沥青混合料施工过程级配变异性研究

摘要 沥青路面施工工序复杂、环环相扣，任意环节级配变异均可能会对混合料路用性能产生严重影响。在现行施工技术规范中主要针对拌和后的混合料级配进行检测，实际工程中级配检测耗时耗力，且检测结果无法及时反馈到施工过程。文章主要通过实体工程项目对施工过程级配变异性进行了研究，同时通过对施工项目现场调研，分析了沥青混合料级配变异性的影响因素。

关键词 瀝青混合料;施工过程;级配变异

中图分类号 U416.217文献标识码 A文章编号 2096-8949（2022）11-0064-03

引言

为了解不同施工水平下沥青路面施工过程级配的变异情况，以沥青混合料施工全过程混合料级配变异为研究对象，分别从级配变异敏感过程与连续施工过程中级配变化对级配变异性进行研究，研究周期为5天，每日对混合料进行取样、试验，获取数据。级配变异敏感过程主要研究拌和、运输、摊铺、碾压四个施工步骤中级配随时间的波动情况[1]，通过对各阶段施工级配数据进行监测，了解不同施工工序中混合料级配数据随着时间的变化情况，以确定施工中级配变异的敏感过程。连续施工过程中级配变化以高速项目为例，对拌和、运输、摊铺等施工全过程级配数据进行了跟踪观测，考虑到一定时间内混合料拌和楼调控参数相对稳定，确定研究对象为同一拌锅内沥青混合料，对其拌和、摊铺、运输过程进行级配跟踪观测，分析级配随工序推进中的变化情况。

1 级配变异敏感过程分析

为保证施工项目具有代表性，选择各项目分布区域较广，且施工方来自不同施工企业，可代表当地高等级公路施工的总体水平。其中甲高速按双向四车道高速公路标准建设，在SUP-20中面层混合料生产过程中共用到5种不同粒径规格集料。乙高速SUP-25项目因公称粒径大，利用六种不同粒径规格冷集料进行混合料的拌和生产，SMA-13上面层施工阶段共用到三种集料。丙公路项目为一级公路改扩建项目，对上面层SMA-13混合料施工项目数据进行统计分析，该项目在混合料生产时共用到三种集料，分别为10～16 mm、5～10 mm、0～3 mm三种粒径规格。丁公路项目为一级公路新建项目，在上面层SMA-13混合料施工时对该项目所用三种粒径规格集料各筛孔通过率、施工过程混合料级配变异性进行研究。

以以上高速公路路面施工项目为依托，采取现场试验的方式，对拌和、运输、摊铺、碾压过程级配数据进行统计分析，按照四分法对各施工过程中混合料取样，进行抽提、烘干、筛分、测算级配。为了解一定时间内同种工序中级配随着时间变化情况与稳定性，对各项目不同施工过程级配数据进行分析，并对各施工过程级配变异程度进行对比，获取施工过程中级配变异的敏感过程。

1.1 拌和过程

以甲SUP-20高速公路项目为例进行研究。该项目采用ACP-4000型拌和楼，冷料进料速度采用转速比控制，包括单仓转速比、统一转速比控制。为了解拌和过程中各热料仓是否稳定，随机选取Day3中拌和站的200次拌和数据，对各热料仓数据进行处理、分析，结果见表1所示。

由表1可知，在拌和过程中对热料的控制较好，各料仓质量变异性小，拌和质量稳定。ACP-4000型拌和楼装有“二次计量”的电子称量系统以及“二次筛分”的振动筛装置，且甲项目每天对装置进行检测，保证装置的正常运行，大大提高了各热料仓内分段级配的稳定性。

1.2 运输过程

对甲、已两个项目研究了运输过程对级配离析的影响发现，甲高速SUP-20项目在运输过程中具体表现出粗料出现较严重离析现象，与设计级配的最大偏差出现在19 mm、13.2 mm筛孔处，分别为7.2%和10.3%，且13.2 mm通过率值已低于级配的下限值4.5%左右。对于细料（2.36 mm以下），则与设计级配相差不大，波动幅度1%左右。对施工过程进行现场调研，发现该项目在运输过程中，车辆速度较快且容易发生颠簸，粗料由于质量较大，对振动、颠簸等反应更为敏感，发生位置移动、造成离析的可能性远远大于细集料。

乙SUP-25项目在观测期内，13.2 mm、9.5 mm处通过率与设计级配偏差最大，偏差值分别为13.9%和11.3%，超过施工允许的波动上下限。细集料超出允许范围仅有2.36 mm处超过1%左右，离析程度较粗集料低。与甲高速SUP-20项目比，该项目在运输过程中离析程度更高，反映出随着公称最大粒径的增大，混合料颗粒变粗，在运输过程中受到的影响也更大。另一方面，随着筛孔的增加，对级配的控制难度也变得更高。

经过车辆运输后，乙SMA-13项目为期五天的观测期内，第四天中13.2 mm、9.5 mm处通过率与设计级配偏差最大，偏差值分别达到为5.3%和6.5%，分别超过施工允许下限1.3%、2.5%。细集料超出允许范围仅有2.36 mm处超过1%左右，离析程度低。在观测期内第三天时0.075 mm通过率低于设计下限值1%左右。由分析知，在运输过程中级配主要表现出粗集料离析。

1.3 摊铺过程

针对摊铺过程的影响，对甲和丙项目进行了研究。发现：甲高速SUP-20项目摊铺过程最大偏差值发生13.2 mm和9.5 mm处，分别为6.9%和4.9%。拌和过程相对于运输过程离析情况得到了改善，主要是经过螺旋布料器的二次拌和作用，对粗料的离析有一定改善作用。另一方面，车斗内部混合料在卸料过程中主要以整体形式下落，发生滚动可能性小。

丙公路SMA-13项目筛分曲线结果显示摊铺过程对混合料级配的影响较小，该过程中级配的变异情况小于运输过程，与设计级配的最大偏差值发生9.5 mm和1.18 mm处，分别为4.8%和3.8%。相对于运输过程离析情况得到了改善，再次验证螺旋布料器的二次拌和过程对集料的离析有改善作用。

1.4 碾压过程

对碾压后的路面进行钻芯取样、抽提、筛分，获取级配数据以评价碾压过程中级配的变化情况。碾压过程由于受到现场条件限制，未能对该所有项目施工过程级配变异性进行研究与分析，仅对丙公路SMA-13项目碾压后的混合料进行了三天的级配监控。碾压过程级配变异主要发生在1.18 mm和0.6 mm处，与设计级配的最大偏差值分别为4.1%和3.7%，其他筛孔通过率均在合理范围内。BAAD8876-DD12-41F3-93D0-669D613B6B1A

综合以上所有项目中对施工过程级配变异性的研究，施工过程中级配变异性受到多种因素影响，级配离析程度从大到小依次为：乙高速SUP-25项目>甲高速SUP-20项目>丁公路SMA-13项目>丙公路SMA-13项目>乙高速SMA-13项目。拌和、运输、摊铺、碾压四个施工过程中，运输过程對级配变异敏感，在运输过程主要表现在粗集料的离析，且超出级配允许波动范围的概率与数值均高于摊铺与拌和过程，五个项目所得出的结论一致。

2 施工过程级配变异影响因素

2.1 道路等级

乙高速项目、丙公路项目、丁公路项目混合料类型均为SMA-13，通过对项目施工过程级配分析，研究道路等级对施工过程级配变异性的影响，3个项目混合料施工过程各筛孔的变异系数如表2所示。

由表2知：对于相同混合料类型，乙高速项目变异系数最低，丁公路项目次之，丙公路项目变异系数最大，且最大变异系数主要发生在0.3～2.36 mm区间内。

2.2 公称最大粒径

通过对甲、乙项目对比分析，发现公称最大粒径是影响混合料级配变异的重要因素。甲高速混合料类型为SUP-20，乙高速采用SUP-25型沥青混合料作为下面层，二者混合料类型一致，且施工队伍水平能力相近，该项目差别主要体现在混合料公称最大粒径不同，计算各筛孔变异系数见表3。

由表3可知：同一筛孔通过率的变异系数，乙高速项目远大于甲高速项目。随着筛孔减小，变异系数比值超过2倍。对于同种混合料类型，随着公称最大粒径的增大，级配整体变异性也随之增大。公称最大粒径是影响混合料级配的重要因素，公称粒径越大，相同质量混合料组成更为复杂，集料颗粒类型更多，导致颗粒增加或减少均变动引起级配显著变化，从而对混合料级配产生重要影响。

2.3 施工工序

在对施工过程级配变异性研究内容中，了解到不同工序中，混合料级配变异性不同。级配变异性从小到大排序为：拌和过程<摊铺过程<运输过程。运输过程中车辆的颠簸导致的粗颗粒的滚动、混合料温度的冷却等是导致混合料离析的重要原因。拌和过程由于国内均采用间歇式拌和设备，通过实施监控热料仓质量、对拌和的混合料进行抽提检验等手段，有效避免了混合料级配离析的产生。摊铺过程作为混合料与成品路面的重要中间步骤，螺旋布料器的转动，对级配离析有一定的改善作用。

2.4 运输条件

以乙高速SMA-13项目、丙公路SMA-13项目、丁公路SMA-13项目为对象，研究了同种混合料在不同运输条件下级配的变异差别。乙高速项目以新建道路为运输道路，拌和站位于主线标段中间位置，最远运输距离不超过20 km，运输道路距离较小，运输路况好。丙公路项目拌和站位于某空旷地带，车辆出后场时经过一段3 km左右的便道，路面坎坷不平，车辆行驶时晃动较大。经过该段后行驶路况良好，但运距长，行驶总时长约55 min。丁公路项目公司采用以拌和站为中心、项目辐射的经营形式，运输道路较好，但距离较长，整体运输时间约为70～80 min。乙、丙、丁三个项目运输过程中各筛孔的变异系数如表4所示。

由表4数据分析结果知，乙项目在运输过程中级配变异程度低于其他两个项目，从而也表明了运输条件对级配变异性影响。丙公路项目尽管变异系数略低于丁公路项目，但在之前分析中可知，丙公路项目较多筛孔低于设计级配值，尽管变异性小，但总体离析较丁公路更为严重。运输路况与运输时间是影响混合料级配离析的两个重要因素，运输路况越差、运输时间越长，混合料离析的概率与程度均会提高。

2.5 混合料类型

以SMA型与AC型混合料类型为对象，比较不同混合料类型对施工过程中级配变异的影响程度。为避免公路等级等其他因素对结果影响，均选择高速公路施工项目进行对比。各项目混合料在施工过程中级配的变异情况如表5所示。

由表5计算结果知：当公路等级均为高速公路时，SMA-13型混合料变异性略低于AC-13型沥青混合料，当筛孔尺寸在0.6～13.2 mm时，二者差异较小;当筛孔尺寸小于0.3 mm时，变异性差距明显。混合料类型是影响混合料级配变异性的重要因素，不同类型混合料内各粒径颗粒组成不同，进而影响到混合料生产过程中的级配变异性[2]。总体而言，SMA型混合料优于传统的AC型沥青混合料。

3 结论

综上所述，现有施工水平下拌和过程对混合料级配影响小，运输过程中级配变异性较大，摊铺过程对离析混合料有一定的改善作用。级配变异受到道路等级、混合料类型、最大公称粒径、运输路况与运输时间等因素的影响，在施工水平类似的情况下，工程粒径大、道路等级低、运输路况差、运输时间长的混合料级配发生变异的可能性越高，且AC型沥青混合料变异性高于SMA混合料。

参考文献

[1]丁凡. 沥青路面施工过程级配变异性分析与控制[D]. 南京：东南大学， 2020.

[2]王德玺. 热拌沥青混凝土路面施工质量变异性研究[D]. 乌鲁木齐：新疆大学， 2020.

收稿日期：2022-04-13

作者简介：顾铭（1981—），男，本科，中级工程师，研究方向：道路与桥梁。BAAD8876-DD12-41F3-93D0-669D613B6B1A