高速路面中面層應(yīng)用Superpave技術(shù)要點(diǎn)

任 愛 林

(山西省公路局晉中分局，山西 晉中 030600)

高性能瀝青路面(Superior Performing Asphalt Pavements，簡稱：Superpave路面)是美國公路戰(zhàn)略研究計(jì)劃SHRP重要的研究成果之一，該技術(shù)的核心在于膠結(jié)料性能規(guī)范和混合料配合比設(shè)計(jì)方法，是美國熱拌瀝青混合料中使用最多的設(shè)計(jì)和施工工法。與我國使用較多的AC，SMA混合料設(shè)計(jì)成型方式不一樣，在Superpave混合料的級(jí)配設(shè)計(jì)中有一個(gè)禁區(qū)，級(jí)配曲線是不允許通過的。

我國自1995年開始引進(jìn)Superpave技術(shù)，其設(shè)計(jì)成本較高，在我國應(yīng)用還屬于起步階段。在我國，目前已有近20多個(gè)省區(qū)進(jìn)行了應(yīng)用，修筑了約7 000多千米的瀝青路面，路面質(zhì)量明顯比傳統(tǒng)的馬歇爾設(shè)計(jì)的路面好。隨著其工程應(yīng)用越來越廣泛，Superpave技術(shù)得到了我國公路建設(shè)者的高度認(rèn)可，是解決路面早期損壞問題，特別是車轍病害的有效途徑。

1 與AC混合料的對(duì)比

AC，即Asphalt Concrete的縮寫，中文名：密級(jí)配瀝青混凝土，路面成型后骨架為懸浮密實(shí)型結(jié)構(gòu)，該混凝土中的各檔碎石用量連續(xù)，逐級(jí)填隙。在實(shí)驗(yàn)室級(jí)配設(shè)計(jì)中，采用傳統(tǒng)的馬歇爾擊實(shí)成型，是我國使用經(jīng)驗(yàn)豐富，技術(shù)成熟，使用最多的一種路面結(jié)構(gòu)混合料。Superpave也采用連續(xù)級(jí)配，與AC級(jí)配類似，混合料也屬于懸浮密實(shí)型，采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)和體積設(shè)計(jì)法。

AC混合料和Superpave混合料相比，在瀝青分級(jí)、集料應(yīng)用及設(shè)計(jì)方法上均不相同。

1.1 瀝青分級(jí)不同

在AC混合料中，以針入度進(jìn)行分級(jí)，同時(shí)列入60 ℃的粘度指標(biāo)。在該方法下，在不同溫度區(qū)間的瀝青性能難以反映，在混合料高溫拌和及壓實(shí)作業(yè)中發(fā)生的瀝青老化難以確定。

Superpave采用PG分級(jí)，將瀝青的指標(biāo)直接與現(xiàn)場混合料的施工性能建立聯(lián)系，以路面溫度(最高、最低溫度)作為瀝青分級(jí)依據(jù)，模擬混合料在壽命期間的路用性能控制指標(biāo)，分別是進(jìn)行車轍控制的永久變形、低溫開裂和疲勞開裂指標(biāo)。最大限度模擬瀝青混合料老化過程，盡量與現(xiàn)場施工條件相符。適用于普通瀝青和改性瀝青。

1.2 集料技術(shù)指標(biāo)不同

在Superpave混合料中，重視集料的認(rèn)同特性和料源特性指標(biāo)。其中,認(rèn)同特性有集料棱角性、扁平和細(xì)長顆粒、粘土含量等，料源特性有堅(jiān)固性、安定性及有害物質(zhì)。與我國不同，我國的堅(jiān)固性就是Superpave的安定性。

1.3 混合料設(shè)計(jì)方法不同

主要表現(xiàn)在：

1)試件成型方法不同。AC混合料采用擊實(shí)成型，擊實(shí)功、擊實(shí)次數(shù)與交通無關(guān)，不能模擬壓路機(jī)和行車的搓揉碾壓作用，混合料級(jí)配容易改變，降低路面性能。在Superpave混合料設(shè)計(jì)方法中，混合料設(shè)計(jì)采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型,施工現(xiàn)場的碾壓狀況可得到最大限度的模擬，鋪攤后的路面壓實(shí)度與實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)接近。

2)礦料級(jí)配選擇不同。在AC混合料中，級(jí)配范圍為各篩孔通過率上限和下限，通過測試和計(jì)算各項(xiàng)體積指標(biāo)確定級(jí)配。規(guī)范對(duì)各AC，SMA，ATB混合料提出了體積指標(biāo)要求和馬歇爾穩(wěn)定度要求，范圍較大。在Superpave混合料中，級(jí)配范圍設(shè)置控制點(diǎn)和限制區(qū)，代替了馬歇爾設(shè)計(jì)法中的級(jí)配范圍?？刂茀^(qū)進(jìn)行了集料級(jí)配須通過的主要范圍的控制，依據(jù)最大尺寸大小而變化。在限制區(qū)控制上，認(rèn)為通過限制區(qū)級(jí)配的混合料壓實(shí)困難，容易在碾壓作業(yè)中出現(xiàn)推移，成型后的路面抗變形能力較差。通過測試和計(jì)算壓實(shí)體積指標(biāo)確定級(jí)配。

3)最佳油石比確定。AC混合料的空隙率僅是確定瀝青用量的一個(gè)參數(shù)，且存在一個(gè)范圍。在Superpave混合料設(shè)計(jì)中，混合料壓實(shí)使用各種不同的瀝青量來進(jìn)行測試，確定的設(shè)計(jì)瀝青用量是采用設(shè)計(jì)的壓實(shí)次數(shù)下空隙率為4%的瀝青用量。

在混合料設(shè)計(jì)中，兩者均要進(jìn)行混合料性能驗(yàn)證試驗(yàn)，進(jìn)行高溫穩(wěn)定性、車轍動(dòng)穩(wěn)定度、低溫抗裂性、小梁彎曲試驗(yàn)、水敏感性試驗(yàn)等，確定混合料性能。

2 配合比設(shè)計(jì)

采用Superpave混合料設(shè)計(jì)方法時(shí)，先按石料性質(zhì)進(jìn)行碎石級(jí)配組成設(shè)計(jì)，再確定油石比。

在進(jìn)行熱拌瀝青混凝土配合比時(shí)，遵照目標(biāo)配合比、生產(chǎn)配合比、試驗(yàn)段驗(yàn)證的階段順序進(jìn)行。

在進(jìn)行目標(biāo)配合比時(shí)，按照Superpave混合料級(jí)配設(shè)計(jì)要求，按照粗中細(xì)進(jìn)行三個(gè)級(jí)配的初選后，分別進(jìn)行各類型級(jí)配瀝青用量的計(jì)算，成型試件使用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀進(jìn)行制備，確定出各級(jí)配采用的瀝青用量。

在混合料配合比中，在進(jìn)行集料的試驗(yàn)時(shí)，拌制的成品混合料質(zhì)量受集料針片狀含量、粘附性等級(jí)、細(xì)集料粉塵含量等因素的影響較大，應(yīng)對(duì)采用的集料指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格管理。

在進(jìn)行礦粉試驗(yàn)中，應(yīng)對(duì)篩分、含水量及親水系數(shù)進(jìn)行重點(diǎn)控制。

用馬歇爾試驗(yàn)檢驗(yàn)，并進(jìn)行浸水馬歇爾試驗(yàn)殘留穩(wěn)定度檢驗(yàn)。

中面層瀝青混合料的試件密度試驗(yàn)時(shí)，統(tǒng)一用表干法的毛體積密度。

在進(jìn)行混合料試鋪段鋪筑時(shí)，采用混合料生產(chǎn)配合比進(jìn)行旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn)。在進(jìn)行檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)配合比下的礦料合成級(jí)配時(shí)，與目標(biāo)配合比級(jí)配值相比，要求0.075 mm,2.36 mm,4.75 mm及最大粒徑顆粒的篩孔通過率應(yīng)與其接近，駝峰不得在0.3 mm～0.6 mm處出現(xiàn)。

3 施工要點(diǎn)

在路面結(jié)構(gòu)層中，中面層承受應(yīng)力最大，AC20混合料容易發(fā)生車轍。采用Superpave20熱拌密級(jí)配瀝青混凝土混合料，可顯著提升路面的承載性能，延長路面使用壽命。

在某高速公路瀝青路面施工中，為確保路用性能和耐久性，中面層采用6 cm厚度的Superpave20結(jié)構(gòu)，要求其動(dòng)穩(wěn)定度超過3 000 次/mm，小梁低溫抗裂試驗(yàn)的彎曲破壞應(yīng)變不小于2 000 με。

3.1 原材料質(zhì)量

瀝青膠結(jié)料對(duì)路面工程施工質(zhì)量、通車后的路用性能及運(yùn)行效果等方面影響重大。

在工程的施工現(xiàn)場，應(yīng)備足施工的原材料，并爭取將瀝青膠結(jié)料的用料類型進(jìn)行統(tǒng)一，防止出現(xiàn)用料混亂的情況。膠結(jié)料采用SBS改性瀝青。

粗集料采用石灰?guī)r碎石，使用反擊式破碎機(jī)進(jìn)行軋制加工，要求顆粒粒徑不小于2.36 mm。細(xì)集料不能采用山場下腳料。為確保集料間形成良好的嵌擠，應(yīng)做好集料中細(xì)長扁平顆粒含量的控制。

集料堆放場地須具有完善的排水設(shè)施，場地平整堅(jiān)實(shí)，并具有防雨棚及加蓋等防雨防潮措施，避免集料發(fā)生二次污染。

由于礦粉易受潮結(jié)團(tuán)，應(yīng)注意存儲(chǔ)礦粉的質(zhì)量及存量。對(duì)于袋裝礦粉堆放時(shí)，盡量選擇室內(nèi)堆放，采取有效的防雨防潮措施，以防止礦粉受潮。須合理預(yù)留存量，按施工組織進(jìn)度安排，合理評(píng)估礦粉儲(chǔ)量。拌制瀝青混合料不得使用回收的粉料。

3.2 混合料拌和

Superpave混合料拌制與普通瀝青混合料拌制基本相同。為確保成型后的路面質(zhì)量，在拌和作業(yè)中須做好各環(huán)節(jié)的溫度控制，主要有集料和瀝青加熱溫度、拌和溫度、出料溫度等。

采用高性能的間歇式拌和機(jī)進(jìn)行混合料生產(chǎn)，要求具有高精度計(jì)量裝置和打印裝置，以實(shí)現(xiàn)混合料生產(chǎn)的全自動(dòng)控制和隨時(shí)校核。在進(jìn)行每次拌和時(shí)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制精確上料，實(shí)現(xiàn)料倉及瀝青數(shù)量等指標(biāo)的存儲(chǔ)打印，做好集料、瀝青及混合料溫度等指標(biāo)的記錄，專人對(duì)其結(jié)果和設(shè)計(jì)值進(jìn)行比對(duì)，確定差額值在允許的誤差范圍內(nèi)，否則，應(yīng)停止拌和，待查明原因進(jìn)行處治后繼續(xù)進(jìn)行。

進(jìn)行粗級(jí)配Superpave混合料拌制時(shí)，應(yīng)保持粗集料干燥，以縮短拌和過程的時(shí)間。當(dāng)拌和的集料密度較大、質(zhì)地較硬又存在較多棱角時(shí)，應(yīng)重視拌和過程中集料對(duì)拌和機(jī)的磨損情況，以保持機(jī)械良好的工作性能。

應(yīng)合理選擇振動(dòng)篩篩孔。為避免或減少離析現(xiàn)象的出現(xiàn)，增加瀝青混合料的均勻性，須定期進(jìn)行傳感器標(biāo)定，對(duì)漏粉問題及排除超粒徑料等問題實(shí)現(xiàn)很好的管理與控制。

須進(jìn)行集料含水量控制。當(dāng)集料的含水量較高時(shí)，會(huì)使得拌和機(jī)生產(chǎn)效率降低，混合料質(zhì)量下降，應(yīng)重視加強(qiáng)對(duì)含水量變化較大的細(xì)集料(最高達(dá)10%以上)的控制。集料含水量檢測每天上午、下午各進(jìn)行一次，按結(jié)果微調(diào)配合比。要求按設(shè)計(jì)值-0.1%～+0.2%的范圍進(jìn)行拌和作業(yè)中的油石比誤差控制。

拌制好的混合料即拌即用，儲(chǔ)存時(shí)間不得超過24 h。在拌制好的混合料存儲(chǔ)時(shí)，存儲(chǔ)罐中的混合料溫度下降不得超過10 ℃。使用存儲(chǔ)的混合料時(shí)，須進(jìn)行質(zhì)量檢測，要求不得出現(xiàn)瀝青老化、滴漏及粗細(xì)集料顆粒離析等問題，否則，應(yīng)予以棄用。

3.3 混合料攤鋪

為確保路面平整度，須做到穩(wěn)定連續(xù)攤鋪。攤鋪機(jī)前進(jìn)速度應(yīng)與拌和機(jī)產(chǎn)量、碾壓速度等相匹配，確保緩慢、均勻、不間斷攤鋪，爭取做到每天收工停機(jī)一次，杜絕停鋪用餐。

攤鋪后的混合料未壓實(shí)前，人工進(jìn)行找補(bǔ)發(fā)現(xiàn)的局部離析。大面積缺陷部位混合料須予以鏟除，再使用鋪攤機(jī)進(jìn)行重鋪。

在攤鋪?zhàn)鳂I(yè)中遭遇下雨時(shí)，須立即停止施工，碾壓成型段混合料予以清除，廢棄遭受到雨淋的混合料。

3.4 混合料碾壓

碾壓質(zhì)量是確保面層施工質(zhì)量的關(guān)鍵之一，須根據(jù)施工現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行壓路機(jī)組合方式及碾壓各參數(shù)合理確定。

為保證壓實(shí)度和平整度，在初壓階段，應(yīng)嚴(yán)禁輪胎壓路機(jī)的使用，壓路機(jī)應(yīng)緊跟攤鋪機(jī)盡量確保在混合料較高溫度下進(jìn)行碾壓。

設(shè)置初壓、復(fù)壓、終壓段落標(biāo)示。專人進(jìn)行攤鋪厚度、碾壓順序、壓路機(jī)組合、碾壓遍數(shù)、碾壓速度及碾壓溫度的檢查，確保不漏壓也不超壓。

在石料易于壓碎的情況下，鋼輪壓路機(jī)可以不開振進(jìn)行碾壓。

碾壓完畢后，進(jìn)行壓實(shí)度檢測。壓實(shí)度采用雙控指標(biāo)，在馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)密度下的壓實(shí)度應(yīng)達(dá)到98%，在最大理論密度下的壓實(shí)度指標(biāo)為93%～97%，空隙率處于3%～7%的范圍。