浅谈公路沥青路面面层施工技术

刘婷

本文作者根据多年的工作实践，分析了公路沥青路面面层的早期损害问题，阐述了沥青混合料的原材料和组成设计以及现场施工碾压工艺等, 并对密级配沥青路面面层的施工技术进行了论述。

1、前 言

随着交通量的增大, 汽车轴载和轮胎压力的提高, 对公路沥青路面的质量要求越来越高。在各种外界条件的共同作用下, 沥青路面的早期病害在国内一些公路路段相继出现, 其主要表现为车辙、泛油、剥落等形式。这主要由以下两方面因素影响:一方面与原材料的性能以及路面结构和材料的组成设计有关; 另一方面, 沥青路面的施工(特别是压实)和现场质量控制对路面的质量也有着非常大的影响。在尊重现有规范的基础上对沥青路面面层的施工技术进行了一些探讨与应用。

2、混合料的设计和质量控制

1.1混合料的设计

为保证设计出优良的沥青混合料, 减少沥青路面车辙、泛油、剥落等早期损害, 需很好地把握矿料的原材料, 沥青的选择, 矿料的级配, 以及混合料的体积指标, 使设计出的沥青混合料既满足规范的有关要求, 又使沥青混合料尽可能地优良。

1.1.1矿料

矿料在沥青混合料中占重量的95 %左右, 在沥青路面中起到负荷作用。矿料的质量和其物理性能与路面的性能密切相关。因此对矿料的要求, 在符合《沥青路面施工及验收规范(GB50092-96) 附录C 的基础上再补充如下要求:

a 所有矿料必须无塑性。沥青混合料中的粘土颗粒成分可以引起沥青混合料的体积膨胀, 在水的作用下引起沥青膜与矿料间的剥离现象。规范中要求矿料中< 0.075mm的部分其塑性指数< 4 , 这就要求必须严格控制回收粉的用量, 我们根据实验室的实验结果, 得出回收粉的用量每盘不能超过矿粉总用量的四分之一。

b 小于0.075mm 部分含量的多少对沥青混合料的性能影响很大, 混合料级配中该部分含量必须考虑粗细集料本身带有的粉尘。粗细集料中粉尘含量占单项集料的比例很小, 但对整个混合料的填充料比例影响很大, 这部分大约影响到小于0.075mm 部分的1 %左右。整个混合料中小于0.075mm 部分填充料与沥青含量之间的比值即粉胶比应在110～112 之间。

c 严格限制矿料中有害成分的含量, 其中土块的含量应小于1 % , 软石含量应小于5 %。d1 天然砂的质量变化较大, 天然砂的形状较圆滑, 并且含有一些有害成分, 对于公路, 天然砂的含量不宜大于15 %～20 %。

e 集料的颗粒形状亦影响着混合料的内摩阻力,大于4.75mm 以上部分, 其两个以上破碎面的集料含量应大于90 %。

1.1.2 沥青胶结料

沥青胶结料标号的选定应根据当地的气候条件和过去的经验确定, 沥青必须符合我国《沥青路面施工及验收规范》( GB50092-96) 附录C“重交通道路石油沥青技术要求”。我们在工程的施工中采用AH-70# 石油沥青。根据AHO70 # 石油沥青的粘温关系曲线多次实验结果, 其相应混合料的击实温度一般在137～144 ℃。由于目前我国沥青技术标准中没有沥青低温的相关指标, 建议增加低温延伸度指标, 即4℃、1cm/ min 的延伸度。对AH-70 # 石油沥青, 4 ℃、1cm/min 的延伸度应大于5cm。

1.1.3 矿料的级配

沥青混合料的矿料级配对于混合料的体积指标和性能有至关重要的影响, 并且对混合料的压实以及混合料铺筑时的离析现象也有非常重要的影响。

0.45 次方级配曲线图对于评价矿料的级配是非常有用的, 使用该图能够直观地评价混合料的级配性质。在该图上, 从原点到最大粒径点的连线表示矿料级配的最大密实度线, 矿料曲线离该线越远, 表示矿料间的空隙越大。沥青混合料的级配曲线宜稍稍偏离最大密度线, 从而保证混合料符合一定的矿料空隙要求, 因此我们在矿料的级配设计中, 采用了在符合AC-16I 型级配范围下, 用SUPERPAVE 体积法设计推荐的在0.45 次方级配曲线图上呈S 形走向的混合料类型, 见图1。

参照国外沥青混合料方面的研究成果, 对于密级配沥青混合料在0.3～2.36mm 存在一个限制区, 见图1。对于最大粒径为19mm 的沥青混合料其限制区为: 2.36mm ∶39.1 ～ 39.1 ; 1.18mm ∶25.8 ～ 31.6 ;0.6mm∶19.1～23.1 ; 0.3mm∶15.5～15.5。通过该区域的级配称为“驼峰级配”, 在该区域内级配对沥青极为敏感, 对于有些混合料, 即使沥青少许变化都容易形成塑性。因此在选择矿料级配时应当尽可能避开限制区, 这主要是为了限制天然砂的用量, 保证矿料间达到一定的空隙要求。同时密级配沥青混合料的级配曲线受一些控制点控制。为保证沥青混合料有一定的构造深度, 级配曲线需要从限制区的下部通过。综合以上因素考虑, 我们在AC-16I 型级配范围的基础上进行优化,确定了S形走向的混合料的级配范围, 见表2。

1.2混合料的质量控制

为了更好地保证施工质量,保证混合料的压实效果, 需要更加严格要求压实度的控制。目前按照我国的沥青混合料配比设计方法,最大理论密度采用各种材料的视密度计算得出, 用马歇尔试验的密度进行压实度控制。由于现场材料变化较大, 马歇尔试验的密度受温度等方面的影响较大, 压实度的控制可能存在一定的出入。我们在施工中按照路面沥青混合料最大相对密度试验(真空法),每天测定沥青混合料的最大相对密度, 按空隙率5%～7%的要求,补充作为现场压实度的控制指标。当实测沥青混合料的最大理论密度有困难时, 可以按照以下规则进行修订:

1)集料的有效密度(计算混合料最大理论密度的集料密度值) = 集料的毛体积密度+ 0.8 × (集料的表观密度- 集料的毛体积密度) 。

2)面层沥青混合料压实度的检验, 以钻芯取得的实测密度为准。宜使用与钻芯试件标定后的核子密度仪进行压实控制。为保证结果的准确性, 可以采取铺砂或洒水的办法进行测试。

3.施工中应注意的几个问题

2.1混合料的拌和

由于集料相对比较多, 对集料的干燥可能产生一定的影响。粗集料的水分不能及时散发, 是造成沥青路面早期剥离现象的重要原因之一。所以应控制好集料的含水量。拌和机各层筛子的设置对集料的级配影响很大, 对于面层混合料一般应控制好2.36 、4.75 、13.2 几个孔径。另外4 个料仓的用量要均匀, 避免一个料仓过多而另一个料仓过少的现象, 面层沥青混合料适宜的振动筛孔可设置为22 、12 、7、3 , 当然也可以有一定的变化。同时为保证现场摊铺和碾压的温度, 混合料的拌和温度宜控制在165℃左右。

2.2 混合料的运输

混合料的装载不能一次性装成锥形, 自卸车在装料过程中应适当前后移动使混合料成山字形。混合料装载后应保持一定的形状, 如果过度塌落则说明混合料的级配或沥青含量存在一定问题, 应注意及时检查。沥青混合料运输过程中宜采用篷布覆盖保温。

2.3 混合料的摊铺

摊铺过程的主要问题是根据拌和站的拌和能力计算好摊铺速度, 保证混合料的供应和连续摊铺。摊铺过程中应注意减少离析现象。对于纵向接缝的处理,第一是保证摊铺出的沥青混合料不离析, 第二是避免使用冷接缝。

2.4 混合料的压实

这是一个非常重要的问题, 也是我们要讨论的除混合料级配之外的又一个重要话题。混合料如何与压路机配合是很重要的, 处理得当可获得最佳密度。具有高的粗集料含量的S 形级配混合料的确与一般密级配的混合料不同, 它最大的特点就是很难压实, 但压实好后性能很好, 所以压实作业就成了施工中的主要问题。根据试验,这种混合料初压温度应控制在140～145 ℃最为理想, 压实设备上用较大吨位的双钢轮振动压路机, 以使混合料在较高的温度时能得到充分的振动碾压。这是得到理想空隙率的保证。所以在公路沥青路面面层的施工中, 应配备2 台11～13t双钢轮振动压路机,且压路机在振动碾压时应能紧跟摊铺机并尽可能地减少洒水量,可间断洒水, 只要保证不粘轮即可。振动压路机的碾压速度应控制在1.5km/ h (如人行走速度) , 并采用高频低幅的压实方法,频率越高对面层的压实效果也就越好, 对下层的影响也越小。在施工中为保证钢轮压路机在振动碾压时不漏压和不过压, 现场可采用插小旗的方法来进行振动碾压控制。如图2 所示。

某些混合料在温度93～115 ℃时发现有一个不稳定区, 可以在这个温度以上或在这个温度以下满意地压实, 可是在这个温度范围内是不稳定的, 不能获得足够的压实。混合料在这个不稳定区时可用胶轮压路机获得满意的压实。当混合料温度冷却到93 ℃以下时, 用振动碾压容易造成集料过度压碎, 因此在不稳定区以上采用大吨位的钢轮压路机进行充分振动压实。在不稳定区时可以用胶轮压路机进行稳压, 通常胶轮压路机轮胎的压力大约552～621kPa 或更大, 在不稳定区以下用普通钢轮压路机进行碾压赶光。

2.5 试验路段

每一个工程项目开始之前, 应修筑一试验段, 来检验混合料的体积性质是否满意和评价摊铺与压实技术。试验段必须用计划中相同的施工技术, 在相同的混合料温度下摊铺与压实, 并建立相应的压实工艺和核子密度仪读数与路面岩芯的密度关系。

我们在台缙高速公路WA2合同段沥青路面面层施工之前先后做了两次试验段, 试验段结果见表3。第一次试验段因构造深度未能满足要求, 我们在第一次试验段结果的基础上对沥青混合料的级配进行了部分调整, 从第二次试验段的检测结果来看, 各项指标能达到要求。并通过这两次试验段的施工得出一组比较好的压实工艺: 先高温充分振动压实, 即用11t 钢轮压路机振动压实3遍; 然后用胶轮压路机碾压3 遍; 最后用10t 钢轮压路机赶光一遍。压路机在振动碾压时, 前进时洒水,后退不洒水, 以减少洒水量, 初压温度控制在140 ℃以上。

4.结束语

由于施工工期的关系, 我们在确保沥青面层表面服务性能即抗摩擦能力、表面构造深度、表面噪音等指标合格的情况下, 竭力提高沥青路面面层的耐久性即耐老化、抗水损害和高温稳定性等性能指标。同时我们在施工中也看到了这种S 型密级配的沥青混合料对碾压设备有相当高的要求。从两次试验段的总结来看, 压路机的吨位越大压实效果越好, 而国产的压路机吨位都不大,这在以后的沥青路面施工中, 对施工单位的压路机设备就有了一个新的要求。

（作者单位：浙江省宁波市315200）