沥青混凝土路面特性评价及表面平整度的控制要点

2020-01-04张文宏

山西建筑 2020年8期

关键词：矿料均匀度平整度

张文宏

(山西省公路局晋中分局和顺公路管理段，山西和顺 032700)

现代道路中的路面结构形式主要是沥青路面和水泥路面。相较而言，沥青路面的路用特性具有更突出的使用效果。另外，路面维护的方便性和路面材料易于再生利用也是其重要特点之一。因此，在目前国内外高等级道路总的通车里程中，沥青路面占有96%以上。

1 沥青路面特性综述

沥青路面的综合技术和使用性能具有诸多优越性，这主要表现在三个方面，即使用性能、维护性能和材料再生利用的方便性。

1)使用性能。沥青路面优异的使用性能主要表现在行车的舒适性。沥青路面的材料组成主要是级配矿料和作为粘结剂的沥青在使用温度状态下拌合而成。因此，沥青路面具有刚柔并济的突出特性，作用在其上的行车荷载，主要是冲击荷载W，其数值的大小与车辆自重Wg的一次方和冲击速度V的二次方成正比,见下式(其中，K为计算系数):

W=KWgV2。

显然，车行速度与车辆对路面的冲击荷载的大小起着相当大的作用[1]。在高等级道路，特别是高速公路的行车速度往往不低于100 km/h，而很多重载运输车辆的轴载大于10 t。另外，如果道路表面的平整度较低，车轮的滚动对路面还会形成一个对低凹表面的附加惯性冲击，更增加了车辆对路面的冲击荷载。

由于沥青路面的柔性特征，能够对车辆对路面的冲击荷载起到良好的吸收作用。这就是沥青路面行车较为舒适的力学条件。

2)维护性能。由于沥青在常温下呈现固态，但经过加热后很容易变成液态，因此路面在长期使用后出现病害(以不规则网裂、松散、壅包和车辙等为主要表现形式)后，经过适当加热会使路面呈现松软状态，而沥青和级配矿料具有明显的低导热和高比热(即单位重量的热容量较大)的特性，故热量不易向四周散失，所以可方便地利用这一特性对损坏路面进行处置和修复[2]。

3)路面材料的再生利用。基于上述分析的结论，沥青路面材料能够通过加热改变其物理特征，同样这一特性也决定了路面材料再生利用的方便性。

综上所述，沥青路面的诸多优异性能使其在道路工程中得到了广泛的应用。统计数据显示，目前国内外已建成通车的高等级道路的96%以上均由沥青路面构成。在道路的建设和使用特性中，路面的平整度指标直接关系到车辆乘坐舒适性、行车安全性、设计承载能力及使用寿命。

2 影响路面平整度的因素及控制手段

2.1 道路基层和水泥稳定层施工

沥青路面的平整度受到下部各层平整度的影响，故下部各层都必须注意施工的平整度要求。如底基层必须以平地机进行全幅整平，压路机压实后保证一定沉陷时间后，对出现的弯沉部位进行填补和补压，保证全幅足够的密实度和良好的平整度。水泥稳定层必须杜绝以往常用的路拌工艺(主要因为其材料的拌合均匀度和离析问题难以解决)，为了道路的力学指标(主要是承压)及全幅平整度指标达到设计要求，水泥稳定层的施工必须按照下述工序完成：

基层整平压实→水稳材料厂拌→车辆转运→摊铺作业→压实和养生。

水泥稳定层是一种干硬性混凝土材料，必然含有一定量的水分。因此需要一定时间的养生周期，而含水量的蒸发势必在一定程度上对路面高程有一定的影响。另外，水稳材料必须保证良好的均匀度，否则将严重影响其铺设的平整度及道路的整体强度[2]。众所周知，材料拌合的均匀性与拌合时间成正比。它们之间形成下述关系(见图1)。

拌合时间低于40 s时，材料均匀度明显偏低。但大于60 s后，其材料的均匀度也难以大幅提升且会明显降低拌合作业的工作效率。因此，拌合时间取45 s～55 s较为合适。实际作业时应根据环境温度、材料种类及含水量的高低等诸因素进行调整和优化，如有必要应先进行试拌以确定合适的拌合时间以为工程提供合理的作业数据。

2.2 严格管控沥青混合料的作业品质

沥青混合料是级配矿料和沥青(作为材料粘结剂)经良好拌合后的混合物，所以其质量的优劣取决于下述主要因素：

1)级配矿料。为切实保证质量，混合料所用矿料以采用反击式破碎轧制工艺取得为宜。同时，为尽量避免级配的不确定性，矿料(包括矿粉)最好在同一个生产厂家采购为好。原材料在料场应分别堆放且严禁串混。混合料的烘干和拌合必然伴随着高温，因此，矿料的存放和转运应尽可能避免水分的混入。此举对于加热能源的节约和环境保护(减少有害排放)具有重要意义。

2)沥青。沥青的三项路用指标(针入度、软化点和延伸度)决定了沥青的路用质量，因此每批次沥青都应进行严格的入场检测，以杜绝不合格材料的混入。作为一种较为典型的高分子有机物质，其物化特性较为敏感。由于其必须加热到160 ℃才能投入作业，而其闪点却不高(约220 ℃～230 ℃)，为了尽可能减少材料的老化，应避免采用常规暴露火焰加热(可见光加热)方式，而应采用以红外、微波和以导热油为代表的间接加热方式为宜[3]。

3)优化配合比设计。热拌合沥青混凝土的配合比设计通常包括目标配合比、生产配合比和生产配合比验证三个主要阶段。严格按照技术规范要求的指标，精心做好配合比设计和组织实施，特别是根据材料的特性(如级配矿料与沥青的和易性等)对配合比进行必要的优化，是制作高品质沥青混凝土的必要条件。

2.3 合适的机械配套

目前，国内外道路工程单位采用的沥青混凝土拌合设备大多为连续式或间歇式强制拌合机。在相同的初始条件下，连续式拌合设备具有更大的产出比。但有鉴于连续式拌合设备对各项物理参数的计量精度较间歇式低，因此建议以间歇式拌合机完成作业为宜。同时，必须采用双卧轴强制式拌合方式，这是因为跌落式拌合难以完成混凝土材料的制作，且拌合均匀度较低，会直接影响路面平整度指标。

路面压实度和平整度指标的实现与路上作业的沥青混合料摊铺机的技术性能息息相关。除了其找平装置的作业精度外，摊铺机的熨平装置应具备夯实功能，特别是双夯锤更佳(以德国Wirtgen Co.ABG411型摊铺机为代表)。由于该型设备有更为优异的夯实性能，使得路面材料摊铺后即具有相当高的初压密实度，能够有效抵御后续压路机作业时对路面材料的推挤作用，进而更加有利于路面平整度指标的实现。同时，摊铺机的作业必须保证连续和匀速，杜绝时快时慢现象，并尽可能减少间断作业(其原因主要是停机待料和突发机械故障等)，这也是保证路面平整度的关键所在。有鉴于此，施工单位应基于摊铺机的实际作业效率对基地料场沥青混合料拌合机的产能、混合料运输车辆的运力、作业间距的长短、环境温度及湿度等数据等进行必要的调查分析，并以必要的工程计算完成和实现作业设备的良好匹配。