劉婷

本文作者根據(jù)多年的工作實(shí)踐，分析了公路瀝青路面面層的早期損害問題，闡述了瀝青混合料的原材料和組成設(shè)計以及現(xiàn)場施工碾壓工藝等, 并對密級配瀝青路面面層的施工技術(shù)進(jìn)行了論述。

1、前 言

隨著交通量的增大, 汽車軸載和輪胎壓力的提高, 對公路瀝青路面的質(zhì)量要求越來越高。在各種外界條件的共同作用下, 瀝青路面的早期病害在國內(nèi)一些公路路段相繼出現(xiàn), 其主要表現(xiàn)為車轍、泛油、剝落等形式。這主要由以下兩方面因素影響:一方面與原材料的性能以及路面結(jié)構(gòu)和材料的組成設(shè)計有關(guān); 另一方面, 瀝青路面的施工(特別是壓實(shí))和現(xiàn)場質(zhì)量控制對路面的質(zhì)量也有著非常大的影響。在尊重現(xiàn)有規(guī)范的基礎(chǔ)上對瀝青路面面層的施工技術(shù)進(jìn)行了一些探討與應(yīng)用。

2、混合料的設(shè)計和質(zhì)量控制

1.1混合料的設(shè)計

為保證設(shè)計出優(yōu)良的瀝青混合料, 減少瀝青路面車轍、泛油、剝落等早期損害, 需很好地把握礦料的原材料, 瀝青的選擇, 礦料的級配, 以及混合料的體積指標(biāo), 使設(shè)計出的瀝青混合料既滿足規(guī)范的有關(guān)要求, 又使瀝青混合料盡可能地優(yōu)良。

1.1.1礦料

礦料在瀝青混合料中占重量的95 %左右, 在瀝青路面中起到負(fù)荷作用。礦料的質(zhì)量和其物理性能與路面的性能密切相關(guān)。因此對礦料的要求, 在符合《瀝青路面施工及驗收規(guī)范(GB50092-96) 附錄C 的基礎(chǔ)上再補(bǔ)充如下要求:

a 所有礦料必須無塑性。瀝青混合料中的粘土顆粒成分可以引起瀝青混合料的體積膨脹, 在水的作用下引起瀝青膜與礦料間的剝離現(xiàn)象。規(guī)范中要求礦料中< 0.075mm的部分其塑性指數(shù)< 4 , 這就要求必須嚴(yán)格控制回收粉的用量, 我們根據(jù)實(shí)驗室的實(shí)驗結(jié)果, 得出回收粉的用量每盤不能超過礦粉總用量的四分之一。

b 小于0.075mm 部分含量的多少對瀝青混合料的性能影響很大, 混合料級配中該部分含量必須考慮粗細(xì)集料本身帶有的粉塵。粗細(xì)集料中粉塵含量占單項集料的比例很小, 但對整個混合料的填充料比例影響很大, 這部分大約影響到小于0.075mm 部分的1 %左右。整個混合料中小于0.075mm 部分填充料與瀝青含量之間的比值即粉膠比應(yīng)在110～112 之間。

c 嚴(yán)格限制礦料中有害成分的含量, 其中土塊的含量應(yīng)小于1 % , 軟石含量應(yīng)小于5 %。d1 天然砂的質(zhì)量變化較大, 天然砂的形狀較圓滑, 并且含有一些有害成分, 對于公路, 天然砂的含量不宜大于15 %～20 %。

e 集料的顆粒形狀亦影響著混合料的內(nèi)摩阻力,大于4.75mm 以上部分, 其兩個以上破碎面的集料含量應(yīng)大于90 %。

1.1.2 瀝青膠結(jié)料

瀝青膠結(jié)料標(biāo)號的選定應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件和過去的經(jīng)驗確定, 瀝青必須符合我國《瀝青路面施工及驗收規(guī)范》( GB50092-96) 附錄C“重交通道路石油瀝青技術(shù)要求”。我們在工程的施工中采用AH-70# 石油瀝青。根據(jù)AHO70 # 石油瀝青的粘溫關(guān)系曲線多次實(shí)驗結(jié)果, 其相應(yīng)混合料的擊實(shí)溫度一般在137～144 ℃。由于目前我國瀝青技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中沒有瀝青低溫的相關(guān)指標(biāo), 建議增加低溫延伸度指標(biāo), 即4℃、1cm/ min 的延伸度。對AH-70 # 石油瀝青, 4 ℃、1cm/min 的延伸度應(yīng)大于5cm。

1.1.3 礦料的級配

瀝青混合料的礦料級配對于混合料的體積指標(biāo)和性能有至關(guān)重要的影響, 并且對混合料的壓實(shí)以及混合料鋪筑時的離析現(xiàn)象也有非常重要的影響。

0.45 次方級配曲線圖對于評價礦料的級配是非常有用的, 使用該圖能夠直觀地評價混合料的級配性質(zhì)。在該圖上, 從原點(diǎn)到最大粒徑點(diǎn)的連線表示礦料級配的最大密實(shí)度線, 礦料曲線離該線越遠(yuǎn), 表示礦料間的空隙越大。瀝青混合料的級配曲線宜稍稍偏離最大密度線, 從而保證混合料符合一定的礦料空隙要求, 因此我們在礦料的級配設(shè)計中, 采用了在符合AC-16I 型級配范圍下, 用SUPERPAVE 體積法設(shè)計推薦的在0.45 次方級配曲線圖上呈S 形走向的混合料類型, 見圖1。

參照國外瀝青混合料方面的研究成果, 對于密級配瀝青混合料在0.3～2.36mm 存在一個限制區(qū), 見圖1。對于最大粒徑為19mm 的瀝青混合料其限制區(qū)為: 2.36mm ∶39.1 ～ 39.1 ; 1.18mm ∶25.8 ～ 31.6 ;0.6mm∶19.1～23.1 ; 0.3mm∶15.5～15.5。通過該區(qū)域的級配稱為“駝峰級配”, 在該區(qū)域內(nèi)級配對瀝青極為敏感, 對于有些混合料, 即使瀝青少許變化都容易形成塑性。因此在選擇礦料級配時應(yīng)當(dāng)盡可能避開限制區(qū), 這主要是為了限制天然砂的用量, 保證礦料間達(dá)到一定的空隙要求。同時密級配瀝青混合料的級配曲線受一些控制點(diǎn)控制。為保證瀝青混合料有一定的構(gòu)造深度, 級配曲線需要從限制區(qū)的下部通過。綜合以上因素考慮, 我們在AC-16I 型級配范圍的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化,確定了S形走向的混合料的級配范圍, 見表2。

1.2混合料的質(zhì)量控制

為了更好地保證施工質(zhì)量,保證混合料的壓實(shí)效果, 需要更加嚴(yán)格要求壓實(shí)度的控制。目前按照我國的瀝青混合料配比設(shè)計方法,最大理論密度采用各種材料的視密度計算得出, 用馬歇爾試驗的密度進(jìn)行壓實(shí)度控制。由于現(xiàn)場材料變化較大, 馬歇爾試驗的密度受溫度等方面的影響較大, 壓實(shí)度的控制可能存在一定的出入。我們在施工中按照路面瀝青混合料最大相對密度試驗(真空法),每天測定瀝青混合料的最大相對密度, 按空隙率5%～7%的要求,補(bǔ)充作為現(xiàn)場壓實(shí)度的控制指標(biāo)。當(dāng)實(shí)測瀝青混合料的最大理論密度有困難時, 可以按照以下規(guī)則進(jìn)行修訂:

1)集料的有效密度(計算混合料最大理論密度的集料密度值) = 集料的毛體積密度+ 0.8 × (集料的表觀密度- 集料的毛體積密度) 。

2)面層瀝青混合料壓實(shí)度的檢驗, 以鉆芯取得的實(shí)測密度為準(zhǔn)。宜使用與鉆芯試件標(biāo)定后的核子密度儀進(jìn)行壓實(shí)控制。為保證結(jié)果的準(zhǔn)確性, 可以采取鋪砂或灑水的辦法進(jìn)行測試。

3.施工中應(yīng)注意的幾個問題

2.1混合料的拌和

由于集料相對比較多, 對集料的干燥可能產(chǎn)生一定的影響。粗集料的水分不能及時散發(fā), 是造成瀝青路面早期剝離現(xiàn)象的重要原因之一。所以應(yīng)控制好集料的含水量。拌和機(jī)各層篩子的設(shè)置對集料的級配影響很大, 對于面層混合料一般應(yīng)控制好2.36 、4.75 、13.2 幾個孔徑。另外4 個料倉的用量要均勻, 避免一個料倉過多而另一個料倉過少的現(xiàn)象, 面層瀝青混合料適宜的振動篩孔可設(shè)置為22 、12 、7、3 , 當(dāng)然也可以有一定的變化。同時為保證現(xiàn)場攤鋪和碾壓的溫度, 混合料的拌和溫度宜控制在165℃左右。

2.2 混合料的運(yùn)輸

混合料的裝載不能一次性裝成錐形, 自卸車在裝料過程中應(yīng)適當(dāng)前后移動使混合料成山字形。混合料裝載后應(yīng)保持一定的形狀, 如果過度塌落則說明混合料的級配或瀝青含量存在一定問題, 應(yīng)注意及時檢查。瀝青混合料運(yùn)輸過程中宜采用篷布覆蓋保溫。

2.3 混合料的攤鋪

攤鋪過程的主要問題是根據(jù)拌和站的拌和能力計算好攤鋪速度, 保證混合料的供應(yīng)和連續(xù)攤鋪。攤鋪過程中應(yīng)注意減少離析現(xiàn)象。對于縱向接縫的處理,第一是保證攤鋪出的瀝青混合料不離析, 第二是避免使用冷接縫。

2.4 混合料的壓實(shí)

這是一個非常重要的問題, 也是我們要討論的除混合料級配之外的又一個重要話題?；旌狭先绾闻c壓路機(jī)配合是很重要的, 處理得當(dāng)可獲得最佳密度。具有高的粗集料含量的S 形級配混合料的確與一般密級配的混合料不同, 它最大的特點(diǎn)就是很難壓實(shí), 但壓實(shí)好后性能很好, 所以壓實(shí)作業(yè)就成了施工中的主要問題。根據(jù)試驗,這種混合料初壓溫度應(yīng)控制在140～145 ℃最為理想, 壓實(shí)設(shè)備上用較大噸位的雙鋼輪振動壓路機(jī), 以使混合料在較高的溫度時能得到充分的振動碾壓。這是得到理想空隙率的保證。所以在公路瀝青路面面層的施工中, 應(yīng)配備2 臺11～13t雙鋼輪振動壓路機(jī),且壓路機(jī)在振動碾壓時應(yīng)能緊跟攤鋪機(jī)并盡可能地減少灑水量,可間斷灑水, 只要保證不粘輪即可。振動壓路機(jī)的碾壓速度應(yīng)控制在1.5km/ h (如人行走速度) , 并采用高頻低幅的壓實(shí)方法,頻率越高對面層的壓實(shí)效果也就越好, 對下層的影響也越小。在施工中為保證鋼輪壓路機(jī)在振動碾壓時不漏壓和不過壓, 現(xiàn)場可采用插小旗的方法來進(jìn)行振動碾壓控制。如圖2 所示。

某些混合料在溫度93～115 ℃時發(fā)現(xiàn)有一個不穩(wěn)定區(qū), 可以在這個溫度以上或在這個溫度以下滿意地壓實(shí), 可是在這個溫度范圍內(nèi)是不穩(wěn)定的, 不能獲得足夠的壓實(shí)?；旌狭显谶@個不穩(wěn)定區(qū)時可用膠輪壓路機(jī)獲得滿意的壓實(shí)。當(dāng)混合料溫度冷卻到93 ℃以下時, 用振動碾壓容易造成集料過度壓碎, 因此在不穩(wěn)定區(qū)以上采用大噸位的鋼輪壓路機(jī)進(jìn)行充分振動壓實(shí)。在不穩(wěn)定區(qū)時可以用膠輪壓路機(jī)進(jìn)行穩(wěn)壓, 通常膠輪壓路機(jī)輪胎的壓力大約552～621kPa 或更大, 在不穩(wěn)定區(qū)以下用普通鋼輪壓路機(jī)進(jìn)行碾壓趕光。

2.5 試驗路段

每一個工程項目開始之前, 應(yīng)修筑一試驗段, 來檢驗混合料的體積性質(zhì)是否滿意和評價攤鋪與壓實(shí)技術(shù)。試驗段必須用計劃中相同的施工技術(shù), 在相同的混合料溫度下攤鋪與壓實(shí), 并建立相應(yīng)的壓實(shí)工藝和核子密度儀讀數(shù)與路面巖芯的密度關(guān)系。

我們在臺縉高速公路WA2合同段瀝青路面面層施工之前先后做了兩次試驗段, 試驗段結(jié)果見表3。第一次試驗段因構(gòu)造深度未能滿足要求, 我們在第一次試驗段結(jié)果的基礎(chǔ)上對瀝青混合料的級配進(jìn)行了部分調(diào)整, 從第二次試驗段的檢測結(jié)果來看, 各項指標(biāo)能達(dá)到要求。并通過這兩次試驗段的施工得出一組比較好的壓實(shí)工藝: 先高溫充分振動壓實(shí), 即用11t 鋼輪壓路機(jī)振動壓實(shí)3遍; 然后用膠輪壓路機(jī)碾壓3 遍; 最后用10t 鋼輪壓路機(jī)趕光一遍。壓路機(jī)在振動碾壓時, 前進(jìn)時灑水,后退不灑水, 以減少灑水量, 初壓溫度控制在140 ℃以上。

4.結(jié)束語

由于施工工期的關(guān)系, 我們在確保瀝青面層表面服務(wù)性能即抗摩擦能力、表面構(gòu)造深度、表面噪音等指標(biāo)合格的情況下, 竭力提高瀝青路面面層的耐久性即耐老化、抗水損害和高溫穩(wěn)定性等性能指標(biāo)。同時我們在施工中也看到了這種S 型密級配的瀝青混合料對碾壓設(shè)備有相當(dāng)高的要求。從兩次試驗段的總結(jié)來看, 壓路機(jī)的噸位越大壓實(shí)效果越好, 而國產(chǎn)的壓路機(jī)噸位都不大,這在以后的瀝青路面施工中, 對施工單位的壓路機(jī)設(shè)備就有了一個新的要求。

（作者單位：浙江省寧波市315200）