高速公路Superpave路面施工中的應(yīng)用要點(diǎn)

李 巖 青

(山西長(zhǎng)興路橋工程有限公司，山西 長(zhǎng)治 046000)

目前，在我國(guó)高速公路施工中，AC與AK是瀝青混合料礦料級(jí)配最常用的兩種類型，均無法滿足重載、超載大交通量條件下路面使用性能的要求，很多高速公路路面使用不到3年就達(dá)到15年的設(shè)計(jì)使用壽命。其中，AC結(jié)構(gòu)路面車轍是最常見的早期損壞，AK結(jié)構(gòu)路面坑槽、裂縫等水損壞是最常見的路面損壞。SMA路面具有顯著的抗車轍性能，但成本大，對(duì)施工技術(shù)要求較高，大規(guī)模應(yīng)用存在一定困難。Superpave路面質(zhì)量明顯比傳統(tǒng)馬歇爾設(shè)計(jì)的路面好，是解決路面早期損壞問題的有效途徑。

在美國(guó)，采用高性能瀝青路面(Superpave)占熱拌瀝青混合料的82%(2001年)，路面整體質(zhì)量明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的瀝青路面，使得路面路用性能得到顯著提高。目前，我國(guó)已有近20多個(gè)省區(qū)應(yīng)用了高性能瀝青路面技術(shù)，修筑了7 000多千米的瀝青路面，所筑路面的耐久性和安全性得到顯著提高，實(shí)現(xiàn)了10年甚至更長(zhǎng)時(shí)間的不大修。

1 概述

在瀝青混合料設(shè)計(jì)中，通常采用試驗(yàn)室設(shè)計(jì)方法進(jìn)行并確定。即使完全按實(shí)驗(yàn)室提出的混合料設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和方法，也不能確保成型后路面優(yōu)良的路用性能，不出現(xiàn)比較嚴(yán)重的早期損害，如車轍、疲勞、低溫開裂、水損害等現(xiàn)象。

Superpave(Superior Performing Asphalt Pavements)是美國(guó)公路戰(zhàn)略研究項(xiàng)目的重要成果之一。在Superpave體系下，路面性能的改善主要是通過控制車轍、低溫開裂和疲勞開裂來實(shí)現(xiàn)的。該技術(shù)的核心在于：

1)規(guī)范瀝青膠結(jié)料性能(PG規(guī)范)，不僅注意到原樣瀝青的性能，更重視路面使用若干年后的性能；

2)Superpave混合料設(shè)計(jì)方法。

在PG分級(jí)里，瀝青性能用高、低溫兩個(gè)指標(biāo)來表征。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)氣溫確定當(dāng)?shù)氐淖罡吆妥畹蜏囟?。在混合料設(shè)計(jì)中，僅考慮最高和最低溫度是不夠的，還應(yīng)考慮極限溫度在當(dāng)?shù)爻掷m(xù)的時(shí)間。在具體選擇時(shí)，應(yīng)綜合考慮“度×天數(shù)”實(shí)際情況來選擇膠結(jié)料的PG等級(jí)。

我國(guó)傳統(tǒng)的路面設(shè)計(jì)是建立在半剛性基礎(chǔ)上的瀝青路面設(shè)計(jì)方法，采用Superpave路面是解決我國(guó)高速公路車轍問題的一個(gè)重要途徑。

2 混合料設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在我國(guó)高速公路中，應(yīng)用機(jī)械自動(dòng)擊實(shí)儀進(jìn)行瀝青混合料設(shè)計(jì)最多，在該法下的標(biāo)準(zhǔn)密度容易出現(xiàn)偏低的狀況，碾壓完畢的路面容易形成偏大的空隙率，投入使用后容易出現(xiàn)早期破壞或水損壞現(xiàn)象。在Superpave路面設(shè)計(jì)中，混合料設(shè)計(jì)采用全新的設(shè)計(jì)方法，試件制備采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀進(jìn)行，對(duì)瀝青混合料的揉搓效果更接近現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際碾壓狀況，保證路面有理想的性能。

與傳統(tǒng)意義上的馬歇爾混合料設(shè)計(jì)方法相比，Superpave混合料設(shè)計(jì)方法有很多優(yōu)點(diǎn)：

1)粗集料含量增加。在馬歇爾法混合料中，粗集料含量為50%～60%。Superpave混合料的粗集料用量為60%～70%，且4.75 mm～9.5 mm用量增加，分布較均勻，使得抗車轍能力增加。設(shè)計(jì)的集料級(jí)配線應(yīng)在控制點(diǎn)范圍內(nèi)，不得進(jìn)入限制區(qū)。

2)能適應(yīng)更大的集料粒徑。我國(guó)使用的馬歇爾擊實(shí)儀，只能適應(yīng)最大公稱粒徑為19 mm的混合料。當(dāng)進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)時(shí)，使用25 mm混合料時(shí)，大于19 mm的要用13.2～19.0集料替代，馬歇爾試件的體積性質(zhì)并不能真實(shí)反映路面情況。Superpave是用了150 mm直徑試件解決了適應(yīng)最大公稱粒徑25 mm，甚至最大公稱粒徑37.5 mm的集料問題。

3)增加了2 h短期老化時(shí)間。試件拌和后立即測(cè)定的體積性質(zhì)與2 h短期老化后的體積性質(zhì)是完全不一樣的。

4)Superpave增加了粉膠比控制指標(biāo)。馬歇爾設(shè)計(jì)方法沒有這個(gè)指標(biāo)。在Superpave技術(shù)要求中，粉膠比十分重要，是控制混合料質(zhì)量的關(guān)鍵之一。在其規(guī)范中，要求細(xì)級(jí)配混合料為0.6～1.2，粗級(jí)配為0.8～1.6，在其范圍之內(nèi)，較大的值混合料徑度也大，但是超過了這個(gè)最大值，粉多，瀝青膠結(jié)料少，混合料就粘性差，穩(wěn)定性降低。小于粉膠比下限，則瀝青量偏多，粉太少，這種混合料的穩(wěn)定性也不足。

3 施工工序要點(diǎn)

Superpave屬于熱拌瀝青混合料的一種，施工質(zhì)量控制采用傳統(tǒng)的混合料生產(chǎn)控制即可。對(duì)Superpave路面來說，需特別注意的是要保證很好的級(jí)配，壓實(shí)相對(duì)較難，成型后的路面抗車轍能力較高。

在某高速公路施工中，瀝青路面上面層厚度4 cm，采用Superpave-13結(jié)構(gòu)。

在進(jìn)行施工前，對(duì)施工機(jī)具(如拌和樓、攤鋪機(jī)、壓路機(jī)等)進(jìn)行全面檢查、調(diào)整，對(duì)計(jì)量裝置須進(jìn)行調(diào)校。在進(jìn)行Superpave路面混合料鋪攤時(shí)，要求中面層表面溫度不低于15 ℃。

1)原材料。原材料質(zhì)量應(yīng)從源頭抓起，須對(duì)進(jìn)場(chǎng)材料按批進(jìn)行抽檢和分類堆放，以保證材料質(zhì)量。

瀝青采用優(yōu)質(zhì)SBS改性瀝青，這是控制和確保瀝青混合料性能的核心。

粗集料選用反擊式破碎機(jī)軋制的碎石，采用玄武巖或輝綠巖最好，75%以上比例的碎石顆粒具有兩個(gè)破碎面。不同粒徑的應(yīng)堆放在硬化的堆放場(chǎng)，防止被其他顆粒材料污染。

細(xì)集料采用石灰?guī)r粉碎的機(jī)制砂，使用天然砂時(shí)，其含量不大于集料總量的15%。

Superpave瀝青混合料宜采用石灰石加工的礦粉，嚴(yán)禁使用拌和機(jī)回收的粉塵，設(shè)置防雨頂棚儲(chǔ)存。

Superpave瀝青混合料上面層使用摻加抗剝落劑。

2)混合料拌制?；旌狭霞?jí)配應(yīng)與設(shè)計(jì)級(jí)配一致，將級(jí)配誤差控制在一定范圍內(nèi)。合理確定瀝青用量，將添加誤差控制在允許范圍以內(nèi)。

采用拌和場(chǎng)集中拌制混合料。采用間歇式拌和機(jī)進(jìn)行混合料生產(chǎn)，應(yīng)配備有計(jì)量裝置和溫控裝置，以及自動(dòng)打印功能。應(yīng)采取有效的除塵措施，防止礦粉飛散導(dǎo)致的環(huán)境污染。

在混合料生產(chǎn)時(shí)，要求每缸混合料拌和時(shí)間控制在35 s～50 s，其中干拌時(shí)間不少于5 s。要求生產(chǎn)完畢的成品混合料須拌和均勻，無花白料、無結(jié)團(tuán)塊或離析現(xiàn)象。

為確?；旌狭闲阅?，要求混合料生產(chǎn)盡量做到隨拌隨鋪，嚴(yán)格禁止儲(chǔ)存過夜現(xiàn)象。

溫度控制。在混合料生產(chǎn)過程中，瀝青加熱溫度按170 ℃±5 ℃的范圍進(jìn)行控制，將礦料加熱溫度按180 ℃±5 ℃的范圍進(jìn)行控制，成品混合料的出料溫度按175 ℃±5 ℃的范圍進(jìn)行控制。當(dāng)混合料溫度超過190 ℃時(shí)，則應(yīng)當(dāng)予以廢棄。

3)混合料運(yùn)輸。采用大噸位自卸車運(yùn)輸。為防止瀝青與車廂板粘結(jié)，可涂一薄層隔離劑。涂刷的隔離劑嚴(yán)禁使用柴油和水混合物。

為保證運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)的混合料具有較高的鋪攤溫度，采取加蓋棉被或苫布等保溫措施覆蓋運(yùn)料車廂。

專人對(duì)運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)的混合料進(jìn)行溫度檢測(cè)。低于要求的鋪攤溫度時(shí)，嚴(yán)禁運(yùn)料車進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)。

4)混合料攤鋪。在鋪攤前，應(yīng)徹底進(jìn)行中面層表面的清掃，確保干凈無雜物，且壓實(shí)度等指標(biāo)達(dá)標(biāo)后，進(jìn)行粘層瀝青的均勻噴灑。

按不低于150 ℃進(jìn)行混合料鋪攤溫度控制。采用攤鋪機(jī)進(jìn)行連續(xù)不間斷的作業(yè)，應(yīng)合理確定鋪攤機(jī)行進(jìn)速度，確?；旌狭仙a(chǎn)、運(yùn)輸、鋪攤機(jī)碾壓能力相匹配。應(yīng)綜合考慮混合料級(jí)配、碾壓機(jī)具等因素，合理確定混合料松鋪系數(shù)。

縱向接縫采用熱接縫，橫向工縫采用平接縫。

5)混合料碾壓。Superpave混合料采用較多棱角和較粗的集料，且膠結(jié)料勁度較高，其壓實(shí)是影響路面性能至關(guān)重要的因素。為確保路面壓實(shí)效果，應(yīng)在較高的混合料溫度下盡量縮短碾壓時(shí)間。

在攤鋪Superpave路面時(shí)，壓路機(jī)應(yīng)緊隨攤鋪機(jī)，確保“趁熱”壓實(shí)，尤其在低溫施工更要搶火侯。在碾壓過程中，碾壓速度應(yīng)控制在5 km/h以內(nèi)。

路面壓實(shí)作業(yè)可分為初壓、復(fù)壓和終壓三個(gè)階段，須合理確定壓路機(jī)組合方式和碾壓各階段遍數(shù)。在初壓階段，要求鋼輪壓路機(jī)(要求規(guī)格為10 t或10 t以上)緊跟攤鋪機(jī)進(jìn)行作業(yè)，初壓結(jié)束時(shí)的混合料表面溫度應(yīng)不低于115 ℃。在復(fù)壓階段，用輪胎壓路機(jī)(要求規(guī)格為16 t～25 t)進(jìn)行碾壓，須緊接在初壓完成后進(jìn)行，要求復(fù)壓結(jié)束時(shí)的混合料表面溫度不得低于95 ℃。使用較寬的鋼輪壓路機(jī)終壓收光，消除輪跡印，終壓結(jié)束后的混合料表面溫度不得低于90 ℃。

在碾壓過程中，應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行碾壓溫度和碾壓工序控制，嚴(yán)禁低溫下反復(fù)碾壓導(dǎo)致的集料顆粒壓碎現(xiàn)象。

成型后的路面表面顆粒分布應(yīng)均勻密實(shí)。通過鉆芯取樣進(jìn)行了質(zhì)量檢測(cè)，路面骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)形成，空隙率為5%，具有顯著的抗車轍性能。

4 結(jié)語(yǔ)

Superpave混合料采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型的設(shè)計(jì)方法，具有的揉搓效果能最大限度模擬施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況。與常規(guī)混合料相比，Superpave混合料的路用性能顯著，特別是重載交通條件下的路用性能優(yōu)勢(shì)更加明顯，且具有良好的可操作性。在Superpave混合料施工中，無需增加任何設(shè)備，施工工藝與普通瀝青混合料類似。不同之處在于Superpave混合料的壓實(shí)比滿足大多數(shù)常規(guī)瀝青混合料困難，要更大的壓實(shí)功。

Superpave技術(shù)在我國(guó)很多省市得到應(yīng)用，正逐步推廣應(yīng)用，效果良好。經(jīng)驗(yàn)表明，重視加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制，提高完善施工管理水平，能有效確保Superpave路面的路用性能，有利于指導(dǎo)同類型路面施工。