淺談瀝青混合料離析的控制方法和措施

張小平

（四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司公路隧道分公司）

1 工程概況

成仁高速公路是成（都）自（貢）瀘（州）赤（水）高速公路的起始段，是出川東南方向連接貴州的大通道。該項(xiàng)目的建設(shè)將緩解區(qū)域路網(wǎng)擁擠度，提高全省高速公路網(wǎng)整體服務(wù)水平，極大地促進(jìn)成都、眉山、內(nèi)江、自貢和瀘州等區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展。對(duì)構(gòu)筑西南地區(qū)高速公路主骨架，促進(jìn)四川綜合運(yùn)輸發(fā)展，構(gòu)建西部綜合交通樞紐，強(qiáng)化成都經(jīng)濟(jì)輻射能力，帶動(dòng)沿線經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展具有重要意義。成仁高速公路LM合同段第二分部全長(zhǎng)40.680km（K27+306～K67+986），設(shè)計(jì)時(shí)速80km/h，路面寬度21.50m；路面結(jié)構(gòu)形式和數(shù)量為：4cmSMA-13改性瀝青瑪蹄脂碎石上面層（978627m2）+6cmAC-20C中粒式瀝青混凝土中面層（986754m2）+8cmAC-25C粗粒式瀝青混凝土下面層（808530m2），下面層采用天然巖瀝青現(xiàn)場(chǎng)改性，中、上面層直接采用成品SBS改性瀝青。

2 施工意義

瀝青混合料，就是由礦料和瀝青拌制而成的混合料的總稱；通過(guò)高溫拌和、攤鋪和碾壓等工序成型后即為瀝青砼路面，由于其行車舒適性較好，我國(guó)的高速公路大都采用此類型路面。在施工中，由于瀝青混合料的離析（離析一般分為集料離析和溫度離析，本文主要以集料離析為重點(diǎn)進(jìn)行闡述，下同），致使新通車不久的路面出現(xiàn)局部破損、坑槽，導(dǎo)致使用壽命縮短，嚴(yán)重影響通行能力和行車安全。所謂離析，就是混合料在各個(gè)環(huán)節(jié)中，因粗細(xì)集料動(dòng)力特性的不同而出現(xiàn)分離的現(xiàn)象，離析的級(jí)配與驗(yàn)證后的生產(chǎn)配合比偏差較大，致使局部粗集料多或細(xì)集料多；在粗集料多的地方，由于孔隙率大、滲水系數(shù)較高、外界水分很容易滲透到路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部，在車輛高速行駛并反復(fù)作用下致使瀝青膜剝落，造成混合料松散后出現(xiàn)破損、坑槽；在細(xì)集料多的地方，由于骨料較少不能形成骨架結(jié)構(gòu)，致使承載力下降造成路面變形后出現(xiàn)車轍，造成瀝青砼路面早期破壞。

由上可知，如何減少離析，提高瀝青砼路面的使用壽命是施工控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和重中之重。因此，瀝青砼路面施工所采用的施工工藝和技術(shù)措施必須統(tǒng)籌兼顧和考慮，選擇何種材料和設(shè)備從源頭上進(jìn)行控制、如何通過(guò)配合比的優(yōu)化加強(qiáng)過(guò)程中的控制、采用何種施工工藝進(jìn)行技術(shù)的保障，上述幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的方案制定和措施控制顯得尤為重要和突出。

3 施工方法及控制措施

3.1 材料選擇及加工

材料是瀝青混合料的根本。其好壞在很大程度上決定離析的多少，在材料的選擇和加工過(guò)程中如何從源頭上的予以保障顯得尤為關(guān)鍵，根據(jù)實(shí)際情況，主要采取的措施如下：①沿線灰?guī)r片石量小且軟弱夾層較多，其質(zhì)量不穩(wěn)定和不易控制；經(jīng)與業(yè)主、設(shè)計(jì)等多次實(shí)地考察和試驗(yàn)檢測(cè)，最終選擇眉山岷江河流的卵石作為原材料；②在河灘上和碎石加工場(chǎng)分別設(shè)置孔徑為8cm分篩設(shè)備進(jìn)行有效篩選，確保成品碎石的破碎面滿足設(shè)計(jì)要求；③加強(qiáng)形狀控制，在碎石加工時(shí)嚴(yán)格采用三級(jí)破碎設(shè)備（一破為鄂破、二破為反擊破、三破為沖擊破（整形機(jī)）），加工后的碎石顆粒形狀飽滿、近似立方體；④加強(qiáng)碎石顆粒組成控制，一是加強(qiáng)軋石機(jī)的產(chǎn)量控制、二是加強(qiáng)碎石生產(chǎn)的過(guò)程控制（主要檢測(cè)顆粒組成是否滿足要求、篩分是否徹底等）、三是增設(shè)吸（除）塵裝置，確保細(xì)集料中的粉塵含量不得超過(guò)10%（規(guī)范為15%）；

圖1- 采用三級(jí)破碎、且經(jīng)過(guò)水洗除塵后的碎石照片

⑤加強(qiáng)礦粉控制，礦粉磨制必須選用質(zhì)量好、雜質(zhì)少的石灰?guī)r，其通過(guò)率應(yīng)嚴(yán)格控制在85～90%左右為宜，以增強(qiáng)混合料拌和過(guò)程中的和易性。

3.2 配合比設(shè)計(jì)及優(yōu)化

眾所周知，碎石粒徑越大越容易產(chǎn)生離析。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求的級(jí)配范圍，主要從以下三個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化：一是在規(guī)范允許的范圍內(nèi)將最大粒徑降低一個(gè)規(guī)格型號(hào)，即 AC-20C中面層最大粒徑為 19mm （AC-25C下面層最大粒徑為26.5mm）；二是將各類規(guī)格的碎石分級(jí)比設(shè)計(jì)要求更為細(xì)致和嚴(yán)格，中面層由原設(shè)計(jì)的4級(jí)優(yōu)化成5級(jí)（下面層由原設(shè)計(jì)的5級(jí)優(yōu)化成6級(jí)），為配合比設(shè)計(jì)提供了更精確的規(guī)格型號(hào)及顆粒組成；三是在配合比的設(shè)計(jì)過(guò)程中，盡量減少2.36～4.75mm檔的用量、增加4.75～9.5mm和9.5～13.2mm兩檔的用量，力求設(shè)計(jì)出來(lái)的級(jí)配曲線成較為順暢圓滑的“S”線，避免結(jié)構(gòu)內(nèi)部離析。

3.3 瀝青混合料拌和

拌和是瀝青混合料的基礎(chǔ)。拌和過(guò)程中產(chǎn)生離析的原因主要有：一是拌和機(jī)的質(zhì)量、二是拌和溫度、三是拌和時(shí)間、四是拌和重量、五是瀝青用量。主要采取的措施為：①項(xiàng)目部配備了先進(jìn)的德基5000型間隙式拌和機(jī)，從設(shè)備上進(jìn)行了高標(biāo)準(zhǔn)的配置，以確保拌和質(zhì)量的穩(wěn)定；

圖2- 選用先進(jìn)的拌和設(shè)備

圖3- 瀝青混合料拌和時(shí)間設(shè)置照片

（德基5000型間隙式拌和機(jī)）

②拌和溫度是混合料質(zhì)量關(guān)鍵因素之一，項(xiàng)目部專門(mén)配備了經(jīng)驗(yàn)豐富、操作能力過(guò)硬的人員進(jìn)行操作，確保拌和時(shí)的溫度始終控制在設(shè)計(jì)要求的范圍內(nèi)；③德基5000型間隙式拌和機(jī)每小時(shí)額定產(chǎn)量為400t，每盤(pán)最大拌和重量為5t，在生產(chǎn)過(guò)程中嚴(yán)格控制產(chǎn)量，使其每盤(pán)重量控制在 4.50～4.75t，每盤(pán)拌和周期控制在50～55s（比規(guī)范要求延長(zhǎng)5～10s），每小時(shí)產(chǎn)量控制在320t以內(nèi)（即額定最大產(chǎn)量的 80%以內(nèi)），這樣既能有效的增加拌和時(shí)間（特別是干拌時(shí)間），很好地保證了混合料拌和的均勻性，同時(shí)也能與現(xiàn)場(chǎng)的攤鋪速度有效地匹配；④瀝青用量的合理與否直接關(guān)系到瀝青膜的厚度多少，若瀝青用量少就會(huì)導(dǎo)致瀝青膜薄，集料之間的粘性就越差，就越易離析；若瀝青用量多就會(huì)導(dǎo)致瀝青膜厚，集料之間就會(huì)產(chǎn)生滑移（落），同樣會(huì)產(chǎn)生離析。因此，在拌和時(shí)，一是要嚴(yán)格按照驗(yàn)證后的配合比進(jìn)行拌和，二是安排試驗(yàn)檢測(cè)人員加強(qiáng)混合料的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)對(duì)拌和機(jī)進(jìn)行校正和修復(fù)，確保瀝青的偏差在設(shè)計(jì)要求的范圍內(nèi)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，實(shí)際控制的偏差均在±0.2%范圍內(nèi)，小于設(shè)計(jì)要求的±0.3%。

3.4 瀝青混合料裝卸與運(yùn)輸

瀝青混合料的裝卸與運(yùn)輸質(zhì)量和離析是息息相關(guān)的。運(yùn)輸車輛的選擇合理與否、裝卸方式正確與否都會(huì)導(dǎo)致瀝青混合料的離析。項(xiàng)目部采取了以下措施有效的進(jìn)行了優(yōu)化：①所有瀝青混合料車輛均選用標(biāo)準(zhǔn)的雙橋自卸式汽車、且為了防止溫度散失致使混合料攤鋪時(shí)溫度離析，所有車輛全部加設(shè)了保溫措施（根據(jù)實(shí)際檢測(cè)，1小時(shí)損失約 3～4℃）；②拌和機(jī)卸料口中心線應(yīng)與運(yùn)輸車輛行駛中心線保持一致，且卸料口與運(yùn)輸車輛貨廂頂部的高差不宜大于50cm；③車輛裝料時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照“前、后、中“的順序至少分5～7次以上進(jìn)行；④車輛卸料時(shí)，車輛應(yīng)一次性將攤鋪機(jī)料斗裝滿，然后根據(jù)料斗情況及時(shí)調(diào)整貨廂角度（一般控制在30～45度左右為宜）使混合料均勻、自由的整體下滑為原則，禁止混合料中的集料單獨(dú)滾動(dòng)，人為造成二次離析。

3.5 瀝青混合料攤鋪

攤鋪是瀝青混合料的關(guān)鍵。是離析產(chǎn)生因素較多的一個(gè)環(huán)節(jié)，采取的措施主要有：①攤鋪機(jī)的選擇，本條高速公路為雙向四車道設(shè)計(jì)，路面寬度為10.75m，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，攤鋪機(jī)寬度越寬越容易產(chǎn)生離析，但若采用兩臺(tái)攤鋪機(jī)成階梯狀攤鋪，其橫坡、縱縫（特別是改性瀝青的溫度敏感性較強(qiáng)）控制較難，同時(shí)由于路面寬度相對(duì)較窄，施工現(xiàn)場(chǎng)較為繁瑣，施工縱縫易產(chǎn)生溫度和集料離析；因此，攤鋪機(jī)的選擇就非常關(guān)鍵，經(jīng)多方比較，決定采用全進(jìn)口的福格勒（Vogele）SUPER 2100-2型一臺(tái)攤鋪機(jī)進(jìn)行攤鋪，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，其大面均勻程度較其它類型的攤鋪機(jī)有明顯的改善和提高；

圖4- 瀝青混合料專用運(yùn)輸車及裝料照片

圖5- 選用先進(jìn)的攤鋪設(shè)備（福格勒（Vogele）SUPER 2100-2型攤鋪機(jī)

②減少攤鋪機(jī)料斗的收放，由于每車料攤鋪完畢后，其車廂兩側(cè)的粗集料均集中在料斗的兩側(cè)，如果及時(shí)收起料斗進(jìn)行攤鋪，那么攤鋪面粗集料裸露較為明顯、離析較為嚴(yán)重，其解決措施為：盡量選擇合理的攤鋪速度（攤鋪速度控制在2.5～3.0m左右），使運(yùn)輸車輛及時(shí)跟上，避免料斗收放頻率過(guò)高（由于考慮到料斗兩側(cè)的混合料過(guò)多、且溫度降低后致使后面的車輛無(wú)法正常卸料，一般情況下為3～5車時(shí)收放一次，每次料斗收放到一半后迅速打開(kāi)并盡快儲(chǔ)備新的瀝青混合料，使新舊混合料通過(guò)攤鋪機(jī)的螺旋布料器再重新拌和），以盡量減少由此產(chǎn)生的離析；③螺旋布料器的調(diào)試，在攤鋪時(shí)，應(yīng)使刮板輸料器速度和螺旋布料器轉(zhuǎn)速相匹配，螺旋布料器內(nèi)瀝青混合料表面應(yīng)略高于螺旋布料器的2/3，以便熨平板的擋板前瀝青混合料的高度保持一致，有效避免攤鋪時(shí)離析的產(chǎn)生。

圖6- 攤鋪后瀝青砼路面表面均勻、無(wú)明顯離析

圖7- 碾壓后的瀝青砼 路面表面均勻、清爽

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述方法和措施對(duì)瀝青混合料各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行有效控制后，成仁高速公路LM合同段第二分部施工的瀝青砼路面離析明顯減少，現(xiàn)場(chǎng)孔隙率和滲水系數(shù)通過(guò)檢測(cè)都得到了有效的改善和大力的提高（設(shè)計(jì)要求現(xiàn)場(chǎng)孔隙率不大于7%、實(shí)際為4～5%，設(shè)計(jì)要求滲水系數(shù)不大于120ml/min、實(shí)際為50～70ml/min）。通過(guò)這次對(duì)瀝青混合料各階段的改進(jìn)和優(yōu)化，從檢測(cè)數(shù)據(jù)和外觀評(píng)價(jià)均得到了質(zhì)檢站、業(yè)主、監(jiān)理和專業(yè)咨詢等單位和人員的高度認(rèn)可和好評(píng)。成仁高速公路于2012年9月中旬通車至現(xiàn)在已五年半了，通過(guò)筆者近期認(rèn)真的回訪，發(fā)現(xiàn)到目前為止未產(chǎn)生因離析原因而出現(xiàn)的質(zhì)量病害。