14.6

73.5

11.27

33.3

平均值

2.580

2.682

3.8

14.6

73.8

10.62

35.7

根据GAC-16C马歇尔配合比设计要求，建议沥青油石比范围为4.4～4.9%，初步确定生产配合比最佳油石比4.7%。按最佳沥青油石比4.7%进行马歇尔试验，结果见表7所列。

表 7 最佳油石比马歇尔试验结果

GAC-16C

油石比

（%）

理论密度

（g/cm3）

实测密度

（g/cm3）

空隙率

（%）

矿料间隙率（%）

饱和度

（%）

稳定度

（KN）

流值

0.1mm

试验结果

4.7

2.699

2.584

4.3

14.5

70.4

11.78

34.3

技术要求

/

/

/

4~6

≥13.5

65~75

≥9.0

15~40

2.2.3残留马歇尔稳定度试验

用油石比4.7%制备马歇尔试件，按T0709-2011（JTG E20-2011）规程进行GAC-16C沥青混合料浸水马歇尔试验，浸水马歇尔试验结果见表8所列，其残留稳定度为92.4%，满足改性沥青混合料的马歇尔残留稳定度大于90%的要求。

表8 浸水马歇尔试验结果

试验条件

毛体积相对 密度

最大相对密度

空隙率(%)

VMA(%)

VFA(%)

稳定度(kN)

流值

(0.1mm)

60℃,0.5h

2.571

2.695

4.6

14.6

68.6

10.35

33.3

2.577

2.695

4.4

14.4

69.8

12.41

34.6

2.579

2.695

4.3

14.4

70.1

13.34

34.1

2.573

2.695

4.5

14.6

69.0

10.57

39.6

平均值

2.575

2.695

4.4

14.5

69.4

11.67

35.4

60℃,48h

2.576

2.695

4.4

14.5

69.6

10.32

35.7

2.573

2.695

4.5

14.6

69.0

10.85

34.2

2.571

2.695

4.6

14.6

68.6

11.62

32.9

2.572

2.695

4.5

14.6

68.8

10.33

37.0

平均值

2.573

2.695

4.5

14.6

69.0

10.78

34.9

浸水马歇尔残留稳定度=10.78/11.67=92.4%

2.2.4冻融劈裂试验

采用油石比4.7%制备马歇尔试件，按T0729-2000（JTG E20-2011）规程进行了GAC-16C沥青混合料冻融劈裂试验，试验结果见GAC-16C目标配合比级配冻融劈裂试验结果见表9所列，其冻融劈裂试验残留强度比为90.0%，满足改性沥青混合料的冻融劈裂残留强度比大于85%的要求。

表9 浸水马歇尔试验结果

试验条件

毛体积相对密度

最大相对密度

空隙率

VMA

VFA

破坏最大荷 载(kN)

劈裂抗拉强度(MPa)

(%)

(%)

(%)

未冻融组

2.547

2.695

5.5

15.4

64.5

10.31

1.01

2.554

2.695

5.2

15.2

65.7

10.96

1.09

2.559

2.695

5.0

15.0

66.5

10.10

1.00

2.555

2.695

5.2

15.1

65.8

9.70

0.95

平均值

2.554

2.695

5.2

15.2

65.6

10.28

1.01

冻融组

2.552

2.695

5.3

15.2

65.3

9.45

0.94

2.557

2.695

5.1

15.1

66.2

9.29

0.92

2.551

2.695

5.3

15.3

65.1

9.93

0.99

2.550

2.695

5.4

15.3

65.0

8.30

0.82

平均值

2.553

2.695

5.3

15.2

65.4

9.23

0.91

冻融劈裂抗拉强度比 TSR=0.91/1.01=90.0%

2.2.5高温稳定性检验

采用油石比 4.7%制备车辙试件，按 T0719-2011（JTG E20-2011）规程进行了GAC-16C沥青混合料 70℃车辙试验，沥青混合料车辙试验结果见表10所列，其动稳定度 DS 为5187 次/mm，满足设计文件大于 3500次/mm要求。

表 10沥青混合料70℃车辙试验

试验项目

试样编号

总变形

(mm)

DS 试验结果

（次/mm）

试验平均值

(次/mm)

车辙动稳定度

（70℃，DS 值，次/mm）

1

2.123

4543

5187

2

1.709

5898

3

1.934

5120

采用油石比4.7%制备车辙试件，按T0730-2011（JTG E20-2011）规程进行了GAC-16C沥青混合料渗水试验，试验结果见表11，其渗水系数均值为 52ml/min，满足GAC-16C沥青混合料配合比设计检验指标中渗水系数不大于 100ml/min的要求。

表11 GAC-16C 沥青混合料渗水试验

试验项目

试样编号

试验结果(ml/min)

试验平均值(ml/min)

渗水试验

1

63

52

2

45

3

48

2.2.6生产配合比结论

上述试验结果表明，所设计的GAC-16C生产配合比在最佳油石比4.7%能满足规范及设计要求。即采用GAC-16C沥青混合料目标配合比为：11-18mm：6-11mm：3-6mm：0-3mm：矿粉：水泥=35：27：6：27：3.5：1.5。配制的GAC-16C沥青混合料，其油石比范围为4.4~4.8%，建议最佳沥青油石比4.7%，但生产采用的施工沥青用量需经试拌、试铺、压实工艺和现场效果最终确定。

3 现场铺筑

施工采用碎石封层技术：改性沥青用量在1.2～1.6kg/m2，碎石洒布数量为8～10kg/m2。沥青混合料采用JD5000型拌和设备拌制，拌和楼实测干拌时间为8s，填料+沥青+集料湿拌时间为47s，生产能力设定4吨/锅[5]，混合料拌和材料温度控制见下表12所列。

表12材料温度控制表

材料名称

改性沥青

集料

沥青混合料出厂温度

加热温度℃

160～170

165～190

170～185

第一车出厂温度

183

第二车出厂温度

179

第三车出厂温度

179

第四车出厂温度

178

第五车出厂温度

180

第六车出厂温度

179

第七车出厂温度

178

3.1混合料运输

采用自卸汽车运输沥青混合料，运料车采用两层篷布覆盖，用以保温、防雨、防污染。自卸车车厢平整、洁净，并涂刷1:3植物油水混合液。

3.2摊铺及碾压

摊铺摊铺速度按3.5m/mim控制。松铺系数按1.25摊铺。采用双钢轮压路机钢轮压路机初压2遍，胶轮压路机复压3遍，终压2遍。

          

图3 沥青混合料车出厂                     图4到场温度检测

          

          图5摊铺                             图6摊铺温度检

         

 图7 碾压                            图8 成型效果图

4 试验检测

施工完毕后对路面进行了检测，具体检测结果见表13～16所列。

表13 摩擦系数检测结果汇总表

检测桩号

K135+890

K135+990

K136+090

K136+190

K136+290

检测数值（mm）

62

66

63

64

60

设计值（mm）

≥54

试验规范

JTGE60-2008《公路路基路面现场测试规程》

JTGF40-2004《公路沥青路面施工技术》

表14 渗水检测结果汇总表

检测桩号

K136+000

K136+100

K136+200

K136+300

检测数值（ml/min）

61

62

61

54

渗水系数（ml/min）

≤100

试验规范

JTGE60-2008《公路路基路面现场测试规程》

JTGF40-2004《公路沥青路面施工技术》

表15 厚度及密实度检测结果汇总表

检测桩号

K136+020

K136+120

K136+220

K136+320

厚度数值（mm）

45

47

44

47

密实度数值（%）

98.8

99.5

99.3

99.6

设计值（mm）

≥45（厚度）     ≥97（马歇尔密度要求压实度）

试验规范

JTGE60-2008《公路路基路面现场测试规程》

JTGF40-2004《公路沥青路面施工技术》

表16 构造深度检测结果汇总表

检测桩号

K136+050

K136+150

K136+250

K136+350

检测数值（mm）

1.04

1.02

1.15

0.95

设计值（mm）

≥0.8

试验规范

JTGE60-2008《公路路基路面现场测试规程》

JTGF40-2004《公路沥青路面施工技术》

  

图9摆值摩擦系数检测                      图10渗水检测

由表13～16可知，所检测的摩擦系数、渗水系数、厚度和密实度、构造深度，均满足设计要求。

5 结语

通过本次预防性养护的路段施工及检测数据表明，本项配合比设计及施工质量控制达到了预期效果。现将本项目主要结论总结如下：

1、根据摩擦系数、厚度和密实度、渗水系数、构造深度检测结果表明及现场外观情况，总体质量控制符合理想要求，可选用该配合比方案大面积施工，为后续大规模预防性养护提供了参考。

2、现场施工过程中没有出现泛白现象，确定碾压遍数为采用双钢轮压路机初压2遍，胶轮压路机复压3遍，终压2遍，松铺系数为1.25。

3、通过本项目，验证了施工组织方案的可行性，以及人员、机械设备配置的合理性，各项措施均完全满足本项工程施工要求。

 

参考文献

[1] 谢广宁，伍宇，周勇.GAC-16C型沥青混凝土路面施工技术研究[J].广东交通职业技术学院学报，2016（2）：01-06.

[2] 邱志雄，李智，李东海，等.骨架密实型沥青混合料细观结构的抗滑特性［J］.华南理工大学学报(自然科学版)，2013(4):107-112.

[3] 吴枚良.GAC-16沥青上面层配合比设计及施工质量控制［J］.广东公路交通，2021,47(4):41-48.

[4] 周勇，伍宇，吴传海.GAC型沥青混合料施工允许波动的级配范围探讨［J］广东公路交通，2015(4):17-22

[5]吕瑞．地域性级配GAC-16C沥青混凝土在江肇高速公路中的应用研究[J]．公路交通技术，2013，（5）：
50-54.

 

作者简介：孙健(1986-)，男，工程师，硕士，主要从事路面结构与材料研究。

 

 

 


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