公路養(yǎng)護中開級配磨耗層的應用研究

梁孟超

（河北省交通建設監(jiān)理咨詢有限公司，河北 石家莊 050000）

1 工程概況

某公路工程按照高等級公路標準建設，采用雙向六車道，設計時速為120km/h，路基寬度為35.5m，路線全長18.564km，路面由上、中、下三層組成，其中上面層采用的是瀝青瑪蹄脂混合料，厚度為4.5cm；中面層選用的是中粒式瀝青混凝土，厚度為6.0cm；下面層采用的是粗粒式瀝青混凝土，厚度為9.5cm[1]?；鶎訛樗€(wěn)碎石基層，底基層為二灰土。為在現(xiàn)有的基礎上進一步提升路面抗車轍的能力，使車輛行駛更加安全，經(jīng)過研究后，決定在該公路養(yǎng)護中，應用開級配磨耗層，以此來增強路面的使用性能。下面重點對開級配磨耗層在該公路養(yǎng)護中的應用展開分析。

2 公路養(yǎng)護中開級配磨耗層的應用

OGFC的級配范圍可以參考美國材料與試驗協(xié)會給出的建議，并通過試驗路段加以確定，本工程最終選取的OGFC級配范圍為9.5。

2.1 原材料的選擇

2.1.1 基質瀝青

基質瀝青選用70#石油瀝青，各項性能指標應與現(xiàn)行規(guī)范標準的規(guī)定要求相符，其中環(huán)球法測試的軟化點應不低于46℃，溶解度不小于99.5%，10℃下，5cm/min的延度不小于20cm，閃點不小于260℃，含蠟量不超過2%，15℃下的密度不小于1.01g/cm3，60℃下的動力黏度不小于180Pa?S[2]。

2.1.2 橡膠粉

橡膠粉作為OGFC的重要組成部分之一，其顆粒規(guī)格應相關規(guī)定要求相符，即2.0mm篩孔的通過率為100%，1.18mm篩孔的通過率為65%～100%，0.6mm篩孔的通過率為20%～100%，0.075mm篩孔的通過率為0～5%[2]。采用水篩法篩分橡膠粉，橡膠粉的密度應達標，且無鐵絲或其他雜質，纖維比例不大于0.5%，為避免橡膠粉顆粒發(fā)生黏結的現(xiàn)象，要求含4%的碳酸鈣。橡膠粉的質量與OGFC的質量密切相關，供貨商應提供質保證書，并對橡膠粉的規(guī)格、加工及儲存方式予以詳細說明。

2.1.3 橡膠瀝青

選用的橡膠瀝青各項技術指標應負荷相關規(guī)范標準的規(guī)定要求，177℃下的黏度為1.5～4.0Pa·s，最小軟化點為54℃。

2.1.4 集料

（1）粗集料以碎石作為首選，要求質地堅硬、表面潔凈、顆粒接近立方體且不含風化顆粒，粒徑在4.75mm以上。玄武巖或是輝綠巖作為粗集料的效果比較好，當石料選好后，要做相應檢測，看是否滿足技術要求。常溫狀態(tài)下，粗集料的壓縮值不超過20%。高溫不超過24%，洛杉磯磨耗損失不大于28%，吸水率不超過2.0%，對橡膠瀝青的黏附性不小于5級，堅固性不超過12%，針片狀顆粒含量不超過12%，軟石含量不超過3%，抗壓強度不小于120MPa[3]。

（2）細集料以人工軋制的機制砂作為首選，要求堅硬、潔凈、干燥、無雜質、無風化，且石質應與選用的粗集料相同，不可以使用采石場的下腳料。粗集料的尺寸規(guī)格應與相關規(guī)定要求相符，0.075mm篩孔的質量百分率為0～15%，砂當量不小于60%，以70%以上為宜。

2.1.5 外摻劑

為改善橡膠瀝青與集料之間的黏附性，需要摻入適量的外加劑，比較適宜的有水泥或是消石灰，摻入量控制在混合料質量的1%～2%左右。

2.2 配合比設計

OGFC的配合比設計分為三個階段，第一個階段為目標配合比設計，第二個階段為生產(chǎn)配合比設計，第三個階段為生產(chǎn)配合比驗證。

2.2.1 目標配合比設計

（1）在該階段，要先檢測原材料，從工程實際使用的原材料中，選取具有代表性的材料，按照現(xiàn)行規(guī)范標準及試驗規(guī)程的規(guī)定要求篩分各類礦料，并檢測混合料拌制中所需的材料，包括基質瀝青、橡膠瀝青、膠粉、礦料以及外摻劑等，以保證原材料的質量達標。

（2）在對礦料配合比設計時，可將篩分結果作為主要依據(jù)，依托電子表格，采用適配的方法操作，并按相關試驗規(guī)程中給出的方法，繪制礦料的級配曲線，在預先確定的級配范圍內，對礦料比例加以調整，設計出不同的級配。對橡膠瀝青用量確定時，可以根據(jù)實踐經(jīng)驗，制作不同級配的馬歇爾試件，并測定體積指標，從中選取一組最為接近設計要求的級配作為設計級配。

（3）按照礦料的設計級配和橡膠瀝青用量，以0.5%的間隔變化，取四種不同的橡膠瀝青用量，制作馬歇爾試件，分別計算出各組試件的密度、空隙率、間隙率、瀝青飽和度等指標，據(jù)此繪制體積指標曲線，根據(jù)體積指標，確定配合比的瀝青用量。

（4）OGFC與SMA之間具有一定的相似性，需要有一個粗集料嵌擠的骨架結構，以減少車轍。而OGFC的骨架嵌擠狀態(tài)主要體現(xiàn)在粗集料的間隙率上，要求壓實后的混合料間隙率小于粗集料干搗的間隙率。

（5）在對OGFC混合料的飛散損失率確定時，可以采用飛散試驗，該方法的具體操作過程如下：準備一組OGFC混合料馬歇爾試件，對其質量準確測定，結果精確到0.1g，將該值記為P1。隨后將試件放入到洛杉磯磨耗機內，試驗溫度控制在25℃，磨耗機以30～33r/min的速度，運行300r，將試件取出后稱重，結果記為P2。OGFC混合料的飛散損失率不大于30%為合格，若是無法達到這個標準，可以使用改性劑或是增加瀝青用量，使飛散損失率達標[4]。本次配合比設計中，將20%作為混合料飛散損失率的標準最大值。

（6）為測試OGFC混合料的滲透性，可以開展?jié)B透性試驗，具體的操作過程如下：依據(jù)生產(chǎn)配合比制備馬歇爾試件，并對正反兩面分別擊實50次，在不脫模的前提下，將試件兩面的濾紙去除，待試件自然冷卻后，直接帶模浸入水中，時間不少于1h，使試件吸收后達到飽和狀態(tài)。試驗的過程中，可將試模支立在容器內，使模底脫空，隨后向試模內倒入100ml水，用秒表記錄水從試件孔隙全部滲出的時間，做好記錄。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范標準中給出的公式，計算出試件的透水系數(shù)。

（7）根據(jù)上述生產(chǎn)配合比制備馬歇爾試件，并對試件作一系列試驗，包括浸水、凍融劈裂、高溫動穩(wěn)定度、低溫抗裂性能等，各項試驗結果應與相關規(guī)定相符，如果其中某一項或是幾項試驗的結果不符合規(guī)定，則需要重新設計配合比。

2.2.2 生產(chǎn)配合比設計

（1）對熱料倉各種礦料的用量加以確定，具體做法如下：混合料拌制采用間歇式拌和樓，可在二次篩分后，從進入熱料倉的礦料中取樣篩分，以該結果作為主要依據(jù)，利用試驗規(guī)程中給出的公式，通過計算，使混合料的級配與目標配合比設計級配相符，以此來確定熱材料各種礦料的用料比例。對冷料倉進料比例反復調整，直至與熱料倉達到供料平衡為止。

（2）根據(jù)獲得的生產(chǎn)配合比，在室內使用小型拌和機，制備混合料并進行馬歇爾試驗，檢驗混合考的浸水殘留穩(wěn)定度和凍融殘留強度比，看結果是否與規(guī)定要求相符，若是相符，則說明混合料的生產(chǎn)配合比合理。

2.2.3 配合比驗證

依據(jù)生產(chǎn)配合比，對混合料試拌，確認各項技術指標合格后，用混合料鋪筑試驗段。從試鋪的混合料中取樣，作馬歇爾試驗、礦料篩分試驗等，檢驗礦料的級配，確定出生產(chǎn)所用的標準配合比，并對該配合比制備的混合料作高溫車轍和水穩(wěn)定性試驗，確認合格后，便可將之作為最終的生產(chǎn)配合比。

2.3 OGFC施工要點

2.3.1 制備混合料

OGFC混合料生產(chǎn)過程中，要對溫度嚴格控制，這是確?；旌狭腺|量的關鍵，溫度過低會對混合料的施工性能造成影響，而溫度過高，則會使混合料離析的發(fā)生概率增大。根據(jù)工程經(jīng)驗，開級配混合料出場的最佳溫度為165～175℃[5]。通常情況下，拌制好的OGFC混合料不存儲于貯料倉內，因特殊需要，必須存儲時，要縮短儲存時間，最長不得超過60min。

2.3.2 路面準備

為使開級配磨耗層的作用得以充分發(fā)揮，應將OGFC混合料鋪筑在結構完整的路面上。OGFC下面層要有不小于2%的排水橫坡，防止雨水積聚，影響磨耗層的耐久性。除此之外，還應與下面層之間有良好的黏結性，因粒徑單一的骨架結構空隙率比較大，盡管水會從橫坡排出路面，但仍然會有一小部分的水殘留于OGFC結構層底部。由于黏層油受到水的作用，會遭到破壞，致使OGFC的使用壽命隨之縮短。故此，在對OGFC混合料正式攤鋪前，應采取有效的措施處理下面層，滿足混合料的施工要求，延長路面的使用年限。

2.3.3 混合料運輸

（1）在OGFC混合料的運輸環(huán)節(jié)中，要做好溫度控制工作，混合料出廠前和到場后，可以采用插入式數(shù)顯熱電偶溫度計，檢測混合料的溫度。溫度計插入混合料的深度應達到15cm以上，在混合料運輸車側面的中間部位設置檢測孔，孔口與車廂底面的距離保持在30cm左右。

（2）從拌和樓向運輸車上卸料時，車輛應前后移動3次，將混合料裝入不同的位置，以此來降低集料離析的發(fā)生概率。運輸車的運量要較之拌和站的生產(chǎn)能力和現(xiàn)場攤鋪作業(yè)速度有一定的富余，攤鋪機前方等待卸料的運輸車數(shù)量至少要有3輛方可開展攤鋪作業(yè)，以免因供料不及時，引起停工待料的情況。

（3）為保證混合料在運輸途中的溫度，運輸車上要配置篷布覆蓋設施，卸料時繼續(xù)覆蓋，直至混合料全部卸完后將篷布從車上取走即可，在確保混合料溫度的同時，防止污染環(huán)境。運輸車應?？吭跀備仚C前方20cm左右的位置處，避免與攤鋪機發(fā)生碰撞，卸料時，運輸車掛好空擋，由攤鋪機推動前進，直至車上所有泥和料全部卸完為止。

2.3.4 攤鋪與碾壓

（1）OGFC混合料應在路面干燥、氣溫高于15℃的條件下作業(yè)，特別是在攤鋪層比較薄時，更要選擇適宜的施工環(huán)境和溫度，以確保攤鋪質量達標。OGFC混合料采用全寬度攤鋪的方法作業(yè)，伸入路肩90cm左右，施工過程中，要避免妨礙橫向排水的行為發(fā)生。

（2）混合料攤鋪應保證連續(xù)、穩(wěn)定，是提高平整度的有效途徑之一。開級配磨耗層的厚度比較薄，為確保攤鋪效果，攤鋪機要控制好作業(yè)速度，可以按照混合料的產(chǎn)量、機械設備配套情況、現(xiàn)場攤鋪厚度和寬度等，確定最佳的攤鋪速度，使攤鋪機在該速度下，均勻、不間斷攤鋪。

（3）OGFC混合料攤鋪完畢，尚未碾壓密實前，嚴禁車輛通過和人員踩踏，以免影響攤鋪效果。在對混合料上面層攤鋪時，可以借助非接觸式平衡梁控制厚度，兩臺攤鋪機呈梯隊作業(yè)，相距10m左右，從而形成良好的熱接縫[6]。攤鋪作業(yè)正式開始前，要對攤鋪機全面調整，使其達到最佳狀態(tài)，消除潛在的隱患問題，避免攤鋪中途發(fā)生故障，影響質量和進度。將攤鋪機布料器兩端的自動料位器調整好，使料門的開度、鏈板送料器的速度與螺旋布料器的轉速相匹配。攤鋪作業(yè)時，要保證螺旋布料器內的混合料高于布料器2/3，從而使熨平板擋板前方的混合料高度在全寬范圍內保持一致，由此能夠降低攤鋪層離析現(xiàn)象的發(fā)生概率。

（4）OGFC混合料攤鋪后，應在溫度較高的情況下用壓路機碾壓密實，以保證壓實效果。選用鋼輪壓路機，以靜壓的方式碾壓，也可以振動碾壓，但在振動過程中，可能會導致大量的集料被壓碎，使混合料的強度下降，因此不推薦振動碾壓。需要注意的是，不可以使用膠輪壓路機對OGFC混合料碾壓密實[7]。

（5）OGFC混合料施工過程中，橫縫的處理尤為重要，操作時，不可以采用與普通混合料相同的做法，即在切縫垂直面上涂抹黏層油，這是由于OGFC混合料中粗集料的含量比較多，集料間的黏結性不強，通過涂抹黏層油的方法，無法使攤鋪層與新面層之間可靠黏結。不僅如此，切縫垂直面涂抹的黏層油若是厚度過大，則會對OGFC內部橫向排水造成不利影響。

（6）在縱縫處理時，為確保攤鋪面的連續(xù)性和均勻性，可以采用兩臺攤鋪機呈梯隊作業(yè)，并在前面已經(jīng)攤鋪的混合料留20cm左右的寬度暫不碾壓，以此作為后面的高程基準面，后面的攤鋪機攤鋪時，使攤鋪層重疊10cm左右，按熱接縫的方法，在重疊層上做跨接縫碾壓，以消除接縫的痕跡[8]。需要注意的是，上面層與中面層之間的縱縫應錯開15cm以上。

3 結語

公路養(yǎng)護工程中應用開級配磨耗層時，應優(yōu)選各種原材料，并科學設計混合料的配合比，作業(yè)人員應掌握開級配磨耗層的施工技術要點，以確保質量達標，從而使其能夠有效改善路面性能，提高行車舒適性與安全性。