排水瀝青混凝土路面在廣西高速公路中的應(yīng)用

劉國(guó)華，唐江龍

(廣西交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

目前我國(guó)大部分高速公路采用瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)，在運(yùn)營(yíng)一定時(shí)間后，其抗滑性能逐漸變差，由此引起雨天交通事故頻發(fā)。隨著人們對(duì)高速公路舒適性、安全性、耐久性的要求不斷提高，排水瀝青混凝土路面應(yīng)運(yùn)而生。它具有降噪、抗滑、降低汽車炫光、減少路面濺水等諸多優(yōu)點(diǎn)，有效地提高了高速公路的行車舒適性及安全性。本文結(jié)合廣西某工程實(shí)例，對(duì)排水瀝青混凝土路面設(shè)計(jì)與施工工藝進(jìn)行闡述，為類似工程建設(shè)及排水瀝青路面技術(shù)的推廣提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 工程概況

廣西某高速公路，設(shè)計(jì)速度120 km/h，路基寬26 m，為特重交通等級(jí)，項(xiàng)目經(jīng)過一處一級(jí)水源保護(hù)區(qū)?；谒幢Ｗo(hù)區(qū)對(duì)環(huán)境保護(hù)、行車安全的相關(guān)要求，為減少交通事故，在一級(jí)水源保護(hù)區(qū)范圍K102+000～K112+000段鋪筑4 cm PAC-13排水瀝青混凝土路面。排水瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)見表1。

表1 排水瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)表

2 原材料要求

2.1 排水瀝青路面專用改性瀝青

排水瀝青混合料須采用專用改性瀝青，且經(jīng)工程驗(yàn)證成熟可靠。專用改性瀝青可由專用改性劑(HVA)與相容性良好的特種基質(zhì)瀝青復(fù)合改性生產(chǎn)而成。專用改性瀝青使用方法分為兩類：(1)施工時(shí)將專用改性劑直接添加到拌缸中，與集料和特種瀝青拌合，即“干法”；(2)專用改性劑與特種瀝青預(yù)先通過特定的配方和加工工藝，生產(chǎn)成專用改性瀝青成品，再添加到拌缸中拌合，即“濕法”。根據(jù)目前技術(shù)成熟可靠度，本項(xiàng)目推薦采用“干法”進(jìn)行生產(chǎn)。

特種瀝青必須與專用改性劑(HVA)具有良好的配伍性，使用前要進(jìn)行相容性試驗(yàn)驗(yàn)證。特種瀝青、排水路面專用改性劑、排水路面專用改性瀝青技術(shù)指標(biāo)見表2～4。

表2 特種瀝青質(zhì)量技術(shù)要求表

注：[1]表中測(cè)力延度(5 cm/min，4 ℃)采用美國(guó)道路管理者協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《瀝青材料測(cè)力延度試驗(yàn)法》(AASHTO T 300-00)，可采用帶有記錄力值功能的延度儀進(jìn)行測(cè)定。
[2]表中135 ℃運(yùn)動(dòng)黏度可采用《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011)中的“瀝青布氏旋轉(zhuǎn)黏度試驗(yàn)方法布洛克菲爾德旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)(Brookfield型)”進(jìn)行測(cè)定。有條件時(shí)應(yīng)測(cè)定改性瀝青在60 ℃時(shí)的動(dòng)力黏度。
[3]表中瀝青體系相容性Ic采用《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011)中的T0618-1993 瀝青化學(xué)組分試驗(yàn)(四組分法)測(cè)試得到四組分含量后，通過公式Ic=w(As+S)/w(R+Ar)計(jì)算得到

表3 排水路面專用改性劑質(zhì)量技術(shù)要求表

注：帶有*號(hào)的指標(biāo)，有懷疑隨時(shí)檢測(cè)評(píng)價(jià)；其他指標(biāo)每批檢測(cè)2個(gè)樣品評(píng)價(jià)穩(wěn)定性

表4 排水路面專用改性瀝青技術(shù)要求表

2.2 粗集料

采用潔凈、干燥、無風(fēng)化、無雜質(zhì)的輝綠巖母巖軋制碎石，要求采用大型反擊式多級(jí)聯(lián)合碎石機(jī)加工，破碎后顆粒的形狀應(yīng)接近立方體，并具有足夠的強(qiáng)度和耐磨耗性。建議粗集料在反擊破碎和振動(dòng)篩過程中采用真空吸塵裝置，以減少碎石表面的粉塵含量。對(duì)于排水瀝青混合料，為維持排水瀝青路面的大孔隙結(jié)構(gòu)，不采用粒徑為3～5 mm的集料。質(zhì)量技術(shù)要求見表5～6。

表5 粗集料質(zhì)量技術(shù)要求表

注：按照T0316試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行高溫壓碎值試驗(yàn)步驟。將裝有試樣的壓碎值試驗(yàn)儀和壓柱一起放入192±2 ℃的烘箱內(nèi)保溫2 h后，取出試樣立即按試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)，所有試驗(yàn)操作應(yīng)在5 min內(nèi)完成

表6 粗集料級(jí)配范圍表

2.3 細(xì)集料

瀝青面層細(xì)集料采用機(jī)制砂，應(yīng)潔凈、干燥、無風(fēng)化、無雜質(zhì)，粒徑15 mm以上的硬質(zhì)石灰?guī)r軋制。細(xì)集料在加工過程中應(yīng)安裝有效除塵設(shè)備，嚴(yán)禁用廢粉替代機(jī)制砂，細(xì)集料中不得含有雜物。細(xì)集料質(zhì)量技術(shù)要求與級(jí)配范圍見表7～8。

表7 細(xì)集料質(zhì)量技術(shù)要求表

表8 細(xì)集料級(jí)配范圍表

2.4 礦粉

排水瀝青路面應(yīng)采用石灰?guī)r和巖漿巖中的強(qiáng)基性巖石等憎水性石料磨細(xì)的礦粉，必須保持干燥、潔凈、無風(fēng)化、無雜質(zhì)。礦粉中嚴(yán)禁摻加拌合機(jī)或碎石機(jī)除塵裝置回收的粉塵，礦粉必須貯放在室內(nèi)，被雨淋濕的和已結(jié)塊的礦粉不得使用。其中<0.075 mm的顆粒含量宜>90%。礦粉質(zhì)量技術(shù)要求見表9。

表9 礦粉質(zhì)量技術(shù)要求表

2.5 纖維

本項(xiàng)目屬特重載交通，在排水瀝青混合料中添加使用纖維作為增塑穩(wěn)定劑材料。采用聚合物纖維，摻量為瀝青混合料質(zhì)量的0.1%±0.02%(外摻)。纖維技術(shù)指標(biāo)見表10。

表10 聚酯纖維技術(shù)要求表

3 排水瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目結(jié)合當(dāng)?shù)卦牧咸攸c(diǎn)、氣候條件以及交通量等客觀情況，進(jìn)行排水瀝青路面配合比設(shè)計(jì)。

3.1 PAC-13級(jí)配范圍

本工程中所采用的排水瀝青混合料級(jí)配類型為PAC-13，其級(jí)配范圍詳見表11。

表11 級(jí)配范圍表

3.2 配合比設(shè)計(jì)方法及指標(biāo)

排水瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)是以滿足空隙率的要求為標(biāo)準(zhǔn)(以析漏-飛散確定最佳瀝青用量，一般在4.3%～4.8%之間)，同時(shí)保證混合料的強(qiáng)度、高溫穩(wěn)定性和耐久性。排水瀝青混合料質(zhì)量技術(shù)要求見下頁(yè)表12。

4 施工工藝

4.1 溫度要求

排水瀝青混合料拌合設(shè)備宜采用間隙式瀝青混合料拌合機(jī)，施工溫度詳見下頁(yè)表13。

4.2 混合料拌合

(1)采用間歇式拌合機(jī)時(shí)，排水瀝青混合料的拌合工藝為：“集料+纖維”干拌10～15 s后，投放專用“特種瀝青+高黏度添加劑”拌合10～15 s，隨后投放礦粉拌合35 s，整個(gè)循環(huán)周期一般為60～65 s，可根據(jù)實(shí)際拌合效果，適當(dāng)調(diào)整順序和時(shí)間。傳統(tǒng)瀝青混合料的生產(chǎn)周期不宜≤45 s。

建議采用拌合站動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)混合料的拌合時(shí)間、溫度、級(jí)配、瀝青用量等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行過程動(dòng)態(tài)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)報(bào)警糾正，以保證排水瀝青混合料及普通混合料的生產(chǎn)質(zhì)量。

(2)排水瀝青路面專用改性劑投放設(shè)備

功能要求：通過自動(dòng)化控制代替人工向間歇式瀝青拌合設(shè)備中及時(shí)準(zhǔn)確地把定量的添加劑加到瀝青混合料中，拌合后均勻地分散至混合料中進(jìn)行投料。

設(shè)備組成：設(shè)備應(yīng)配備料斗、螺旋提升輸送機(jī)、稱重料倉(cāng)、送料鎖壓器、進(jìn)給閥門、氣動(dòng)執(zhí)行器、高壓風(fēng)泵、微電腦電控系統(tǒng)、室內(nèi)控制器、報(bào)警裝置等。除室內(nèi)控制器外，其余設(shè)備零件均應(yīng)裝在一個(gè)機(jī)座上，以方便起吊及現(xiàn)場(chǎng)安裝。

工作原理：生產(chǎn)時(shí)將添加劑倒入料斗中，料斗關(guān)閉后，生產(chǎn)過程由程序控制，在控制器接到投料信號(hào)后，加料螺旋自動(dòng)把料斗中的添加劑輸送到稱重料倉(cāng)中進(jìn)行稱重，待精確稱重后，等待送料指令；指令信號(hào)接通時(shí)，風(fēng)泵、氣動(dòng)執(zhí)行器及送料器將添加劑輸送至拌合缸內(nèi)進(jìn)行拌合。料倉(cāng)中始終保持一定量的添加劑處于等待狀態(tài)，及時(shí)補(bǔ)充至計(jì)量系統(tǒng)中。

設(shè)備要求：儲(chǔ)料倉(cāng)容積≥0.8 m3；每次可投料質(zhì)量1～40 kg；輸入拌合缸流量≥2 kg/s；風(fēng)送管內(nèi)徑≥150 mm。

4.3 混合料運(yùn)輸、攤鋪

排水瀝青混合料運(yùn)輸、攤鋪與傳統(tǒng)瀝青混合料基本相同。

表13 施工溫度范圍表(℃)

4.4 混合料碾壓

初壓與復(fù)壓采用鋼輪壓路機(jī)，終壓宜采用膠輪壓路機(jī)。初壓采用鋼輪壓路機(jī)靜壓1～2遍；復(fù)壓采用與初壓相同的雙鋼輪壓路機(jī)，緊接初壓進(jìn)行，靜壓2～4遍；終壓采用膠輪壓路機(jī)壓實(shí)1～2遍。建議采用瀝青路面智能壓實(shí)系統(tǒng)，對(duì)瀝青路面的碾壓溫度、遍數(shù)、速度等指標(biāo)進(jìn)行全程動(dòng)態(tài)監(jiān)控，以保證路面的壓實(shí)質(zhì)量，避免欠壓或過壓現(xiàn)象。

4.5 交通控制

(1)排水瀝青路面施工結(jié)束后，應(yīng)封閉交通24～48 h，方允許開放。緊急情況或施工車輛必須通行時(shí)應(yīng)待攤鋪層完全冷卻，表面溫度<50 ℃方可開放，并嚴(yán)禁急剎或急轉(zhuǎn)。

(2)傳統(tǒng)瀝青混合料路面應(yīng)待攤鋪層完全自然冷卻，混合料表面溫度<50 ℃后，方可開放交通。需要提前開放交通時(shí)，可灑水冷卻降低混合料溫度。

5 結(jié)語

排水瀝青路面技術(shù)要求較高，集料的選擇、專用特種瀝青技術(shù)方案、混合料的配合比設(shè)計(jì)、施工拌合和碾壓等環(huán)節(jié)都是直接影響排水瀝青路面耐久性的關(guān)鍵因素，而廣西地區(qū)相關(guān)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)積累較少。本文主要對(duì)排水瀝青混凝土路面的設(shè)計(jì)與施工工藝進(jìn)行闡述，為類似工程建設(shè)及排水瀝青路面技術(shù)的推廣提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。