高速公路瀝青混凝土路面上面層關(guān)鍵施工試驗(yàn)控制技術(shù)

　　摘 要：本文針對(duì)高速公路瀝青砼路面上面層的配合比設(shè)計(jì)和施工工藝控制等問題，談?wù)劚ＷC面層施工質(zhì)量的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)。

　　關(guān)鍵詞：道路工程；高速公路；瀝青砼路面；上面層；配合比；施工

　　0 前言

　　高速公路由于行車密度大、車速快，并且隨著車輛軸載明顯增加以及重車比例增大，給瀝青路面帶來了明顯的早期損壞（如轍槽、泛油、推擁等）。這也對(duì)瀝青路面的級(jí)配情況、抗滑性、平整度、密實(shí)性等提出了更高的要求。其中上面層是影響路面質(zhì)量最直接的因素，也是最主要的因素，要提高路面的工程質(zhì)量，上面層的施工質(zhì)量必須保證，筆者將從瀝青砼上面層配合比設(shè)計(jì)和施工，談?wù)劚ＷC高速公路路面上面層工程質(zhì)量的幾個(gè)關(guān)鍵因素。

　　1 瀝青砼上面層配合比設(shè)計(jì)  

　　瀝青砼路面上面層配合比的設(shè)計(jì)過程包括目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)階段、生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)階段和生產(chǎn)配合比驗(yàn)證階段。  

　　1.1目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)階段

　　1.1.1原材料的選擇

　　1.1.1.1瀝青

　　a.由于我省屬于熱區(qū)，所以瀝青應(yīng)選用稠度大且軟化點(diǎn)高的瀝青，以免夏季泛油。

　　b.修筑高速公路路面的瀝青，在高溫時(shí)要具有較低的感溫性，低溫時(shí)又具有較好的形變能力，所以選擇瀝青時(shí)應(yīng)盡量選擇溶—凝膠型結(jié)構(gòu)的環(huán)烷基稠油直餾瀝青。其中瀝青質(zhì)的含量為15%～25%，針入度指數(shù)在-2～+2之間，PVN值宜在0～0.5之間。

　　c.同時(shí)為了提高使用瀝青的品質(zhì)，特別是對(duì)重交通量瀝青砼表層，更應(yīng)該采用進(jìn)口的瀝青如殼牌、埃索、阿爾巴爾亞，標(biāo)號(hào)宜為AH-50或AH-70。

　　1.1.1.2集料 

　　a.骨料最大粒徑的確定：級(jí)配中的粗集料粒徑大小與瀝青混合料的抗疲勞強(qiáng)度和抗車轍能力有密切的關(guān)系。從國內(nèi)外相關(guān)科研資料表明，當(dāng)瀝青混合料厚h與最大粒徑D的比值接近2時(shí)，表面層的抗滑性、路面抗車轍能力、耐久性有明顯的提高，同時(shí)可心減少路面平整度的衰減。

　　b.判斷集料的酸堿性。由于瀝青含有瀝青酸顯酸性，為了使集料與瀝青有較好的結(jié)合能力，所以在選擇時(shí)應(yīng)該不考慮酸性的集料。

　　c.瀝青砼表層的集料，應(yīng)該選用潔凈、干燥、無風(fēng)化、堅(jiān)硬、耐磨、韌性好的碎石，同時(shí)應(yīng)符合磨耗值、道瑞磨耗值、沖擊值和壓碎值等要求。

　　d.為了使瀝青砼表層的細(xì)集料與瀝青有良好的粘結(jié)能力，盡量使用人工的機(jī)制砂或石屑，而避免使用天然砂。因?yàn)槲沂^(qū)的天然砂絕大部分屬于酸性。

　　1.1.1.3填料

　　瀝青砼用的填料宜采用石灰?guī)r或巖漿中的強(qiáng)基性巖石（憎水性石料），經(jīng)磨細(xì)得到的礦粉。礦粉要求干燥、潔凈的。當(dāng)采用水泥、石灰、粉煤灰作填料時(shí)，其用量不宜超過礦粉總量的2%。

　　碎石嚴(yán)禁尺寸有重疊現(xiàn)象，一般選10～20mm、5～10mm、0～5mm、不允許選用5～10mm、10～20mm、10～30mm之類的碎石，避免拌和出現(xiàn)溢料和待料現(xiàn)象，盡量控制超大粒徑的含量，應(yīng)不大于3%，超最小粒徑含量不大于7%。 

　　1.1.2礦質(zhì)混合料比例的確定
  
　　1.1.2.1組成材料的原始數(shù)據(jù)的測(cè)定。

　　1.1.2.2計(jì)算組成材料配合比。

　　1.1.2.3調(diào)整配合比。計(jì)算得的合成級(jí)配應(yīng)根據(jù)下列要求作必要的配合比調(diào)整。
 
　　a.通常情況下，合成級(jí)配曲線宜盡量接近設(shè)計(jì)級(jí)配中限尤其應(yīng)使0.075mm、2.36mm和4.75mm篩孔的通過量盡量接近設(shè)計(jì)級(jí)配范圍的中限；

　　b.對(duì)于重交通的高速公路面層，宜偏向級(jí)配范圍的下（粗）限； 

　　c.合成級(jí)配曲線應(yīng)接近連續(xù)的或合理的間斷級(jí)配，但不應(yīng)過多的犬牙交錯(cuò)。

　　1.1.3最佳油石比的確定

　　根據(jù)瀝青混合料的強(qiáng)度理論，瀝青用量少時(shí)，瀝青不足形成薄膜粘結(jié)礦料顆粒，抗剪強(qiáng)度不高，瀝青用量過多時(shí)，起潤滑作用的自由瀝青增加，使內(nèi)摩阻力降低，粘結(jié)力下降，強(qiáng)度減小。 

　　目前，國內(nèi)瀝青油石比由室內(nèi)常規(guī)馬歇爾試驗(yàn)確定，即由瀝青混合料密實(shí)度、穩(wěn)定度、孔隙率等指標(biāo)初步確定油石比，與規(guī)范的取值要求進(jìn)行比較取值，本人認(rèn)為油石比確定應(yīng)遵循下列原則：

　　1.1.3.1油石比要按當(dāng)?shù)貧夂驐l件綜合考慮

　　我省屬于熱帶地區(qū)，夏季較長、氣溫偏高，冬季較短、氣溫偏暖，油石比取低限利于提高路面熱穩(wěn)定性、抗車轍能力和抗滑性。近年來由于溫室效應(yīng)的影響，更應(yīng)特別注意瀝青混合料表層油石比（取低限）。近幾年，我省的幾條高等級(jí)公路，部分路段泛油車轍現(xiàn)象明顯，抗滑能力降低，這與油石比偏大、氣溫偏高持續(xù)時(shí)間長有直接關(guān)系。

　　1.1.3.2高等級(jí)路面面層油石比的確定應(yīng)引起動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)

　　目前國內(nèi)交通組成發(fā)生了顯著變化，大噸位車越來越多，過去的設(shè)計(jì)理論滿足不了現(xiàn)在交通量增大，車載增重的需要，這就是為什么有的高等級(jí)公路路面按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，施工單位按規(guī)范施工，而路面照樣出現(xiàn)問題的一個(gè)很重要原因。因此筆者主張?jiān)跒r青混合料中除了要進(jìn)行常規(guī)的馬歇爾試驗(yàn)外，其中最重要的是引起動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)，才能客觀全面地反映實(shí)際，由動(dòng)穩(wěn)定度鑒定級(jí)配和油石比是合理的，這也是國內(nèi)許多專家學(xué)者通過對(duì)比總結(jié)的一條經(jīng)驗(yàn)，目前國家也在試之中。

　　1.2生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)階段

　　1.2.1冷料的調(diào)試 

　　1.2.1.1冷料的調(diào)試主要根據(jù)目標(biāo)配合比的礦料比例

　　根據(jù)瀝青砼拌和的產(chǎn)量Q，確定每分鐘礦料的進(jìn)料數(shù)量：（假定碎石含水量為0，石屑含水量為X）

　　A集料：Q×（1－Z）×PA÷60 t/min 

　　B集料：Q×（1－Z）×PB÷60 t/min

　　石屑：Q×（1－Z）×PC×（1+X）÷60 t/min

　　Z：表示油石比   PA ：A集料用量   PB：B集料用量   PC：石屑用量

　　1.2.1.2操作室內(nèi)冷料的流量是通過相應(yīng)的度盤控制。將每個(gè)冷料他對(duì)應(yīng)的度盤旋至兩個(gè)不同的刻度上，稱量每個(gè)流量，根據(jù)（1）中所計(jì)算的流量即可內(nèi)插求得對(duì)應(yīng)的度盤數(shù)值。

　　1.2.2生產(chǎn)配合比的調(diào)試

　　分別取二級(jí)篩分后進(jìn)入熱料倉的材料進(jìn)行篩分，確定各熱料倉的礦料比例，供拌和站使用，按最佳油石比±0.3%進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)和動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)，進(jìn)一步確定生產(chǎn)配合比中的最佳油石比。

　　1.3生產(chǎn)配合比驗(yàn)證階段  

　　1.3.1一個(gè)配合比能否真正運(yùn)用到施工中去，這要通過試驗(yàn)段來驗(yàn)證，通過鋪筑試驗(yàn)段可以確定攤鋪機(jī)的攤鋪溫度，攤鋪速度、振級(jí)、壓路機(jī)的碾壓工作，以及確定松鋪系數(shù)等。

　　1.3.2在鋪筑試驗(yàn)段的過程中，在拌和站取樣進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)和抽提試驗(yàn)，抽提后的礦料進(jìn)行篩分試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合規(guī)范要求。

　　1.3.3在試驗(yàn)路段碾壓成型12小時(shí)后，對(duì)攤鋪的瀝青面層進(jìn)行鉆芯取樣，以檢測(cè)其厚度及壓實(shí)度。

　　2 瀝青砼上面層的施工

　　2.1瀝青路面試驗(yàn)段

　　通過瀝青路面試驗(yàn)段施工應(yīng)達(dá)到以下幾個(gè)目的： 

　?。?）驗(yàn)證目標(biāo)、生產(chǎn)配合比。 

　?。?）通過試驗(yàn)段確定最佳人員組織。

　　（3）通過試驗(yàn)確定最佳機(jī)械組合。

　?。?）通過試驗(yàn)段對(duì)瀝青混合料面層施工的經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估。

　　2.2瀝青砼表面層的施工

　　根據(jù)試驗(yàn)段確定各項(xiàng)數(shù)據(jù)，指導(dǎo)正式施工，在施工過程中，應(yīng)掌握如下原則： 

　　2.2.1瀝青混合料的拌和

　　2.2.1.1高速公路瀝青砼上面表層施工，其拌和站總量必須在160T/h以上，拌和站應(yīng)具有自動(dòng)記錄功能。 

　　2.2.1.2拌和廠必須配備合格的試驗(yàn)室和熟悉瀝青混合料的試驗(yàn)、生產(chǎn)工藝、質(zhì)量指標(biāo)的試驗(yàn)人員，并能及時(shí)提供給監(jiān)理工程師滿意的試驗(yàn)資料。

　　2.2.1.3瀝青加熱溫度及瀝青砼的拌和溫度、拌和時(shí)間、施工溫度等應(yīng)滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求。 

　　2.2.2瀝青混合料的運(yùn)輸 

　　2.2.2.1運(yùn)輸車輛必須是15T以上的自卸翻斗車，車況良好，車內(nèi)必須清潔。

　　2.2.2.2裝料時(shí)應(yīng)前后移動(dòng)，避免混合料離析。

　　2.2.2.3運(yùn)送瀝青混合料的汽車應(yīng)覆蓋，防止受到風(fēng)吹、日曬、雨淋、污染等。運(yùn)料汽車在攤鋪機(jī)前10cm～30cm處停放，禁止碰撞攤鋪機(jī)。 

　　2.2.3瀝青混合料的攤鋪

　　2.2.3.1下承層的準(zhǔn)備：瀝青面層攤鋪前必須對(duì)中面層清掃或沖洗，表面要保證干凈、清潔，無雜物及污染，然后噴灑粘層油，粘層油噴油量一定要準(zhǔn)確、均勻，如果過多，將會(huì)影響上面層的油石比：假定粘層油為乳化瀝青，設(shè)計(jì)為0.8kg/m2，瀝青與乳化劑的比例為50:50，瀝青砼表層4cm，密度按2.42g/cm3，則由于粘油層的灑布，每平方米增加瀝青用量0.4kg，而每平方米瀝青砼總重量為100×100×4×2.42 g/cm3=96800g，油石比增加為400÷96800=0.4%，規(guī)范要求實(shí)際瀝青用量只能在最佳用量在±0.35之內(nèi)，可見油石比已經(jīng)超過了規(guī)定值。同時(shí)，這也是路面泛油、擁包的主要原因之一。 

　　2.2.3.2攤鋪機(jī)采用進(jìn)口先進(jìn)的攤鋪機(jī)，如ABG423，表面層必須全幅攤鋪，同時(shí)應(yīng)用浮動(dòng)基準(zhǔn)梁控制攤鋪厚度和平整度。 

　　2.2.3.3攤鋪機(jī)的準(zhǔn)備按相關(guān)施工技術(shù)規(guī)范要求進(jìn)行。 

　　2.2.4瀝青混合料的壓實(shí)成型及壓實(shí)度的要求

　　2.2.4.1作為瀝青砼上面層，壓實(shí)設(shè)備應(yīng)配有2臺(tái)雙光輪振動(dòng)壓路機(jī)（要求靜壓11t以上），INGERSOLL-RAND、DD-110（或同類型壓路機(jī)），2臺(tái)16T以上輪胎壓路機(jī)，1臺(tái)6-8T以鋼輪雙振動(dòng)壓路機(jī)。

　　2.2.4.2瀝青砼表面層的碾壓宜采用

　　初壓：選用DD-110雙輪振動(dòng)壓路機(jī)靜壓過去，回來振動(dòng)，初壓應(yīng)遵循少噴水、保持高溫、梯形迭進(jìn)的原則。溫度下降率隨著逐步碾壓而減緩，特別是攤鋪后，初壓前溫度下降最快，可達(dá)4-5℃/min，所以施工中應(yīng)安排初壓壓路機(jī)盡可能隨攤鋪機(jī)進(jìn)行碾壓，初壓溫度控制在130℃以上（改性瀝青路面根據(jù)相關(guān)要求確定。

　　復(fù)壓：復(fù)壓溫度控制在120℃以上，宜選用15-30T輪胎壓路機(jī)柔壓兩遍，緊跟著DD-110T碾壓兩遍，復(fù)壓遍數(shù)不少于4-6遍。在復(fù)壓過程中應(yīng)及時(shí)用三米直尺檢測(cè)平整度，如平整度超標(biāo)，應(yīng)及時(shí)用6-8T雙鋼輪雙振壓路機(jī)處理。

　　終壓：宜采用DD-110振動(dòng)壓路機(jī)或6-8T雙輪鋼筒壓路機(jī)振壓1遍，最后靜壓1遍，壓實(shí)終了溫度宜在75℃以上，以上壓實(shí)工藝針對(duì)改性瀝青砼路面。

　　2.2.4.3初壓應(yīng)在攤鋪后較高溫度下進(jìn)行，并不得產(chǎn)生推移，開裂，壓實(shí)溫度應(yīng)根據(jù)瀝青粘度，壓路機(jī)類型、氣溫、鋪筑層厚度，混合料類型經(jīng)試壓確定。

　　2.2.4.4壓路機(jī)不應(yīng)突然改變路線、加速、急剎車、中途停機(jī)等。同時(shí)壓路機(jī)不能在同一斷面上回程碾壓，每次回程應(yīng)前后錯(cuò)開不小于1米距離的階梯狀。  

　　2.2.4.5壓實(shí)度要求：作為高速公路瀝青砼上面層壓實(shí)度是一個(gè)十分關(guān)鍵并重要的指標(biāo)，如果壓實(shí)達(dá)不到要求，則孔隙率增大，平整度衰減加速，路面耐久性降低。對(duì)壓實(shí)度的要求應(yīng)遵循孔隙率控制在3%～6%之間，因此壓實(shí)度一般要求在98%以上。

　　假定瀝青砼面層視密度2.49g/cm3，孔隙率4.2%，則理論密度為2.599 g/cm3，如果壓實(shí)度為95%（符合《公路瀝青路面質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》要求）則實(shí)際孔隙率為（1－2.49×0.95/2.599）×100%=9%＞6%。如果壓實(shí)度為98.3%，則實(shí)際孔隙率為（1－2.49×0.983/2.599）×100%=5.8%＜6%。 

　　2.2.5橫縫處理

　　2.2.5.1橫向接縫處理不好會(huì)嚴(yán)重影響面層平整度和行車舒適性，所以應(yīng)認(rèn)真對(duì)待。

　　2.2.5.2攤鋪前，先用6米直尺檢查，平整度超過3mm的部分應(yīng)切去。接頭處清理干凈，再涂上粘層瀝青，待基本干后攤鋪機(jī)就位。

　　2.2.5.3熨平板開始預(yù)熱后，測(cè)量原油面厚度，用虛鋪系數(shù)計(jì)算出虛鋪厚度，測(cè)量應(yīng)準(zhǔn)確。

　　2.2.5.4熨平板預(yù)熱15-20min，使接縫處原路面溫度達(dá)到65℃以上，再以2m/min的速度慢速攤鋪。 

　　2.2.5.5碾壓用DD-110振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行，碾前將原路面上堆20cm寬混合料對(duì)原路面進(jìn)行預(yù)熱5-10min，然后將橫向接縫碾壓，每15cm間隔逐步錯(cuò)輪重疊壓實(shí)兩米寬度。

　　3 結(jié)語

　　瀝青路面在世界各國采用近百年，從科研設(shè)計(jì)到施工均有一套完事的理論作為指導(dǎo)，然而，由于各地氣候條件、施工手段、原材料各異，使這一科學(xué)具有復(fù)雜和多變性，筆者根據(jù)近年來對(duì)國內(nèi)一些工程的考慮，同時(shí)結(jié)合自己的一部分實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出了上述關(guān)鍵點(diǎn)，詣在和同仁們共同探討，以達(dá)到提高之目的。