瀝青混合料施工過程級配變異性研究

摘要 瀝青路面施工工序復(fù)雜、環(huán)環(huán)相扣，任意環(huán)節(jié)級配變異均可能會對混合料路用性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。在現(xiàn)行施工技術(shù)規(guī)范中主要針對拌和后的混合料級配進(jìn)行檢測，實(shí)際工程中級配檢測耗時(shí)耗力，且檢測結(jié)果無法及時(shí)反饋到施工過程。文章主要通過實(shí)體工程項(xiàng)目對施工過程級配變異性進(jìn)行了研究，同時(shí)通過對施工項(xiàng)目現(xiàn)場調(diào)研，分析了瀝青混合料級配變異性的影響因素。

關(guān)鍵詞 瀝青混合料;施工過程;級配變異

中圖分類號 U416.217文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2022）11-0064-03

引言

為了解不同施工水平下瀝青路面施工過程級配的變異情況，以瀝青混合料施工全過程混合料級配變異為研究對象，分別從級配變異敏感過程與連續(xù)施工過程中級配變化對級配變異性進(jìn)行研究，研究周期為5天，每日對混合料進(jìn)行取樣、試驗(yàn)，獲取數(shù)據(jù)。級配變異敏感過程主要研究拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓四個(gè)施工步驟中級配隨時(shí)間的波動(dòng)情況[1]，通過對各階段施工級配數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，了解不同施工工序中混合料級配數(shù)據(jù)隨著時(shí)間的變化情況，以確定施工中級配變異的敏感過程。連續(xù)施工過程中級配變化以高速項(xiàng)目為例，對拌和、運(yùn)輸、攤鋪等施工全過程級配數(shù)據(jù)進(jìn)行了跟蹤觀測，考慮到一定時(shí)間內(nèi)混合料拌和樓調(diào)控參數(shù)相對穩(wěn)定，確定研究對象為同一拌鍋內(nèi)瀝青混合料，對其拌和、攤鋪、運(yùn)輸過程進(jìn)行級配跟蹤觀測，分析級配隨工序推進(jìn)中的變化情況。

1 級配變異敏感過程分析

為保證施工項(xiàng)目具有代表性，選擇各項(xiàng)目分布區(qū)域較廣，且施工方來自不同施工企業(yè)，可代表當(dāng)?shù)馗叩燃壒肥┕さ目傮w水平。其中甲高速按雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，在SUP-20中面層混合料生產(chǎn)過程中共用到5種不同粒徑規(guī)格集料。乙高速SUP-25項(xiàng)目因公稱粒徑大，利用六種不同粒徑規(guī)格冷集料進(jìn)行混合料的拌和生產(chǎn)，SMA-13上面層施工階段共用到三種集料。丙公路項(xiàng)目為一級公路改擴(kuò)建項(xiàng)目，對上面層SMA-13混合料施工項(xiàng)目數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，該項(xiàng)目在混合料生產(chǎn)時(shí)共用到三種集料，分別為10～16 mm、5～10 mm、0～3 mm三種粒徑規(guī)格。丁公路項(xiàng)目為一級公路新建項(xiàng)目，在上面層SMA-13混合料施工時(shí)對該項(xiàng)目所用三種粒徑規(guī)格集料各篩孔通過率、施工過程混合料級配變異性進(jìn)行研究。

以以上高速公路路面施工項(xiàng)目為依托，采取現(xiàn)場試驗(yàn)的方式，對拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓過程級配數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，按照四分法對各施工過程中混合料取樣，進(jìn)行抽提、烘干、篩分、測算級配。為了解一定時(shí)間內(nèi)同種工序中級配隨著時(shí)間變化情況與穩(wěn)定性，對各項(xiàng)目不同施工過程級配數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并對各施工過程級配變異程度進(jìn)行對比，獲取施工過程中級配變異的敏感過程。

1.1 拌和過程

以甲SUP-20高速公路項(xiàng)目為例進(jìn)行研究。該項(xiàng)目采用ACP-4000型拌和樓，冷料進(jìn)料速度采用轉(zhuǎn)速比控制，包括單倉轉(zhuǎn)速比、統(tǒng)一轉(zhuǎn)速比控制。為了解拌和過程中各熱料倉是否穩(wěn)定，隨機(jī)選取Day3中拌和站的200次拌和數(shù)據(jù)，對各熱料倉數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，結(jié)果見表1所示。

由表1可知，在拌和過程中對熱料的控制較好，各料倉質(zhì)量變異性小，拌和質(zhì)量穩(wěn)定。ACP-4000型拌和樓裝有“二次計(jì)量”的電子稱量系統(tǒng)以及“二次篩分”的振動(dòng)篩裝置，且甲項(xiàng)目每天對裝置進(jìn)行檢測，保證裝置的正常運(yùn)行，大大提高了各熱料倉內(nèi)分段級配的穩(wěn)定性。

1.2 運(yùn)輸過程

對甲、已兩個(gè)項(xiàng)目研究了運(yùn)輸過程對級配離析的影響發(fā)現(xiàn)，甲高速SUP-20項(xiàng)目在運(yùn)輸過程中具體表現(xiàn)出粗料出現(xiàn)較嚴(yán)重離析現(xiàn)象，與設(shè)計(jì)級配的最大偏差出現(xiàn)在19 mm、13.2 mm篩孔處，分別為7.2%和10.3%，且13.2 mm通過率值已低于級配的下限值4.5%左右。對于細(xì)料（2.36 mm以下），則與設(shè)計(jì)級配相差不大，波動(dòng)幅度1%左右。對施工過程進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)研，發(fā)現(xiàn)該項(xiàng)目在運(yùn)輸過程中，車輛速度較快且容易發(fā)生顛簸，粗料由于質(zhì)量較大，對振動(dòng)、顛簸等反應(yīng)更為敏感，發(fā)生位置移動(dòng)、造成離析的可能性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于細(xì)集料。

乙SUP-25項(xiàng)目在觀測期內(nèi)，13.2 mm、9.5 mm處通過率與設(shè)計(jì)級配偏差最大，偏差值分別為13.9%和11.3%，超過施工允許的波動(dòng)上下限。細(xì)集料超出允許范圍僅有2.36 mm處超過1%左右，離析程度較粗集料低。與甲高速SUP-20項(xiàng)目比，該項(xiàng)目在運(yùn)輸過程中離析程度更高，反映出隨著公稱最大粒徑的增大，混合料顆粒變粗，在運(yùn)輸過程中受到的影響也更大。另一方面，隨著篩孔的增加，對級配的控制難度也變得更高。

經(jīng)過車輛運(yùn)輸后，乙SMA-13項(xiàng)目為期五天的觀測期內(nèi)，第四天中13.2 mm、9.5 mm處通過率與設(shè)計(jì)級配偏差最大，偏差值分別達(dá)到為5.3%和6.5%，分別超過施工允許下限1.3%、2.5%。細(xì)集料超出允許范圍僅有2.36 mm處超過1%左右，離析程度低。在觀測期內(nèi)第三天時(shí)0.075 mm通過率低于設(shè)計(jì)下限值1%左右。由分析知，在運(yùn)輸過程中級配主要表現(xiàn)出粗集料離析。

1.3 攤鋪過程

針對攤鋪過程的影響，對甲和丙項(xiàng)目進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)：甲高速SUP-20項(xiàng)目攤鋪過程最大偏差值發(fā)生13.2 mm和9.5 mm處，分別為6.9%和4.9%。拌和過程相對于運(yùn)輸過程離析情況得到了改善，主要是經(jīng)過螺旋布料器的二次拌和作用，對粗料的離析有一定改善作用。另一方面，車斗內(nèi)部混合料在卸料過程中主要以整體形式下落，發(fā)生滾動(dòng)可能性小。

丙公路SMA-13項(xiàng)目篩分曲線結(jié)果顯示攤鋪過程對混合料級配的影響較小，該過程中級配的變異情況小于運(yùn)輸過程，與設(shè)計(jì)級配的最大偏差值發(fā)生9.5 mm和1.18 mm處，分別為4.8%和3.8%。相對于運(yùn)輸過程離析情況得到了改善，再次驗(yàn)證螺旋布料器的二次拌和過程對集料的離析有改善作用。

1.4 碾壓過程

對碾壓后的路面進(jìn)行鉆芯取樣、抽提、篩分，獲取級配數(shù)據(jù)以評價(jià)碾壓過程中級配的變化情況。碾壓過程由于受到現(xiàn)場條件限制，未能對該所有項(xiàng)目施工過程級配變異性進(jìn)行研究與分析，僅對丙公路SMA-13項(xiàng)目碾壓后的混合料進(jìn)行了三天的級配監(jiān)控。碾壓過程級配變異主要發(fā)生在1.18 mm和0.6 mm處，與設(shè)計(jì)級配的最大偏差值分別為4.1%和3.7%，其他篩孔通過率均在合理范圍內(nèi)。BAAD8876-DD12-41F3-93D0-669D613B6B1A

綜合以上所有項(xiàng)目中對施工過程級配變異性的研究，施工過程中級配變異性受到多種因素影響，級配離析程度從大到小依次為：乙高速SUP-25項(xiàng)目>甲高速SUP-20項(xiàng)目>丁公路SMA-13項(xiàng)目>丙公路SMA-13項(xiàng)目>乙高速SMA-13項(xiàng)目。拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓四個(gè)施工過程中，運(yùn)輸過程對級配變異敏感，在運(yùn)輸過程主要表現(xiàn)在粗集料的離析，且超出級配允許波動(dòng)范圍的概率與數(shù)值均高于攤鋪與拌和過程，五個(gè)項(xiàng)目所得出的結(jié)論一致。

2 施工過程級配變異影響因素

2.1 道路等級

乙高速項(xiàng)目、丙公路項(xiàng)目、丁公路項(xiàng)目混合料類型均為SMA-13，通過對項(xiàng)目施工過程級配分析，研究道路等級對施工過程級配變異性的影響，3個(gè)項(xiàng)目混合料施工過程各篩孔的變異系數(shù)如表2所示。

由表2知：對于相同混合料類型，乙高速項(xiàng)目變異系數(shù)最低，丁公路項(xiàng)目次之，丙公路項(xiàng)目變異系數(shù)最大，且最大變異系數(shù)主要發(fā)生在0.3～2.36 mm區(qū)間內(nèi)。

2.2 公稱最大粒徑

通過對甲、乙項(xiàng)目對比分析，發(fā)現(xiàn)公稱最大粒徑是影響混合料級配變異的重要因素。甲高速混合料類型為SUP-20，乙高速采用SUP-25型瀝青混合料作為下面層，二者混合料類型一致，且施工隊(duì)伍水平能力相近，該項(xiàng)目差別主要體現(xiàn)在混合料公稱最大粒徑不同，計(jì)算各篩孔變異系數(shù)見表3。

由表3可知：同一篩孔通過率的變異系數(shù)，乙高速項(xiàng)目遠(yuǎn)大于甲高速項(xiàng)目。隨著篩孔減小，變異系數(shù)比值超過2倍。對于同種混合料類型，隨著公稱最大粒徑的增大，級配整體變異性也隨之增大。公稱最大粒徑是影響混合料級配的重要因素，公稱粒徑越大，相同質(zhì)量混合料組成更為復(fù)雜，集料顆粒類型更多，導(dǎo)致顆粒增加或減少均變動(dòng)引起級配顯著變化，從而對混合料級配產(chǎn)生重要影響。

2.3 施工工序

在對施工過程級配變異性研究內(nèi)容中，了解到不同工序中，混合料級配變異性不同。級配變異性從小到大排序?yàn)椋喊韬瓦^程<攤鋪過程<運(yùn)輸過程。運(yùn)輸過程中車輛的顛簸導(dǎo)致的粗顆粒的滾動(dòng)、混合料溫度的冷卻等是導(dǎo)致混合料離析的重要原因。拌和過程由于國內(nèi)均采用間歇式拌和設(shè)備，通過實(shí)施監(jiān)控?zé)崃蟼}質(zhì)量、對拌和的混合料進(jìn)行抽提檢驗(yàn)等手段，有效避免了混合料級配離析的產(chǎn)生。攤鋪過程作為混合料與成品路面的重要中間步驟，螺旋布料器的轉(zhuǎn)動(dòng)，對級配離析有一定的改善作用。

2.4 運(yùn)輸條件

以乙高速SMA-13項(xiàng)目、丙公路SMA-13項(xiàng)目、丁公路SMA-13項(xiàng)目為對象，研究了同種混合料在不同運(yùn)輸條件下級配的變異差別。乙高速項(xiàng)目以新建道路為運(yùn)輸?shù)缆罚韬驼疚挥谥骶€標(biāo)段中間位置，最遠(yuǎn)運(yùn)輸距離不超過20 km，運(yùn)輸?shù)缆肪嚯x較小，運(yùn)輸路況好。丙公路項(xiàng)目拌和站位于某空曠地帶，車輛出后場時(shí)經(jīng)過一段3 km左右的便道，路面坎坷不平，車輛行駛時(shí)晃動(dòng)較大。經(jīng)過該段后行駛路況良好，但運(yùn)距長，行駛總時(shí)長約55 min。丁公路項(xiàng)目公司采用以拌和站為中心、項(xiàng)目輻射的經(jīng)營形式，運(yùn)輸?shù)缆份^好，但距離較長，整體運(yùn)輸時(shí)間約為70～80 min。乙、丙、丁三個(gè)項(xiàng)目運(yùn)輸過程中各篩孔的變異系數(shù)如表4所示。

由表4數(shù)據(jù)分析結(jié)果知，乙項(xiàng)目在運(yùn)輸過程中級配變異程度低于其他兩個(gè)項(xiàng)目，從而也表明了運(yùn)輸條件對級配變異性影響。丙公路項(xiàng)目盡管變異系數(shù)略低于丁公路項(xiàng)目，但在之前分析中可知，丙公路項(xiàng)目較多篩孔低于設(shè)計(jì)級配值，盡管變異性小，但總體離析較丁公路更為嚴(yán)重。運(yùn)輸路況與運(yùn)輸時(shí)間是影響混合料級配離析的兩個(gè)重要因素，運(yùn)輸路況越差、運(yùn)輸時(shí)間越長，混合料離析的概率與程度均會提高。

2.5 混合料類型

以SMA型與AC型混合料類型為對象，比較不同混合料類型對施工過程中級配變異的影響程度。為避免公路等級等其他因素對結(jié)果影響，均選擇高速公路施工項(xiàng)目進(jìn)行對比。各項(xiàng)目混合料在施工過程中級配的變異情況如表5所示。

由表5計(jì)算結(jié)果知：當(dāng)公路等級均為高速公路時(shí)，SMA-13型混合料變異性略低于AC-13型瀝青混合料，當(dāng)篩孔尺寸在0.6～13.2 mm時(shí)，二者差異較小;當(dāng)篩孔尺寸小于0.3 mm時(shí)，變異性差距明顯?；旌狭项愋褪怯绊懟旌狭霞壟渥儺愋缘闹匾蛩兀煌愋突旌狭蟽?nèi)各粒徑顆粒組成不同，進(jìn)而影響到混合料生產(chǎn)過程中的級配變異性[2]?？傮w而言，SMA型混合料優(yōu)于傳統(tǒng)的AC型瀝青混合料。

3 結(jié)論

綜上所述，現(xiàn)有施工水平下拌和過程對混合料級配影響小，運(yùn)輸過程中級配變異性較大，攤鋪過程對離析混合料有一定的改善作用。級配變異受到道路等級、混合料類型、最大公稱粒徑、運(yùn)輸路況與運(yùn)輸時(shí)間等因素的影響，在施工水平類似的情況下，工程粒徑大、道路等級低、運(yùn)輸路況差、運(yùn)輸時(shí)間長的混合料級配發(fā)生變異的可能性越高，且AC型瀝青混合料變異性高于SMA混合料。

參考文獻(xiàn)

[1]丁凡. 瀝青路面施工過程級配變異性分析與控制[D]. 南京：東南大學(xué)， 2020.

[2]王德璽. 熱拌瀝青混凝土路面施工質(zhì)量變異性研究[D]. 烏魯木齊：新疆大學(xué)， 2020.

收稿日期：2022-04-13

作者簡介：顧銘（1981—），男，本科，中級工程師，研究方向：道路與橋梁。BAAD8876-DD12-41F3-93D0-669D613B6B1A