高速沥青混合料施工质量变异性控制研究

刘成

摘要 沥青路面是当前高速的主要路面类型，但在具体的设计与使用中，路面质量和使用效果会受到多种因素影响，因此长期耐久性难以保证。对沥青混合料施工质量变异性进行研究，结合混合料的原材料、级配、生产、使用等方面进行分析，根据影响因素提出具体的优化控制措施，从细节上保障沥青路面施工质量，提高高速公路工程效益。

关键词 高速沥青混合料；施工质量；变异性

中图分类号 U416.2文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）08-0131-03

0 引言

沥青混合料是高速路面的关键用料，根据业界研究表明：沥青混合料的变异性与沥青、集料、颗粒级配、温度、压实度、平整度、离析情况等关联，并且与路面水损坏、车辙、开裂等相关病害有直接因果关系[1]。从工程经验分析，沥青混合料的变异性与工程的实际要求和环境等因素相关，变异性的分析应结合工程特征进行，但应当有一种相对科学有效的方法论体系，即结合工程实际，该文从材料、工艺方面着手分析变异性相关问题，并给出具体的优化控制建议。基于此，该文尝试提出一种具有普遍性参考价值的分析与应对方法，旨在进一步提高高速公路沥青路面的施工质量。

1 工程概况

某高速公路是省高速公路网的重要路段，对地区经济建设和产业发展意义重大。高速公路路面结构形式为底基层水泥稳定碎石，厚度20 cm；基层水泥稳定碎石，厚度35 cm；下面层粗粒式连续密级配沥青稳定碎石（ATB-25），厚度8 cm；中面层中粒式SBS改性沥青混凝土（AC-16），厚度6 cm；上面层细粒式SBS改性沥青混凝土（AC-13），厚度4 cm；路面总厚度为73 cm。根据现场情况，施工共分为3个标段进行，且考虑保障材料的质量，要求检测单位对原材料逐一进行检测，确保质量达标后分类入场堆放[2]。此外，因路段通行车辆较多，为提升道路的可靠性，考虑使用软化点、延度等较高的改性沥青（SBS），确保路面的抗疲劳度和耐久性等，降低后期维护难度。

2 高速沥青混合料材料变异性分析与控制

2.1 集料变异性分析与控制

2.1.1 集料变异性分析

在高速公路沥青面层中，各种规格的集料在黏结后组成面层骨架，粗集料成为骨架的主要受力材料，而细集料则是空隙填充的主要材料，如何实现级配决定了路面层受力效果[3]。在该项目中，为确保集料级配的合理性，对现场使用的各种不同规格的集料进行采样抽检和统计分析，将集料的规格从0～15 mm进行细分，统计过筛率与变异系数如表1所示。

由表1可知，不同规格的集料在变异系数上呈现规律为在同一规格下，筛孔尺寸较小时，通过率降低，由此出现的集料变异系数变大。此外，矿料是公路沥青面层中的关键原料，依据国家相关规定筛孔在4.75 mm以上时矿料级配误差应不超过4%，筛孔在0.075～2.36 mm时矿料级配误差不超过3%。

含泥量是沥青混合料的影响同样明显，以细集料为例，该项目中细集料为石灰岩加工的机制砂，通过试验获得砂当量相关参数如表2所示。

集料中砂当量与规范要求趋同时，集料含泥量变异性相对较低，沥青混合料的质量越佳，相反则混合料的稳定性不足。

针片状材料对于粗集料的影响较大，在相关标准要求中，针片状材料的含量不得超过15%，要想提高高速路沥青路面层质量，应尽量控制针片状材料的使用[4]，该项目在标段内抽取30组样品进行统计分析，粗集料针片状材料含量与变异系数分析结果如表3所示。

由表3可知，三种规格的样本数量一共90份，针片状材料含量为2.6～14.8，但变异系数波动范围相对较大，结合现场情况分析，针片状材料含量的影响因素是母材纹理发育情况和加工工艺：一是加工前原材料形状决定，若原材料中针片状含量较多，则加工后的粗集料同样针片状含量过高；二是粗集料经多次破碎加工而成，因此针片状材料不受控制。

2.1.2 集料变异性控制措施

根据多次试验和现场勘察，结合集料生产特点，提出集料变异性控制措施如下：①集料生产的设备和工艺应保持一致，集料加工所用的筛网应与沥青拌和楼的筛网一致，做好检查的工作，发现筛网破损及时更换。②定期对破碎机进行检查，查看出料的情况，确保破碎机工作正常后，对集料加工的原材料进行初步筛选，降低针片状原材料的占比。③必要时增设碎石整形机改变集料颗粒形状减少针片状集料，提高粗集料质量和均匀性。④增设除尘设备控制集料粉尘含量[5]。

2.2 沥青材料变异性分析与控制

2.2.1 沥青材料变异性分析

项目所使用的粗粒式连续密集配沥青碎石（ATB-25）、中粒式SBS改性沥青混凝土（AC-16）、细粒式SBS改性沥青混凝土（AC-13），分批入场均依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）取样并试验，对样品及结果进行保留。参考业界标准，将针入度、延度、软化点作为主要技术指标进行变异性分析，在标段施工周期内，分析相关数据并获取改性沥青（SBS）三大指标参数及变异系数如表4所示。

如表4所示，改性沥青（SBS）三大指标参数中，针入度25 ℃变异系数最小，延度5 ℃变异性最大。沥青材料变异性的影响因素主要包括：①生产方式，如氧化法和蒸馏法在生产过程和效果上的差异导致沥青材料性能差异。②沥青的品质与原料的质量直接相关。③运输与存储工艺的差异性导致沥青性能变化，改性沥青（SBS）可能因为储存方式不当而出现离析现象。④沥青在试验阶段控制不够精准，导致前期数据偏差影响后续生产。

2.2.2 沥青材料变异性控制措施

沥青材料变异性的控制，主要从以下方面进行：①选择可靠的沥青材料。②合理选择生产方法。③加强沥青生产监管，不得更换基质沥青、改性剂品牌。④应对沥青运输采取定位跟踪，以防途中更换。⑤储存时应在罐里加装搅拌器确保均匀性。

3 高速沥青混合料生产变异性分析与控制

3.1 沥青混合料材料含量变异性分析与控制

3.1.1 沥青混合料材料含量变异性分析

沥青含量决定了混合料最终骨架的密度，对路面层的结构性与强度有直接影响，通常情况下沥青含量过低时则混合料的结构性下降，黏结的效果不足，当沥青含量过高时，则路面层刚度不足，受力能力较差，因此沥青的用量必须控制在合理阶段。鉴于施工现场中不同批次的沥青施工存在客观差异，沥青含量不能完全保障固定值，所以采取多次取样控制其变异系数在合理区间内即可，具体检测结果如表5所示。

由表5可知，通过不同的途径所测得的沥青含量有所差异，整体上上面层、中面层和下面层沥青含量呈递减趋势，变异系数区间为0.024～0.053。

为了进一步研究沥青含量变化对沥青路面层性能的影响效果，以工程上面层细粒式沥青混凝土（SBS改性AC-13）为例，进一步对不同含量下沥青面层的基础参数进行分析，具体情况如表6所示。

由表6可知，空隙率与沥青含量成反比，沥青含量越低空隙率越大，路面所受水损害的风险增加；当沥青含量偏高，则高温下变形系数增加，在极端条件下路面形变风险增加，容易出现车辙和裂缝等风险。

3.1.2 沥青混合料材料含量变异性控制措施

①使用相对稳定的燃烧法进行检测，对每一车沥青混合料均进行取样检测。②对沥青拌和楼的称量系统定期标定。③对混合料拌和系统定期进行检查，确保每次沥青掺入量的精准度和沥青混合料的均匀性。

3.2 沥青混合料温度变异性分析与控制

3.2.1 沥青混合料温度变异性分析

温度是沥青混合料生产中的敏感性指标，并且决定了沥青老化的问题，当温度过低时，摊铺与压实会存在困难，路面的压实度与平整度得不到保障，当温度过高时，沥青混合料形变系数过高，成型质量也难以保障。该项目中为了保障沥青混合料生产与摊铺的质量，改性沥青（SBS）温度控制在165～170 ℃，出场温度控制在170～180 ℃，超过195 ℃时废弃，初压温度150 ℃以上，终压温度90 ℃以上。标段内上层沥青混合料施工温度与变异性分析结果如表7所示。

进一步分析温度变异性，如图1所示。

由图1可知，通过对温度进行控制，实现了沥青混合料变异性的区间控制，但从出场温度变异性分析可见，温度超出标准值越多变异性越强，因此控制温度是保障沥青混合料质量的有效途径。

3.2.2 沥青混合料温度变异性控制措施

主要从四个方面控制沥青混合料温度的变异性：①做好全程温度监管与保温工作，在运输车辆上加装保温措施。②根据气温和天气合理选择温控措施，雨天不得施工，温度相对较低时出厂温度按高限控制。③前后场加强联系、做好准备工作，确保拌和、运输、摊铺连续进行，施工连续进行。④控制出厂到碾压结束的时间，不宜超过8 h。⑤摊铺后紧跟碾压。

4 结语

通过对高速沥青混合料施工质量的变异性进行分析和研究，沥青混合料施工中的备料、生产、运输、现场施工等环节均会对施工质量产生直接影响，如集料粒径过筛率会左右集料变异系数、摊铺温度会影响混合料的稳定性和成型、集料级配变化会影响混合料空隙率等，因此需要采取相对全面的措施控制相关技术指标，确保高速沥青混合料关键参数的科学性，进而实现变异性抑制，保障高速路工程质量。

参考文献

[1]蔡观新. 高速公路养护施工中橡胶沥青的应用[J]. 交通世界， 2023（30）： 41-43.

[2]杨建锋. 沥青混凝土路面施工技术在高速公路中的应用[J]. 交通世界， 2023（30）： 56-58.

[3]劳春江. 高速公路沥青路面施工质量控制与检测方法[J]. 工程技术研究， 2023（20）： 219-221.

[4]杨泽来. 高速公路沥青路面施工及质量控制要点研究[J]. 运输经理世界， 2023（4）： 34-36.

[5]汪洁文. 高速公路SMA沥青路面施工质量控制研究[J]. 居业， 2022（7）： 67-69.