大粒径沥青混凝关土路面下面层施工技术浅谈

1、公路路面再生利用与养护新技术研讨会论文集大粒径沥青混凝土路面下面层施工技术浅谈周延山 邹太平 杜云鹤（中交二公局第六工程有限公司）摘 要：通过密级配大粒径沥青混凝土下面层试验段的铺筑，对大粒径沥青混和料承载机理、原材料性能、混和料组成设计的合理性和经济性、具体的施工技术、质量控制相关参数和施工工艺及注意事项、目前需解决的问题等进行了分析。主题词：大粒径 沥青料 路用性能1.概述陕西省禹阎高速公路路面设计为双向四车道，设计车速120km/h，单幅路面宽度12m，路面结构层为：20cm厚二灰矿渣底基层+32cm厚二灰碎石基层+7cm厚ac-25型沥青混凝土下面层+6cm厚ac-20型沥青混凝土中面

2、层+5cm厚ac-16c型沥青混凝土抗滑表层。近年来，随着交通量的增加，重载和轮压不断增大，高等级公路渠化交通，沥青路面过早地出现了承载力不足和车辙等早期破坏增多的现象，养护和维修费用较高，为了提高路面抗车辙能力和耐久性，在禹阎路c08标k41+604k42+494段共890m长右幅试铺13cm厚密级配lsam大粒径沥青混凝土（atb-40）下面层，其中第一天铺筑了300m长。根据试铺路段研究大粒径沥青混凝土路用性能和配合比设计方法，为大粒径沥青混凝土推广使用提供科学依据。2.大粒径沥青混合料基本概况大粒径沥青混合料（简称lsam）一般是指含有矿料的最大粒径在25-53mm之间（最大可达63m

3、m）的热拌热铺沥青混和料，级配良好的lsam可以抵抗较大的塑性和剪切变形，承受重载交通的作用，具有良好的抗车辙能力，提高了沥青路面的高温稳定性和低温抗裂能力，特别是对重载路段需要持荷时间较长，与传统的沥青混凝土相比，lsam抗永久变形能力显示得十分明显。大粒径沥青混和料承载机理，沥青混凝土强度是由内摩擦力和粘聚力形成，骨架密实型lsam的内摩阻角（q）明显大于普通沥青混凝土，主骨架形成嵌挤作用，增加了内摩阻力，由于q温度敏感性较小，内摩擦力变化很小，强度衰减较慢，lsam粗集料能形成良好的石石接触，发挥骨架作用，在车轮轮载碾压或冲击下不会产生突然大的变形，集料间产生的相对移动可能性小或产生过程

4、缓慢，所以高温累积变形小，lsam提高承载能力的另一个因素是在相同路面厚度或轮载作用范围内，因为lsam粗集料粒径较大，使得容易产生错动、滑动的小集料接触面数量减少，而且粗集料传力方向明确且容易传力至基层，从而减少了斜载面上的剪切应力，提高了抗剪强度。大粒径沥青混和料lsam起源于二十世纪初的美国，但由于种种原因，并没有得到广泛应用，只是近几年来在国际上才得以重视，国外研究主要集中在美国、英国、加拿大，日本等国，我国在京津塘高速公路河北省也有应用和试验，他们主要是利用开级配沥青稳定碎石atpb及密级配沥青稳定碎石atb作为柔性基层，作为路面面层结构研究较少，而我方此次试验是将atb沥青混合料用

5、作路面面层，替代中、下面层作为路面结构层进行研究。3.对原材料性能的要求3.1沥青方面，由于大粒径沥青混凝土有较好的骨架结构，从级配本身就较普通沥青混合料有较好的力学性能，能较好满足混凝土的路用指标，通过多方面试验在采用普通基质沥青时，也都能满足混合料的各项技术指标，特别是动稳定度，在采用基质沥青时，较传统的密级配普通沥青混凝土可提高2倍以上。同时大粒径沥青混凝土的热敏性方面指标也非常好，因此在作大粒径沥青混凝土时，沥青选择方面比普通沥青混凝土要求可适当放宽，在采用大粒径作中下面层时，完全可采用基质沥青或符合规范的国产沥青，就能满足重载交通对沥青混凝土性能的要求，可以不采用改性沥青，这样就可节

6、约大量投资。本试验段采用的是韩国sk-a90基质沥青。3.2碎石的质量控制及要求大粒径沥青混合料，由于采用的骨架碎石的粒径较大，相对普通沥青混合料用的较小粒径碎石，在施工中易压碎，混合料中的碎石，压碎后大大降低了沥青混凝土的质量，所以在碎石试验方面，应提高试验指标，减小压碎值，作大粒径的碎石的压碎值，最好比普通混合料用碎石的压碎值低3-8。另外还应严格控制针片状石料，针片状含量也应降低3-5个点，减少或避免施工时石料被压碎。同时改善大粒径沥青混合料的工作性，减少施工离析。经过试验段铺筑，我们认为大粒径混合料用碎石，宜采用压碎值小的石料，同时最好采用反击破加工和锤破加工的碎石，以确保碎石质量，避

7、免施工时压碎，减少骨料离析。4.lsam沥青混和料组成设计4.1组成设计控制要点lsam沥青混合料具有良好路用性能的重要条件是大粒径骨料形成骨架密实结构，主骨架相互充分嵌挤，保证良好的内摩阻力。用4.75mm以上细集料来填充主骨架，细集料、矿粉形成胶浆使得混合料整体具备较大的凝聚力和密实性。骨架稳定性基本条件是在压实状态下，沥青混合料中粗集料的骨架间隙vca必须小于或等于没有其他集料、结合料存在时粗集料集合体在捣实状态下的间隙vcadrc，即 vcamixvcadrc。骨架接触度（稳定度），由ssc=100cm/计算骨架接触度式中： ssclsam的骨架接触度 %cmlsam中粗集料密度 cm

8、=（mbw）（1ac）pcamblsam的毛体积密度w水的密度ac沥青用量pca粗集料（74.75mm）占矿料百分数试验指标单位标准马歇尔试验atb大型马歇尔试验公称最大粒径mm26.531.5马歇尔试件尺寸mm101.6mm63.5mm152.4mm95.3mm击实次数（双面）次75112空隙率vv%36稳定度不小于kn7.515流值mm1.54实测沥青饱和度vfa%55704070动稳定度sk基质沥青实测次/mmac-25atb4011002723lsam与普通沥青混合料技术指标对比表1骨架接触度是指混合料中集料之间接触的密实程度，用压实成型的混合料粗集料毛热料仓尺寸（mm）22-5011

9、-225-110-5矿粉比例（%）362411272通过马歇尔试验确定最佳油石比为3.8%。表2体积相对密实与纯粗集料干捣的相对密实之比来表示形成主骨架密实性，骨架接触度与动稳定度ds之间具有很好的相关性，骨架接触度越大，动稳定度则越高；骨架稳定度越大，动稳定度也越大，骨架稳定程度、骨架接触度，直接影响骨架密度结构。ssc和ds值这两个指标越大，沥青混合料路面车辙值则越小。矿粉在沥青混合料中起重要作用，其含量要适当，少了不能形成足够的比表面吸附沥青，过多又会使胶浆成团，致使路面胶泥离析，造成沥青路面破坏。故此矿粉选用2%的掺量，来保证沥青混合料的整体稳定性。4.2目标配合比的确定：选择优质的原

10、材料，检验各项技术指标之能够满足生产施工要求。根据级配范围确定合理级配曲线. 通过分析，选择“s”型级配曲线合理，它的整体稳定性好，抗车辙能力强，能够提高路面承载能力。最佳沥青用量确定：计算骨料表面积，沥青膜厚度以最小沥青用量采用3.0%、3.4%、3.8%、4.2%、4.6%，五种油石比进行试配，选出最佳油石比oac=3.8%。通过配合比试验及参照有关现有资料，确定lsam技术指标见下表：lsam与普通沥青混合料技术指标对比表由于lsam粒径较大，细集料较少造成骨料及所测流值离散性都很大，所以这个指标在国内外都以实测值作为检测指标，有关流值这一参数的控制指标以及试验方法还有待各国科研工作者研

11、究。4.3生产配合比确定：根据目标配合比合成级配，确定热拌仓筛孔尺寸及矿料比例。通过马歇尔试验确定最佳油石比为3.8%。见表25.施工工艺在二灰碎石基层上洒透层、封层，然后铺筑13大粒径、密级配沥青混合料，再铺5ac-16c型沥青混凝土抗滑表层。5.1混合料拌和大粒径沥青混合料拌制过程和普通沥青混凝土的拌制过程基本相同，但因矿料粒径大，沥青用量较小，不易拌和均匀，拌和时间短时会出现花白料，沥青裹附集料不均匀，沥青膜厚度难以达到全部裹覆粒料，因此大粒径沥青混合料拌和时间要适当延长一些，采用干拌5s，湿拌35s。要使混合料拌和一致，无花白料，乌黑不发亮，无明油，无结团或成块。但是，由于大粒径沥青混

12、凝土作为路面结构层时，一般设计厚度较普通沥青混凝土厚，通常都在10-15cm一层，摊铺机摊铺时所需混凝土量较大，要保证最佳摊铺速度控制在0.8-1.5米范围内时，沥青拌和楼的生产能力至少应达到每小时生产250吨混合料以上，所以在选择沥青拌和楼时不能小于3000型，同时最好有成品料储料仓。5.2运输注意事项在拌和楼的储料仓储有足够料时，方可开始给运输车辆集中装料。在装料时，一定要按前、后、中的顺序装料，以减少装料过程中产生的骨料离析。加强驾驶人员的规范操作，安排责任心强、有经验的同志负责装料，同时还应作好运输途中的保温工作等。5.3摊铺5.3.1准备工作大粒径沥青混合料摊铺过程中，较普通混合料施

13、工最难控制的有三个方面：一是离析问题；二是平整度问题；三是压实度问题。其中最难解决好的是前两个问题，所以一切准备工作，应以改善提高前两个方面路用指标为着眼点。结合目前市场已有摊铺设备情况，我们作以下分析和要求：摊铺机方面首先，要求尽量减少布料离析。在此一方面是设备本身存在的问题，如目前市面上的设备，新型abg525，将螺旋布料器悬挂点减少了两个，这样以来就减少了两条离析带，新型弗格勒2000型，由于螺旋向两边拉料，螺旋埋深始终控制较好，这两种机型布料离析就小，对摊铺大粒径混合料较适宜，而其他机型目前的布料离析就比较严重。但无论哪种机型，由于所铺混合料本身粒径差较大且厚度较厚，摊铺机的螺旋布料器

14、就都必须调到最低位置，以增大螺旋埋料深度，可将细料一起向外推出，从而减少布料离析。大粒径混合料集料粒径大，摊铺机熨平板会带动大粒径碎石，拉成一条或长或短的小沟，在大碎石后面形成窄洞，或熨平板和夯实梁将过大的碎石砸碎并形成黑花石，粒径越大，沥青混合料越容易产生粗细粒离析现象，压实度不均匀，透水易形成车辙。同时，由于所铺混合料的粒径较大，虚铺系数较普通混凝土大，在摊铺机熨平板调整时，较铺普通混合料时的前仰角宜增大一度。夯锤的夯实功应比铺普通混合料要大，调整夯锤时，应调大振幅，减少熨平板振动频率来提高夯实功，增大摊铺后的混凝土初始压实度，对提高平整度方面很有利。摊铺摊铺过程中，摊铺机的最佳速度为0.

15、8-1.5米，如果摊铺速度过低时，摊铺机的牵引力降低，易产生打滑，影响平整度；速度过快时一方面拌和能力跟不上，同时也会加大布料离析，所以最好应控制在上述的速度范围内。同时每天开工前必须先作好储料准备，最好配有200吨以上的储料仓，以便摊铺机能连续工作、减少停机，提高平整度。5.3.2摊铺重点控制环节摊铺机起步，大粒径沥青混凝土特别易产生骨料离析，因此在每天起步处理工作缝时，应特别注意将摊铺机的螺旋尽量靠近施工缝，从而避免施工缝处沥青混合料离析；其次是摊铺机起步必须缓慢，螺旋布料器也应用最低速度布料，以减小两边的离析。摊铺机在摊铺过程中，除了应控制车辆卸料连续，防止运料车撞摊铺机外还应严格控制摊

16、铺机料斗中剩余混合料的量，尽量少收斗。料斗中剩余料过少，频繁收斗都会增大离析面，易产生透水，同时还影响平整度。在正常摊铺过程中，应加强对已摊铺混合料和碾压成型工作面的观察、加强对摊铺机两侧辅助操作手的管理。在实际铺筑过程中，发现第一天摊铺的路段，靠近中央分隔带一侧的离析较为严重，而靠近土路肩一侧的离析较少，这样就造成了路面内侧超车道易产生透水，而外侧密实的情况。假若透水发生，透入超车道内的水，就长期在此范围内吸附，很难通过外侧密实的行车道排出路面，而造成路面水害。（见离析状况照片）靠中央分隔带内侧离析情况 路面外侧状况图局部离析 离析芯样通过对这种情况的分析，我们认为主要是在路面横坡的影响下，

17、由于骨料粒径较大、沥青摊铺层较厚，加快了沥青混合料向低的一侧流动，细集料沥青混合料就加速布向行车道一侧，粗料易被布向高的一侧，从而加速了混合料离析的产生。针对这一现象，我们加长了螺旋布料器前方的挡料板，同时调整了两侧的料位指示器，将超车道一侧的螺旋埋料深度适当增加，同时将行车道一侧的螺旋埋料深度适当减少，从而使内外两侧所布混合料基本均匀，离析减少。但要彻底解决还有待改进摊铺机的螺旋布料器。改善平整度，减少离析在目前摊铺机夯锤的夯实功有限、螺旋结构已定型的情况下，应采用双机摊铺的方式并铺，在中间接缝处辅以人工将集中的大骨料分散开，中间重叠面比常规沥青混凝土连铺时宽30-50cm，这样可以减小螺旋

18、布料器宽度，降低螺旋布料速度，减小离析，同时相对全幅摊铺时，夯锤的夯实能力提高，所铺沥青路面的平整度也大大提高。（调整后摊铺正常时的照片） 理想状况效果图 正常芯样 胶轮稳压效果图正常施工效果图5.4大粒径混合料碾压压实组合密度（g/m3）空隙率（%）间隙率饱和度稳定度车辙结果a2.4796.7215.556.6914.992635b2.5116.0814.9559.3316.012781大粒径沥青混合料的压实也是非常重要的关键工序，压实直接影响路面的综合性能，压实组合特别重要。我们在试验段摊铺时采用了以下两种组合：当天工地试验室检测结果见下表：add110双钢轮压路机静压两遍，dd130双钢

19、轮压路机振压两遍，cc501双钢轮压路机压两遍，两台xp261胶轮压路机各压两遍；dd110双钢轮压路机静压收面。bxp261胶轮压路机稳压2遍，dd130双钢轮压路机振压2遍，cc501双钢轮压路机弱振2遍后静压收面一遍，两台xp261胶轮压路机各压2遍，dd110双钢轮压路机收面。通过试验段的观测和对以上检测结果的分析，表明b组合即胶轮在前稳压、双钢轮压实、胶轮复压的组合效果较好。用胶轮碾压提高压实度很小，但能增加密实性，在混合料高温状态下，强振压实可提高各种技术参数，同时所压混合料表面骨料的张口现象较少，透水面也大为改善。但在碾压时要注意观察压实度的变化，防止过分碾压，过分碾压会使粗集料

20、棱角破碎，碾压效果反而不好，因此大吨位双钢轮压路机在碾压时，不能用强振，只能用弱振。由于大粒径沥青混凝土一次性摊铺厚度较厚，摊铺后散热较慢，在相同的外界环境下，大粒径混凝土从摊铺前的160，降到90的时间较长，相对普通沥青混凝土来讲允许的碾压时间就长，这样就有了充分的碾压时间，可适当延长大粒径的施工期。下图是摊铺层温度、厚度以及下承层温度有关的允许碾压时间图5.5大粒径沥青混凝土路面后序施工及注意事项离析面的处理：由于大粒径混凝土，容易产生骨料离析问题，在施工中不仅要从设备管理和使用方面来减少离析、从级配及工长安大学对已铺试验路钻芯取样及送料试验结果试验次数试件编号油石比(%)试件重(g)水中

21、重(g)饱和面干 重(g) 体积(3-4)cm3体积(5-4)cm3吸水率视密度(3/6)g/cm3表干密度(5/7)g/cm3毛体积密度(3/7)g/cm3理论密度沥青体积百分率%（va）空隙率% （vv） 矿料间隙率%（vma）饱和度%（vfa）稳度定值kn （ms）134567891011121314151911.3混合料13.84011.82421.440451590.40 1623.60 2.04 2.52 2.49 2.471 2.6575 8.78 7.02 15.80 55.55 11.7423.84022.124194041.61603.10 1622.60 1.20 2.5

22、1 2.49 2.479 2.6575 8.80 6.73 15.53 56.69 14.9933.84006.72431.740551575.00 1623.30 2.98 2.54 2.50 2.468 2.6575 8.77 7.12 15.89 55.17 17.83.80 4016.95 2420.20 4043.30 1596.75 1623.10 1.62 2.52 2.49 2.4749 2.66 8.79 6.96 15.74 55.81 14.84 k42+134-11.313.86079.26 3675.94 6086.66 2403.32 2410.72 0.31 2.

23、53 2.52 2.522 2.6575 8.96 5.11 14.07 63.68 k41+81-10.823.86935.57 4200.78 6939.67 2734.79 2738.89 0.15 2.54 2.53 2.532 2.6575 8.99 4.71 13.71 65.61 k41+870-733.86205.03 3712.71 6225.53 2492.32 2512.82 0.82 2.49 2.48 2.469 2.6575 8.77 7.08 15.85 55.33 k42+100-x43.86208.133745.286221.632462.85 2476.35

24、 0.55 2.52 2.51 2.507 2.6575 8.90 5.67 14.57 61.12 k41+990-253.85362.20 3283.55 5414.81 2078.65 2131.26 2.47 2.58 2.54 2.516 2.6575 8.94 5.33 14.26 62.66 k42+15463.85089.08 3086.26 5126.87 2002.82 2040.61 1.85 2.54 2.51 2.494 2.6575 8.86 6.16 15.02 58.99 3.80 5979.88 3617.42 6002.53 2362.46 2385.11

25、1.02 2.53 2.52 2.51 2.66 8.90 5.68 14.58 61.23 11.4混合料13.84014.824274054.21587.80 1627.20 2.42 2.53 2.49 2.467 2.65827 8.76 7.18 15.95 54.95 14.5923.84019.62411.74041.31607.90 1629.60 1.33 2.50 2.48 2.467 2.65827 8.76 7.21 15.97 54.86 17.9233.84032.72433.44061.51599.30 1628.10 1.77 2.52 2.49 2.477 2

26、.65827 8.80 6.82 15.62 56.33 17.643.80 4022.37 2424.03 4052.33 1598.33 1628.30 1.84 2.52 2.49 2.47 2.66 8.77 7.07 15.85 55.38 16.72 k42+360-10.813.85798.623449.595811.022349.03 2361.43 0.53 2.47 2.46 2.456 2.65827 8.72 7.63 16.35 53.35 k42+310-10.823.86530.663955.46535.462575.26 2580.06 0.19 2.54 2.

27、53 2.531 2.65827 8.99 4.78 13.77 65.29 k42+309-2.133.85351.823258.45402.012093.42 2143.61 2.34 2.56 2.52 2.497 2.65827 8.87 6.08 14.95 59.33 k42+310-3.943.86301.313801.196311.012500.12 2509.82 0.39 2.52 2.51 2.511 2.65827 8.92 5.55 14.47 61.63 k42+360-6.453.86018.783571.736025.472447.05 2453.74 0.27

28、 2.46 2.46 2.453 2.65827 8.71 7.73 16.44 53.00 k42+440-1.963.84622.582782.654633.681839.93 1851.03 0.60 2.51 2.50 2.497 2.65827 8.87 6.06 14.93 59.43 3.85770.63 3469.83 5786.44 2300.80 2316.62 0.72 2.51 2.50 2.49 2.66 8.85 6.30 15.15 58.67 艺本身来控制离析、在碾压前，用人工筛分细料、人工二次布料来消除离析，但也总是难以避免局部离析透水面的产生，这也是大粒径沥

29、青混凝土推广较慢的一个重要原因之一。从目前施工实际来看，atb-30以下型号大粒径密级配沥青混合料摊铺可以从工艺、材料、设备等各方面保证不产生离析透水面，但atb-40及以上型号的密级配沥青混合料摊铺时很难避免离析透水面的产生。因此，在大粒径沥青路面施工时必须注意以下几方面：（1）基层防水处理，建议采用沥青封层封水，以防透水后损害基层、底基层和路基。（2）大粒径沥青混合料作柔性基层用时，表面最好作稀浆封层防水处理后，铺筑面层。若用作路面结构层时，在大粒径表面洒改性乳化沥青作粘层和防水，可比通常粘层每平方多洒0.3-0.5kg，或者进行两遍喷洒处理，也可在局部离析面上加量处理（二次处理），其他正

30、常段落和通常粘层施工一样处理。我们在摊铺ac-16i上面层时，对该试验段进行了两遍sbr改性乳化沥青喷洒处理，起到了防水和粘结作用，使所铺路段至今没有产生任何水害。6.目前需解决的问题6.1施工方面 粗骨料方面：骨料压碎值宜小，骨料加工方面，应确保骨料形状，建议采用反击破或锤破石料，严格控制针片状含量，才能更好的满足大粒径的路用性要求，同时又能满足大吨位压路机的压实要求。 摊铺设备方面：a提高夯锤的夯实能力，改进增大夯锤和熨平板的振幅，增大击实功，以提高摊铺机的压实度和路面的平整度；b布料离析控制，减少螺旋悬挂点，增加螺旋埋料深度；c布料螺旋的速度控制，应增大螺旋叶片，增强液压马达的扭矩，同时降低螺旋器的布料速度，从而减少离析。 压实设备组合：建议采用16-20吨胶轮压路机稳压；复压时先采用13-16吨双钢轮压路机，再用25-30吨胶轮压路机；收面采用11-13吨双钢轮压路机。6,2路面结构设计方面 在大