浅谈赣粤高速公路改性沥青抗滑表层施工质量控制

4浅谈赣粤高速公路改性沥青抗滑表层施工质量控制曹耐尔李洪亮(江西省高等级公路管理局南昌330046)摘要：赣粤高速公路泰和至赣州段为江西省首次全线上面层采用SBS改性沥青铺筑的高速公路。本文结合施工实践，论述了混合料体积指标实现的过程，系统地介绍了混合料的拌和、运输、摊铺和碾压施工工艺要求和质量保证措施，并根据经验积累提出了一些建议，供同行参考。关健词：道路工程；改性沥青路面；组成设计；质量控制0前言赣粤高速公路泰和至赣州段，是国家和江西省“十五”重点公路项目，路线全长128km，设计速度100km/h，双向4车道，投资概算36亿元，其中利用世行贷款2亿美元，于2001年12月开工建设，2004年1月建成通车。本项目位于江西中南部，是江西省建设的第一条进入山区的高速公路。原设计路面面层采用普通沥青砼，其结构为6cm厚AC-25粗粒式沥青砼（下面层）、6cm厚AC-20I型中粒式沥青砼（中面层）、4cm厚AK-16A型抗滑表层（上面层）。2003年7月-8月份，江西遭遇罕见高温天气，已建成通车的梨园至温家圳、昌傅至泰和、胡家坊至昌傅等高速公路普遍出现车辙损害，2003年9月省交通厅果断决定泰赣高速公路路面上面层采用SBS改性沥青，成为江西首次采用改性沥青技术修筑路面的高速公路。本项目上面层施工安排在2003年11月-12月中旬的低温季节，又是江西高速公路建设首次采用改性沥青技术，故其施工控制成为确保项目质量的关键。1优选配合比本项目路面抗滑表层选用材料的料源相同，全线采用一个配合比。改性沥青抗滑表层混合料组成设计，遵循了我国现行规范，同时引入美国Superpave设计方法，这在江西还是第一次。1.1材料选用1.1.1SBS改性沥青韩国SK牌AH-70重交石油沥青经SBS改性后符合《公路改性沥青路面施工技术规范》（JTJ036-98）I-D的技术要求，同时达到美国《AASHTOMP1沥青结合料性能等级标准规范》PG70-22级的技术要求。1.1.2集料选用坚硬的玄武岩集中生产全部规格集料，统一供应。集料压碎值9.6%、磨光值47、冲击值10.8%、针片状颗粒含量9.1%、粘结力5级（掺0.3%重庆乐德AR-68沥青抗剥落剂）。集料规格稳定、洁净，细集料砂当量89%。1.1.3填料不使用回收粉，全部采用石灰岩磨细并掺加50%水泥得到的矿粉，矿粉干燥、洁净。1.2集料级配设计按照SUPERPAVE-12.5级配控制方法进行级配设计，级配曲线在限制区下方通过，基本符合SUPERPAVE的要求（13.2mm筛孔的通过率除外），且满足AK-16A级配范围的要求，见表1。表1集料设计级配\通过下列筛孔(mm)质量百分率(%)191613.29.54.752.361.180.60.30.150.074设计级配10094.881.365.040.225.417.413.810.18.85.4AK-16A级配范围10090-10070-9050-7030-5022-3716-2812-238-186-134-9SUP-12.5控制区10028-582-10SUP-12.5限制区39.125.6–31.619.1-23.115.51.3混合料试验按Superpave技术旋转压实试验方法确定最佳沥青用量，采用马歇尔击实试验方法校核。试验室内拌和温度为160-165℃，压实温度为155-160℃，混合料拌和完成后在压实温度155℃下老化2h制作试件。1.3.1旋转压实法根据本项目设计累计标准轴载次数大于30×106次，选择压实次数N初始=9次，N设计=125次，N最大=205次，旋转压实仪压头设定单位压力600kPa。根据设计级配各档料的组合情况，确定初始沥青用量为5.0%，在初始及设计压实次数下旋转压实成型两个试件，试件体积性质见表2。表2初始沥青用量下混合料体积性质初始AC（%）Gmm@N初始(%)Gmm@N设计(%)Va(%)VMA(%)5.087.296.23.814.9表中：AC=沥青用量；Gmm@N初始、Gmm@N设计=在N初始、N设计时的最大理论密度百分数；5Va=在N设计时的空隙率，总体积百分率；VMA=矿料间隙率，毛体积百分率。根据表2试验数据,估算混合料达到4%空隙率时对应的沥青胶结料含量和体积性质,将估算结果与SUPERPAVE体积标准比较，均符合要求。所以，取该级配为设计级配，采用沥青用量为4.2%、4.6%、5.0%，在设计压实次数下成型试件，混合料的压实特性和体积特性见表3。表3各沥青用量下混合料体积性质沥青用量（%）压实度(%)VMA(%)VFA(%)粉胶比D.PGmm@N最初(%)4.291.417.350.61.583.54.694.615.464.81.385.95.096.214.974.71.287.2Superpave标准≥13.565-750.8-1.6*≤89.0注*：集料级配通过禁区下方，粉胶比标准可考虑为0.8-1.6。表中：VFA=沥青饱和度，毛体积百分率。从表3可看出在N设计=125（次）时，空隙率4%对应的沥青用量为4.9%，同时VMA和VFA满足规范要求。为了防止混合料在交通荷载重复作用下造成过度碾压，产生永久变形，Superpave要求在N最大时混合料密度不超过最大理论密度的98%。为此，采用最佳沥青用量4.9%，在N设计和N最大旋转压实次数下成型试件，结果表明，在室内N最大旋转压实次数下，沥青用量4.9%不会造成过度碾压。见表4。表4最佳沥青用量4.9%时混合料体积性质指标名称试验结果设计标准指标名称试验结果设计标准Va(%)44D.P.1.20.8-1.6VMA(%)14.9≥13.5Gmm@N初始(%)87.1≤89.0VFA(%)73.365-75Gmm@N最大(%)97.4≤98.0高温稳定性试验：按照试验规程进行车辙试验，动稳定度为4710次/mm。1.3.2马歇尔击实法对表1设计级配进行沥青混合料马歇尔试验，击实次数为双面各75次，目标空隙率4%，拟定制件沥青用量分别为：2.9%、3.4%、3.8%、4.3%、4.8%。马歇尔试验数据见表5。表5马歇尔试验数据汇总AC（%）理论密度（g/cm3）实测密度（g/cm3）Va(%)VMA(%)VFA(%)稳定度（KN）流值（0.1mm）2.92.7222.4798.916.044.117.019.63.42.7012.4818.116.350.216.022.23.82.6802.4986.816.258.015.825.84.32.6592.5085.716.265.014.730.74.82.6392.5443.615.476.613.935.6技术标准——3-5≥14.060-75≥815-40注：实测密度为试件毛体积密度。根据泰赣高速公路所处江西南部的气候分区及交通特征，结合以往江西高速公路建设实践经验，沥青混合料配比设计应注重提高抗车辙能力，确定最佳沥青用量为4.5%。高温稳定性及水稳定性试验：按照试验规程进行车辙试验，动稳定度为5465次/mm；进行冻融劈裂试验，冻融劈裂强度比为97.9%。1.3.3最佳沥青用量确定对比旋转压实与马歇尔击实试验数据，可知采用表1的集料设计级配，在沥青用量为4.5%时混合料的体积性质、高温稳定性及水稳定性较佳，但压实要求高，施工时应注意混合料温度控制，以保证在高温条件下对改性沥青混合料进行有效碾压。室内试验体积指标有待进行试验路铺筑验证，在下一节详述。2注重试验路铺筑本项目改性沥青面层开工前，业主通过聘请专家举行专题讲座，召开技术交流会等多种形式，使参建的全体技术管理人员对改性沥青特性及其筑路技术有初步的理性认识。在此基础上，对试验路铺筑给予了足够重视。一是由总监理工程师办公室制定指导意见书，拟定具体的施工参数与标准施工工艺；二是在率先铺筑上面层试验段的标段召开现场会，组织全体参建技术管理人员观摩和探讨改性沥青路面施工技术；三是认真进行试验路总结。针对本项目上面层施工期间气温低（一般为10℃-15℃），以及SBS改性沥青粘性高、对施工温度和碾压控制要求高的特点，改性沥青试验路铺筑主要侧重两方面：1、检验预定的混合料拌和时间、各环节施工温度是否合理；2、对预定的碾压工艺及混合料目标配合比进行验证。而与普通沥青混合料相同的其他工艺要求，则按《公路沥青路面施工技术规范》（JTJ032—94）执行。2.1施工参数检验比较而言，SBS改性沥青混合料拌和时间、施工温度有其特殊性。2.1.1拌和时间针对SBS改性沥青粘性高的特点，预定为干拌5min、喷沥青8min-10min、湿拌40min-50min，比普通沥青混合料的拌和时间多15min以上。2.1.2施工温度根据SBS改性沥青粘温曲线和施工期间气温较低的情况，预定为集料加热温度180℃-190℃，改性沥青加热温度160℃-170℃，混合料拌和温度175℃-185℃，出厂温度低于170℃高于190℃应废弃；摊铺温度165℃-175℃；初压温度160℃-170℃，在120℃以前完成终压工作。一般比普通沥青混合料高20℃-30℃。通过试验路铺筑表明，采用上述施工参数，所4拌和的改性沥青混合料色泽均匀、集料无离析、有较好的施工和易性，在当时气温条件下能有效实施混合料的摊铺和碾压工作。2.2碾压工艺与配合比验证混合料室内试验体积指标在现场的实现，是沥青路面具有良好的稳定性和耐久性的根本保障，所以，试验路铺筑的最主要目的之一就是按照预定的机械组合、工艺和参数进行试拌试铺，验证所设计的配合比在现场能否实现混合料室内试验体积指标。对此，往往容易被忽视。不同的混合料，要求应用不同的压实技术。改性沥青混合料对碾压要求高，更须进行有效压实，才能达到预期的良好路用性能。首先，碾压要遵循“紧跟、慢压、高频、低幅”原则，压路机紧跟摊铺机熨平板后面碾压（两者之间隔一人能穿过的距离），碾压速度为4km/h（一般人行走速度），初压区长度为10m-20m。其次，要有合理的碾压程序及机械组合。本项目预定2种方式：2.2.1配备4台12t-16t钢轮压路机。初压：采用1台钢轮压路机振动碾压1遍，如有推移前进不开振，后退开振；复压：紧跟采用钢轮压路机振动碾压6遍；终压：采用1台钢轮压路机静压2遍。2.2.2配备3台12t-16t钢轮压路机、2台12t-16t胶轮压路机。初压：采用1台钢轮压路机振动碾压1遍，如有推移前进不开振，后退开振。复压：采用胶轮压路机碾压4遍和钢轮压路机振动碾压3遍。终压：采用1台钢轮压路机静压2遍。试验路现场取芯试件毛体积密度均大于理论密度的93%，表明在2种碾压组合方式下，摊铺速度控制在2.0m/min-3.0m/min范围内，采用表1设计级配和沥青用量4.5%时，路面压实后混合料体积指标与室内试验体积指标关系符合SHARP的要求，3强化工艺控制与质量检测SBS改性沥青路面施工工艺流程与普通沥青砼相同，其技术也不十分复杂，但影响工程质量因素却是综合性且相互关联的。针对沥青路面施工中易出现的问题，为提高SBS改性沥青路面总体质量水平，本项目制定了详细的质量保证目标和措施，细化作业要求，强化施工工艺控制和质量检测，层层把好各个施工环节的质量关。现简述如下。3.1施工准备目标：原材料合格；层间结合良好。限于篇幅，对所采取的措施不予赘述。3.2拌和目标：混合料配合比准确；拌和温度符合要求。主要的工艺要求和保证措施：1、严格对拌和设备的计量、温控系统进行标定，确保集料、填料、沥青称量准确，拌和过程中集料、沥青、混合料的温度准确。2、严格按批复的施工配合比生产；每日正式生产前应进行干拌，取样检验集料级配是否符合规范要求；禁止手动操作拌和机自控系统，杜绝人为减少溢料行为。3、安排专人，逐车目测检查混合料的均匀性并测量温度，发现混合料有花白、烧焦、离析和温度偏低或过高等异常现象，如确认是质量问题，应作废料处理，立即停机查明原因并予以纠正。4、每生产日至少取样2次进行马歇尔试验和沥青含量、集料组成分析试验，并对照拌和机自动记录的沥青及各热料仓规格料用量，检验混合料配