瀝青路面壓實(shí)質(zhì)量影響因素研究

胡建平

(湖南省婁底市雙峰縣公路建設(shè)養(yǎng)護(hù)中心,湖南 婁底 417700)

隨著國(guó)內(nèi)交通基礎(chǔ)設(shè)施投資的不斷增多,截至2021年底,我國(guó)高速公路總通車?yán)锍桃呀?jīng)達(dá)到16萬(wàn)km,在高速公路不同路面結(jié)構(gòu)形式中,瀝青路面是占據(jù)絕對(duì)比重。在影響瀝青路面鋪設(shè)質(zhì)量的眾多工序環(huán)節(jié)中,壓實(shí)質(zhì)量是決定瀝青路面質(zhì)量最關(guān)鍵的一環(huán)。相關(guān)研究表明,瀝青混合料若壓實(shí)不足則容易產(chǎn)生車轍病害,一旦過(guò)壓又容易造成集料破碎,降低壓實(shí)度,導(dǎo)致孔隙率變小進(jìn)而出現(xiàn)泛油、剝落等病害出現(xiàn)[1]。總而言之,壓實(shí)不足容易對(duì)瀝青路面整體的強(qiáng)度、穩(wěn)定性及耐久性產(chǎn)生不利影響,輕則影響行車體驗(yàn),重則危及行車安全及公路長(zhǎng)久使用壽命。通過(guò)對(duì)瀝青路面施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié),發(fā)現(xiàn)瀝青混合料配合比、壓實(shí)溫度、壓路機(jī)振幅是涵蓋原材料及攤鋪碾壓等工序的主要影響因素[2-5]?；诖?依托室內(nèi)試驗(yàn)及國(guó)道G320線雙峰縣K1334+000～K1338+397段公路大修工程,對(duì)上述影響因素進(jìn)行研究,以對(duì)后續(xù)瀝青路面施工進(jìn)行應(yīng)用指導(dǎo)。

1 原材料和試驗(yàn)方案

1.1 原材料

(1)粗、集料及填料

瀝青混合料的粗、細(xì)集料采用石灰?guī)r碎石,填料采用水泥和磨細(xì)石灰?guī)r礦粉,相關(guān)材料試驗(yàn)指標(biāo)如表1、表2所示。

表1 粗集料主要技術(shù)性質(zhì)

表2 細(xì)集料及礦粉試驗(yàn)結(jié)果

(2)瀝青

瀝青原材料選用SBS I-D石油瀝青,主要技術(shù)指標(biāo)如表3所示。

表3 SBS I-D瀝青技術(shù)指標(biāo)

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

主要針對(duì)級(jí)配影響、壓實(shí)溫度及壓路機(jī)振幅等因素對(duì)壓實(shí)質(zhì)量的影響進(jìn)行研究,其中級(jí)配影響及壓實(shí)溫度影響依托室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)行分析,壓路機(jī)振幅因素影響依托試驗(yàn)路施工進(jìn)行研究,具體試驗(yàn)方案如下。

(1)級(jí)配影響試驗(yàn)

在現(xiàn)有瀝青路面結(jié)構(gòu)中,AC-13型瀝青混合料是應(yīng)用較為廣泛的瀝青混合料路面面層類型,因此本文選用AC-13型瀝青混合料作為上面層混合料進(jìn)行研究。在規(guī)范要求的AC-13級(jí)配范圍內(nèi),選擇粗集料含量高、細(xì)集料含量高以及粗細(xì)集料含量適中的三個(gè)級(jí)配類型(下文分別簡(jiǎn)稱級(jí)配1、級(jí)配2和級(jí)配3),并在其各自的最佳油石比下成型馬歇爾試件,待24 h后對(duì)試件脫模并測(cè)定其孔隙率和毛體積密度,以此來(lái)分析級(jí)配對(duì)于瀝青混合料壓實(shí)度的影響。設(shè)計(jì)的不同級(jí)配類型如表4所示。

表4 不同類型級(jí)配類型

(2)壓實(shí)溫度影響試驗(yàn)

瀝青混合料的壓實(shí)溫度通常是通過(guò)黏溫曲線進(jìn)行確定,當(dāng)表觀黏度達(dá)到0.28±0.03 Pa·s時(shí)確定合適的壓實(shí)溫度,但由于實(shí)際施工過(guò)程中的壓實(shí)溫度控制精確度往往不足,這也就是導(dǎo)致路面施工質(zhì)量不足的原因。為探究壓實(shí)溫度對(duì)施工質(zhì)量的影響程度,以室內(nèi)馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)?zāi)M瀝青混合料壓實(shí)過(guò)程。參考同類型施工經(jīng)驗(yàn),以130 ℃為基礎(chǔ),5 ℃為溫度增量,在130～155 ℃范圍內(nèi)設(shè)置6個(gè)不同的壓實(shí)溫度,在不同壓實(shí)溫度下對(duì)混合料進(jìn)行正反擊實(shí)75次,制成標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件,測(cè)定內(nèi)部孔隙率和毛體積密度,以此來(lái)分析壓實(shí)溫度對(duì)于瀝青混合料壓實(shí)度的影響。

(3)壓路機(jī)振幅影響試驗(yàn)

利用上述試驗(yàn)結(jié)果中選定的級(jí)配和壓實(shí)溫度,通過(guò)試驗(yàn)路段鋪筑,根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)采用10～70 Hz之間的不同壓路機(jī)振幅進(jìn)行碾壓,碾壓后采用無(wú)損密度儀檢進(jìn)行壓實(shí)度的無(wú)損檢測(cè)以評(píng)價(jià)壓實(shí)效果。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 級(jí)配類型對(duì)壓實(shí)度影響

根據(jù)所選的AC-13不同類型級(jí)配比選試驗(yàn)方案進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果分析如圖1所示。

圖1 不同級(jí)配的壓實(shí)效果

根據(jù)圖1不同級(jí)配下混合料的壓實(shí)效果圖分析可以看出,級(jí)配1的空隙率介于4.7%～4.8%之間,毛體積密度介于2.32～2.33 g/cm3。級(jí)配2的空隙率在4.1%～4.3%之間,毛體積密度介于2.47～2.50 g/cm3。級(jí)配3的空隙率在4.4%～4.5%之間,毛體積密度介于2.38～2.40 g/cm3。由此可見(jiàn),級(jí)配1的空隙率最大,毛體積密度最小,級(jí)配3次之,級(jí)配2的毛體積密度最大,空隙率最小,這說(shuō)明級(jí)配2的壓實(shí)效果最好,級(jí)配1的壓實(shí)效果最差,級(jí)配3的壓實(shí)效果介于兩者之間。這充分說(shuō)明級(jí)配類型對(duì)混合料的壓實(shí)效果有重要影響,當(dāng)粗集料含量較高時(shí),壓實(shí)效果較差,細(xì)集料含量越高,壓實(shí)效果則越好。這是因?yàn)樵跒r青含量相同、細(xì)集料含量較多的條件下,集料可以更加自由的在瀝青的潤(rùn)滑作用下進(jìn)行移動(dòng)排列,而粗集料增多會(huì)導(dǎo)致集料之間的嵌擠力變大,無(wú)法在瀝青潤(rùn)滑作用下順利的進(jìn)行移動(dòng),進(jìn)而導(dǎo)致壓實(shí)后孔隙率增大,毛體積密度減小,最終體現(xiàn)出來(lái)的就是壓實(shí)效果不足。

2.2 壓實(shí)溫度對(duì)壓實(shí)度的影響

根據(jù)溫度對(duì)瀝青混合料壓實(shí)度影響的試驗(yàn)方案進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 溫度對(duì)壓實(shí)效果的影響

當(dāng)溫度從130 ℃上升至140 ℃的過(guò)程中,瀝青混合料的毛體積密度快速增大,孔隙率急劇減小,這說(shuō)明溫度較低時(shí)混合料無(wú)法充分碾壓密實(shí),在此范圍內(nèi)混合料會(huì)隨著壓實(shí)溫度增加而變密實(shí)。而當(dāng)溫度從140 ℃上升至150 ℃的過(guò)程中,毛體積密度變化較小,孔隙率的減小速度也逐漸變緩,在145 ℃時(shí),瀝青混合料的孔隙率最小,毛體積密度最大,此時(shí)混合料達(dá)到最佳壓實(shí)效果。當(dāng)溫度從150 ℃上升至155 ℃時(shí),瀝青混合料的毛體積密度降低,孔隙率不斷增大,這主要是當(dāng)溫度過(guò)高時(shí),瀝青混合料的流動(dòng)性會(huì)繼續(xù)增加,成型難度也逐漸增加。因此推薦140～150 ℃作為瀝青混合料的碾壓溫度。

2.3 壓路機(jī)振幅對(duì)壓實(shí)度的影響

試驗(yàn)路段依托試驗(yàn)路為國(guó)道G320線雙峰縣K1334+000～K1338+397段公路大修工程,試驗(yàn)路長(zhǎng)度為200 m,整個(gè)大修工程項(xiàng)目啟動(dòng)時(shí)間為2021年7月,施工工期3個(gè)月。根據(jù)上文中擬定的振幅對(duì)壓實(shí)度影響的試驗(yàn)方案,對(duì)試驗(yàn)路段的壓實(shí)度實(shí)時(shí)檢測(cè),壓實(shí)度變化如圖3所示。

圖3 壓實(shí)度隨振幅變化曲線

在10～30 Hz范圍內(nèi),隨著振幅增大,壓實(shí)度呈現(xiàn)出明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì),這說(shuō)明此時(shí)振幅較小,無(wú)法使混合料充分被碾壓密實(shí),所以增幅增大會(huì)促使壓實(shí)度增加。而振幅達(dá)到30～50 Hz時(shí),壓實(shí)度出現(xiàn)了一個(gè)較為平緩的區(qū)間,該平臺(tái)區(qū)的壓實(shí)度整體效果最好,這說(shuō)明在該區(qū)段的振幅范圍內(nèi)瀝青混合料經(jīng)過(guò)充分碾壓達(dá)到了最佳密實(shí)效果。但振幅一旦增加至50～70 Hz,壓實(shí)度又呈現(xiàn)顯著變小的趨勢(shì)。這說(shuō)明混合料被過(guò)度壓實(shí),壓路機(jī)振幅過(guò)大導(dǎo)致粗集料被碾壓破碎,這造成混合料內(nèi)部的級(jí)配產(chǎn)生變化,壓實(shí)效果變差。結(jié)合試驗(yàn)路路面實(shí)際觀察情況來(lái)看,壓路機(jī)振幅在10～30 Hz及50～70 Hz范圍內(nèi)的路面存在不密實(shí)的情況,而壓路機(jī)振幅在30～50 Hz范圍內(nèi)的路面整體較為密實(shí)。因此,在施工時(shí)推薦采用30～50 Hz的壓路機(jī)振幅。

3 結(jié) 語(yǔ)

依托室內(nèi)試驗(yàn)與試驗(yàn)路鋪筑檢測(cè),研究了瀝青混合料的級(jí)配類型、壓實(shí)溫度及壓路機(jī)振幅等因素對(duì)壓實(shí)的影響,得到以下結(jié)論。

(1)通過(guò)對(duì)高含量粗集料、高含量細(xì)集料以及粗細(xì)集料含量均勻的三個(gè)不同級(jí)配的壓實(shí)效果分析,當(dāng)粗集料含量較多時(shí),集料之間受到嵌擠力較大,在瀝青潤(rùn)滑作用下難以壓實(shí),而當(dāng)細(xì)集料含量較高時(shí),瀝青混合料壓實(shí)效果更好。

(2)過(guò)高與過(guò)低的壓實(shí)溫度不利于混合料的碾壓密實(shí),壓實(shí)溫度控制在140～150 ℃時(shí),瀝青混合料可得到充分碾壓密實(shí),在145 ℃時(shí)的碾壓效果最好。

(3)振幅較低時(shí),瀝青混合料無(wú)法被碾壓密實(shí),而振幅過(guò)大則會(huì)造成粗集料破碎進(jìn)而影響壓實(shí)效果。壓路機(jī)振控制在30～50 Hz的振幅范圍內(nèi)可以保證混合料具有較好的壓實(shí)度。