高速公路瀝青混凝土路面上面層關(guān)鍵施工試驗控制技術(shù)

　　摘 要：本文針對高速公路瀝青砼路面上面層的配合比設(shè)計和施工工藝控制等問題，談?wù)劚ＷC面層施工質(zhì)量的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)。

　　關(guān)鍵詞：道路工程；高速公路；瀝青砼路面；上面層；配合比；施工

　　0 前言

　　高速公路由于行車密度大、車速快，并且隨著車輛軸載明顯增加以及重車比例增大，給瀝青路面帶來了明顯的早期損壞（如轍槽、泛油、推擁等）。這也對瀝青路面的級配情況、抗滑性、平整度、密實性等提出了更高的要求。其中上面層是影響路面質(zhì)量最直接的因素，也是最主要的因素，要提高路面的工程質(zhì)量，上面層的施工質(zhì)量必須保證，筆者將從瀝青砼上面層配合比設(shè)計和施工，談?wù)劚ＷC高速公路路面上面層工程質(zhì)量的幾個關(guān)鍵因素。

　　1 瀝青砼上面層配合比設(shè)計  

　　瀝青砼路面上面層配合比的設(shè)計過程包括目標配合比設(shè)計階段、生產(chǎn)配合比設(shè)計階段和生產(chǎn)配合比驗證階段。  

　　1.1目標配合比設(shè)計階段

　　1.1.1原材料的選擇

　　1.1.1.1瀝青

　　a.由于我省屬于熱區(qū)，所以瀝青應(yīng)選用稠度大且軟化點高的瀝青，以免夏季泛油。

　　b.修筑高速公路路面的瀝青，在高溫時要具有較低的感溫性，低溫時又具有較好的形變能力，所以選擇瀝青時應(yīng)盡量選擇溶—凝膠型結(jié)構(gòu)的環(huán)烷基稠油直餾瀝青。其中瀝青質(zhì)的含量為15%～25%，針入度指數(shù)在-2～+2之間，PVN值宜在0～0.5之間。

　　c.同時為了提高使用瀝青的品質(zhì)，特別是對重交通量瀝青砼表層，更應(yīng)該采用進口的瀝青如殼牌、埃索、阿爾巴爾亞，標號宜為AH-50或AH-70。

　　1.1.1.2集料 

　　a.骨料最大粒徑的確定：級配中的粗集料粒徑大小與瀝青混合料的抗疲勞強度和抗車轍能力有密切的關(guān)系。從國內(nèi)外相關(guān)科研資料表明，當瀝青混合料厚h與最大粒徑D的比值接近2時，表面層的抗滑性、路面抗車轍能力、耐久性有明顯的提高，同時可心減少路面平整度的衰減。

　　b.判斷集料的酸堿性。由于瀝青含有瀝青酸顯酸性，為了使集料與瀝青有較好的結(jié)合能力，所以在選擇時應(yīng)該不考慮酸性的集料。

　　c.瀝青砼表層的集料，應(yīng)該選用潔凈、干燥、無風(fēng)化、堅硬、耐磨、韌性好的碎石，同時應(yīng)符合磨耗值、道瑞磨耗值、沖擊值和壓碎值等要求。

　　d.為了使瀝青砼表層的細集料與瀝青有良好的粘結(jié)能力，盡量使用人工的機制砂或石屑，而避免使用天然砂。因為我省區(qū)的天然砂絕大部分屬于酸性。

　　1.1.1.3填料

　　瀝青砼用的填料宜采用石灰?guī)r或巖漿中的強基性巖石（憎水性石料），經(jīng)磨細得到的礦粉。礦粉要求干燥、潔凈的。當采用水泥、石灰、粉煤灰作填料時，其用量不宜超過礦粉總量的2%。

　　碎石嚴禁尺寸有重疊現(xiàn)象，一般選10～20mm、5～10mm、0～5mm、不允許選用5～10mm、10～20mm、10～30mm之類的碎石，避免拌和出現(xiàn)溢料和待料現(xiàn)象，盡量控制超大粒徑的含量，應(yīng)不大于3%，超最小粒徑含量不大于7%。 

　　1.1.2礦質(zhì)混合料比例的確定
  
　　1.1.2.1組成材料的原始數(shù)據(jù)的測定。

　　1.1.2.2計算組成材料配合比。

　　1.1.2.3調(diào)整配合比。計算得的合成級配應(yīng)根據(jù)下列要求作必要的配合比調(diào)整。
 
　　a.通常情況下，合成級配曲線宜盡量接近設(shè)計級配中限尤其應(yīng)使0.075mm、2.36mm和4.75mm篩孔的通過量盡量接近設(shè)計級配范圍的中限；

　　b.對于重交通的高速公路面層，宜偏向級配范圍的下（粗）限； 

　　c.合成級配曲線應(yīng)接近連續(xù)的或合理的間斷級配，但不應(yīng)過多的犬牙交錯。

　　1.1.3最佳油石比的確定

　　根據(jù)瀝青混合料的強度理論，瀝青用量少時，瀝青不足形成薄膜粘結(jié)礦料顆粒，抗剪強度不高，瀝青用量過多時，起潤滑作用的自由瀝青增加，使內(nèi)摩阻力降低，粘結(jié)力下降，強度減小。 

　　目前，國內(nèi)瀝青油石比由室內(nèi)常規(guī)馬歇爾試驗確定，即由瀝青混合料密實度、穩(wěn)定度、孔隙率等指標初步確定油石比，與規(guī)范的取值要求進行比較取值，本人認為油石比確定應(yīng)遵循下列原則：

　　1.1.3.1油石比要按當?shù)貧夂驐l件綜合考慮

　　我省屬于熱帶地區(qū)，夏季較長、氣溫偏高，冬季較短、氣溫偏暖，油石比取低限利于提高路面熱穩(wěn)定性、抗車轍能力和抗滑性。近年來由于溫室效應(yīng)的影響，更應(yīng)特別注意瀝青混合料表層油石比（取低限）。近幾年，我省的幾條高等級公路，部分路段泛油車轍現(xiàn)象明顯，抗滑能力降低，這與油石比偏大、氣溫偏高持續(xù)時間長有直接關(guān)系。

　　1.1.3.2高等級路面面層油石比的確定應(yīng)引起動穩(wěn)定度試驗

　　目前國內(nèi)交通組成發(fā)生了顯著變化，大噸位車越來越多，過去的設(shè)計理論滿足不了現(xiàn)在交通量增大，車載增重的需要，這就是為什么有的高等級公路路面按標準設(shè)計，施工單位按規(guī)范施工，而路面照樣出現(xiàn)問題的一個很重要原因。因此筆者主張在瀝青混合料中除了要進行常規(guī)的馬歇爾試驗外，其中最重要的是引起動穩(wěn)定度試驗，才能客觀全面地反映實際，由動穩(wěn)定度鑒定級配和油石比是合理的，這也是國內(nèi)許多專家學(xué)者通過對比總結(jié)的一條經(jīng)驗，目前國家也在試之中。

　　1.2生產(chǎn)配合比設(shè)計階段

　　1.2.1冷料的調(diào)試 

　　1.2.1.1冷料的調(diào)試主要根據(jù)目標配合比的礦料比例

　　根據(jù)瀝青砼拌和的產(chǎn)量Q，確定每分鐘礦料的進料數(shù)量：（假定碎石含水量為0，石屑含水量為X）

　　A集料：Q×（1－Z）×PA÷60 t/min 

　　B集料：Q×（1－Z）×PB÷60 t/min

　　石屑：Q×（1－Z）×PC×（1+X）÷60 t/min

　　Z：表示油石比   PA ：A集料用量   PB：B集料用量   PC：石屑用量

　　1.2.1.2操作室內(nèi)冷料的流量是通過相應(yīng)的度盤控制。將每個冷料他對應(yīng)的度盤旋至兩個不同的刻度上，稱量每個流量，根據(jù)（1）中所計算的流量即可內(nèi)插求得對應(yīng)的度盤數(shù)值。

　　1.2.2生產(chǎn)配合比的調(diào)試

　　分別取二級篩分后進入熱料倉的材料進行篩分，確定各熱料倉的礦料比例，供拌和站使用，按最佳油石比±0.3%進行馬歇爾試驗和動穩(wěn)定度試驗，進一步確定生產(chǎn)配合比中的最佳油石比。

　　1.3生產(chǎn)配合比驗證階段  

　　1.3.1一個配合比能否真正運用到施工中去，這要通過試驗段來驗證，通過鋪筑試驗段可以確定攤鋪機的攤鋪溫度，攤鋪速度、振級、壓路機的碾壓工作，以及確定松鋪系數(shù)等。

　　1.3.2在鋪筑試驗段的過程中，在拌和站取樣進行馬歇爾試驗和抽提試驗，抽提后的礦料進行篩分試驗，試驗結(jié)果應(yīng)符合規(guī)范要求。

　　1.3.3在試驗路段碾壓成型12小時后，對攤鋪的瀝青面層進行鉆芯取樣，以檢測其厚度及壓實度。

　　2 瀝青砼上面層的施工

　　2.1瀝青路面試驗段

　　通過瀝青路面試驗段施工應(yīng)達到以下幾個目的： 

　?。?）驗證目標、生產(chǎn)配合比。 

　?。?）通過試驗段確定最佳人員組織。

　?。?）通過試驗確定最佳機械組合。

　?。?）通過試驗段對瀝青混合料面層施工的經(jīng)濟效益評估。

　　2.2瀝青砼表面層的施工

　　根據(jù)試驗段確定各項數(shù)據(jù)，指導(dǎo)正式施工，在施工過程中，應(yīng)掌握如下原則： 

　　2.2.1瀝青混合料的拌和

　　2.2.1.1高速公路瀝青砼上面表層施工，其拌和站總量必須在160T/h以上，拌和站應(yīng)具有自動記錄功能。 

　　2.2.1.2拌和廠必須配備合格的試驗室和熟悉瀝青混合料的試驗、生產(chǎn)工藝、質(zhì)量指標的試驗人員，并能及時提供給監(jiān)理工程師滿意的試驗資料。

　　2.2.1.3瀝青加熱溫度及瀝青砼的拌和溫度、拌和時間、施工溫度等應(yīng)滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求。 

　　2.2.2瀝青混合料的運輸 

　　2.2.2.1運輸車輛必須是15T以上的自卸翻斗車，車況良好，車內(nèi)必須清潔。

　　2.2.2.2裝料時應(yīng)前后移動，避免混合料離析。

　　2.2.2.3運送瀝青混合料的汽車應(yīng)覆蓋，防止受到風(fēng)吹、日曬、雨淋、污染等。運料汽車在攤鋪機前10cm～30cm處停放，禁止碰撞攤鋪機。 

　　2.2.3瀝青混合料的攤鋪

　　2.2.3.1下承層的準備：瀝青面層攤鋪前必須對中面層清掃或沖洗，表面要保證干凈、清潔，無雜物及污染，然后噴灑粘層油，粘層油噴油量一定要準確、均勻，如果過多，將會影響上面層的油石比：假定粘層油為乳化瀝青，設(shè)計為0.8kg/m2，瀝青與乳化劑的比例為50:50，瀝青砼表層4cm，密度按2.42g/cm3，則由于粘油層的灑布，每平方米增加瀝青用量0.4kg，而每平方米瀝青砼總重量為100×100×4×2.42 g/cm3=96800g，油石比增加為400÷96800=0.4%，規(guī)范要求實際瀝青用量只能在最佳用量在±0.35之內(nèi)，可見油石比已經(jīng)超過了規(guī)定值。同時，這也是路面泛油、擁包的主要原因之一。 

　　2.2.3.2攤鋪機采用進口先進的攤鋪機，如ABG423，表面層必須全幅攤鋪，同時應(yīng)用浮動基準梁控制攤鋪厚度和平整度。 

　　2.2.3.3攤鋪機的準備按相關(guān)施工技術(shù)規(guī)范要求進行。 

　　2.2.4瀝青混合料的壓實成型及壓實度的要求

　　2.2.4.1作為瀝青砼上面層，壓實設(shè)備應(yīng)配有2臺雙光輪振動壓路機（要求靜壓11t以上），INGERSOLL-RAND、DD-110（或同類型壓路機），2臺16T以上輪胎壓路機，1臺6-8T以鋼輪雙振動壓路機。

　　2.2.4.2瀝青砼表面層的碾壓宜采用

　　初壓：選用DD-110雙輪振動壓路機靜壓過去，回來振動，初壓應(yīng)遵循少噴水、保持高溫、梯形迭進的原則。溫度下降率隨著逐步碾壓而減緩，特別是攤鋪后，初壓前溫度下降最快，可達4-5℃/min，所以施工中應(yīng)安排初壓壓路機盡可能隨攤鋪機進行碾壓，初壓溫度控制在130℃以上（改性瀝青路面根據(jù)相關(guān)要求確定。

　　復(fù)壓：復(fù)壓溫度控制在120℃以上，宜選用15-30T輪胎壓路機柔壓兩遍，緊跟著DD-110T碾壓兩遍，復(fù)壓遍數(shù)不少于4-6遍。在復(fù)壓過程中應(yīng)及時用三米直尺檢測平整度，如平整度超標，應(yīng)及時用6-8T雙鋼輪雙振壓路機處理。

　　終壓：宜采用DD-110振動壓路機或6-8T雙輪鋼筒壓路機振壓1遍，最后靜壓1遍，壓實終了溫度宜在75℃以上，以上壓實工藝針對改性瀝青砼路面。

　　2.2.4.3初壓應(yīng)在攤鋪后較高溫度下進行，并不得產(chǎn)生推移，開裂，壓實溫度應(yīng)根據(jù)瀝青粘度，壓路機類型、氣溫、鋪筑層厚度，混合料類型經(jīng)試壓確定。

　　2.2.4.4壓路機不應(yīng)突然改變路線、加速、急剎車、中途停機等。同時壓路機不能在同一斷面上回程碾壓，每次回程應(yīng)前后錯開不小于1米距離的階梯狀。  

　　2.2.4.5壓實度要求：作為高速公路瀝青砼上面層壓實度是一個十分關(guān)鍵并重要的指標，如果壓實達不到要求，則孔隙率增大，平整度衰減加速，路面耐久性降低。對壓實度的要求應(yīng)遵循孔隙率控制在3%～6%之間，因此壓實度一般要求在98%以上。

　　假定瀝青砼面層視密度2.49g/cm3，孔隙率4.2%，則理論密度為2.599 g/cm3，如果壓實度為95%（符合《公路瀝青路面質(zhì)量評定標準》要求）則實際孔隙率為（1－2.49×0.95/2.599）×100%=9%＞6%。如果壓實度為98.3%，則實際孔隙率為（1－2.49×0.983/2.599）×100%=5.8%＜6%。 

　　2.2.5橫縫處理

　　2.2.5.1橫向接縫處理不好會嚴重影響面層平整度和行車舒適性，所以應(yīng)認真對待。

　　2.2.5.2攤鋪前，先用6米直尺檢查，平整度超過3mm的部分應(yīng)切去。接頭處清理干凈，再涂上粘層瀝青，待基本干后攤鋪機就位。

　　2.2.5.3熨平板開始預(yù)熱后，測量原油面厚度，用虛鋪系數(shù)計算出虛鋪厚度，測量應(yīng)準確。

　　2.2.5.4熨平板預(yù)熱15-20min，使接縫處原路面溫度達到65℃以上，再以2m/min的速度慢速攤鋪。 

　　2.2.5.5碾壓用DD-110振動壓路機進行，碾前將原路面上堆20cm寬混合料對原路面進行預(yù)熱5-10min，然后將橫向接縫碾壓，每15cm間隔逐步錯輪重疊壓實兩米寬度。

　　3 結(jié)語

　　瀝青路面在世界各國采用近百年，從科研設(shè)計到施工均有一套完事的理論作為指導(dǎo)，然而，由于各地氣候條件、施工手段、原材料各異，使這一科學(xué)具有復(fù)雜和多變性，筆者根據(jù)近年來對國內(nèi)一些工程的考慮，同時結(jié)合自己的一部分實踐經(jīng)驗，提出了上述關(guān)鍵點，詣在和同仁們共同探討，以達到提高之目的。