高速公路沥青混凝土路面上面层关键施工试验控制技术

　　摘 要：本文针对高速公路沥青砼路面上面层的配合比设计和施工工艺控制等问题，谈谈保证面层施工质量的相关关键技术。

　　关键词：道路工程；高速公路；沥青砼路面；上面层；配合比；施工

　　0 前言

　　高速公路由于行车密度大、车速快，并且随着车辆轴载明显增加以及重车比例增大，给沥青路面带来了明显的早期损坏（如辙槽、泛油、推拥等）。这也对沥青路面的级配情况、抗滑性、平整度、密实性等提出了更高的要求。其中上面层是影响路面质量最直接的因素，也是最主要的因素，要提高路面的工程质量，上面层的施工质量必须保证，笔者将从沥青砼上面层配合比设计和施工，谈谈保证高速公路路面上面层工程质量的几个关键因素。

　　1 沥青砼上面层配合比设计  

　　沥青砼路面上面层配合比的设计过程包括目标配合比设计阶段、生产配合比设计阶段和生产配合比验证阶段。  

　　1.1目标配合比设计阶段

　　1.1.1原材料的选择

　　1.1.1.1沥青

　　a.由于我省属于热区，所以沥青应选用稠度大且软化点高的沥青，以免夏季泛油。

　　b.修筑高速公路路面的沥青，在高温时要具有较低的感温性，低温时又具有较好的形变能力，所以选择沥青时应尽量选择溶—凝胶型结构的环烷基稠油直馏沥青。其中沥青质的含量为15%～25%，针入度指数在-2～+2之间，PVN值宜在0～0.5之间。

　　c.同时为了提高使用沥青的品质，特别是对重交通量沥青砼表层，更应该采用进口的沥青如壳牌、埃索、阿尔巴尔亚，标号宜为AH-50或AH-70。

　　1.1.1.2集料 

　　a.骨料最大粒径的确定：级配中的粗集料粒径大小与沥青混合料的抗疲劳强度和抗车辙能力有密切的关系。从国内外相关科研资料表明，当沥青混合料厚h与最大粒径D的比值接近2时，表面层的抗滑性、路面抗车辙能力、耐久性有明显的提高，同时可心减少路面平整度的衰减。

　　b.判断集料的酸碱性。由于沥青含有沥青酸显酸性，为了使集料与沥青有较好的结合能力，所以在选择时应该不考虑酸性的集料。

　　c.沥青砼表层的集料，应该选用洁净、干燥、无风化、坚硬、耐磨、韧性好的碎石，同时应符合磨耗值、道瑞磨耗值、冲击值和压碎值等要求。

　　d.为了使沥青砼表层的细集料与沥青有良好的粘结能力，尽量使用人工的机制砂或石屑，而避免使用天然砂。因为我省区的天然砂绝大部分属于酸性。

　　1.1.1.3填料

　　沥青砼用的填料宜采用石灰岩或岩浆中的强基性岩石（憎水性石料），经磨细得到的矿粉。矿粉要求干燥、洁净的。当采用水泥、石灰、粉煤灰作填料时，其用量不宜超过矿粉总量的2%。

　　碎石严禁尺寸有重叠现象，一般选10～20mm、5～10mm、0～5mm、不允许选用5～10mm、10～20mm、10～30mm之类的碎石，避免拌和出现溢料和待料现象，尽量控制超大粒径的含量，应不大于3%，超最小粒径含量不大于7%。 

　　1.1.2矿质混合料比例的确定
  
　　1.1.2.1组成材料的原始数据的测定。

　　1.1.2.2计算组成材料配合比。

　　1.1.2.3调整配合比。计算得的合成级配应根据下列要求作必要的配合比调整。
 
　　a.通常情况下，合成级配曲线宜尽量接近设计级配中限尤其应使0.075mm、2.36mm和4.75mm筛孔的通过量尽量接近设计级配范围的中限；

　　b.对于重交通的高速公路面层，宜偏向级配范围的下（粗）限； 

　　c.合成级配曲线应接近连续的或合理的间断级配，但不应过多的犬牙交错。

　　1.1.3最佳油石比的确定

　　根据沥青混合料的强度理论，沥青用量少时，沥青不足形成薄膜粘结矿料颗粒，抗剪强度不高，沥青用量过多时，起润滑作用的自由沥青增加，使内摩阻力降低，粘结力下降，强度减小。 

　　目前，国内沥青油石比由室内常规马歇尔试验确定，即由沥青混合料密实度、稳定度、孔隙率等指标初步确定油石比，与规范的取值要求进行比较取值，本人认为油石比确定应遵循下列原则：

　　1.1.3.1油石比要按当地气候条件综合考虑

　　我省属于热带地区，夏季较长、气温偏高，冬季较短、气温偏暖，油石比取低限利于提高路面热稳定性、抗车辙能力和抗滑性。近年来由于温室效应的影响，更应特别注意沥青混合料表层油石比（取低限）。近几年，我省的几条高等级公路，部分路段泛油车辙现象明显，抗滑能力降低，这与油石比偏大、气温偏高持续时间长有直接关系。

　　1.1.3.2高等级路面面层油石比的确定应引起动稳定度试验

　　目前国内交通组成发生了显著变化，大吨位车越来越多，过去的设计理论满足不了现在交通量增大，车载增重的需要，这就是为什么有的高等级公路路面按标准设计，施工单位按规范施工，而路面照样出现问题的一个很重要原因。因此笔者主张在沥青混合料中除了要进行常规的马歇尔试验外，其中最重要的是引起动稳定度试验，才能客观全面地反映实际，由动稳定度鉴定级配和油石比是合理的，这也是国内许多专家学者通过对比总结的一条经验，目前国家也在试之中。

　　1.2生产配合比设计阶段

　　1.2.1冷料的调试 

　　1.2.1.1冷料的调试主要根据目标配合比的矿料比例

　　根据沥青砼拌和的产量Q，确定每分钟矿料的进料数量：（假定碎石含水量为0，石屑含水量为X）

　　A集料：Q×（1－Z）×PA÷60 t/min 

　　B集料：Q×（1－Z）×PB÷60 t/min

　　石屑：Q×（1－Z）×PC×（1+X）÷60 t/min

　　Z：表示油石比   PA ：A集料用量   PB：B集料用量   PC：石屑用量

　　1.2.1.2操作室内冷料的流量是通过相应的度盘控制。将每个冷料他对应的度盘旋至两个不同的刻度上，称量每个流量，根据（1）中所计算的流量即可内插求得对应的度盘数值。

　　1.2.2生产配合比的调试

　　分别取二级筛分后进入热料仓的材料进行筛分，确定各热料仓的矿料比例，供拌和站使用，按最佳油石比±0.3%进行马歇尔试验和动稳定度试验，进一步确定生产配合比中的最佳油石比。

　　1.3生产配合比验证阶段  

　　1.3.1一个配合比能否真正运用到施工中去，这要通过试验段来验证，通过铺筑试验段可以确定摊铺机的摊铺温度，摊铺速度、振级、压路机的碾压工作，以及确定松铺系数等。

　　1.3.2在铺筑试验段的过程中，在拌和站取样进行马歇尔试验和抽提试验，抽提后的矿料进行筛分试验，试验结果应符合规范要求。

　　1.3.3在试验路段碾压成型12小时后，对摊铺的沥青面层进行钻芯取样，以检测其厚度及压实度。

　　2 沥青砼上面层的施工

　　2.1沥青路面试验段

　　通过沥青路面试验段施工应达到以下几个目的： 

　　（1）验证目标、生产配合比。 

　　（2）通过试验段确定最佳人员组织。

　　（3）通过试验确定最佳机械组合。

　　（4）通过试验段对沥青混合料面层施工的经济效益评估。

　　2.2沥青砼表面层的施工

　　根据试验段确定各项数据，指导正式施工，在施工过程中，应掌握如下原则： 

　　2.2.1沥青混合料的拌和

　　2.2.1.1高速公路沥青砼上面表层施工，其拌和站总量必须在160T/h以上，拌和站应具有自动记录功能。 

　　2.2.1.2拌和厂必须配备合格的试验室和熟悉沥青混合料的试验、生产工艺、质量指标的试验人员，并能及时提供给监理工程师满意的试验资料。

　　2.2.1.3沥青加热温度及沥青砼的拌和温度、拌和时间、施工温度等应满足相关技术规范要求。 

　　2.2.2沥青混合料的运输 

　　2.2.2.1运输车辆必须是15T以上的自卸翻斗车，车况良好，车内必须清洁。

　　2.2.2.2装料时应前后移动，避免混合料离析。

　　2.2.2.3运送沥青混合料的汽车应覆盖，防止受到风吹、日晒、雨淋、污染等。运料汽车在摊铺机前10cm～30cm处停放，禁止碰撞摊铺机。 

　　2.2.3沥青混合料的摊铺

　　2.2.3.1下承层的准备：沥青面层摊铺前必须对中面层清扫或冲洗，表面要保证干净、清洁，无杂物及污染，然后喷洒粘层油，粘层油喷油量一定要准确、均匀，如果过多，将会影响上面层的油石比：假定粘层油为乳化沥青，设计为0.8kg/m2，沥青与乳化剂的比例为50:50，沥青砼表层4cm，密度按2.42g/cm3，则由于粘油层的洒布，每平方米增加沥青用量0.4kg，而每平方米沥青砼总重量为100×100×4×2.42 g/cm3=96800g，油石比增加为400÷96800=0.4%，规范要求实际沥青用量只能在最佳用量在±0.35之内，可见油石比已经超过了规定值。同时，这也是路面泛油、拥包的主要原因之一。 

　　2.2.3.2摊铺机采用进口先进的摊铺机，如ABG423，表面层必须全幅摊铺，同时应用浮动基准梁控制摊铺厚度和平整度。 

　　2.2.3.3摊铺机的准备按相关施工技术规范要求进行。 

　　2.2.4沥青混合料的压实成型及压实度的要求

　　2.2.4.1作为沥青砼上面层，压实设备应配有2台双光轮振动压路机（要求静压11t以上），INGERSOLL-RAND、DD-110（或同类型压路机），2台16T以上轮胎压路机，1台6-8T以钢轮双振动压路机。

　　2.2.4.2沥青砼表面层的碾压宜采用

　　初压：选用DD-110双轮振动压路机静压过去，回来振动，初压应遵循少喷水、保持高温、梯形迭进的原则。温度下降率随着逐步碾压而减缓，特别是摊铺后，初压前温度下降最快，可达4-5℃/min，所以施工中应安排初压压路机尽可能随摊铺机进行碾压，初压温度控制在130℃以上（改性沥青路面根据相关要求确定。

　　复压：复压温度控制在120℃以上，宜选用15-30T轮胎压路机柔压两遍，紧跟着DD-110T碾压两遍，复压遍数不少于4-6遍。在复压过程中应及时用三米直尺检测平整度，如平整度超标，应及时用6-8T双钢轮双振压路机处理。

　　终压：宜采用DD-110振动压路机或6-8T双轮钢筒压路机振压1遍，最后静压1遍，压实终了温度宜在75℃以上，以上压实工艺针对改性沥青砼路面。

　　2.2.4.3初压应在摊铺后较高温度下进行，并不得产生推移，开裂，压实温度应根据沥青粘度，压路机类型、气温、铺筑层厚度，混合料类型经试压确定。

　　2.2.4.4压路机不应突然改变路线、加速、急刹车、中途停机等。同时压路机不能在同一断面上回程碾压，每次回程应前后错开不小于1米距离的阶梯状。  

　　2.2.4.5压实度要求：作为高速公路沥青砼上面层压实度是一个十分关键并重要的指标，如果压实达不到要求，则孔隙率增大，平整度衰减加速，路面耐久性降低。对压实度的要求应遵循孔隙率控制在3%～6%之间，因此压实度一般要求在98%以上。

　　假定沥青砼面层视密度2.49g/cm3，孔隙率4.2%，则理论密度为2.599 g/cm3，如果压实度为95%（符合《公路沥青路面质量评定标准》要求）则实际孔隙率为（1－2.49×0.95/2.599）×100%=9%＞6%。如果压实度为98.3%，则实际孔隙率为（1－2.49×0.983/2.599）×100%=5.8%＜6%。 

　　2.2.5横缝处理

　　2.2.5.1横向接缝处理不好会严重影响面层平整度和行车舒适性，所以应认真对待。

　　2.2.5.2摊铺前，先用6米直尺检查，平整度超过3mm的部分应切去。接头处清理干净，再涂上粘层沥青，待基本干后摊铺机就位。

　　2.2.5.3熨平板开始预热后，测量原油面厚度，用虚铺系数计算出虚铺厚度，测量应准确。

　　2.2.5.4熨平板预热15-20min，使接缝处原路面温度达到65℃以上，再以2m/min的速度慢速摊铺。 

　　2.2.5.5碾压用DD-110振动压路机进行，碾前将原路面上堆20cm宽混合料对原路面进行预热5-10min，然后将横向接缝碾压，每15cm间隔逐步错轮重叠压实两米宽度。

　　3 结语

　　沥青路面在世界各国采用近百年，从科研设计到施工均有一套完事的理论作为指导，然而，由于各地气候条件、施工手段、原材料各异，使这一科学具有复杂和多变性，笔者根据近年来对国内一些工程的考虑，同时结合自己的一部分实践经验，提出了上述关键点，诣在和同仁们共同探讨，以达到提高之目的。