沥青稳定碎石下面层性能及施工工艺研究

刘星亮

（河北怀来县交通运输局路政管理所，河北 怀来 075400）

0 引言

近年来，我国道路工程发展迅速，沥青路面建设的工程量也不断增加。沥青道路中，超过95%的道路采用半刚性材料作为基层，受自身特点的影响，在道路投入营运几年之后，半刚性基层会向沥青路面产生反射裂缝，影响道路使用质量。为降低反射裂缝对路面的影响，本文依托实际项目，以沥青稳定碎石作为下面层，分析沥青稳定碎石下面层性能以及施工工艺[1]。

1 工程概况

某公路工程采用沥青稳定碎石进行路面下面层的铺筑，道路铺筑过程中就地选材，其整体结构见表1。

表1 结构层样式

2 工程实践

ATB 为密级配沥青稳定碎石，相较于沥青混凝土具有更大的公称最大粒径，常用的ATB 沥青稳定碎石有ATB-25、ATB-30、ATB-40，这几种材料作为路面材料在铺筑之后具有较好的防水性能以及低温性能，本项目选用ATB-30作为沥青路面的下面层与半刚性基层连接。为了预防反射裂缝的产生，本文通过对下面层沥青稳定碎石的配合比设计、路用性能评价，分析ATB-30作为下面层的适用性和施工过程中的影响因素[2]。

2.1 级配设计

本项目级配设计采用Superpave 的方法，可以更好地提高路面抗车辙能力、混合料的密实性，以满足路面要求。Superpave 混合料的设计步骤为：材料选择→材料试验→选择目标级配→选用满足规范要求的3种不同矿粉用量，设计3组不同矿粉用量的级配→计算满足要求的各种初始沥青用量，制作马歇尔试件→分析空隙率、饱和度、稳定度等指标，确定最佳矿粉用量、设计级配以及沥青用量→配合比的设计与验证[3]。

本项目集料选择当地产玄武岩，两种材料的各项性能指标检测如表2～表3所示。

表2 集料相关技术指标

表3 SK AH-70道路石油沥青相关技术指标

在选定材料，测定材料各项性能指标符合要求之后，按照Superpave方法进行级配设计，结果如表4、图1所示。

表4 级配设计

图1 级配设计曲线

2.2 最佳油石比的确定

本文以2.5%、3.0%、3.5%、4.0%、4.5%五组油石比分别制作马歇尔试件，测量其各项性能指标。在制备马歇尔试件过程中，沥青混合料对于温度敏感，因此，应严格控制好各材料拌和时的温度，温度控制如表5所示。

表5 ATB-30马歇尔试件控制温度 单位：℃

不同油石比下的马歇尔试件各项指标检测结果如表6所示。

表6 不同油石比下的ATB-30马歇尔试件性能指标

表6（续）

由表6 可以看出，在4.0%的油石比下，ATB-30 的毛体积相对密度最大，为2.587，空隙率最小，稳定度最好，因此本文选用4.0%的油石比作为最佳油石比。

2.3 矿粉掺量的确定

（1）物理性能

按照Superpave 的方法，本文选用3 种不同的矿粉用量，分别为3.8%、3.9%、4.0%，分别制成不同的ATB-30 混合料试件，并进行物理性能的检验，试验结果见表7。

表7 不同矿粉掺量的沥青稳定碎石物理指标试验结果

根据表7 试验结果发现，ATB-30 混合料中矿粉掺量越小，毛体积密度也越小，空隙率、稳定度随抗车辙剂掺量增加而增大，其中毛体积密度变化与空隙率增长有关。同时随着矿粉掺量的持续增加，这些指标增长幅度和速率逐渐减缓，主要是因为矿粉与沥青凝结固化后形成一种较强的网状立体结构，进而提高了沥青混合料的稳定度，但达到一定程度后，沥青混合料结构相对稳定，几乎不发生明显变形。

（2）高温性能

本文对不同矿粉掺量的沥青混合料高温性能进行测试，结果见表8。

表8 不同掺量抗车辙剂的沥青混合料车辙试验结果

由表8分析可知，矿粉掺量越大，混合料的动稳定度也越大，车辙深度随矿粉掺量增加而逐渐减小，矿粉掺量从3.8%增加至4.2%时，车辙深度从2.9mm 降至1.2mm，表明添加矿粉可以有效提高其高温性能，减小车辙产生的概率，从性能提升和经济性角度考虑，推荐最佳掺量为4.2%。

2.4 施工工艺

ATB-30 属于大粒径沥青混合料，因此在施工的各个环节中，都应该注意离析问题，以保证路面的施工质量。

（1）拌和

必须提前掌握ATB-30 混合料的拌和温度，需进行试拌，确定拌和时间。混合料拌和完成后，应在运输车内壁刷上一层隔离油，然后立即使用运输车保温运往施工地点。在施工时应注意以下要点：①使用自卸式装料车，先车头、后车尾、再中间，防止粗细集料分离，造成离析；②装料完成后使用棉被覆盖，防止混合料温度下降；③运料车在作业时必须填写运料单，注明出厂温度、到达施工现场的温度，并且对比两者的温度，不符合要求的应当场废弃，不能使用[4]。

（2）摊铺

ATB-30 混合料摊铺时要采用双摊铺机同时作业，摊铺时要有3～5台运料车等候。

（3）碾压

碾压的功率、时间以及频率严格遵循施工规范，通常采用的碾压方式为：初压：使用双钢轮压路机静压一遍；复压：双钢轮压路机静压1～2遍；终压：双钢轮压路机静压1～2遍。

2.5 施工后评价

ATB-30 混合料由于粒径较大，易发生离析，因此在施工后对下面层进行检测。本研究使用简单易行的铺砂法进行构造深度的检测，检测结果见表9。

表9 构造深度检测结果 单位：mm

根据表9可知，粗集料在上时，更容易发生离析，约为正常情况下的2～3倍，而细集料在上时与正常情况下差异较小，表明粗集料与混合料离析具有较强的相关性，ATB-30混合料施工时应尽可能保证细集料位于上部。

3 结语

本文依托某公路工程，通过对下面层沥青稳定碎石的级配设计、矿粉掺量和最佳油石比进行研究，并在铺筑试验路之后进行检验。结果表明：4.0%的油石比和4.2%的矿粉掺量可以保证ATB-30下面层具有较好的路用性能；在施工过程中，控制好施工条件，细集料位于上部可以更好地避免沥青稳定碎石离析。