公路养护中开级配磨耗层的应用研究

2022-11-20梁孟超

交通世界 2022年25期

梁孟超

（河北省交通建设监理咨询有限公司，河北石家庄 050000）

1 工程概况

某公路工程按照高等级公路标准建设，采用双向六车道，设计时速为120km/h，路基宽度为35.5m，路线全长18.564km，路面由上、中、下三层组成，其中上面层采用的是沥青玛蹄脂混合料，厚度为4.5cm；中面层选用的是中粒式沥青混凝土，厚度为6.0cm；下面层采用的是粗粒式沥青混凝土，厚度为9.5cm[1]。基层为水稳碎石基层，底基层为二灰土。为在现有的基础上进一步提升路面抗车辙的能力，使车辆行驶更加安全，经过研究后，决定在该公路养护中，应用开级配磨耗层，以此来增强路面的使用性能。下面重点对开级配磨耗层在该公路养护中的应用展开分析。

2 公路养护中开级配磨耗层的应用

OGFC的级配范围可以参考美国材料与试验协会给出的建议，并通过试验路段加以确定，本工程最终选取的OGFC级配范围为9.5。

2.1 原材料的选择

2.1.1 基质沥青

基质沥青选用70#石油沥青，各项性能指标应与现行规范标准的规定要求相符，其中环球法测试的软化点应不低于46℃，溶解度不小于99.5%，10℃下，5cm/min的延度不小于20cm，闪点不小于260℃，含蜡量不超过2%，15℃下的密度不小于1.01g/cm³，60℃下的动力黏度不小于180Pa‧S[2]。

2.1.2 橡胶粉

橡胶粉作为OGFC的重要组成部分之一，其颗粒规格应相关规定要求相符，即2.0mm筛孔的通过率为100%，1.18mm筛孔的通过率为65%～100%，0.6mm筛孔的通过率为20%～100%，0.075mm筛孔的通过率为0～5%[2]。采用水筛法筛分橡胶粉，橡胶粉的密度应达标，且无铁丝或其他杂质，纤维比例不大于0.5%，为避免橡胶粉颗粒发生黏结的现象，要求含4%的碳酸钙。橡胶粉的质量与OGFC的质量密切相关，供货商应提供质保证书，并对橡胶粉的规格、加工及储存方式予以详细说明。

2.1.3 橡胶沥青

选用的橡胶沥青各项技术指标应负荷相关规范标准的规定要求，177℃下的黏度为1.5～4.0Pa·s，最小软化点为54℃。

2.1.4 集料

（1）粗集料以碎石作为首选，要求质地坚硬、表面洁净、颗粒接近立方体且不含风化颗粒，粒径在4.75mm以上。玄武岩或是辉绿岩作为粗集料的效果比较好，当石料选好后，要做相应检测，看是否满足技术要求。常温状态下，粗集料的压缩值不超过20%。高温不超过24%，洛杉矶磨耗损失不大于28%，吸水率不超过2.0%，对橡胶沥青的黏附性不小于5级，坚固性不超过12%，针片状颗粒含量不超过12%，软石含量不超过3%，抗压强度不小于120MPa[3]。

（2）细集料以人工轧制的机制砂作为首选，要求坚硬、洁净、干燥、无杂质、无风化，且石质应与选用的粗集料相同，不可以使用采石场的下脚料。粗集料的尺寸规格应与相关规定要求相符，0.075mm筛孔的质量百分率为0～15%，砂当量不小于60%，以70%以上为宜。

2.1.5 外掺剂

为改善橡胶沥青与集料之间的黏附性，需要掺入适量的外加剂，比较适宜的有水泥或是消石灰，掺入量控制在混合料质量的1%～2%左右。

2.2 配合比设计

OGFC的配合比设计分为三个阶段，第一个阶段为目标配合比设计，第二个阶段为生产配合比设计，第三个阶段为生产配合比验证。

2.2.1 目标配合比设计

（1）在该阶段，要先检测原材料，从工程实际使用的原材料中，选取具有代表性的材料，按照现行规范标准及试验规程的规定要求筛分各类矿料，并检测混合料拌制中所需的材料，包括基质沥青、橡胶沥青、胶粉、矿料以及外掺剂等，以保证原材料的质量达标。

（2）在对矿料配合比设计时，可将筛分结果作为主要依据，依托电子表格，采用适配的方法操作，并按相关试验规程中给出的方法，绘制矿料的级配曲线，在预先确定的级配范围内，对矿料比例加以调整，设计出不同的级配。对橡胶沥青用量确定时，可以根据实践经验，制作不同级配的马歇尔试件，并测定体积指标，从中选取一组最为接近设计要求的级配作为设计级配。

（3）按照矿料的设计级配和橡胶沥青用量，以0.5%的间隔变化，取四种不同的橡胶沥青用量，制作马歇尔试件，分别计算出各组试件的密度、空隙率、间隙率、沥青饱和度等指标，据此绘制体积指标曲线，根据体积指标，确定配合比的沥青用量。

（4）OGFC与SMA之间具有一定的相似性，需要有一个粗集料嵌挤的骨架结构，以减少车辙。而OGFC的骨架嵌挤状态主要体现在粗集料的间隙率上，要求压实后的混合料间隙率小于粗集料干捣的间隙率。

（5）在对OGFC混合料的飞散损失率确定时，可以采用飞散试验，该方法的具体操作过程如下：准备一组OGFC混合料马歇尔试件，对其质量准确测定，结果精确到0.1g，将该值记为P1。随后将试件放入到洛杉矶磨耗机内，试验温度控制在25℃，磨耗机以30～33r/min的速度，运行300r，将试件取出后称重，结果记为P2。OGFC混合料的飞散损失率不大于30%为合格，若是无法达到这个标准，可以使用改性剂或是增加沥青用量，使飞散损失率达标[4]。本次配合比设计中，将20%作为混合料飞散损失率的标准最大值。

（6）为测试OGFC混合料的渗透性，可以开展渗透性试验，具体的操作过程如下：依据生产配合比制备马歇尔试件，并对正反两面分别击实50次，在不脱模的前提下，将试件两面的滤纸去除，待试件自然冷却后，直接带模浸入水中，时间不少于1h，使试件吸收后达到饱和状态。试验的过程中，可将试模支立在容器内，使模底脱空，随后向试模内倒入100ml水，用秒表记录水从试件孔隙全部渗出的时间，做好记录。根据现行规范标准中给出的公式，计算出试件的透水系数。

（7）根据上述生产配合比制备马歇尔试件，并对试件作一系列试验，包括浸水、冻融劈裂、高温动稳定度、低温抗裂性能等，各项试验结果应与相关规定相符，如果其中某一项或是几项试验的结果不符合规定，则需要重新设计配合比。

2.2.2 生产配合比设计

（1）对热料仓各种矿料的用量加以确定，具体做法如下：混合料拌制采用间歇式拌和楼，可在二次筛分后，从进入热料仓的矿料中取样筛分，以该结果作为主要依据，利用试验规程中给出的公式，通过计算，使混合料的级配与目标配合比设计级配相符，以此来确定热材料各种矿料的用料比例。对冷料仓进料比例反复调整，直至与热料仓达到供料平衡为止。

（2）根据获得的生产配合比，在室内使用小型拌和机，制备混合料并进行马歇尔试验，检验混合考的浸水残留稳定度和冻融残留强度比，看结果是否与规定要求相符，若是相符，则说明混合料的生产配合比合理。

2.2.3 配合比验证

依据生产配合比，对混合料试拌，确认各项技术指标合格后，用混合料铺筑试验段。从试铺的混合料中取样，作马歇尔试验、矿料筛分试验等，检验矿料的级配，确定出生产所用的标准配合比，并对该配合比制备的混合料作高温车辙和水稳定性试验，确认合格后，便可将之作为最终的生产配合比。

2.3 OGFC施工要点

2.3.1 制备混合料

OGFC混合料生产过程中，要对温度严格控制，这是确保混合料质量的关键，温度过低会对混合料的施工性能造成影响，而温度过高，则会使混合料离析的发生概率增大。根据工程经验，开级配混合料出场的最佳温度为165～175℃[5]。通常情况下，拌制好的OGFC混合料不存储于贮料仓内，因特殊需要，必须存储时，要缩短储存时间，最长不得超过60min。

2.3.2 路面准备

为使开级配磨耗层的作用得以充分发挥，应将OGFC混合料铺筑在结构完整的路面上。OGFC下面层要有不小于2%的排水横坡，防止雨水积聚，影响磨耗层的耐久性。除此之外，还应与下面层之间有良好的黏结性，因粒径单一的骨架结构空隙率比较大，尽管水会从横坡排出路面，但仍然会有一小部分的水残留于OGFC结构层底部。由于黏层油受到水的作用，会遭到破坏，致使OGFC的使用寿命随之缩短。故此，在对OGFC混合料正式摊铺前，应采取有效的措施处理下面层，满足混合料的施工要求，延长路面的使用年限。

2.3.3 混合料运输

（1）在OGFC混合料的运输环节中，要做好温度控制工作，混合料出厂前和到场后，可以采用插入式数显热电偶温度计，检测混合料的温度。温度计插入混合料的深度应达到15cm以上，在混合料运输车侧面的中间部位设置检测孔，孔口与车厢底面的距离保持在30cm左右。

（2）从拌和楼向运输车上卸料时，车辆应前后移动3次，将混合料装入不同的位置，以此来降低集料离析的发生概率。运输车的运量要较之拌和站的生产能力和现场摊铺作业速度有一定的富余，摊铺机前方等待卸料的运输车数量至少要有3辆方可开展摊铺作业，以免因供料不及时，引起停工待料的情况。

（3）为保证混合料在运输途中的温度，运输车上要配置篷布覆盖设施，卸料时继续覆盖，直至混合料全部卸完后将篷布从车上取走即可，在确保混合料温度的同时，防止污染环境。运输车应停靠在摊铺机前方20cm左右的位置处，避免与摊铺机发生碰撞，卸料时，运输车挂好空挡，由摊铺机推动前进，直至车上所有泥和料全部卸完为止。

2.3.4 摊铺与碾压

（1）OGFC混合料应在路面干燥、气温高于15℃的条件下作业，特别是在摊铺层比较薄时，更要选择适宜的施工环境和温度，以确保摊铺质量达标。OGFC混合料采用全宽度摊铺的方法作业，伸入路肩90cm左右，施工过程中，要避免妨碍横向排水的行为发生。

（2）混合料摊铺应保证连续、稳定，是提高平整度的有效途径之一。开级配磨耗层的厚度比较薄，为确保摊铺效果，摊铺机要控制好作业速度，可以按照混合料的产量、机械设备配套情况、现场摊铺厚度和宽度等，确定最佳的摊铺速度，使摊铺机在该速度下，均匀、不间断摊铺。

（3）OGFC混合料摊铺完毕，尚未碾压密实前，严禁车辆通过和人员踩踏，以免影响摊铺效果。在对混合料上面层摊铺时，可以借助非接触式平衡梁控制厚度，两台摊铺机呈梯队作业，相距10m左右，从而形成良好的热接缝[6]。摊铺作业正式开始前，要对摊铺机全面调整，使其达到最佳状态，消除潜在的隐患问题，避免摊铺中途发生故障，影响质量和进度。将摊铺机布料器两端的自动料位器调整好，使料门的开度、链板送料器的速度与螺旋布料器的转速相匹配。摊铺作业时，要保证螺旋布料器内的混合料高于布料器2/3，从而使熨平板挡板前方的混合料高度在全宽范围内保持一致，由此能够降低摊铺层离析现象的发生概率。

（4）OGFC混合料摊铺后，应在温度较高的情况下用压路机碾压密实，以保证压实效果。选用钢轮压路机，以静压的方式碾压，也可以振动碾压，但在振动过程中，可能会导致大量的集料被压碎，使混合料的强度下降，因此不推荐振动碾压。需要注意的是，不可以使用胶轮压路机对OGFC混合料碾压密实[7]。

（5）OGFC混合料施工过程中，横缝的处理尤为重要，操作时，不可以采用与普通混合料相同的做法，即在切缝垂直面上涂抹黏层油，这是由于OGFC混合料中粗集料的含量比较多，集料间的黏结性不强，通过涂抹黏层油的方法，无法使摊铺层与新面层之间可靠黏结。不仅如此，切缝垂直面涂抹的黏层油若是厚度过大，则会对OGFC内部横向排水造成不利影响。

（6）在纵缝处理时，为确保摊铺面的连续性和均匀性，可以采用两台摊铺机呈梯队作业，并在前面已经摊铺的混合料留20cm左右的宽度暂不碾压，以此作为后面的高程基准面，后面的摊铺机摊铺时，使摊铺层重叠10cm左右，按热接缝的方法，在重叠层上做跨接缝碾压，以消除接缝的痕迹[8]。需要注意的是，上面层与中面层之间的纵缝应错开15cm以上。