公路沥青面层配合比设计与施工技术研究

李舒栋

（厦门合诚工程检测有限公司，福建 厦门 361027）

0 引言

在大容量的运输条件下，交通压力主要来自各类道路病害，例如严重的车辙、裂缝、水损等病害，使得公路的使用寿命大大缩减，导致大中修事故的频频发生。因此，如何有效地延长沥青路面的使用周期，改善其服务质量，是广大从业人员迫切需要解决的问题。橡胶粉改性沥青是一种以橡胶粉和其他化学助剂混合而成的沥青路面材料，加入橡胶粉后沥青具有高温稳定性、低温柔韧性、抗老化性、抗疲劳性、抗水损坏性等性能，是较为理想的环保型路面材料。以下将基于公路沥青路面建设特点对其配比设计以及施工技术进行分析。

1 公路沥青路面的特点

沥青是一种能抵抗负载和天然作用的矿物物质，能平滑路面、减少尘埃、防水，并且使用寿命长，还可改善轮胎与路面的摩擦。但目前沥青路面仍有许多共性问题，若路面材料不合格、路面承载力较大、路面发生塌陷等，极易发生裂缝，造成压缩、油袋、水淹、开裂等，严重影响路面的正常使用。高速公路沥青路面水损伤是指在高温环境下，因降雨、道路荷载等原因引起的水损伤，地表水分渗入沥青路面，造成渗流压力增大，严重影响了骨料与沥青路面的黏合。另外，由于车辆的反复碾压，沥青路面材料会产生车辙，车辙是一种累积的永久变形，其深度与道路建设、沥青混合料自身、气候、交通量等因素有关[1]。

2 公路沥青面层配合比设计及对质量的掌控

2.1 公路沥青面层配合比设计

以海南省S314 天新线改建工程路面面层SMA-13 配合比为例，矿料组成设计一般按照设计图纸的级配范围以及《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）中的级配范围从优选择进行设计。《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）的附录C中详细介绍了SMA 混合料配合比设计方法，主要有以下几个方面：

一是选择符合施工技术规范和指标要求的材料。

二是设计级配的确定，首先通过试验计算混合料体积特征参数，然后通过成型马歇尔试件计算相应的体积特征参数（海南省S314 天新线改建工程采用的是橡胶沥青，在高温状态下有较大的弹性和弹性恢复率，因此采用双面75 次成型马歇尔试件），最终使得计算的粗集料骨架间隙率小于粗集料松装间隙率，且混合料的矿料间隙率大于16.5%。

设计沥青用量应根据不同油石比成型的马歇尔试件的测得的稳定度、流值、空隙率、矿料间隙率、饱和度是否符合设计要求，根据期望的空隙率确定油石比。

三是配合比设计检验，SMA 混合料最后还必须进行谢伦堡析漏及肯特堡飞散试验。当两项检验不符合规范要求时，应重新进行设计配合比[2]。

2.2 橡胶沥青原材料的选择

2.2.1 基质沥青

以基质沥青为主要原料，加入一定数量的橡胶粉，与其他类型的改性沥青一样，基质沥青的特性对其性能有较大的影响，不同地区的气候条件对基质沥青的选用有一定的影响。根据我国有关资料和技术规程，气候炎热及重交通地区宜选用高黏度、低标号沥青，气候寒冷、降温快则选用低黏度、高标号沥青，昼夜温差大选用针入度指数大，感温性小的沥青，检测结果见表1。

表1 沥青基本性能指标检测结果（70 号A 级石油沥青）

2.2.2 胶粉掺量

随着胶粉用量的增加，其路用性能与黏度也随之增加，如果黏性太高，很容易造成橡胶沥青设备的管路阻塞，从而影响工程的进度，提高工程造价。所以，在基础沥青中应加入适量的橡胶粉，通常情况下，在15%～25% 之间。美国材料与测试学会（ASTM）要求，橡胶沥青中的胶粉含量不得低于15%（含），约占外部掺量17.6%。根据国家交通运输部的行业标准，橡胶沥青中的橡胶粉含量通常为17.6%～30%。由于胶粉与基质沥青质量的差别，胶粉的用量也不相同，有时会出现很大的差别，设计图纸给定的橡胶沥青配比为：胶粉∶界面料∶基质沥青＝18%∶2%∶80%，参照上述比例生产的橡胶沥青技术指标见表2。

通过表1和表2的试验结果不难发现，加入橡胶后，沥青的针入度明显降低，软化点升高，延度显著降低，密度略微升高，黏度增大。说明通过橡胶改性后的沥青高温稳定性提高，对路面车辙、拥包现象有所改善。温度敏感性降低，温度较低时，沥青变脆使路面发生应力开裂；在温度较高时，路面变软，受承载车辆作用而变形，而用胶粉改性后，沥青的感温性得到改善，抗流动性提高。与集料的黏附性增强，沥青膜后增加，提高抗水侵害能力，延长道路使用寿命[3]。

表2 现场生产橡胶沥青技术指标

2.2.3 界面剂

橡胶粉和沥青是一种不活泼的材料，为了加速二者的作用，经常在橡胶沥青中添加适量的外加剂，以加强橡胶粉与沥青的反应，从而达到充分均匀分散于沥青中的目的。黏结剂是外掺剂，是一种聚合物，是乳白色的透明球形和絮状物，按照一定的比例添加到高温基质沥青中，一方面可以缩短生产周期，提高产量，达到搅拌设备的生产需要；另一方面，能有效地降低橡胶沥青的黏度，不会造成管路堵塞，也不会对橡胶沥青生产设备造成损害，并且能降低油石比，节省施工费用。

2.3 搅拌温度

在不同的条件下，混合料的拌和温度对橡胶和沥青的反应性能有很大的影响。在橡胶沥青加工中，搅拌温度对橡胶沥青产品的力学性能有很大的影响。一般情况下，随着沥青温度的提高，其黏度降低，轮胎胶粉更容易分散、膨胀，轻油含量降低，黏度增加。而随着搅拌温度的升高，沥青的老化程度也会加剧，而在较高的温度下，橡胶的硫化作用会加剧，从而导致其黏度下降。通过实验研究，确定了最佳的混合温度为175～185℃。

2.4 搅拌时间

根据国内外的研究数据，不同的搅拌时间对橡胶沥青的各种性能指标都有较大的影响，而且其性能指标并非只随时间的推移而呈线性变化，有时增加，有时减少，有时反复。橡胶沥青的延度随搅拌时间的延长而增大，但黏度却先增大后降低。造成这种现象的主要原因是橡胶粉末在接触到沥青后立即产生膨胀，如果反应时间太短，胶粉溶胀太小，导致橡胶改性沥青只是胶粉和沥青的一种简单的混合；反应时间过长，胶粉的反应过多，不但会使橡胶沥青失去物理和机械性能，还会降低生产效率，提高燃料成本。根据国内外的先进经验，得出了45～60min 的混合最优混合工艺[4]。

3 公路工程沥青路面施工技术

3.1 施工前准备工作

3.1.1 原材料质量控制

进入施工现场的沥青必须有生产厂家的质量检验证书，贮存、运输和使用过程中应采取防水措施。硬度、耐磨性和冲击强度好的砾石不得过筛或软化。骨料应为玄武岩、安山岩或粉状花岗岩。要求压碎值、洛杉矶磨耗值、对集料与沥青的黏附性、针含量、磨光值、吸水率、颗粒成分等指标满足设计规范要求。天然砂和机制砂应清洁、干燥、无大气介质和污染物，其容重、硬度、分级、细度模数等指标应符合规范要求。为增加集料与沥青的附着力，可采取措施掺入石灰、水泥或抗撕裂保护剂。

3.1.2 摊铺机的准备

摊铺机的性能和各种参数的设置对摊铺机的质量有重大影响。因此，安装前应正确安装各种工作设备，并根据工况调整宽度、弧度、工作入射角、螺旋分配器的长度和位置、振动频率、振子等参数。

3.2 沥青混合料路面摊铺

在摊铺混合料时，控制要点包括以下几个方面：

一是依据公路等级、路面宽度合理选择混合料摊铺机组合。摊铺高速公路、一级公路的沥青混合料时，其摊铺宽度不应超过6～7.5m。作业单位在摊铺之前需对摊铺机进行全面检修，确保摊铺机的运行状态良好，避免实际施工过程中因机械故障从而影响到正常的施工作业。此外，为确保操作摊铺机的规范性，摊铺机操作人员应具有较为丰富的工作经验，能够熟悉该品牌摊铺机，以便于及时发现摊铺机的潜在问题及摊铺机的故障原因。

二是合理调整摊铺机各项参数。在实际施工过程中，需要依据公路建设标准，对摊铺机宽度、速度和熨平板初始仰角等核心参数进行调整，确保摊铺机在实际作业过程中能够保持恒定的运行速度，实现均匀不间断摊铺作业，以免混合料出现温度离析。

三是选择合适的碾压方式，不同等级公路应当使用规范内相应的碾压方式。

四是混合料卸载。在卸料过程中，为防止卸料操作对摊铺机的正常行进速度造成影响，运料车需要与摊铺机之间保持100～300mm 的距离，且运料车不得突然制动，必须空挡等候，由摊铺机推动前进，开始缓缓卸料。

五是在面对变幅、变坡等特殊路段时，摊铺机需要平稳渐变、避免大幅度转向。找平基准的设置可采用一侧移动式均衡梁基准加横坡控制手段。应用预测表格控制法，不仅可以使操作人员逐步输入横坡控制值，也可对横坡度进行适当的调整。对于公路的变幅路段，可选用伸缩式熨平板，摊铺时应使每幅工作面均与摊铺机中心线重合。

3.3 沥青路面压实技术和接缝施工技术

为了提高沥青混凝土路面的耐久性，混合料的摊铺和压实是两个重要的步骤。如果混合料的摊铺工序不够紧凑，摊铺工作就会减少。压实的目的是减少混合料中的空隙，提高路面的压实度，提高沥青路面的耐久性。

在摊铺过程中，摊铺的混合料应预留30～60cm 宽的位置，该部分不应压实，此时，约5～10cm 的路面层以接缝的形式相互重叠，最后进行黏结和碾压，以消除接缝痕迹。水平施工缝均采用平面缝，由3m 直尺从纵向延伸处铺设的道路的最后部分，该位置是悬臂裂缝处理的一部分，用锯切割后，继续摊铺时，必须清理接缝处的灰尘。碾压时采用钢压路机进行横向碾压，从第一道摊铺的横向裂缝逐渐移动到新的摊铺层。对接缝问题进行处理时需要引进科学的接缝以及压实技术，进而提升沥青路面的平整性，同时也能降低施工缝不断扩大而导致的路面坑洼现象。针对沥青路面出现裂缝病害的情况，常采用表面封闭法、开槽灌缝法等方式进行修补，用于降低裂缝面积不断扩大的风险，确保路面面层行车的安全性与舒适性。表面封闭法适用于裂缝宽度2mm 以下的裂缝，夏季采用沿裂缝涂低稠度沥青，冬季采用沿裂缝涂阳离子乳化沥青。开槽灌缝法适用于裂缝宽度2mm 以上的裂缝，根据裂缝的形状确定开槽尺寸，按照确定尺寸开槽，用吹风机将槽内的碎块、粉尘清理干净，用灌缝机上带有压平器的压力喷头将密封胶均匀的灌入槽内并在裂缝两侧拖成一定宽度和厚度的封层。对沥青混凝土路面面层缝修补时常采用具有较好弹性的灌浆材料如聚氨酯进行黏合，进而更好地提高裂缝缺陷修补的整体效果。

4 结语

总而言之，为了更好地优化公路沥青路面建设的质量，需要做好相应的指标配比设计工作以及施工技术应用工作，进而提升公路路面建设的稳定性和安全性。在配比设计过程中需要基于原材料含量、温度以及其他指标做好相互融合规划，以此使得沥青路面质量处于一个较高的标准。本文主要基于海南省S314天新线改进工程实例，对沥青路面的配比设计以及施工技术应用进行探究，以期能够最大程度地优化施工质量。