硬質(zhì)瀝青混合料在國(guó)省干線公路大修工程中的應(yīng)用

白明舉 姜 鴻 馬 倩

貴州省都勻公路管理局 貴州 都勻 558000

貴州省G312公路屬于中交通，過(guò)往車(chē)輛以卡車(chē)和重型車(chē)輛為主，在不中斷交通的條件下對(duì)基層進(jìn)行施工和養(yǎng)護(hù)的難度較大，即使施工完成后半年甚至更早就會(huì)出現(xiàn)裂縫、破損等病害，降低路面使用性能。常規(guī)的水泥穩(wěn)定粒料補(bǔ)強(qiáng)方案無(wú)法得到有效根治，瀝青穩(wěn)定碎石基層雖然能夠改變路面結(jié)構(gòu)，但是瀝青本身的針入度較高，軟化點(diǎn)較低，不能直接作為補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)。而硬件瀝青是一種低標(biāo)號(hào)的重交瀝青，該瀝青針入度低，軟化點(diǎn)高，與較好的高溫穩(wěn)定性，采用硬件瀝青穩(wěn)定碎石補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)可以很好的解決路面穩(wěn)定性能的問(wèn)題，與道路石油瀝青相比，造價(jià)和成本更低。因此利用硬件瀝青穩(wěn)定碎石補(bǔ)強(qiáng)基層來(lái)替代傳統(tǒng)的水穩(wěn)基層和道路石油瀝青穩(wěn)定碎石補(bǔ)強(qiáng)基層具有顯著的優(yōu)勢(shì)。

美國(guó)、英國(guó)等國(guó)家對(duì)瀝青穩(wěn)定碎石的研究較早，在國(guó)家的推動(dòng)下使瀝青路面的范圍逐漸擴(kuò)大，增加了瀝青穩(wěn)定碎石基層的使用頻率。而國(guó)內(nèi)的瀝青穩(wěn)定碎石處于起步階段，在使用范圍方面仍然處于被動(dòng)，雖然在國(guó)內(nèi)的發(fā)達(dá)地區(qū)得到了有效的應(yīng)用，但是仍然會(huì)受到國(guó)土地域性的影響，在推廣的時(shí)候存在一定阻礙。我國(guó)地域?qū)拸V，原材料存在的差異較大，導(dǎo)致瀝青穩(wěn)定碎石在鋪路的過(guò)程中容易受到原材料的影響，標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有得到統(tǒng)一，因此鋪筑的質(zhì)量也參差不齊，瀝青穩(wěn)定碎石作為基層需要加大厚度，如果厚度控制不當(dāng)會(huì)形成車(chē)轍，硬質(zhì)瀝青穩(wěn)定碎石和常規(guī)的瀝青穩(wěn)定碎石不同，需要對(duì)瀝青的級(jí)配、油石比以及施工工藝進(jìn)行系統(tǒng)研究，針對(duì)上述問(wèn)題和國(guó)內(nèi)的技術(shù)需求，對(duì)硬質(zhì)瀝青穩(wěn)定碎石混合料應(yīng)用技術(shù)研究則顯得十分重要。

1 硬質(zhì)瀝青的技術(shù)要求與性能要求

1.1 技術(shù)要求

道路瀝青相關(guān)指標(biāo)要求如表1所示。

表1 道路石油瀝青指標(biāo)要求

1.2 硬質(zhì)瀝青的PG性能指標(biāo)

硬質(zhì)瀝青PG性能指標(biāo)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 50號(hào)硬質(zhì)瀝青的PG性能指標(biāo)

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50號(hào)硬質(zhì)瀝青的高溫穩(wěn)定性能較好，在最高溫度82℃，其原樣瀝青和經(jīng)過(guò)RTFOT后殘留物瀝青的高溫車(chē)轍因子判定結(jié)果均為通過(guò)。但是其低溫性能較差，-12℃的低溫性能不能通過(guò)其判定依據(jù)。

2. 硬質(zhì)瀝青混合料配比設(shè)計(jì)

2.1 混合料類(lèi)型選擇

按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）規(guī)范要求，對(duì)硬件瀝青混合料級(jí)配要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，如表3所示。

表3 ATB-25瀝青混合料級(jí)配要求

本研究所設(shè)計(jì)的硬件瀝青混合料主要應(yīng)用在交通量較大的重載山區(qū)道路中，降雨量多，因此在混合料設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要考慮到混合料的高溫穩(wěn)定性與密水性，根據(jù)ATB-25的級(jí)配范圍，無(wú)法最大程度的保證其性能。因此，在現(xiàn)有規(guī)范級(jí)配的基礎(chǔ)上，對(duì)基層的ATB-25級(jí)配開(kāi)展優(yōu)化技術(shù)設(shè)計(jì)，以擴(kuò)大公路級(jí)配范圍。

2.2 混合料配比設(shè)計(jì)

瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)方法有馬歇爾實(shí)驗(yàn)方法、旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型法以及振動(dòng)壓實(shí)成型法三種。因考慮到現(xiàn)場(chǎng)施工的實(shí)際情況與建設(shè)水平，本研究采用馬歇爾實(shí)驗(yàn)方法對(duì)瀝青穩(wěn)定碎石混合料進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。

2.2.1 粘溫曲線

50號(hào)硬質(zhì)瀝青的黏度試驗(yàn)結(jié)果如表4所示，曲線如圖1所示。

表4 50號(hào)硬質(zhì)瀝青的黏度試驗(yàn)結(jié)果

圖1 50號(hào)硬質(zhì)瀝青黏溫曲線

通過(guò)黏溫曲線可以得到瀝青混合料的拌合溫度為166.2℃-170.9℃，壓實(shí)溫度為156.5℃-160.8℃。

2.2.2 礦料級(jí)配優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)相關(guān)的規(guī)范要求，在選擇混合料結(jié)構(gòu)時(shí)，需要根據(jù)集料的篩分結(jié)構(gòu)選出粗料、中料及細(xì)料三個(gè)級(jí)配，并根據(jù)當(dāng)?shù)毓こ痰膶?shí)際應(yīng)用情況選擇預(yù)估油石比，并制作馬歇爾試件，得到試件的體積指標(biāo)，根據(jù)體積指標(biāo)選擇接近設(shè)計(jì)要求的級(jí)配進(jìn)行設(shè)計(jì)。因本研究所實(shí)際的硬質(zhì)瀝青穩(wěn)定碎石應(yīng)用在重載山區(qū)，因此在進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)，為了防止發(fā)生問(wèn)題，需要保證瀝青混合料的力學(xué)性能強(qiáng)。

粗料、中料及細(xì)料三個(gè)級(jí)配的礦料比例明細(xì)如表5所示。

表5 三種級(jí)配的礦料比例明細(xì)

3. 硬質(zhì)瀝青混合料結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析

3.1 工程概況

本課題結(jié)合貴州省都勻公路管理局2018年公路大中修工程（G210線、G321線）狀況，選擇G321線1公里段落進(jìn)行試驗(yàn)路的鋪筑，具體的地點(diǎn)和樁號(hào)為三都境G321線K1033-K1034段。

3.2 下承層處治

本試驗(yàn)段鋪筑之前基層已經(jīng)開(kāi)放交通，一邊施工一邊養(yǎng)護(hù)，造成基層出現(xiàn)了早期病害，如圖2所示。

圖2 早期病害

在ATB-25瀝青穩(wěn)定碎石上基層試驗(yàn)段施工前，用掃帚或森林滅火器清理下承層，將水穩(wěn)底基層的石屑、松散石子等雜物清理干凈，并對(duì)細(xì)微的裂縫進(jìn)行標(biāo)記。對(duì)于寬裂縫進(jìn)行切縫，擴(kuò)縫后采用乳化瀝青和水性環(huán)氧樹(shù)脂混合乳液進(jìn)行防水。

3.3 試驗(yàn)段鋪筑

拌合樓篩網(wǎng)設(shè)置可以根據(jù)本項(xiàng)目礦料的級(jí)配及對(duì)該拌合樓的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，將尺寸設(shè)置為32mm、20mm、11mm、6mm、4mm。在生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了保證二次篩分試樣的真實(shí)性，拌合樓的上料速度需要與正常生產(chǎn)時(shí)的上料速度保持一致。

3.3.1 透層油撒布

在使用瀝青穩(wěn)定碎石ATB-25鋪筑之前，噴灑乳化瀝青透層油以保證組合式基層上下層之間的有效粘結(jié)，從現(xiàn)場(chǎng)噴灑的情況來(lái)看，乳化瀝青并無(wú)明顯漏撒線性，如圖3所示。

圖3 乳化瀝青透層油灑布

3.3.2 裂縫反射預(yù)防

為了進(jìn)一步預(yù)防早期裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展，在透層油灑布后對(duì)處治后的裂縫處鋪筑固定聚酯玻纖布，如圖4所示。

圖4 聚酯玻纖布的布設(shè)及固定

3.3.3 拌和

本次試鋪段采用碎石加熱溫度控制在175℃～185℃，瀝青加熱溫度控制在175℃-195℃之間。冷料進(jìn)料速度采用轉(zhuǎn)速比控制，生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)單倉(cāng)轉(zhuǎn)速比的設(shè)定，確保各料倉(cāng)材料用量比例，拌和樓在生產(chǎn)時(shí)設(shè)置參數(shù)為：干拌時(shí)間5s，濕拌時(shí)間為45s，卸料10s，每盤(pán)料平均生產(chǎn)周期約60s左右。

3.3.4 運(yùn)輸

瀝青混合料運(yùn)輸采用大噸位自卸車(chē)，車(chē)輛裝料之前檢查漏油、漏料現(xiàn)象，確保不出現(xiàn)漏油、漏料。運(yùn)輸車(chē)裝料時(shí)按照“前、中、后三步裝料方式裝料。運(yùn)輸車(chē)頂部采用棉被+篷布覆蓋，最大程度的保溫、防雨、防塵。

3.3.5 攤鋪

采用一臺(tái)攤鋪機(jī)半幅攤鋪，攤鋪前，對(duì)熨平板進(jìn)行了預(yù)熱，現(xiàn)場(chǎng)熨平板表面溫度約為100℃。設(shè)定攤鋪速度2m/min，實(shí)際攤鋪速度為2.5m/min，松鋪系數(shù)設(shè)定為1.20。松鋪厚度為12cm。瀝青混合料到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)溫度為160℃～170℃之間，如圖5所示。

圖5 混合料的攤鋪

3.3.6 碾壓

本次試驗(yàn)段的壓實(shí)分為初壓、復(fù)壓和終壓三個(gè)階段進(jìn)行，其中初壓：鋼輪壓路機(jī)1/3錯(cuò)輪靜壓2遍，時(shí)速2km/h～3.0km/h，初壓溫度不低于160℃；復(fù)壓：輪胎壓路機(jī)1/2錯(cuò)輪碾壓4遍，時(shí)速3km/h～4.0km/h，復(fù)壓溫度不低于145℃；終壓：壓路機(jī)1/2錯(cuò)輪靜壓2遍，時(shí)速2km/h～3.0km/h，終壓溫度不低于100℃；輪跡特別明顯增加碾壓遍數(shù)，綜合碾壓8遍。現(xiàn)場(chǎng)碾壓圖如下5.3.2-3所示。

圖6 混合料碾壓

結(jié)束語(yǔ)：

本研究依托G312線三都境內(nèi)的公路養(yǎng)護(hù)大修工程，對(duì)硬質(zhì)瀝青穩(wěn)定碎石在國(guó)省干線公路大修工程中基層的應(yīng)用進(jìn)行了研究，通過(guò)材料的創(chuàng)新應(yīng)用，引入硬質(zhì)瀝青作為膠結(jié)料，對(duì)干線公路瀝青碎石補(bǔ)強(qiáng)方案進(jìn)行優(yōu)化，依托工程，有針對(duì)性的對(duì)硬質(zhì)瀝青穩(wěn)定碎石混合料配合比的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，并對(duì)試驗(yàn)鋪裝的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行了討論，以提高公路養(yǎng)護(hù)的經(jīng)濟(jì)性。