沥青路面压实质量影响因素研究

胡建平

(湖南省娄底市双峰县公路建设养护中心,湖南 娄底 417700)

随着国内交通基础设施投资的不断增多,截至2021年底,我国高速公路总通车里程已经达到16万km,在高速公路不同路面结构形式中,沥青路面是占据绝对比重。在影响沥青路面铺设质量的众多工序环节中,压实质量是决定沥青路面质量最关键的一环。相关研究表明,沥青混合料若压实不足则容易产生车辙病害,一旦过压又容易造成集料破碎,降低压实度,导致孔隙率变小进而出现泛油、剥落等病害出现[1]。总而言之,压实不足容易对沥青路面整体的强度、稳定性及耐久性产生不利影响,轻则影响行车体验,重则危及行车安全及公路长久使用寿命。通过对沥青路面施工经验进行总结,发现沥青混合料配合比、压实温度、压路机振幅是涵盖原材料及摊铺碾压等工序的主要影响因素[2-5]。基于此,依托室内试验及国道G320线双峰县K1334+000～K1338+397段公路大修工程,对上述影响因素进行研究,以对后续沥青路面施工进行应用指导。

1 原材料和试验方案

1.1 原材料

(1)粗、集料及填料

沥青混合料的粗、细集料采用石灰岩碎石,填料采用水泥和磨细石灰岩矿粉,相关材料试验指标如表1、表2所示。

表1 粗集料主要技术性质

表2 细集料及矿粉试验结果

(2)沥青

沥青原材料选用SBS I-D石油沥青,主要技术指标如表3所示。

表3 SBS I-D沥青技术指标

1.2 实验方案

主要针对级配影响、压实温度及压路机振幅等因素对压实质量的影响进行研究,其中级配影响及压实温度影响依托室内试验进行分析,压路机振幅因素影响依托试验路施工进行研究,具体试验方案如下。

(1)级配影响试验

在现有沥青路面结构中,AC-13型沥青混合料是应用较为广泛的沥青混合料路面面层类型,因此本文选用AC-13型沥青混合料作为上面层混合料进行研究。在规范要求的AC-13级配范围内,选择粗集料含量高、细集料含量高以及粗细集料含量适中的三个级配类型(下文分别简称级配1、级配2和级配3),并在其各自的最佳油石比下成型马歇尔试件,待24 h后对试件脱模并测定其孔隙率和毛体积密度,以此来分析级配对于沥青混合料压实度的影响。设计的不同级配类型如表4所示。

表4 不同类型级配类型

(2)压实温度影响试验

沥青混合料的压实温度通常是通过黏温曲线进行确定,当表观黏度达到0.28±0.03 Pa·s时确定合适的压实温度,但由于实际施工过程中的压实温度控制精确度往往不足,这也就是导致路面施工质量不足的原因。为探究压实温度对施工质量的影响程度,以室内马歇尔击实试验模拟沥青混合料压实过程。参考同类型施工经验,以130 ℃为基础,5 ℃为温度增量,在130～155 ℃范围内设置6个不同的压实温度,在不同压实温度下对混合料进行正反击实75次,制成标准马歇尔试件,测定内部孔隙率和毛体积密度,以此来分析压实温度对于沥青混合料压实度的影响。

(3)压路机振幅影响试验

利用上述试验结果中选定的级配和压实温度,通过试验路段铺筑,根据施工经验采用10～70 Hz之间的不同压路机振幅进行碾压,碾压后采用无损密度仪检进行压实度的无损检测以评价压实效果。

2 试验结果分析

2.1 级配类型对压实度影响

根据所选的AC-13不同类型级配比选试验方案进行试验,试验结果分析如图1所示。

图1 不同级配的压实效果

根据图1不同级配下混合料的压实效果图分析可以看出,级配1的空隙率介于4.7%～4.8%之间,毛体积密度介于2.32～2.33 g/cm3。级配2的空隙率在4.1%～4.3%之间,毛体积密度介于2.47～2.50 g/cm3。级配3的空隙率在4.4%～4.5%之间,毛体积密度介于2.38～2.40 g/cm3。由此可见,级配1的空隙率最大,毛体积密度最小,级配3次之,级配2的毛体积密度最大,空隙率最小,这说明级配2的压实效果最好,级配1的压实效果最差,级配3的压实效果介于两者之间。这充分说明级配类型对混合料的压实效果有重要影响,当粗集料含量较高时,压实效果较差,细集料含量越高,压实效果则越好。这是因为在沥青含量相同、细集料含量较多的条件下,集料可以更加自由的在沥青的润滑作用下进行移动排列,而粗集料增多会导致集料之间的嵌挤力变大,无法在沥青润滑作用下顺利的进行移动,进而导致压实后孔隙率增大,毛体积密度减小,最终体现出来的就是压实效果不足。

2.2 压实温度对压实度的影响

根据温度对沥青混合料压实度影响的试验方案进行室内试验,试验结果如图2所示。

图2 温度对压实效果的影响

当温度从130 ℃上升至140 ℃的过程中,沥青混合料的毛体积密度快速增大,孔隙率急剧减小,这说明温度较低时混合料无法充分碾压密实,在此范围内混合料会随着压实温度增加而变密实。而当温度从140 ℃上升至150 ℃的过程中,毛体积密度变化较小,孔隙率的减小速度也逐渐变缓,在145 ℃时,沥青混合料的孔隙率最小,毛体积密度最大,此时混合料达到最佳压实效果。当温度从150 ℃上升至155 ℃时,沥青混合料的毛体积密度降低,孔隙率不断增大,这主要是当温度过高时,沥青混合料的流动性会继续增加,成型难度也逐渐增加。因此推荐140～150 ℃作为沥青混合料的碾压温度。

2.3 压路机振幅对压实度的影响

试验路段依托试验路为国道G320线双峰县K1334+000～K1338+397段公路大修工程,试验路长度为200 m,整个大修工程项目启动时间为2021年7月,施工工期3个月。根据上文中拟定的振幅对压实度影响的试验方案,对试验路段的压实度实时检测,压实度变化如图3所示。

图3 压实度随振幅变化曲线

在10～30 Hz范围内,随着振幅增大,压实度呈现出明显的增长趋势,这说明此时振幅较小,无法使混合料充分被碾压密实,所以增幅增大会促使压实度增加。而振幅达到30～50 Hz时,压实度出现了一个较为平缓的区间,该平台区的压实度整体效果最好,这说明在该区段的振幅范围内沥青混合料经过充分碾压达到了最佳密实效果。但振幅一旦增加至50～70 Hz,压实度又呈现显著变小的趋势。这说明混合料被过度压实,压路机振幅过大导致粗集料被碾压破碎,这造成混合料内部的级配产生变化,压实效果变差。结合试验路路面实际观察情况来看,压路机振幅在10～30 Hz及50～70 Hz范围内的路面存在不密实的情况,而压路机振幅在30～50 Hz范围内的路面整体较为密实。因此,在施工时推荐采用30～50 Hz的压路机振幅。

3 结 语

依托室内试验与试验路铺筑检测,研究了沥青混合料的级配类型、压实温度及压路机振幅等因素对压实的影响,得到以下结论。

(1)通过对高含量粗集料、高含量细集料以及粗细集料含量均匀的三个不同级配的压实效果分析,当粗集料含量较多时,集料之间受到嵌挤力较大,在沥青润滑作用下难以压实,而当细集料含量较高时,沥青混合料压实效果更好。

(2)过高与过低的压实温度不利于混合料的碾压密实,压实温度控制在140～150 ℃时,沥青混合料可得到充分碾压密实,在145 ℃时的碾压效果最好。

(3)振幅较低时,沥青混合料无法被碾压密实,而振幅过大则会造成粗集料破碎进而影响压实效果。压路机振控制在30～50 Hz的振幅范围内可以保证混合料具有较好的压实度。