高速瀝青混合料施工質(zhì)量變異性控制研究

劉成

摘要 瀝青路面是當(dāng)前高速的主要路面類型，但在具體的設(shè)計(jì)與使用中，路面質(zhì)量和使用效果會受到多種因素影響，因此長期耐久性難以保證。對瀝青混合料施工質(zhì)量變異性進(jìn)行研究，結(jié)合混合料的原材料、級配、生產(chǎn)、使用等方面進(jìn)行分析，根據(jù)影響因素提出具體的優(yōu)化控制措施，從細(xì)節(jié)上保障瀝青路面施工質(zhì)量，提高高速公路工程效益。

關(guān)鍵詞 高速瀝青混合料；施工質(zhì)量；變異性

中圖分類號 U416.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2024）08-0131-03

0 引言

瀝青混合料是高速路面的關(guān)鍵用料，根據(jù)業(yè)界研究表明：瀝青混合料的變異性與瀝青、集料、顆粒級配、溫度、壓實(shí)度、平整度、離析情況等關(guān)聯(lián)，并且與路面水損壞、車轍、開裂等相關(guān)病害有直接因果關(guān)系[1]。從工程經(jīng)驗(yàn)分析，瀝青混合料的變異性與工程的實(shí)際要求和環(huán)境等因素相關(guān)，變異性的分析應(yīng)結(jié)合工程特征進(jìn)行，但應(yīng)當(dāng)有一種相對科學(xué)有效的方法論體系，即結(jié)合工程實(shí)際，該文從材料、工藝方面著手分析變異性相關(guān)問題，并給出具體的優(yōu)化控制建議?；诖耍撐膰L試提出一種具有普遍性參考價(jià)值的分析與應(yīng)對方法，旨在進(jìn)一步提高高速公路瀝青路面的施工質(zhì)量。

1 工程概況

某高速公路是省高速公路網(wǎng)的重要路段，對地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展意義重大。高速公路路面結(jié)構(gòu)形式為底基層水泥穩(wěn)定碎石，厚度20 cm；基層水泥穩(wěn)定碎石，厚度35 cm；下面層粗粒式連續(xù)密級配瀝青穩(wěn)定碎石（ATB-25），厚度8 cm；中面層中粒式SBS改性瀝青混凝土（AC-16），厚度6 cm；上面層細(xì)粒式SBS改性瀝青混凝土（AC-13），厚度4 cm；路面總厚度為73 cm。根據(jù)現(xiàn)場情況，施工共分為3個(gè)標(biāo)段進(jìn)行，且考慮保障材料的質(zhì)量，要求檢測單位對原材料逐一進(jìn)行檢測，確保質(zhì)量達(dá)標(biāo)后分類入場堆放[2]。此外，因路段通行車輛較多，為提升道路的可靠性，考慮使用軟化點(diǎn)、延度等較高的改性瀝青（SBS），確保路面的抗疲勞度和耐久性等，降低后期維護(hù)難度。

2 高速瀝青混合料材料變異性分析與控制

2.1 集料變異性分析與控制

2.1.1 集料變異性分析

在高速公路瀝青面層中，各種規(guī)格的集料在黏結(jié)后組成面層骨架，粗集料成為骨架的主要受力材料，而細(xì)集料則是空隙填充的主要材料，如何實(shí)現(xiàn)級配決定了路面層受力效果[3]。在該項(xiàng)目中，為確保集料級配的合理性，對現(xiàn)場使用的各種不同規(guī)格的集料進(jìn)行采樣抽檢和統(tǒng)計(jì)分析，將集料的規(guī)格從0～15 mm進(jìn)行細(xì)分，統(tǒng)計(jì)過篩率與變異系數(shù)如表1所示。

由表1可知，不同規(guī)格的集料在變異系數(shù)上呈現(xiàn)規(guī)律為在同一規(guī)格下，篩孔尺寸較小時(shí)，通過率降低，由此出現(xiàn)的集料變異系數(shù)變大。此外，礦料是公路瀝青面層中的關(guān)鍵原料，依據(jù)國家相關(guān)規(guī)定篩孔在4.75 mm以上時(shí)礦料級配誤差應(yīng)不超過4%，篩孔在0.075～2.36 mm時(shí)礦料級配誤差不超過3%。

含泥量是瀝青混合料的影響同樣明顯，以細(xì)集料為例，該項(xiàng)目中細(xì)集料為石灰?guī)r加工的機(jī)制砂，通過試驗(yàn)獲得砂當(dāng)量相關(guān)參數(shù)如表2所示。

集料中砂當(dāng)量與規(guī)范要求趨同時(shí)，集料含泥量變異性相對較低，瀝青混合料的質(zhì)量越佳，相反則混合料的穩(wěn)定性不足。

針片狀材料對于粗集料的影響較大，在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求中，針片狀材料的含量不得超過15%，要想提高高速路瀝青路面層質(zhì)量，應(yīng)盡量控制針片狀材料的使用[4]，該項(xiàng)目在標(biāo)段內(nèi)抽取30組樣品進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，粗集料針片狀材料含量與變異系數(shù)分析結(jié)果如表3所示。

由表3可知，三種規(guī)格的樣本數(shù)量一共90份，針片狀材料含量為2.6～14.8，但變異系數(shù)波動范圍相對較大，結(jié)合現(xiàn)場情況分析，針片狀材料含量的影響因素是母材紋理發(fā)育情況和加工工藝：一是加工前原材料形狀決定，若原材料中針片狀含量較多，則加工后的粗集料同樣針片狀含量過高；二是粗集料經(jīng)多次破碎加工而成，因此針片狀材料不受控制。

2.1.2 集料變異性控制措施

根據(jù)多次試驗(yàn)和現(xiàn)場勘察，結(jié)合集料生產(chǎn)特點(diǎn)，提出集料變異性控制措施如下：①集料生產(chǎn)的設(shè)備和工藝應(yīng)保持一致，集料加工所用的篩網(wǎng)應(yīng)與瀝青拌和樓的篩網(wǎng)一致，做好檢查的工作，發(fā)現(xiàn)篩網(wǎng)破損及時(shí)更換。②定期對破碎機(jī)進(jìn)行檢查，查看出料的情況，確保破碎機(jī)工作正常后，對集料加工的原材料進(jìn)行初步篩選，降低針片狀原材料的占比。③必要時(shí)增設(shè)碎石整形機(jī)改變集料顆粒形狀減少針片狀集料，提高粗集料質(zhì)量和均勻性。④增設(shè)除塵設(shè)備控制集料粉塵含量[5]。

2.2 瀝青材料變異性分析與控制

2.2.1 瀝青材料變異性分析

項(xiàng)目所使用的粗粒式連續(xù)密集配瀝青碎石（ATB-25）、中粒式SBS改性瀝青混凝土（AC-16）、細(xì)粒式SBS改性瀝青混凝土（AC-13），分批入場均依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）取樣并試驗(yàn)，對樣品及結(jié)果進(jìn)行保留。參考業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，將針入度、延度、軟化點(diǎn)作為主要技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行變異性分析，在標(biāo)段施工周期內(nèi)，分析相關(guān)數(shù)據(jù)并獲取改性瀝青（SBS）三大指標(biāo)參數(shù)及變異系數(shù)如表4所示。

如表4所示，改性瀝青（SBS）三大指標(biāo)參數(shù)中，針入度25 ℃變異系數(shù)最小，延度5 ℃變異性最大。瀝青材料變異性的影響因素主要包括：①生產(chǎn)方式，如氧化法和蒸餾法在生產(chǎn)過程和效果上的差異導(dǎo)致瀝青材料性能差異。②瀝青的品質(zhì)與原料的質(zhì)量直接相關(guān)。③運(yùn)輸與存儲工藝的差異性導(dǎo)致瀝青性能變化，改性瀝青（SBS）可能因?yàn)閮Υ娣绞讲划?dāng)而出現(xiàn)離析現(xiàn)象。④瀝青在試驗(yàn)階段控制不夠精準(zhǔn)，導(dǎo)致前期數(shù)據(jù)偏差影響后續(xù)生產(chǎn)。

2.2.2 瀝青材料變異性控制措施

瀝青材料變異性的控制，主要從以下方面進(jìn)行：①選擇可靠的瀝青材料。②合理選擇生產(chǎn)方法。③加強(qiáng)瀝青生產(chǎn)監(jiān)管，不得更換基質(zhì)瀝青、改性劑品牌。④應(yīng)對瀝青運(yùn)輸采取定位跟蹤，以防途中更換。⑤儲存時(shí)應(yīng)在罐里加裝攪拌器確保均勻性。

3 高速瀝青混合料生產(chǎn)變異性分析與控制

3.1 瀝青混合料材料含量變異性分析與控制

3.1.1 瀝青混合料材料含量變異性分析

瀝青含量決定了混合料最終骨架的密度，對路面層的結(jié)構(gòu)性與強(qiáng)度有直接影響，通常情況下瀝青含量過低時(shí)則混合料的結(jié)構(gòu)性下降，黏結(jié)的效果不足，當(dāng)瀝青含量過高時(shí)，則路面層剛度不足，受力能力較差，因此瀝青的用量必須控制在合理階段。鑒于施工現(xiàn)場中不同批次的瀝青施工存在客觀差異，瀝青含量不能完全保障固定值，所以采取多次取樣控制其變異系數(shù)在合理區(qū)間內(nèi)即可，具體檢測結(jié)果如表5所示。

由表5可知，通過不同的途徑所測得的瀝青含量有所差異，整體上上面層、中面層和下面層瀝青含量呈遞減趨勢，變異系數(shù)區(qū)間為0.024～0.053。

為了進(jìn)一步研究瀝青含量變化對瀝青路面層性能的影響效果，以工程上面層細(xì)粒式瀝青混凝土（SBS改性AC-13）為例，進(jìn)一步對不同含量下瀝青面層的基礎(chǔ)參數(shù)進(jìn)行分析，具體情況如表6所示。

由表6可知，空隙率與瀝青含量成反比，瀝青含量越低空隙率越大，路面所受水損害的風(fēng)險(xiǎn)增加；當(dāng)瀝青含量偏高，則高溫下變形系數(shù)增加，在極端條件下路面形變風(fēng)險(xiǎn)增加，容易出現(xiàn)車轍和裂縫等風(fēng)險(xiǎn)。

3.1.2 瀝青混合料材料含量變異性控制措施

①使用相對穩(wěn)定的燃燒法進(jìn)行檢測，對每一車瀝青混合料均進(jìn)行取樣檢測。②對瀝青拌和樓的稱量系統(tǒng)定期標(biāo)定。③對混合料拌和系統(tǒng)定期進(jìn)行檢查，確保每次瀝青摻入量的精準(zhǔn)度和瀝青混合料的均勻性。

3.2 瀝青混合料溫度變異性分析與控制

3.2.1 瀝青混合料溫度變異性分析

溫度是瀝青混合料生產(chǎn)中的敏感性指標(biāo)，并且決定了瀝青老化的問題，當(dāng)溫度過低時(shí)，攤鋪與壓實(shí)會存在困難，路面的壓實(shí)度與平整度得不到保障，當(dāng)溫度過高時(shí)，瀝青混合料形變系數(shù)過高，成型質(zhì)量也難以保障。該項(xiàng)目中為了保障瀝青混合料生產(chǎn)與攤鋪的質(zhì)量，改性瀝青（SBS）溫度控制在165～170 ℃，出場溫度控制在170～180 ℃，超過195 ℃時(shí)廢棄，初壓溫度150 ℃以上，終壓溫度90 ℃以上。標(biāo)段內(nèi)上層瀝青混合料施工溫度與變異性分析結(jié)果如表7所示。

進(jìn)一步分析溫度變異性，如圖1所示。

由圖1可知，通過對溫度進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了瀝青混合料變異性的區(qū)間控制，但從出場溫度變異性分析可見，溫度超出標(biāo)準(zhǔn)值越多變異性越強(qiáng)，因此控制溫度是保障瀝青混合料質(zhì)量的有效途徑。

3.2.2 瀝青混合料溫度變異性控制措施

主要從四個(gè)方面控制瀝青混合料溫度的變異性：①做好全程溫度監(jiān)管與保溫工作，在運(yùn)輸車輛上加裝保溫措施。②根據(jù)氣溫和天氣合理選擇溫控措施，雨天不得施工，溫度相對較低時(shí)出廠溫度按高限控制。③前后場加強(qiáng)聯(lián)系、做好準(zhǔn)備工作，確保拌和、運(yùn)輸、攤鋪連續(xù)進(jìn)行，施工連續(xù)進(jìn)行。④控制出廠到碾壓結(jié)束的時(shí)間，不宜超過8 h。⑤攤鋪后緊跟碾壓。

4 結(jié)語

通過對高速瀝青混合料施工質(zhì)量的變異性進(jìn)行分析和研究，瀝青混合料施工中的備料、生產(chǎn)、運(yùn)輸、現(xiàn)場施工等環(huán)節(jié)均會對施工質(zhì)量產(chǎn)生直接影響，如集料粒徑過篩率會左右集料變異系數(shù)、攤鋪溫度會影響混合料的穩(wěn)定性和成型、集料級配變化會影響混合料空隙率等，因此需要采取相對全面的措施控制相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，確保高速瀝青混合料關(guān)鍵參數(shù)的科學(xué)性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)變異性抑制，保障高速路工程質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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