大粒徑瀝青混凝土路面下面層施工技術(shù)淺談

1、大粒徑瀝青混凝土路面下面層施工技術(shù)淺談周延山鄒太平杜云鶴中交二公局第六工程摘要：通過密級配大粒徑瀝青混凝土下面層試驗段的鋪筑,對大粒徑瀝青混和料承載機理、原材料性能、混和料組成設(shè)計的合理性和經(jīng)濟性、具體的施工技術(shù)、質(zhì)量限制相關(guān)參數(shù)和施工工藝及考前須知、目前需解決的問題等進行了分析.主題詞：大粒徑瀝青料路用性能1 .概述陜西省禹閻高速公路路面設(shè)計為雙向四車道,設(shè)計車速120km/h,單幅路面寬度12m,路面結(jié)構(gòu)層為：20cm厚二灰礦渣底基層+32cm厚二灰碎石基層+7cm厚AC-25型瀝青混凝土下面層+6cm厚AC-20型瀝青混凝土中面層+5cm厚AC-16C型瀝青混凝土抗滑表層.近年來,隨著交

2、通量的增加,重載和輪壓不斷增大,高等級公路渠化交通,瀝青路面過早地出現(xiàn)了承載力缺乏和車轍等早期破壞增多的現(xiàn)象,養(yǎng)護和維修費用較高,為了提升路面抗車轍水平和耐久性,在禹閻路C08標k41+604k42+494段共890m長右幅試鋪13cm厚密級配LSAM大粒徑瀝青混凝土ATB-40下面層,其中第一天鋪筑了300m長.根據(jù)試鋪路段研究大粒徑瀝青混凝土路用性能和配合比設(shè)計方法,為大粒徑瀝青混凝土推廣使用提供科學依據(jù).2 .大粒徑瀝青混合料根本概況大粒徑瀝青混合料簡稱LSAM一般是指含有礦料的最大粒徑在25-53mm之間最大可達63mm的熱拌熱鋪瀝青混和料,級配良好的LSAM可以反抗較大的塑性和剪切變

3、形,承受重載交通的作用,具有良好的抗車轍水平,提升了瀝青路面的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂水平,特別是對重載路段需要持荷時問較長,與傳統(tǒng)的瀝青混凝土相比,LSAM抗永久變形水平顯示得十清楚顯.大粒徑瀝青混和料承載機理,瀝青混凝士強度是由內(nèi)摩擦力和粘聚力形成,骨架密實型LSAM的內(nèi)摩阻角Q明顯大于普通瀝青混凝土,主骨架形成嵌擠作用,增加了內(nèi)摩阻力,由于Q溫度敏感性較小,內(nèi)摩擦力變化很小,強度衰減較慢,LSAM粗集料能形成良好的石一石接觸,發(fā)揮骨架作用,在車輪輪載碾壓或沖擊下不會產(chǎn)生忽然大的變形,集料間產(chǎn)生的相對移動可能性小或產(chǎn)生過程緩慢,所以高溫累積變形小,LSAM提升承載水平的另一個因素是在相同路面厚

4、度或輪載作用范圍內(nèi),由于LSAM粗集料粒徑較大,使得容易產(chǎn)生錯動、滑動的小集料接觸面數(shù)量減少,而且粗集料傳力方向明確且容易傳力至基層,從而減少了斜載面上的剪切應(yīng)力,提升了抗剪強度.大粒徑瀝青混和料LSAM起源于二十世紀初的美國,但由于種種原因,并沒有得到廣泛應(yīng)用,只是近幾年來在國際上才得以重視,國外研究主要集中在美國、英國、加拿大,日本等國,我國在京津塘高速公路河北省也有應(yīng)用和試驗,他們主要是利用開級配瀝青穩(wěn)定碎石ATPB及密級配瀝青穩(wěn)定碎石ATB作為柔性基層,作為路面面層結(jié)構(gòu)研究較少,而我方此次試驗是將ATB瀝青混合料用作路面面層,替代中、下面層作為路面結(jié)構(gòu)層進行研究.3 .對原材料性能的要

5、求3.1 瀝青方面,由于大粒徑瀝青混凝土有較好的骨架結(jié)構(gòu),從級配本身就較普通瀝青混合料有較好的力學性能,能較好滿足混凝土的路用指標,通過多方面試驗在采用普通基質(zhì)瀝青時,也都能滿足混合料的各項技術(shù)指標,特別是動穩(wěn)定度,在采用基質(zhì)瀝青時,較傳統(tǒng)的密級配普通瀝青混凝土可提升2倍以上.同時大粒徑瀝青混凝土的熱敏性方面指標也非常好,因此在作大粒徑瀝青混凝土時,瀝青選擇方面比普通瀝青混凝土要求可適當放寬,在采用大粒徑作中下面層時,完全可采用基質(zhì)瀝青或符合標準的國產(chǎn)瀝青,就能滿足重載交通對瀝青混凝土性能的要求,可以不采用改性瀝青,這樣就可節(jié)約大量投資.本試驗段采用的是韓國SK-A90基質(zhì)瀝青.3.2 碎石的

6、質(zhì)量限制及要求大粒徑瀝青混合料,由于采用的骨架碎石的粒徑較大,相對普通瀝青混合料用的較小粒徑碎石,在施工中易壓碎,混合料中的碎石,壓碎后大大降低了瀝青混凝土的質(zhì)量,所以在碎石試驗方面,應(yīng)提升試驗指標,減小壓碎值,作大粒徑的碎石的壓碎值,最好比普通混合料用碎石的壓碎值低3-8.另外還應(yīng)嚴格限制針片狀石料,針片狀含量也應(yīng)降低3-5個點,減少或預防施工時石料被壓碎.同時改善大粒徑瀝青混合料的工作性,減少施工離析.經(jīng)過試驗段鋪筑,我們認為大粒徑混合料用碎石,宜采用壓碎值小的石料,同時最好采用還擊破加工和錘破加工的碎石,以保證碎石質(zhì)量,預防施工時壓碎,減少骨料離析.4 .LSAM瀝青混和料組成設(shè)計4.1

7、 組成設(shè)計限制要點LSAM瀝青混合料具有良好路用性能的重要條件是大粒徑骨料形成骨架密實結(jié)構(gòu),主骨架相互充分嵌擠,保證良好的內(nèi)摩阻力.用4.75mm以上細集料來填充主骨架,細集料、礦粉形成膠漿使得混合料整體具備較大的凝聚力和密實性.骨架穩(wěn)定性根本條件是在壓實狀態(tài)須小于或等于沒有其他集料、結(jié)合料存在時粗集料集合體在搗實狀態(tài)下的間隙VCADRC,即VCAmix<VCADRC.骨架接觸度(穩(wěn)定度),由SSC=100pcm/p計算骨架接觸度式中：SSCLSAM的骨架接觸度%pcmLSAM中粗集料密度pcm=(pmbpw)X(1-AC)XPCApmbLSAM的毛體積密度pw水的密度AC瀝青用量PCA

8、粗集料(74.75mm)占礦料百分數(shù)下,瀝青混合料中粗集料的骨架間隙VCA必骨架接觸度是指混合料中集料之間接觸.礦粉在瀝青混合料中起重要作用,的密實程度,用壓實成型的混合料粗集料毛其含量要適當,少了不能形成足夠的比外表試驗指標單位標準馬歇爾試驗ATB大型馬歇爾試驗公稱取大粒徑mm26.5W1.5馬歇爾試件尺寸mmj101.6mmX63.5mmj152.4mm>95.3mm擊實次數(shù)雙面次75112空隙率VV%36穩(wěn)定度小小于KN7.515流值mm1.54實測瀝青飽和度VFA%557040-70對穩(wěn)宗寤AC-25ATB40熱料倉尺寸mmSK基質(zhì)浙青立測次2mm110

9、-5272礦粉LSAM與普通瀝青混合料技術(shù)指標比照表1比例362411272通過馬歇爾試驗確定最正確油石比為3.8%.表2吸附瀝青,過多又會使膠漿成團,致使路面膠泥離體積相對密實與純粗集料干搗的相對密實之比來表示形成主骨架密實性,骨架接觸度與析,造成瀝青路面破壞.故此礦粉選用2%的摻量,來保證瀝青混合料的整體穩(wěn)定性.動穩(wěn)定度DS之間具有很好的相關(guān)性,骨架4.2目標配合比確實定:接觸度越大,動穩(wěn)定度那么越高；骨架穩(wěn)定度選擇優(yōu)質(zhì)的原材料,檢驗各項技術(shù)指標之越大,動穩(wěn)定度也越大,骨架穩(wěn)定程度、骨能夠滿足生產(chǎn)施工要求架接觸度,直接影響骨架密度結(jié)構(gòu).SSC和根據(jù)級配范圍確定合理級配曲線DS通過分析,選擇

10、“S型級配曲線合理,值這兩個指標越大,瀝青混合料路面車轍值那么越小.流值這一參數(shù)的限制指標以及試驗方法還有待各國科研工作者研究.標在國內(nèi)外都以實測值作為檢測指標,有關(guān)但是,由于大粒徑瀝青混凝土作為路面它的整體穩(wěn)定性好,抗車轍水平強,能夠提高路面承載水平.最正確瀝青用量確定：計算骨料外表積,瀝青膜厚度以最小瀝青用量采用3.0%、3.4%、3.8%、4.2%、4.6%,五種油石比進行試配,選出最正確油石比OAC=3.8%.通過配合比試驗及參照有關(guān)現(xiàn)有資料,確定LSAM技術(shù)指標見下表：LSAM與普通瀝青混合料技術(shù)指標比照表由于LSAM粒徑較大,細集料較少造成骨料及所測流值離散性都很大,所以這個指4.

11、3生產(chǎn)配合比確定：根據(jù)目標配合比合成級配,確定熱拌倉篩孔尺寸及礦料比例.通過馬歇爾試驗確定最正確油石比為3.8%.見表25.施工工藝在二灰碎石基層上灑透層、封層,然后鋪筑13cm大粒徑、密級配瀝青混合料,再鋪5cmAC-16c型瀝青混凝土抗滑表層.5.1 混合料拌和大粒徑瀝青混合料拌制過程和普通瀝青混凝土的拌制過程根本相同,但因礦料粒徑大,瀝青用量較小,不易拌和均勻,拌和時間短時會出現(xiàn)花白料,瀝青裹附集料不均勻,瀝青膜厚度難以到達全部裹覆粒料,因此大粒徑瀝青混合料拌和時間要適當延長一些,采用干拌5s,濕拌35so要使混合料拌和一致,無花白料,烏黑不發(fā)亮,無明油,無結(jié)團或成塊.結(jié)構(gòu)層時,一般設(shè)計

12、厚度較普通瀝青混凝土厚,通常都在10-15cm一層,攤鋪機攤鋪時所需混凝土量較大,要保證最正確攤鋪速度控制在0.8-1.5米范圍內(nèi)時,瀝青拌和樓的生產(chǎn)水平至少應(yīng)到達每小時生產(chǎn)250噸混合料以上,所以在選擇瀝青拌和樓時不能小于3000型,同時最好有成品料儲料倉.5.2 運輸考前須知在拌和樓的儲料倉儲有足夠料時,方可開始給運輸車輛集中裝料.在裝料時,一定要按前、后、中的順序裝料,以減少裝料過程中產(chǎn)生的骨料離析.增強駕駛?cè)藛T的標準操作,安排責任心強、有經(jīng)驗的同志負責裝料,同時還應(yīng)作好運輸途中的保溫工作等.5.3 攤鋪5.3.1 準備工作大粒徑瀝青混合料攤鋪過程中,較普通混合料施工最難限制的有三個方面

13、：一是離析問題；二是平整度問題；三是壓實度問題.其中最難解決好的是前兩個問題,所以一切準備工作,應(yīng)以改善提升前兩個方面路用指標為著眼點.結(jié)合目前市場已有攤鋪設(shè)備情況,我們作以下分析和要求：攤鋪機方面首先,要求盡量減少布料離析.在此一方面是設(shè)備本身存在的問題,如目前市面上的設(shè)備,新型ABG525,將螺旋布料器懸掛點減少了兩個,這樣以來就減少了兩條離析帶,新型弗格勒2000型,由于螺旋向兩邊拉料,螺旋埋深始終限制較好,這兩種機型布料離析就小,對攤鋪大粒徑混合料較適宜,而其他機型目前的布料離析就比擬嚴重.但無論哪種機型,由于所鋪混合料本身粒徑差較大且厚度較厚,攤鋪機的螺旋布料器就都必須調(diào)到最低位置,

14、以增大螺旋埋料深度,可將細料一起向外推出,從而減少布料離析.大粒徑混合料集料粒徑大,攤鋪機熨平板會帶動大粒徑碎石,拉成一條或長或短的小溝,在大碎石后面形成窄洞,或熨平板和夯實梁將過大的碎石砸碎并形成黑花石,粒徑越大,瀝青混合料越容易產(chǎn)生粗細粒離析現(xiàn)象,壓實度不均勻,透水易形成車轍.同時,由于所鋪混合料的粒徑較大,虛鋪系數(shù)較普通混凝土大,在攤鋪機熨平板調(diào)整時,較鋪普通混合料時的前仰角宜增大一度.限制攤鋪機料斗中剩余混合料的量,盡量少夯錘的夯實功應(yīng)比鋪普通混合料要大,調(diào)整夯錘時,應(yīng)調(diào)大振幅,減少熨平板振動頻率來提升夯實功,增大攤鋪后的混凝土初始壓實度,對提升平整度方面很有利.攤鋪收斗.料斗中剩余料

15、過少,頻繁收斗都會增大離析面,易產(chǎn)生透水,同時還影響平整度.在正常攤鋪過程中,應(yīng)增強對已攤鋪混合料和碾壓成型工作面的觀察、增強對攤鋪機兩側(cè)輔助操作手的治理.在實際鋪筑過程攤鋪過程中,攤鋪機的最正確速度為0.8-1.5米,如果攤鋪速度過低時,攤鋪機的牽引力降低,易產(chǎn)生打滑,影響平整度；速度過快時一方面拌和水平跟不上,同時也會加大布料離析,所以最好應(yīng)限制在上述的速度范圍內(nèi).同時每天開工前必須先作好儲料準備,最好配有200噸以上的儲料倉,以便攤鋪機能連續(xù)工作、減少停機,提升平整度.5.3.2攤鋪重點限制環(huán)節(jié).攤鋪機起步,大粒徑瀝青混凝土特別易產(chǎn)生骨料離析,因此在每天起步處理工作縫時,應(yīng)特別注意將攤鋪

16、機的螺旋盡量靠近施工縫,從而預防施工縫處瀝青混合料離析；其次是攤鋪機起步必須緩慢,螺旋布料器也應(yīng)用最低速度布料,以減小兩邊的離析.攤鋪機在攤鋪過程中,除了應(yīng)限制車輛卸料連續(xù),預防運料車撞攤鋪機外還應(yīng)嚴格中,發(fā)現(xiàn)第一天攤鋪的路段,靠近中央分隔帶一側(cè)的離析較為嚴重,而靠近土路肩一側(cè)的離析較少,這樣就造成了路面內(nèi)側(cè)超車道易產(chǎn)生透水,而外側(cè)密實的情況.假假設(shè)透水發(fā)生,透入超車道內(nèi)的水,就長期在此范圍內(nèi)吸附,很難通過外側(cè)密實的行車道排出路面,而造成路面水害.見離析狀況照片靠中央分隔帶內(nèi)側(cè)離析情況路面外側(cè)狀況圖局部離析一側(cè)流動,細集料瀝青混合料就加速布向行車道一側(cè),粗料易被布向高的一側(cè),從而加速了混合料離

17、析的產(chǎn)生.針對這一現(xiàn)象,我們加長了螺旋布料器前方的擋料板,同時調(diào)整了兩側(cè)的料位指示器,將超車道一側(cè)的螺旋埋料深度適當增加,同時將行車道一側(cè)的螺旋埋料深度適當減少,從而使內(nèi)外兩側(cè)所布混合料根本均勻,離析減少.但要徹底解決還有待改良攤鋪機的螺旋布料器.改善平整度,減少離析離析芯樣通過對這種情況的分析,我們認為主要是在路面橫坡的影響下,由于骨料粒徑較大、瀝青攤鋪層較厚,加快了瀝青混合料向低的在目前攤鋪機夯錘的夯實功有限、螺旋結(jié)構(gòu)已定型的情況下,應(yīng)采用雙機攤鋪的方式并鋪,在中間接縫處輔以人工將集中的大骨料分散開,中間重疊面比常規(guī)瀝青混凝土連鋪時寬30-50cm,這樣可以減小螺旋布料器寬度,降低螺旋布料

18、速度,減小離析,同時相對全幅攤鋪時,夯錘的夯實水平提升,所鋪瀝青路面的平整度也大大提升.調(diào)整后攤鋪正常時的照片膠輪穩(wěn)壓效果圖正常施工效果圖5.4大粒徑混合料碾壓壓實組合密度(g/m3)空隙率%間隙率飽和度穩(wěn)定度車轍結(jié)果A2.4796.7215.556.6914.992635B2.5116.0814.9559.3316.012781粒徑瀝青混合料的壓實也是非常重要的關(guān)鍵工序,壓實直接影響路面的綜合性能,壓實組合特別重要.我們在試驗段攤鋪時采用了以下兩種組合:當天工地試驗室檢測結(jié)果見下表:正常芯樣A.DD110雙鋼輪壓路機靜壓兩遍,DD130雙鋼輪壓路機振壓兩遍,CC501雙鋼輪壓路機壓兩遍,兩臺

19、XP261膠輪壓路機各壓兩遍；DD110雙鋼輪壓路機靜壓收面.B.XP261膠輪壓路機穩(wěn)壓2遍,DD130雙鋼輪壓路機振壓2遍,CC501雙鋼輪壓路機弱振2遍后靜壓收面一遍,兩臺XP261膠輪壓路機各壓2遍,DD110雙鋼輪壓路機收面.通過試驗段的觀測和對以上檢測結(jié)果的分析,說明B組合即膠輪在前穩(wěn)壓、雙鋼輪壓實、膠輪復壓的組合效果較好.用膠輪碾壓提升壓實度很小,但能增加密實性,在混合料高溫狀態(tài)下,強振壓實可提升各種技術(shù)參數(shù),同時所壓混合料外表骨料的張口現(xiàn)象較少,透水面也大為改善.但在碾壓時要注意觀察壓實度的變化,預防過分碾壓,過分碾壓會使粗集料棱角破碎,碾壓效果反而不好,因此大噸位雙鋼輪壓路機

20、在碾壓時,不能用強振,只能用弱振.由于大粒徑瀝青混凝土一次性攤鋪厚度較厚,攤鋪后散熱較慢,在相同的外界環(huán)境下,大粒徑混凝土從攤鋪前的160C,降到允許的碾壓時間就長,這樣就有了充分的碾壓時間,可適當延長大粒徑的施工期.下列圖是攤鋪層溫度、厚度以及下承層溫度有關(guān)的允許碾壓時間圖5.5大粒徑瀝青混凝土路面后序施工及注意事項離析面的處理：由于大粒徑混凝土,容易產(chǎn)生骨料離析問題,在施工中不僅要從設(shè)備治理和使用方面來減少離析、從級配及工T7下承屏根/?七Eg限畬料溫度TJ胃使屎厚度卜時90c的時間較長,相對普通瀝青混凝土來講長安大學對已鋪試驗路鉆芯取樣及送料試驗結(jié)果試驗次數(shù)試件編號油石比(%)試件重(g

21、)水中重(g)飽和面干重(g)體積(3-4)cm3體積(5-4)cm3吸水率視密度(3/6)g/cm3表干密度(5/7)g/cm3毛體積密度(3/7)g/cm3理論密度瀝青體積百分率(VA)空隙率(VV)礦料間隙率(VMA)飽和度(VFA)穩(wěn)度定值KN(MS)134567891011121314151911.3混合料13.84011.82421.440451590.401623.602.042.522.492.4712.65758.787.0215.8055.5511.7423.84022.124194041.61603.101622.601.202.512.492.4792.65758.80

22、6.7315.5356.6914.9933.84006.72431.740551575.001623.302.982.542.502.4682.65758.777.1215.8955.1717.83.804016.952420.204043.301596.751623.101.622.522.492.47492.668.796.9615.7455.8114.84k42+134-11.313.86079.263675.946086.662403.322410.720.312.532.522.5222.65758.965.1114.0763.68k41+81-10.823.86935.574200

23、.786939.672734.792738.890.152.542.532.5322.65758.994.7113.7165.61k41+870-733.86205.033712.716225.532492.322512.820.822.492.482.4692.65758.777.0815.8555.33k42+100-x43.86208.133745.286221.632462.852476.350.552.522.512.5072.65758.905.6714.5761.12k41+990-253.85362.203283.555414.812078.652131.262.472.582

24、.542.5162.65758.945.3314.2662.66k42+15463.85089.083086.265126.872002.822040.611.852.542.512.4942.65758.866.1615.0258.993.805979.883617.426002.532362.462385.111.022.532.522.512.668.905.6814.5861.2311.4混合料13.84014.824274054.21587.801627.202.422.532.492.4672.658278.767.1815.9554.9514.5923.84019.62411.7

25、4041.31607.901629.601.332.502.482.4672.658278.767.2115.9754.8617.9233.84032.72433.44061.51599.301628.101.772.522.492.4772.658278.806.8215.6256.3317.643.804022.372424.034052.331598.331628.301.842.522.492.472.668.777.0715.8555.3816.72k42+360-10.813.85798.623449.595811.022349.032361.430.532.472.462.456

26、2.658278.727.6316.3553.35k42+310-10.823.86530.663955.46535.462575.262580.060.192.542.532.5312.658278.994.7813.7765.29k42+309-2.133.85351.823258.45402.012093.422143.612.342.562.522.4972.658278.876.0814.9559.33k42+310-3.943.86301.313801.196311.012500.122509.820.392.522.512.5112.658278.925.5514.4761.63

27、k42+360-6.453.86018.783571.736025.472447.052453.740.272.462.462.4532.658278.717.7316.4453.00k42+440-1.963.84622.582782.654633.681839.931851.030.602.512.502.4972.658278.876.0614.9359.433.85770.633469.835786.442300.802316.620.722.512.502.492.668.856.3015.1558.67藝本身來限制離析、在碾壓前,用人工篩分細料、人工二次布料來消除離析,但也總是難以

28、預防局部離析透水面的產(chǎn)生,這也是大粒徑瀝青混凝土推廣較慢的一個重要原因之一.從目前施工實際來看,ATB-30以下型號大粒徑密級配瀝青混合料攤鋪可以從工藝、材料、設(shè)備等各方面保證不產(chǎn)生離析透水面,但ATB-40及以上型號的密級配瀝青混合料攤鋪時很難預防離析透水面的產(chǎn)生.因此,在大粒徑瀝青路面施工時必須注意以下幾方面：(1)基層防水處理,建議采用瀝青封層封水,以防透水后損害基層、底基層和路基.(2)大粒徑瀝青混合料作柔性基層用時,表面最好作稀漿封層防水處理后,鋪筑面層.假設(shè)用作路面結(jié)構(gòu)層時,在大粒徑外表灑改性乳化瀝青作粘層和防水,可比通常粘層每平方多灑0.3-0.5kg,或者進行兩遍噴灑處理,也可

29、在局部離析面上加量處理(二次處理),其他正常段落和通常粘層施工一樣處理.我們在攤鋪AC-16I上面層時,對該試驗段進行了兩遍SBR改性乳化瀝青噴灑處理,起到了防水和粘結(jié)作用,使所鋪路段至今沒有產(chǎn)生任何水害.6 .目前需解決的問題6.1 施工方面粗骨料方面：骨料壓碎值宜小,骨料加工方面,應(yīng)保證骨料形狀,建議采用還擊破或錘破石料,嚴格限制針片狀含量,才能更好的滿足大粒徑的路用性要求,同時又能滿足大噸位壓路機的壓實要求.攤鋪設(shè)備方面：a提升夯錘的夯實水平,改良增大夯錘和熨平板的振幅,增大擊實功,以提升攤鋪機的壓實度和路面的平整度；b布料離析限制,減少螺旋懸掛點,增加螺旋埋料深度；c布料螺旋的速度限制,應(yīng)增大螺旋葉片,增強液壓馬達的扭矩,同時降低螺旋器的布料速度,從而減少離析.壓實設(shè)備組合：建議采用16-20噸膠輪壓路機穩(wěn)壓；復壓時先采用13-16噸雙鋼輪壓路機,再用25-30噸膠輪壓路機；收面采用11-13噸雙鋼輪壓路機.6.2 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計方面在大粒徑瀝青混合料平整度能夠改善的條件下,目前均采用兩層結(jié)構(gòu)型式,國