公路工程建设中透水沥青混凝土路面施工技术

2022-05-25何平

四川建材 2022年5期

何平

(四川公路桥梁建设集团有限公司，四川成都 610093)

1 透水沥青混凝土概述

与传统的沥青混合物相比，透水沥青混凝土具有明显优势。它不仅具有附着能力强、骨料颗粒大等优点，而且具有良好的高热稳定性和较大的孔隙率，因而在路面工程中得到了广泛的推广和使用[1]。透水沥青混合料、普通沥青混合料以及改性沥青混合料这三种沥青混合料在级配组成等方面具有明显差异，具体的差异情况如表1所示。

表1 不同结构类型沥青混合料对比表

作为一种新型路面，透水沥青混凝土路面的主要原料是沥青混合料。该沥青混合料的特殊之处在于沥青在透水沥青专用改性剂的作用下进行了改性，且矿料级配设计优于普通级配。此时，将沥青混合料压实后的孔隙率约为20%，即使有雨水也可以通过混合料内部径流排出。此外，该混合料具有骨料嵌挤、孔隙数量多等特点。沥青混合料的特殊性表明透水沥青混凝土路面具有良好的透水性。这样路面不会因为下雨而产生积水，大大提高了路面的防滑性能，保证来往车辆的安全性[2]。同时，当路面没有积水时，路面的反射也会相应减小，以此避免路面反光对司机的干扰，提高了行车的安全性。另外，良好的透水性有利于吸收路面噪音，为往来车辆营造良好的交通环境。

1.1 沥青路面类型

现阶段，在工程中应用沥青路面可分为以下类型：①悬浮密实结构(以AC结构为主)，具有细集料较多、粗集料少的特点，以悬浮状态位于细集料之间，没有形成骨架结构，这种结构的特点是密实度较高、内摩擦角小、黏聚力大、温度稳定性较差；②骨架孔隙结构(以OGFC为代表)，具有孔隙大、细集料很少的特点，粗集料可以形成嵌挤状态，粗细不连续，这种结构的特点是内摩擦角较大、黏聚力较低、温度稳定性较好；③骨架密实结构(以SMA为主)，为两种结构的组合，既有粗集料的骨架结构，又有足够的细集料填充作用，因此沥青混合料的密实度、内摩擦角和黏聚力均较高，同时具有良好的温度稳定性。

1.2 对比分析

SMA结构类型的沥青用量最大，AC居中，OGFC结构沥青用量最小，表面细料用量越大，则最佳沥青用量越大；毛体积密度在一定程度上反映了混合料的强度性能，密度越大越密实，则其强度较高。实验结果说明，SMA结构类型的强度较优；OGFC的孔隙率较大，其他两种的孔隙率较接近且相对小，反映出OGFC排水功能较好，且具有降低路面噪音的作用，由于AC与SMA两种结构的强度使用要求较高，因此，孔隙率会比较小。

1)OGFC结构的透水系数最大，冻融劈裂强度与残留稳定度值较小，表明其排水性能较好，但水稳定性能路用能力偏差。

2)SMA的抗水损害能力最好且透水性系数最小，表明排水功能差。AC结构类型的排水性能与抗水损害能力功能居中。

3)不同结构类型沥青路面的使用特点存在差异，OGFC排水性能好，因此，路面抗滑能力也较好；AC与SMA的抗水损害能力较好，则路用效果良好。

不同结构类型的混合料中，OGFC的破坏弯曲应变值最小，表明低温使用性能比较差，但其动稳定度值比AC大，说明其抗车辙能力比AC结构类型好；而SMA的高、低温使用性能比较优越。

综上所述，OGFC结构类型的沥青路面排水及抗滑性能良好，但是低温与水稳性能偏差，而AC与SMA具有较好的路用性能。另外，排水功能与路用性能在一定情况下存在矛盾，存在此消彼涨的规律。

2 透水沥青混凝土路面施工技术的应用

2.1 路面结构

路面结构施工是市政道路透水沥青混凝土路面工程的基础，具有非常重要的作用。一般情况下，路面的透水沥青混凝土结构共有三层，分别是面层、基层和垫层。因此，在实际的施工过程中，施工人员应根据不同的结构层采取不同的施工方法。面层对透水性和粘度有着较高要求，因此施工原料通常为多孔沥青混合料；基层是路面的基础，为保证施工顺利进行，基层必须具有良好的稳定性、较强的储水能力和较高的强度；垫层要有良好的透水性能和过滤能力，同时保证土颗粒不会在泵吸作用的影响下进入基层或底基层[3]。

施工时常见的两种施工技术主要是路面透水防滑层施工和面层施工。从本质上来说，这两种施工技术是一样的，两者的唯一区别在于应用方向不同。为了避免路面的水对路面以下结构造成破坏，施工人员应在路面结构的下方设置防水层。在透水沥青的作用下，路面水会排放到道路两侧，并经过排水系统排出。

2.2 路面施工前准备

为了保证施工质量，最大限度发挥透水沥青混凝土路面的功能，施工人员做好施工前准备工作。施工前，施工人员了解并掌握详细的施工总则，保证不在雨天和气温低于15℃的环境下施工。同时，完善施工方案，再交由监理单位审批。在施工的每个环节都应提出详细的保护措施，做好保护工作。明确施工要求，保证施工质量，使透水沥青混凝土路面性能与实际使用需求相匹配。

在满足上述要求的基础上重视施工材料的准备工作，采用间断级配方式，严格控制粗、细两种集料的含量，确保孔隙率处于18%～22%，同时控制沥青用量，确保其含量为5%左右。沥青的选择以面层结构需要为依据，既保证沥青具有良好的高热稳定性，又保证沥青具有较强的粘结性。无论是混合料的孔隙率还是混合料的集料种类和沥青种类都应根据实际需求合理选择，同时适当调整抗滑面层集料级配，确保沥青的用量与最佳沥青膜厚相符。检验混合料的孔隙率和矿料的间隙率，一旦发现检验不合格则应立即调整级配。为了确定集料级配和沥青的最佳用量，工作人员还需对透水沥青混合料进行试验，根据不同性能的试验结果选择。

2.3 路面摊铺施工

摊铺施工前，施工人员首先从厚度、压实度、沥青用量以及矿料级配等方面检查路面中面层和路面下面层，确保各项指标均能达到标准。完成上述检查后，施工人员方可彻底清扫上述两个面层。同时，施工人员控制湿度，使其与施工要求相符。注意应在气温15℃以上开展封层施工，且为晴天或阴天。透水沥青混合料的摊铺通过机械进行。现场人员控制摊铺机，随后施工。施工人员控制摊铺温度既不高于175℃，也不低于165℃，并控制摊铺速度为3 m/min。碾压以静压为主，碾压前根据施工量选择压路机。在实际操作的过程中，施工人员尽量采取全幅摊铺的方法，从而避免施工接缝处出现明显痕迹。

2.4 质量检验评定

施工完成后，工作人员按相关标准和要求检验施工质量。检验顺序依次为面层表面、接缝位置、各构筑物的连接情况以及允许偏差的各项目。检验面层表面时，保证表面的平整性和表面不出现松散、落渣等情况；检验接缝位置时，保证接缝处紧实、平顺；检验构筑物的连接情况时，保证连接的顺畅性；检验允许偏差的项目时，保证项目偏差不超过允许范围。

3 市政道路透水沥青混凝土路面工程施工实证

3.1 材料组成特点

1)矿料级配。透水沥青路面面层材料通常运用多孔隙沥青泥合料(Porous Asphalt Concrete，PAC)，其为典型的骨架-孔隙结构，粗集料用量大，因此混合料的性能受骨料的性质、形状、粒度及级配等的影响很明显，在设计沥青混合料时选择合适的集料非常重要。

2)粗集料。透水性沥青混合料形成的是骨架-孔隙结构。相较于普通密级配沥青混凝土，其粗集料用量大，占集料总质量的85%左右，集料之间的接触面积能减少25%左右，接触点的应力提高，粗集料控制的重要指标包括集料的压碎值、针片状含量和黏附性。此外，粗集料的坚硬性、颗粒形状、棱角性对透水沥青混合料的孔隙率具有较大影响，并决定了集料的骨架嵌挤结构能否形成。

3)细集料、填料。透水性沥青混合料所用的细集料通常指的是0.075～2.36 mm的集料，例如机制砂、石屑、天然砂等。排水式沥青混合料中细集料使用量较少。细集料及石粉等与沥青之间应有较好的黏附性能，且颗粒级配合理，符合中砂的级配和细度模数。

4)沥青胶结料。透水型沥青混合料中细集料较少，粗骨料之间的连结点少，与空气接触面很大，因此前期采用普通沥青的透水型沥青混合料通常耐久性不佳。要想提升其耐久性，增强沥青对集料的黏结强度，可以掺入高黏度改性剂亦或运用SBS改性沥青掺加高黏改性剂、SBS改性沥青并掺加0.3%纤维(木质素或聚酯纤维)。加入木质素纤维可以提高透水性混合料的强度和性能，尤其在夏季，高温时沥青受热，膨胀纤维内部的孔隙存在缓冲余地，从而避免成为自由沥青而泛油。

3.2 透水沥青混合料配合比设计

该项目建设的主要原材料为改性沥青，辅助改性的材料为集料、纤维以及填料等。其中集料又分为粗集料和细集料，粗集料以石灰岩碎石为主，直径在5～15 mm,细集料以石灰岩机制砂为主，直径不超过5 mm。沥青改性的材料还包括木质素纤维和石灰石矿粉。施工人员根据配方和配比操作，确保改性沥青的性能指标与相关规范相符。

与一般沥青及混合料相比，透水沥青混凝土存在明显区别。由于使用了较粗的矿料作为材料，透水沥青混凝土无法采用马歇尔试验测定其所包含的沥青含量。为了合理设计透水沥青混凝土的配合比，工作人员在此次项目建设中引入了马歇尔试件的体积设计方法。设计过程中，设计人员将孔隙率纳入重点考虑范围，在保证孔隙率范围的前提下设计和优化配合比，具体的设计结果如表2所示。

表2 透水沥青混凝土配比设计表 %

3.3 透水沥青混凝土在市政道路中应用施工

3.3.1 透水沥青混凝土拌和及运输

为了保证透水沥青混凝土的生产质量，此次项目建设引入了3 000型间歇式拌和机，并通过人工和机械相结合的方法添加填料。同时，提高机械应用水平，确保填料、集料以及木质纤维混合充分。透水沥青混凝土对混合料的拌和分为干、湿两种，且拌和时间分别为15 s、40 s。

3.3.2 透水沥青混凝土摊铺

此次项目建设预设的市政道路宽度为12 m。在实际施工过程中，施工人员通过全幅梯队作业对透水沥青混凝土进行摊铺，因此，需要两台摊铺宽度为6 m的福格勒摊铺机进行工作。摊铺过程中，施工人员控制摊铺机之间的距离，保证两台摊铺机之间的距离长度约为20 m。

3.3.3 透水沥青混凝土混合料的碾压

在路面施工过程中，摊铺和碾压技术对路面的平整度和抗病害能力具有直接的影响，在开展摊铺作业时，根据搅拌机的产量、摊铺的宽度、压实厚度以及四周的实际情况来确定摊铺速度，通常将摊铺速度控制在2～6 m/min，在整个碾压的过程中，确保速度均匀、缓慢，禁止随意更改速度，且尽可能一次性完成碾压。摊铺作业完成后，如发现存在问题或缺陷且不易弥补时，必须铲平摊铺好的沥青混凝土并实施重铺。在路面施工时，碾压是一个重要、关键的环节，必须保证压实机具有可靠稳定的压实功能，如此才能保证和提升路面压实质量。在碾压时如果提高速度，则要合理增加碾压路面的次数，以此保证碾压的质量和效率。若使用轮胎压路机施工，可适当提高碾压速度，具体控制在5 km/h左右。在碾压时还可以选择排压的方式，以减少漏压或重压的情况。