淺談公路瀝青路面面層施工技術(shù)

劉婷

本文作者根據(jù)多年的工作實(shí)踐，分析了公路瀝青路面面層的早期損害問(wèn)題，闡述了瀝青混合料的原材料和組成設(shè)計(jì)以及現(xiàn)場(chǎng)施工碾壓工藝等, 并對(duì)密級(jí)配瀝青路面面層的施工技術(shù)進(jìn)行了論述。

1、前 言

隨著交通量的增大, 汽車(chē)軸載和輪胎壓力的提高, 對(duì)公路瀝青路面的質(zhì)量要求越來(lái)越高。在各種外界條件的共同作用下, 瀝青路面的早期病害在國(guó)內(nèi)一些公路路段相繼出現(xiàn), 其主要表現(xiàn)為車(chē)轍、泛油、剝落等形式。這主要由以下兩方面因素影響:一方面與原材料的性能以及路面結(jié)構(gòu)和材料的組成設(shè)計(jì)有關(guān); 另一方面, 瀝青路面的施工(特別是壓實(shí))和現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制對(duì)路面的質(zhì)量也有著非常大的影響。在尊重現(xiàn)有規(guī)范的基礎(chǔ)上對(duì)瀝青路面面層的施工技術(shù)進(jìn)行了一些探討與應(yīng)用。

2、混合料的設(shè)計(jì)和質(zhì)量控制

1.1混合料的設(shè)計(jì)

為保證設(shè)計(jì)出優(yōu)良的瀝青混合料, 減少瀝青路面車(chē)轍、泛油、剝落等早期損害, 需很好地把握礦料的原材料, 瀝青的選擇, 礦料的級(jí)配, 以及混合料的體積指標(biāo), 使設(shè)計(jì)出的瀝青混合料既滿(mǎn)足規(guī)范的有關(guān)要求, 又使瀝青混合料盡可能地優(yōu)良。

1.1.1礦料

礦料在瀝青混合料中占重量的95 %左右, 在瀝青路面中起到負(fù)荷作用。礦料的質(zhì)量和其物理性能與路面的性能密切相關(guān)。因此對(duì)礦料的要求, 在符合《瀝青路面施工及驗(yàn)收規(guī)范(GB50092-96) 附錄C 的基礎(chǔ)上再補(bǔ)充如下要求:

a 所有礦料必須無(wú)塑性。瀝青混合料中的粘土顆粒成分可以引起瀝青混合料的體積膨脹, 在水的作用下引起瀝青膜與礦料間的剝離現(xiàn)象。規(guī)范中要求礦料中< 0.075mm的部分其塑性指數(shù)< 4 , 這就要求必須嚴(yán)格控制回收粉的用量, 我們根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)結(jié)果, 得出回收粉的用量每盤(pán)不能超過(guò)礦粉總用量的四分之一。

b 小于0.075mm 部分含量的多少對(duì)瀝青混合料的性能影響很大, 混合料級(jí)配中該部分含量必須考慮粗細(xì)集料本身帶有的粉塵。粗細(xì)集料中粉塵含量占單項(xiàng)集料的比例很小, 但對(duì)整個(gè)混合料的填充料比例影響很大, 這部分大約影響到小于0.075mm 部分的1 %左右。整個(gè)混合料中小于0.075mm 部分填充料與瀝青含量之間的比值即粉膠比應(yīng)在110～112 之間。

c 嚴(yán)格限制礦料中有害成分的含量, 其中土塊的含量應(yīng)小于1 % , 軟石含量應(yīng)小于5 %。d1 天然砂的質(zhì)量變化較大, 天然砂的形狀較圓滑, 并且含有一些有害成分, 對(duì)于公路, 天然砂的含量不宜大于15 %～20 %。

e 集料的顆粒形狀亦影響著混合料的內(nèi)摩阻力,大于4.75mm 以上部分, 其兩個(gè)以上破碎面的集料含量應(yīng)大于90 %。

1.1.2 瀝青膠結(jié)料

瀝青膠結(jié)料標(biāo)號(hào)的選定應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件和過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)確定, 瀝青必須符合我國(guó)《瀝青路面施工及驗(yàn)收規(guī)范》( GB50092-96) 附錄C“重交通道路石油瀝青技術(shù)要求”。我們?cè)诠こ痰氖┕ぶ胁捎肁H-70# 石油瀝青。根據(jù)AHO70 # 石油瀝青的粘溫關(guān)系曲線(xiàn)多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果, 其相應(yīng)混合料的擊實(shí)溫度一般在137～144 ℃。由于目前我國(guó)瀝青技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有瀝青低溫的相關(guān)指標(biāo), 建議增加低溫延伸度指標(biāo), 即4℃、1cm/ min 的延伸度。對(duì)AH-70 # 石油瀝青, 4 ℃、1cm/min 的延伸度應(yīng)大于5cm。

1.1.3 礦料的級(jí)配

瀝青混合料的礦料級(jí)配對(duì)于混合料的體積指標(biāo)和性能有至關(guān)重要的影響, 并且對(duì)混合料的壓實(shí)以及混合料鋪筑時(shí)的離析現(xiàn)象也有非常重要的影響。

0.45 次方級(jí)配曲線(xiàn)圖對(duì)于評(píng)價(jià)礦料的級(jí)配是非常有用的, 使用該圖能夠直觀(guān)地評(píng)價(jià)混合料的級(jí)配性質(zhì)。在該圖上, 從原點(diǎn)到最大粒徑點(diǎn)的連線(xiàn)表示礦料級(jí)配的最大密實(shí)度線(xiàn), 礦料曲線(xiàn)離該線(xiàn)越遠(yuǎn), 表示礦料間的空隙越大。瀝青混合料的級(jí)配曲線(xiàn)宜稍稍偏離最大密度線(xiàn), 從而保證混合料符合一定的礦料空隙要求, 因此我們?cè)诘V料的級(jí)配設(shè)計(jì)中, 采用了在符合AC-16I 型級(jí)配范圍下, 用SUPERPAVE 體積法設(shè)計(jì)推薦的在0.45 次方級(jí)配曲線(xiàn)圖上呈S 形走向的混合料類(lèi)型, 見(jiàn)圖1。

參照國(guó)外瀝青混合料方面的研究成果, 對(duì)于密級(jí)配瀝青混合料在0.3～2.36mm 存在一個(gè)限制區(qū), 見(jiàn)圖1。對(duì)于最大粒徑為19mm 的瀝青混合料其限制區(qū)為: 2.36mm ∶39.1 ～ 39.1 ; 1.18mm ∶25.8 ～ 31.6 ;0.6mm∶19.1～23.1 ; 0.3mm∶15.5～15.5。通過(guò)該區(qū)域的級(jí)配稱(chēng)為“駝峰級(jí)配”, 在該區(qū)域內(nèi)級(jí)配對(duì)瀝青極為敏感, 對(duì)于有些混合料, 即使瀝青少許變化都容易形成塑性。因此在選擇礦料級(jí)配時(shí)應(yīng)當(dāng)盡可能避開(kāi)限制區(qū), 這主要是為了限制天然砂的用量, 保證礦料間達(dá)到一定的空隙要求。同時(shí)密級(jí)配瀝青混合料的級(jí)配曲線(xiàn)受一些控制點(diǎn)控制。為保證瀝青混合料有一定的構(gòu)造深度, 級(jí)配曲線(xiàn)需要從限制區(qū)的下部通過(guò)。綜合以上因素考慮, 我們?cè)贏C-16I 型級(jí)配范圍的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化,確定了S形走向的混合料的級(jí)配范圍, 見(jiàn)表2。

1.2混合料的質(zhì)量控制

為了更好地保證施工質(zhì)量,保證混合料的壓實(shí)效果, 需要更加嚴(yán)格要求壓實(shí)度的控制。目前按照我國(guó)的瀝青混合料配比設(shè)計(jì)方法,最大理論密度采用各種材料的視密度計(jì)算得出, 用馬歇爾試驗(yàn)的密度進(jìn)行壓實(shí)度控制。由于現(xiàn)場(chǎng)材料變化較大, 馬歇爾試驗(yàn)的密度受溫度等方面的影響較大, 壓實(shí)度的控制可能存在一定的出入。我們?cè)谑┕ぶ邪凑章访鏋r青混合料最大相對(duì)密度試驗(yàn)(真空法),每天測(cè)定瀝青混合料的最大相對(duì)密度, 按空隙率5%～7%的要求,補(bǔ)充作為現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度的控制指標(biāo)。當(dāng)實(shí)測(cè)瀝青混合料的最大理論密度有困難時(shí), 可以按照以下規(guī)則進(jìn)行修訂:

1)集料的有效密度(計(jì)算混合料最大理論密度的集料密度值) = 集料的毛體積密度+ 0.8 × (集料的表觀(guān)密度- 集料的毛體積密度) 。

2)面層瀝青混合料壓實(shí)度的檢驗(yàn), 以鉆芯取得的實(shí)測(cè)密度為準(zhǔn)。宜使用與鉆芯試件標(biāo)定后的核子密度儀進(jìn)行壓實(shí)控制。為保證結(jié)果的準(zhǔn)確性, 可以采取鋪砂或?yàn)⑺霓k法進(jìn)行測(cè)試。

3.施工中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題

2.1混合料的拌和

由于集料相對(duì)比較多, 對(duì)集料的干燥可能產(chǎn)生一定的影響。粗集料的水分不能及時(shí)散發(fā), 是造成瀝青路面早期剝離現(xiàn)象的重要原因之一。所以應(yīng)控制好集料的含水量。拌和機(jī)各層篩子的設(shè)置對(duì)集料的級(jí)配影響很大, 對(duì)于面層混合料一般應(yīng)控制好2.36 、4.75 、13.2 幾個(gè)孔徑。另外4 個(gè)料倉(cāng)的用量要均勻, 避免一個(gè)料倉(cāng)過(guò)多而另一個(gè)料倉(cāng)過(guò)少的現(xiàn)象, 面層瀝青混合料適宜的振動(dòng)篩孔可設(shè)置為22 、12 、7、3 , 當(dāng)然也可以有一定的變化。同時(shí)為保證現(xiàn)場(chǎng)攤鋪和碾壓的溫度, 混合料的拌和溫度宜控制在165℃左右。

2.2 混合料的運(yùn)輸

混合料的裝載不能一次性裝成錐形, 自卸車(chē)在裝料過(guò)程中應(yīng)適當(dāng)前后移動(dòng)使混合料成山字形?；旌狭涎b載后應(yīng)保持一定的形狀, 如果過(guò)度塌落則說(shuō)明混合料的級(jí)配或?yàn)r青含量存在一定問(wèn)題, 應(yīng)注意及時(shí)檢查。瀝青混合料運(yùn)輸過(guò)程中宜采用篷布覆蓋保溫。

2.3 混合料的攤鋪

攤鋪過(guò)程的主要問(wèn)題是根據(jù)拌和站的拌和能力計(jì)算好攤鋪速度, 保證混合料的供應(yīng)和連續(xù)攤鋪。攤鋪過(guò)程中應(yīng)注意減少離析現(xiàn)象。對(duì)于縱向接縫的處理,第一是保證攤鋪出的瀝青混合料不離析, 第二是避免使用冷接縫。

2.4 混合料的壓實(shí)

這是一個(gè)非常重要的問(wèn)題, 也是我們要討論的除混合料級(jí)配之外的又一個(gè)重要話(huà)題?；旌狭先绾闻c壓路機(jī)配合是很重要的, 處理得當(dāng)可獲得最佳密度。具有高的粗集料含量的S 形級(jí)配混合料的確與一般密級(jí)配的混合料不同, 它最大的特點(diǎn)就是很難壓實(shí), 但壓實(shí)好后性能很好, 所以壓實(shí)作業(yè)就成了施工中的主要問(wèn)題。根據(jù)試驗(yàn),這種混合料初壓溫度應(yīng)控制在140～145 ℃最為理想, 壓實(shí)設(shè)備上用較大噸位的雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī), 以使混合料在較高的溫度時(shí)能得到充分的振動(dòng)碾壓。這是得到理想空隙率的保證。所以在公路瀝青路面面層的施工中, 應(yīng)配備2 臺(tái)11～13t雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī),且壓路機(jī)在振動(dòng)碾壓時(shí)應(yīng)能緊跟攤鋪機(jī)并盡可能地減少灑水量,可間斷灑水, 只要保證不粘輪即可。振動(dòng)壓路機(jī)的碾壓速度應(yīng)控制在1.5km/ h (如人行走速度) , 并采用高頻低幅的壓實(shí)方法,頻率越高對(duì)面層的壓實(shí)效果也就越好, 對(duì)下層的影響也越小。在施工中為保證鋼輪壓路機(jī)在振動(dòng)碾壓時(shí)不漏壓和不過(guò)壓, 現(xiàn)場(chǎng)可采用插小旗的方法來(lái)進(jìn)行振動(dòng)碾壓控制。如圖2 所示。

某些混合料在溫度93～115 ℃時(shí)發(fā)現(xiàn)有一個(gè)不穩(wěn)定區(qū), 可以在這個(gè)溫度以上或在這個(gè)溫度以下滿(mǎn)意地壓實(shí), 可是在這個(gè)溫度范圍內(nèi)是不穩(wěn)定的, 不能獲得足夠的壓實(shí)?；旌狭显谶@個(gè)不穩(wěn)定區(qū)時(shí)可用膠輪壓路機(jī)獲得滿(mǎn)意的壓實(shí)。當(dāng)混合料溫度冷卻到93 ℃以下時(shí), 用振動(dòng)碾壓容易造成集料過(guò)度壓碎, 因此在不穩(wěn)定區(qū)以上采用大噸位的鋼輪壓路機(jī)進(jìn)行充分振動(dòng)壓實(shí)。在不穩(wěn)定區(qū)時(shí)可以用膠輪壓路機(jī)進(jìn)行穩(wěn)壓, 通常膠輪壓路機(jī)輪胎的壓力大約552～621kPa 或更大, 在不穩(wěn)定區(qū)以下用普通鋼輪壓路機(jī)進(jìn)行碾壓趕光。

2.5 試驗(yàn)路段

每一個(gè)工程項(xiàng)目開(kāi)始之前, 應(yīng)修筑一試驗(yàn)段, 來(lái)檢驗(yàn)混合料的體積性質(zhì)是否滿(mǎn)意和評(píng)價(jià)攤鋪與壓實(shí)技術(shù)。試驗(yàn)段必須用計(jì)劃中相同的施工技術(shù), 在相同的混合料溫度下攤鋪與壓實(shí), 并建立相應(yīng)的壓實(shí)工藝和核子密度儀讀數(shù)與路面巖芯的密度關(guān)系。

我們?cè)谂_(tái)縉高速公路WA2合同段瀝青路面面層施工之前先后做了兩次試驗(yàn)段, 試驗(yàn)段結(jié)果見(jiàn)表3。第一次試驗(yàn)段因構(gòu)造深度未能滿(mǎn)足要求, 我們?cè)诘谝淮卧囼?yàn)段結(jié)果的基礎(chǔ)上對(duì)瀝青混合料的級(jí)配進(jìn)行了部分調(diào)整, 從第二次試驗(yàn)段的檢測(cè)結(jié)果來(lái)看, 各項(xiàng)指標(biāo)能達(dá)到要求。并通過(guò)這兩次試驗(yàn)段的施工得出一組比較好的壓實(shí)工藝: 先高溫充分振動(dòng)壓實(shí), 即用11t 鋼輪壓路機(jī)振動(dòng)壓實(shí)3遍; 然后用膠輪壓路機(jī)碾壓3 遍; 最后用10t 鋼輪壓路機(jī)趕光一遍。壓路機(jī)在振動(dòng)碾壓時(shí), 前進(jìn)時(shí)灑水,后退不灑水, 以減少灑水量, 初壓溫度控制在140 ℃以上。

4.結(jié)束語(yǔ)

由于施工工期的關(guān)系, 我們?cè)诖_保瀝青面層表面服務(wù)性能即抗摩擦能力、表面構(gòu)造深度、表面噪音等指標(biāo)合格的情況下, 竭力提高瀝青路面面層的耐久性即耐老化、抗水損害和高溫穩(wěn)定性等性能指標(biāo)。同時(shí)我們?cè)谑┕ぶ幸部吹搅诉@種S 型密級(jí)配的瀝青混合料對(duì)碾壓設(shè)備有相當(dāng)高的要求。從兩次試驗(yàn)段的總結(jié)來(lái)看, 壓路機(jī)的噸位越大壓實(shí)效果越好, 而國(guó)產(chǎn)的壓路機(jī)噸位都不大,這在以后的瀝青路面施工中, 對(duì)施工單位的壓路機(jī)設(shè)備就有了一個(gè)新的要求。

（作者單位：浙江省寧波市315200）