新型生態(tài)瀝青混凝土路面設計與施工關鍵技術的創(chuàng)新

文/圖 安徽省公路橋梁工程有限公司 崔健 沈維成 劉曉晗

轉運車攤鋪機聯(lián)合作業(yè)

技術路線圖

近年來，隨著我國經濟飛速發(fā)展、城市汽車保有量急速增加，高速公路車流量逐年增大，給各級道路的使用帶來了新的挑戰(zhàn)，尤其對高等級公路瀝青路面性能的要求愈發(fā)嚴格，因此深入探討和研究新型生態(tài)瀝青混凝土路面具有一定的現(xiàn)實意義和經濟意義?！靶滦蜕鷳B(tài)瀝青混凝土路面設計與施工關鍵技術研究與應用”課題結合當前瀝青混凝土路面施工技術的不足及特點，對瀝青混凝土路面施工的相關施工材料及工藝展開技術創(chuàng)新改造，并參考國內外相關施工的資料，建立了一套切實可行的新型生態(tài)瀝青混凝土路面設計與施工關鍵技術。

該課題依托安徽省公路橋梁工程有限公司（簡稱“安徽路橋”）承建的合安高速公路改擴建03標項目，起訖K1082+000～K1100+788，里程長度18.788公里，途經安徽省廬江縣的郭河鎮(zhèn)、金牛鎮(zhèn)和萬山鎮(zhèn)。該項目主要包括路基、路面、橋涵工程，廬江互通立交收費管理區(qū)的房建工程，事故應急池、沉淀池，隔離柵，臨時交通設施及邊坡綠化等。采用八車道高速公路標準改擴建，兩側拼寬。設計時速為120公里，兩側拼寬整體式路基寬度42米（每側加寬7.0米），全線路面采用瀝青混凝土結構，部分施工段工況復雜、技術含量高、施工難度大。

七項研究優(yōu)化生態(tài)瀝青路面結構體系

針對生態(tài)瀝青混凝土路面這一新穎結構體系，安徽路橋在級配設計優(yōu)化、施工技術要求、工后無損檢測等方面展開了一系列研究?；诟男詾r青機理，從理論研究入手研發(fā)生態(tài)型透水瀝青路面結構體系；通過對瀝青混凝土鋪裝材料特性研究，解決鋼橋面變形性能導致的壓實度不易控制的因素；在建立綠色施工評價體系基礎上，進一步結合自有專利技術，提出了一系列瀝青混凝土路面施工技術；此外，采用正交試驗設計方法，通過馬歇爾試驗研究給出了具有抗紫外光性能強、高低溫性能佳的目標級配；討論了瀝青混凝土路面檢測要點及施工機械化管理方案。

15%橡膠粉

SK90#+4%SBS+400倍和SK90#+5%SBS+400倍

橡膠粉瀝青紅外光譜圖

瀝青混凝土橋面鋪裝技術性能要求

改性瀝青的機理對比研究

安徽路橋研究了當前常用的SBS改性瀝青和橡膠粉改性瀝青的改性機理；使用熒光顯微鏡技術制定了試驗方案，對比研究了SBS改性瀝青的改性機理，分析得出了相應的結果；使用紅外光譜分析原理設計了試驗方法，利用紅外光譜技術分析瀝青改性的機理，得出了試驗分析結果。試驗結果表明，當SBS摻量在3%至5%時，改性瀝青的性能改善效果明顯，推薦SBS摻量為5%；基于微光結構推薦合理的橡膠粉摻量為15%至20%。

熒光顯微鏡

瀝青混凝土鋪裝材料特性及技術性能要求研究

該研究分析了瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、耐久性、抗滑能力和防滲能力等基本性能及技術要求；研究了改性瀝青、密實類高性能瀝青混凝土、多孔隙類高性能瀝青混凝土等瀝青混凝土鋪面新材料；重點分析并研究了瀝青混凝土橋面鋪裝技術性能的要求，包括重點對其強度、剛度及變形性能、疲勞性能、高溫穩(wěn)定性和抗剪性能、抗襲性能、黏結性能、防水性能、厚度及表面服務性能等方面的要求。

生態(tài)型透水瀝青路面結構組合設計與性能對比測試研究

基于承載性能的透水瀝青路面的組合形式、設計參數(shù)和設計標準，安徽路橋通過模型基本假設條件、車輛荷載參數(shù)選擇和材料結構參數(shù)選擇完成了荷載應力計算模型的建立；通過分析正交試驗設計、結構荷載應力計算和計算結果評價，確定透水瀝青路面結構組合評價和透水瀝青路面推薦結構組合。該研究結果表明，透水層路面厚度為3厘米時，在荷載綜合應力作用下路面結構發(fā)生破壞的可能性最?。幌旅鎸雍穸葹?0厘米和12厘米時，在行車荷載作用下路面結構層發(fā)生破壞的可能性相對較小；基層厚度為30厘米時，對路面結構層受力最有利。

瀝青混凝土路面抗紫外光老化級配優(yōu)化設計研究

安徽路橋通過級配方案設計和確定各級配最佳油石比來優(yōu)化設計面層瀝青混合料級配；通過級配優(yōu)選試驗方案、定量紫外光照射后各級配高溫性能、定量紫外光照射后各級配低溫性能，以及優(yōu)選抗紫外光老化性能良好級配確定抗紫外光老化級配優(yōu)選。試驗結果表明，在強紫外光輻射地區(qū)，對高溫穩(wěn)定性要求比較高的路段，瀝青混凝土路面上面層推薦選用AC-13S5型、AC-16S4型級配；在強紫外線輻射地區(qū)，對低溫抗裂性要求較高的路段，瀝青混凝土路面上面層推薦選用AC-13S1型、AC-16S2型級配。

基于超聲波技術的瀝青混凝土路面無損檢測研究

該研究依托概念、分類、檢測原理等超聲波檢測基本理論，通過試驗儀器、試驗材料、試件制作驗證了試驗方案；通過重復性試驗、芯樣密度、儀器探頭布局方式、含水率和級配比超聲波檢測儀進行影響因素試驗，完成了超聲波檢測儀路面密度實際測量分析。試驗結果表明，超聲波脈沖速度與瀝青路面密度之間具有較好的相關性；在使用超聲波檢測儀檢測時，發(fā)射探頭不同的布局方式會對檢測結果的精度產生一定影響；超聲波檢測儀受水分的影響較大；瀝青混凝土路面的原材料和級配比會對超聲波波速產生一定影響。

瀝青混凝土路面機械化施工管理研究

該研究通過精心選擇拌和設備、攪拌機配置和瀝青混凝土攪拌站等施工機械設備，確定施工設備方案、機械化施工方案和瀝青混凝土路面壓實機械選擇及其施工方案，并研發(fā)出一種用于瀝青混凝土攤鋪的縱縫消除機構及其安裝結構，以及用于瀝青混凝土攤鋪的縱向離析消除機構及其安裝結構，并取得了實用新型專利。

新型生態(tài)瀝青混凝土路面設計與施工研究

該研究表明，SMA瀝青混凝土與環(huán)氧瀝青混凝土復合結構鋼橋面鋪裝施工技術結合環(huán)氧瀝青混凝土，具有與鋼橋面板的結構受力特點相適應的技術性能（即鋼板的變形追從性好，與鋼板的黏結牢固，高溫穩(wěn)定、低溫抗裂，耐疲勞、耐久性好，致密不透水，能夠抵抗汽油、柴油及其他有害化學物質腐蝕），且SMA瀝青混凝土具有抗變形能力，耐老化性能、耐久性和抗滑性能好。

PAC排水瀝青路面施工技術采用SBS改性瀝青加HVA高黏改性劑，在拌和樓進行高黏改性，具有抗滑性能高、噪聲低、抑制水霧、防止水漂、減輕眩光和節(jié)約材料等突出優(yōu)點。

聚乙烯醇纖維（PVA）增強水泥穩(wěn)定碎石基層施工技術水泥穩(wěn)定碎石成型后遇雨不泥濘、表面堅實，是高級路面的理想基層材料，添加適量的聚乙烯醇纖維（PVA）可以減小基層材料的收縮性能和剛性，從而提高基層水穩(wěn)的抗裂性能。

鋼橋面雙層高黏SMA瀝青瑪蹄脂碎石施工技術采用基質瀝青添加直投式RST高黏瀝青改性劑，提高SBS改性SMA瀝青瑪蹄脂碎石的路用性能，其高溫穩(wěn)定性優(yōu)于澆筑式瀝青混凝土、低溫抗裂性能優(yōu)于環(huán)氧瀝青混凝土、施工成本均低于澆筑式瀝青混凝土和環(huán)氧瀝青混凝土；施工采用特殊的礦料級配，結合靜態(tài)碾壓工藝，解決了鋼橋面變形性能導致的壓實度不易控制的因素，提高了施工質量。

集料加熱烘干

車轍試驗

不同級配瀝青混合料紫外光老化前后低溫劈摹躬雖度的變化

混凝土超聲波檢測儀實際測量路面密度與超聲波速度相關性圖

超長隧道SBS改性熱拌熱鋪瀝青混凝土施工技術采用高壓水槍水車清洗工作面，解決了工作面清理不徹底和灰塵對環(huán)境的污染問題；采用了屬于柔性結構材料瀝青砂填充水泥混凝土接縫，處理效果良好；增設通風設備，形成順暢氣流，有助于隧道內有害氣體快速排出。

蝕變安山巖瀝青混凝土中下面層施工技術的特點，是改進不常用材料（蝕變安山巖）組成的瀝青混凝土施工工藝，通過一系列試驗精確控制施工質量，大量而準確的試驗數(shù)據(jù)支撐了施工的科學性和合理性。對比普通石灰?guī)r集料，蝕變安山巖在成本、供給量及路面性能強度方面優(yōu)勢明顯，可同時滿足施工工期和質量的要求。

六項結論推動創(chuàng)新

安徽路橋以SBS改性瀝青的針入度、軟化點、5攝氏度延度及彈性恢復等性能為指標，最終確定SBS改性瀝青制備過程中各工藝參數(shù)為剪切時間40分鐘、溫度170攝氏度、速率每分鐘5000轉；以橡膠粉改性瀝青的針入度、軟化點、5攝氏度延度及彈性恢復等性能為指標，最終確定橡膠粉改性瀝青制備過程中各工藝參數(shù)為剪切時間60分鐘、溫度180攝氏度、速率每分鐘7000轉。

鋪裝與橋梁結構材料在性能上的差異，導致橋面鋪裝在外力作用下其應力與變形的不連續(xù)，往往受剪切和拉伸破壞；把鋪裝層當作普通路面結構來設計與施工，并沒有根據(jù)其受力特點開展專門的設計與處理，由于設計不合理誘發(fā)各種早期損壞。

針對常用的透水瀝青路面結構形式，安徽路橋依托工程路面結構材料參數(shù)為基礎，系統(tǒng)地研究了不同透水瀝青路面結構組合方案受力特性，建立了路面結構性能綜合評價標準，確定了路面結構優(yōu)化組合方案。

AC-13與AC-16瀝青混合料紫外光老化前后各級配的動穩(wěn)定度與低溫劈裂強度降幅表明，動穩(wěn)定度下降幅度均大于低溫劈裂強度，即動穩(wěn)定度受紫外光老化的影響程度大于低溫劈裂強度，瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性對紫外光更加敏感。

通過試驗研究影響混凝土超聲波檢測儀的因素表明，混凝土超聲波檢測儀測試的復現(xiàn)性較好，但需做好探頭傳感器的布置標記，并準確測量兩個探頭傳感器之間的路徑長度；超聲波脈沖速度與瀝青路面密度之間具有較好的相關性，隨著瀝青路面密度值的增大，超聲波速度也有增大的趨勢；發(fā)射探頭傳感器的布局方式會對檢測結果的精度產生一定的影響，推薦優(yōu)先選擇直接布局方式；含水量對中低密度路面混凝土超聲波檢測儀檢測結果影響要大于對高密度路面檢測結果的影響，含水量較大時影響較大；超聲波速度會隨著探頭發(fā)射頻率的增大而緩慢增大。

在瀝青混凝土路面機械設備配置時，將瀝青混合料的溫度作為關鍵點，對確定施工的時間和任務量，控制好瀝青混合料的最佳溫度，科學合理安排運輸車輛、瀝青混合料攤鋪機及壓路機等設備，從而形成完善的施工機械設備組合體系。

高新技術企業(yè)證書

安徽路橋助力行業(yè)前行

1985年11月，經安徽省交通運輸廳批準安徽路橋正式成立，為安徽省目前規(guī)模最大、實力最強的專業(yè)從事公路橋梁和市政工程施工的國有企業(yè)，系國家級高新技術企業(yè)、省國資委深化改革創(chuàng)新發(fā)展試點企業(yè)。

資質種類齊全，安徽路橋是省內首家同時擁有公路工程施工總承包特級資質和公路行業(yè)工程設計甲級資質的企業(yè)，擁有市政公用工程總承包一級、港口與航道工程總承包二級等多項資質，通過了質量、環(huán)境、職業(yè)健康安全管理體系認證，是安徽省內第一批獲交通運輸部認定的“安全生產標準化一級達標企業(yè)”單位，擁有省級企業(yè)技術中心和大型中心試驗室等科技研發(fā)機構。

安徽路橋先后榮獲了國際橋梁大會(IBC)最高獎——喬治·理查德森獎、中國建設工程魯班獎、國家優(yōu)質工程獎、中國土木工程詹天佑獎、公路交通優(yōu)質工程李春獎、全國市政金杯示范工程獎，授權國家級科技進步和成果獎等100余項，連續(xù)多年榮獲安徽省質量管理獎和守合同重信用單位，并被授予“安徽省五一勞動獎狀”。