沥青碎石上基层配合比设计及试验段施工技术分析

2020-09-23张臣捷

运输经理世界 2020年11期

文/张臣捷

1 前言

近年来，我国经济高速发展，交通量增长迅速，车辆日趋大型化。ATB-25 沥青碎石上基层高温性能比较好、水稳定性良好、车辙试验动稳定度较高、修复方便，由此沥青碎石基层可以增强路面排水能力，减少沥青层温度收缩裂缝和反射裂缝的产生。实践施工经验表明，合理的配合比设计以及施工中严格的工艺控制，都能改善沥青碎石上基层的使用性能，提高其使用寿命。

2 目标配合比设计

2.1 原材料试验

2.1.1 沥青：由厦门新立基股份有限公司生产的壳牌70 号A 级道路石油沥青，检测结果沥青的各项指标符合设计要求。

2.1.2 集料：采自沙阳村大桥坑碎石场，各项技术指标均符合规范要求。

2.1.3 填料：矿粉由三明溪泰和石料加工厂生产，掺加20%消石灰，各项技术指标均符合规范要求。

2.1.4 添加剂：重庆伍圣建材有限公司生产，AR-I 沥青抗剥落剂，掺量为结合料的0.4%，与集料的粘附性达到5 级。

2.2 设计步骤

2.2.1 确定级配曲线：根据原材料筛分试验结果，调配出1 号、2 号、3 号三条级配曲线，按以往施工经验先取3.6%沥青用量对三条级配曲线进行马歇尔试验，成型马歇尔试件吸水率小于2%，采用表干法测定试件密度。根据室内马歇尔各项指标试验结果综合考虑分析，选择2 号为目标配合比级配曲线[1]。

2.2.2 确定最佳沥青用量：在选定设计级配曲线的基础上，以2.6%、3.1%、3.6%、4.1%、4.6%五种沥青用量进行马歇尔试验。考虑本路段交通量大以及轴载重等因素，确定3.6%为最佳沥青用量；再以3.6%沥青用量进行马歇尔试验以及48h 的浸水马歇尔试验，检测沥青混合料水损害性能，试验结果各项指标均符合要求[2]。

图中：毛体积密度没有出现峰值，且以目标空隙率所对应的沥青用量作为OAC1，OAC1=3.61%。OACmin=3.15%，OACmax=3.91%，OAC2=3.53%，计算得OAC=3.57%。考虑本路段交通量大以及轴载重等因素，确定最佳沥青用量为3.6%。

2.2.3 试验结果

选定的级配曲线和沥青用量试验检测结果各项指标汇总如下：

（备注：矿料间隙率设计值采用内插法计算。）

2.3 确定材料用量

上基层沥青混合料ATB-25 最终确定材料用量表：

集料比例（%）集料比例（%）（19～26.5）mm 30矿粉1.5（9.5～19）mm 27沥青用量3.6（4.75～9.5）mm 12抗剥落剂0.4（0～4.75）mm 29.5/ /

3 生产配合比设计

3.1 原材料

3.1.1 沥青、填料、抗剥落剂均与目标配合比设计时一致，其各项技术指标均符合规范要求。

3.1.2 集料：采自沙阳村大桥坑碎石场的（19～26.5）mm、（9.5～19）mm、（4.75～9.5）mm、（0～4.75）mm 碎石及（0～4.75）mm 石屑，经沥青拌和站热筛后（24～32）mm、（12～24）mm、（6～12）mm、（4～6）mm、（0～4）mm 碎石，各项技术性能符合规范要求。

3.2 设计步骤

3.2.1 确定拌和站热料仓筛网尺寸及拌和站各下料仓的电机转速，以目标配合比中确定的各档材料用量（不加矿粉与沥青）开机进行热筛。热筛结束后，按热筛集料规格从大到小，单仓单独卸料。卸料时，利用装载机铲斗接各个热筛仓单独卸下的热筛料。试验人员对各个热筛仓集料随机取样，并对集料进行筛分试验，测定集料的表观相对密度以及集料的毛体积相对密度。将各规格热筛仓集料的通过率重新合成级配曲线，重新合成的级配曲线与目标级配曲线的通过率在规定的偏差范围内，两条级配曲线接近吻合。

3.2.2 根据目标配合比最佳沥青用量3.6%±0.3%三种沥青用量（即3.3%、3.6%、3.9%沥青含量），取沥青拌和站热筛后的集料进行室内马歇尔各项试验，各项试验结果指标符合设计要求。

3.2.3 根据调好的热料仓比例，考虑上机试拌等大规模生产需要，在沥青拌和站进行试拌生产(沥青加热温度160℃，集料加热温度175℃)，拌和后目测混合料油膜分布比较理想，混合料粗细分部均匀，未见离析现象。取试拌的沥青混合料进行各项指标试验，检测结果均符合要求。

3.3 生产配合比确定试验结果

热仓（生产配合比）比例（%）材料名称规格（mm）比例（%）1＃仓0～44～6 20 2＃仓7.5 3＃仓6～12 12.5 4＃仓12～24 31 5＃仓24～32 24.5矿粉 /4.5油石比（%）70号3.73抗剥落剂（%）AR-I 0.4

4 试验段施工方案

4.1 下承层准备

路面级配碎石下基层经监理工程师检验合格，各项检测指标符合要求，并清扫基层面的污物。高渗透性乳化沥青透层和乳化沥青粘层施工完毕，符合设计及规范要求且得到监理工程师认可。路面级配碎石基层标高符合设计要求，基层其他检测指标如宽度、平整度、横坡等均符合设计要求。在结构物交接处及路缘石、排水沟与沥青面交接的一面都已涂刷了乳化沥青。

4.2 测量放样

试验段施工前在下承层上放样，恢复中线，放样时用全站仪每隔10m 定点打铁钉，根据已放中桩放出两侧边桩，复测确定下承层的标高。为确保摊铺厚度均匀的同时，提高上基层的平整度，采用钢丝引导控制高程的方式。先打钢钎支架，然后在钢钎支架上架设钢丝绳，最后根据标高值、所铺筑的上基层厚度以及松铺系数等调整钢丝绳的最终高程，作为纵坡基线。拟采用在两侧钢丝绳之间拉一根细横线，以横线高度为基准在路基中间架设铝合金导轨的标高控制方法，并用白灰划出ATB-25 沥青上基层两侧的摊铺宽度。

4.3 混合料拌和

沥青拌和站生产的混合料质量是高速公路沥青路面质量控制的重点，采用4000 型沥青拌和站生产沥青混合料。本次试验段施工前，在试验监理工程师的指导下，沥青混合料拌和设备已试拌成功。沥青混合料拌和出场温度控制在145～165℃，且不超过195℃。沥青混合料在储存仓储存时，温度降低不超过10℃。沥青加热温度控制范围为155～165℃，矿料加热温度的控制范围为165～195℃。采用间隙式拌和机，经试拌后，沥青裹覆集料均匀，现确定每盘的拌和时间不少于45s（每盘集料干拌时间不少于5s），且两锅间隔时间不小于48s，以使混合料拌和均匀，无花白料。

4.4 混合料运输

根据沥青拌和站与试验段的距离，同时考虑现场混合料摊铺能力与施工的具体情况，本次试验段施工共安排了15 辆运输车，确保了拌和、运输、摊铺的连续性，提高了ATB-25 沥青稳定上基层的施工质量。拌和站卸料口下缘至车厢底板不得超过2.5m，以避免混合料离析。料车装料时，为了减少混合料离析的情况，采用3 次或多次装料法，以减少混合料离析的情况，即1、2 次装料分别位于车厢的前部与后部，第3次装料位于车厢中部。为避免沥青混合料与车厢底侧板粘结导致无法卸料的情况，预先在车厢内喷涂防粘剂，由此本次试验段施工未发生混合料与车厢粘结现象。运输车辆在运送沥青混合料时用篷布覆盖，并且覆盖密实，其目的是保温、防雨。运送到摊铺现场的沥青混合料温度不低于145℃，未结成团块。

4.5 混合料摊铺

到达施工现场的运料车大于5 辆后开始摊铺，以保证摊铺连续性。ATB-25 沥青上基层设计厚度为15cm，分两层施工，本次ATB-25 沥青上基层试验段摊铺压实厚度为7.5cm。本次试验段采用2 台ABG-8620型摊铺机成梯队作业进行联合摊铺，相邻两幅的摊铺搭接30～60mm 左右，前后2 台摊铺机相距5～10m 匀速向前推进摊铺，有效避免了距离过长而导致的温度离析现象。为提高沥青碎石下基层初始压实度，摊铺机应在开始摊铺前0.5～1h 预热熨平板且其温度不低于120℃；同时，沥青混合料到场温度不小于145℃，摊铺温度不小于135℃。摊铺过程中，为了避免运料车撞击摊铺机，运料车应停在摊铺机前10～30cm 处；卸料时运料车挂空挡，由摊铺机推动运料车匀速前进摊铺。本次试验段施工摊铺速度为2m/min，未发现离析现象。另外，对于摊铺机后出现局部混合料明显离析的摊铺面，应及时人工进行局部处理，本次试验段施工未发现离析现象。2 台摊铺机摊铺紧跟且匀速向前摊铺，以此避免了纵向接缝。

4.6 碾压

沥青混合料的压实按初压、复压、终压3 个阶段，每个阶段紧密衔接，且每个碾压段末端的碾压痕迹呈阶梯形。碾压为先外侧后内侧，且由低至高的顺序向前碾压，相邻碾压面重叠100～200mm，同时压路机应缓慢而匀速碾压。我部采用两种碾压方案，试验段先铺筑半段采用方案一碾压，后铺筑半段采用方案二碾压。

方案一试验段碾压遍数与温度控制表

方案二试验段碾压遍数与温度控制表

碾压作业时，压路机禁止在碾压完成的路面上调头、刹车、转向以及制动。振动压路机在振动碾压过程中，压路机在加速段、减速段或停顿时都应停振，待正常速度时再加振。压路机无法碾压到的位置，应采用小型压实设备或小型夯实机进行夯实，从而做到不漏压。碾压完成还未冷却的路面，禁止停放压路机或其他车辆设备，并防止新铺的路面受泥土或油污等杂物的污染。

4.7 纵缝及横缝的处理

纵缝处理：摊铺时采用2 台摊铺机一前一后梯队作业，纵缝为热接缝，接缝连接紧密、过渡平顺，接缝无离析现象。

横缝处理：上、下层的横缝应错开距离大于1m 以上，且各层横缝均应采用垂直的平接缝。