宽幅路基排水沥青路面质量控制研究

李东毅,王灿升,彩雷洲

(1.广西邕洲高速公路有限公司,广西 南宁530022;2.中路交建(北京)工程材料技术有限公司,北京 100176)

0 引言

排水沥青路面作为新一代环境友好型路面,尤其适用于高温多雨气候条件下高等级公路或城市道路建设,初步应用即获得了道路建设者、使用者和管理者的一致好评,充分发挥其高抗滑、低噪声、抑制水雾、防止水漂、减轻眩光等优势[1-3]。但排水沥青路面作为新型沥青混凝土路面结构,其材料、技术、工艺及施工质量控制等方面仍缺乏足够的经验借鉴和耐久性考验,如何保证排水沥青路面质量和耐久性,充分发挥其自身独特优势和技术特点,尤其在宽幅路基路段上成功应用,需要加大对材料性能的研究以及施工作业各环节的细节把控。本文结合广西南宁沙井至吴圩高速公路(以下简称“沙吴路”)排水沥青路面工程实施案例,对排水沥青路面技术和施工控制开展相关研究。

1 工程概况

沙吴路主线总长25.59 km,其中K线为双向六车道,里程为20.9 km,路基宽度为34.0 m;SW线为双向八车道,里程为4.6 km,路基宽度为43.0 m。项目地处广西南宁市江南区,所属区域内雨量充沛,多年年平均降雨量达1 304.2 mm,属潮湿多雨地区,雨天行车安全性显得尤为突出。为有效解决路面积水而引发的行车隐患问题,全面提升沙吴路的安全性能和服务水平,经技术论证及路面结构验算,拟在K15+000～K20+978.27段、SWK0+000～SWK4+599.463段采用排水沥青路面设计,路面结构为“4 cm PAC-13排水沥青混凝土表面层+改性热沥青同步碎石粘结防水层+7 cm AC-20C改性沥青混凝土+8 cm AC-25C沥青混凝土+1 cm改性同步碎石封层”,面层总厚度为20 cm。

2 原材料的选定及质量控制

对排水沥青混合料原材料的使用管理,主要是结合材料种类和性能,按照相应的国家行业标准严格管好材料的签收、存储和应用。本文主要讨论高黏度改性沥青现场管理工作。高黏度改性沥青制备有两种形式:(1)工厂直接加工好运输到拌和楼的成品高黏度改性沥青;(2)高黏度改性剂与沥青直接现场改性,亦所谓的“干法”拌和工艺。鉴于广西高温多雨气候条件,成品高黏度改性沥青的储存稳定性更为棘手,项目选择高黏度改性剂“干法”直投工艺。高黏度改性剂采用专项库房保存,做好防潮、防水、防受热结块等措施,保证在混合料拌和过程中投放方便,搅拌均匀。

2.1 专用改性沥青

本项目排水路面专用高黏高弹改性沥青是由SBS改性沥青与专用高黏度改性剂复配制的,但沥青与改性剂的配伍性是直接影响排水路面改性沥青技术指标的关键因素。配伍性不佳会导致沥青结合料指标不合格,进而影响排水路面混合料质量。项目前期重点对SBS改性沥青体系相容性指标、排水沥青路面专用改性沥青60 ℃动力黏度等影响配伍性的技术指标进行重点控制,最终采用专用高黏高弹改性剂∶SBS改性沥青=8∶92制得专用高黏高弹改性沥青,其性能参数见表1。

表1 专用高黏高弹改性沥青性能参数表

2.2 集料

排水沥青混合料中粗集料含量一般超过80%,构成混合料的骨架结构,同时是影响排水沥青混合料的强度与耐久性的关键因素;细集料主要用来吸附沥青以增强集料间粘结作用,同时填充部分孔隙,构成稳定大孔隙结构;矿粉用来提高集料胶结强度,从而达到增加沥青混凝土强度的影响。本项目使用洁净、干燥、无风化、无杂质的5～10 mm和10～15 mm两档辉绿岩作为粗集料;0～3 mm辉绿岩机制砂作为细集料。

3 配合比优化设计及质量控制

排水沥青混合料的性能受材料的影响更为敏感,配合比设计主要考虑材料的体积指标与混合料性能之间的匹配性,因此目标配合比设计的原则就是保证室内试验的“最佳”,根据本项目宽幅路面的特征,通过试验手段和技术经验找到“最佳”合成配合比和油石比,控制关键筛孔,权衡目标孔隙率和性能的矛盾。击实过多易造成集料破碎,因此室内成型采用小马歇尔试件击实50次来模拟现场碾压情况。

经多次试验验证及经验总结,本项目排水沥青混合料配合比设计以孔隙率为目的,平衡好混合料的耐久性、强度、高温、低温及其他路用性能与孔隙率的矛盾。本项目排水沥青路面采用设计孔隙率为20%PAC-13混合料,其目标配合比矿料掺配比例为:10～15 mm∶5～10 mm∶0～3 mm∶矿粉=1%∶36%∶10%∶3%。结合体积分析法,确定PAC-13沥青混合料的油石比范围选择在4.3%～4.8%,并通过析漏试验,确定最佳油石比为4.8%。具体合成比例见表2。沥青混合料各项性能参数测试结果经试验检验均符合工程和规范的要求。

表2 PAC-13目标配合比合成级配表

4 施工与质量控制

4.1 防水粘结层施工

为加强排水沥青路面与下面层的层间防水效果[4],采用改性热沥青同步碎石防水粘结层,其施工过程中基本参数控制过程为:(1)全幅撒布改性热沥青,撒布量控制在1.5±0.1 kg/m2;(2)碎石需提前预拌,计划将4.75～9.5 mm辉绿岩碎石和0.3%～0.5%(按照集料重量计)掺量的SBS改性沥青进行预裹附(裹附温度为150 ℃～180 ℃),经预裹覆试拌确定沥青用量为0.35%～0.40%(按照集料重量计);(3)碎石撒铺量为满铺的60%～70%。

同步碎石防水粘结层撒布结束后,若出现路缘两侧(下承层本身属于碾压薄弱路段)存在漏撒及碎石沥青撒布不到位的情况,可采用人工喷壶均匀补撒多遍改性乳化沥青,增加与中面层粘结作用、起到封水效果,防止雨水下渗。若运输车辆进入施工作业面后,车轮粘起少量的碎石和沥青,可对运输车辆涂抹隔离剂,保证在进场的过程中不破坏同步碎石防水粘结层,避免出现早期的损坏。

4.2 排水沥青施工过程质量控制

为使排水沥青路面排水、低噪、抗滑等性能得到最大发挥,本项目对道路施工工艺、施工设备进行严格控制,施工时各环节温度控制如表3所示。

表3 施工温度控制范围表(℃)

(1)拌和与运输:本项目拌和采用两套间歇式拌和机共同作业,确保混合料满足摊铺进度需求;拌和时先将集料、纤维与专用高黏高弹改性剂干拌10～15 s,喷洒SBS改性沥青后投放矿粉拌和35～40 s。根据实际拌和效果,灵活调整拌和的顺序与时间,但整个拌和过程的时间应控制在45～55 s。拌和过程要做好拌和均匀度和充分性的把控,避免排水沥青混合料出现结团或者离析问题;重点对沥青混合料的拌和温度、时间、级配、油石比等关键指标进行动态监控,从源头保证了排水沥青混合料的质量。运输工作与普通差别不大,重点是做好保温、隔离工作[5]。

(2)摊铺:由于排水沥青混合料具有间断级配、粗料多、孔隙率大等特性,排水沥青混合料摊铺过程中更易产生热量散失,更易产生粗集料离析和温度离析等问题。因此摊铺过程中更应注重摊铺的连续性、均匀性、稳定性。本项目属于宽幅六车道/八车道,大部分路段采用一台全幅摊铺机可减少接缝问题;对于加宽段采用两台摊铺机进行摊铺,这期间采用梯队方式同步摊铺,前后错开距离应尽量缩短至2～5 m内,减少纵向冷接缝的产生。排水沥青混合料孔隙率大,摊铺过程中温度降低较快,摊铺机的初始压实度对最终孔隙率影响非常大,对于前述两台摊铺机联合摊铺时应尽量选择同一型号,且振动频率和振幅等参数必须保持一致,以保证路面的初始压实度和孔隙率的协调性。对于横坡底部的一侧略大于横坡顶部一侧的情况,在施工快要完成时,将摊铺机正常摊铺后移开,保留约5～10 m的松铺厚度。

(3)碾压:排水沥青路面是石与石嵌挤的大孔隙结构,如果碾压过多、过重都会导致集料中粗料部分接触面破碎或结构稳定性降低[6];如果碾压过少,可能引起平整度不足、孔隙率大、结构强度不足易松散等影响耐久性等问题;如果碾压速度过快,质量难以提升。本项目路幅较宽,碾压过程中面临细节较常规复杂。根据工程经验和理论支撑,整个碾压过程采用静压,且保持缓慢、稳定、匀速;终压采用钢轮压路机静压时控制路面温度在80 ℃左右,可有效地将混合料内部粗集料进一步嵌挤提高其稳定性,缓解飞散病害的产生。为解决孔隙率与压实度的矛盾关系以及保证压实度和平整度,建议在试验段期间进行多项方案调整,大规模实施过程中按标准进行动态监控,保证路面的压实质量,避免欠压或过压现象。

5 沙吴路排水沥青路面实施效果

根据项目现场施工情况显示摊铺效果良好,无明显质量问题,压路机碾压有序,路面平整,整个工作面施工组织较好。同时,全段排水沥青路面所检压实度、渗水等指标都基本满足设计要求。施工路段总体质量在可控范围内。其中现场渗水系数测试结果显示均值达到6 542 mL/min,远高于行业标准规定,具有良好的排水功能。具体测试结果见图1。

图1 PAC-13排水沥青路面渗水系数测试结果图

6 结语

沙吴路铺筑里程长,对排水沥青混合料的用量要求较大,施工要求也更加严格,从新沥青的制备、配合比设计到施工控制都是一个考验。本文首先针对沥青进行制备,为项目配置了专门的高黏度改性沥青、选择合格的集料以满足排水沥青混合料自身路用性能的要求,并对施工的拌和、运输、碾压过程及同步碎石粘结层等配套设施进行严格管理,使整个项目达到了工程验收的要求,为同类型排水沥青路面工程提供参考借鉴。