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曲菏高速公路路面抗滑表层施工技术与探讨 研究生：刘羽 导师：黄晓明教授 李运恒高级丁程师 学校：东南大学 摘要：曲菏高速公路沥青混凝土抗滑表层采用了m a c 改性沥青a k 一1 3 a 结构。通过 该工程建设实践和工后调查，论文对如何综合控制和提高沥青混凝土路面的使用性能进 行了研究。主要有三个方面的内容：针对传统a k 类级配空隙率大、水稳性差的弱点， 按照嵌挤密实的原则，通过控制调整粗、细集料的体积参数，达到较高的密实度、粘 聚力和内摩擦角，改善了a k 系列沥青混凝土的水稳定性，实践证明是成功的；研究探 讨了如何提高改性沥青混凝土路面综合施工质量问题。改性沥青作为一种发展前景广阔 的高技术产品，具有与普通重交通沥青不同的工作特性。为保证d a c 改性沥青混凝土达 到应有的优良性能，论文结合工程实际，从材料要求、主要工序、质量控制和施工管理 等方面系统地总结了表面层施工工艺。突出介绍了m a c 改性沥青混凝土在运输、储存、 拌和、碾压等过程中的工作特性和工艺要点，列出了m a c 沥青混凝土的工作温度控制标 准。在对沥青混凝土表面层质量要求近乎苛刻的今天，有些问题虽似微不足道却实为影 响面层质量水平的关键。文章结合施工一线的经验教训，指出了常见的工艺弊端，提出 了改进和提高细部工程质量的方法，供广大同行参考借鉴；对竣工通车后的沥青面层的 使用性能进行了跟踪观测和研究。针对该工程高温稳定性问题差的问题，通过分析高温、 超载超限车载等主客观因素对路面使用性能的影响，指出在特殊高温天气和重载车辆渠 化交通的联合作用下，压密形变得以迅速地发展，加之设计路面结构本身强度不足造成 的剪切形变，使得路面高温稳定性问题凸现出来。并就此提出了自己的建议。 关键词：沥青混凝土抗滑表层改性沥青旌工 t h ec o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y a n dp r o b eo fs k i dr e s i s t a n c ep a v e m e n t o nq u - h ee x p r e s s w a y l i u y u s u p e r v i s e db yp r o f e s s o rh u a n gx i a o m i n ga n d s e n i o re n g i n e e rl iy u n h e n g ( s c h o o lo f c o m m u n i c a t i o n t r a n s p o r t a t i o n ，s o u t h e a s tu n i v e r s i t y ，n a n j i n g ，c h i n a ) a b s t r a c t ：m a cm o d i f i e da s p h a l tb i n d e r sa n da k 一13 ag r a d a t i o nh a v eb e e n a p p l i e dt os k i dr e s i s t a n c ep a v e m e n to nq u - h ee x p r e s s w a y b u tt h ei n v e s t i g a t i o n a n dr e s e a r c hs h o wt h a tt h ep r e s e n ts t a n d a r dg r a d a t i o ni su n s m i s f i e dw i t ht h er e a l c o n d i t i o n t oi m p r o v et h eg r a d a t i o nb a n d ，am e t h o dw a sp u ti n t op r a c t i c ea n d h a sb e e nt e s t i f i e dt ob es u c c e s s f u l b yp r o p e r l yd e c r e a s i n gt h ec o n t e n to ff i n e a g g r e g a t ea n di n c r e a s i n gt h ec o n t e n to fh a r s ha g g r e g a t e ，t h e f i n a la s p h a l t m i x t u r eh a sal o w e rp e r c e n t a g eo f v o i da n dab e t t e rw a t e rs t a b i l i t y a n das e r i e s o fc o n s t r u c t i v e t e c h n i q u e s a r ei n t r o d u c e d ，w h i c hi n c l u d eh o wt os e l e c t m a t e r i a l s ，h o wt oa c h i e v ef i n eq u a l i t i e sa n dh o wt oh a v et h ep e o p l e sa n d m a c h i n e sd ob e t t e r ，a n ds of o r t h t h ec h a r a c t e r so fm a c m o d i f i e da s p h a l ti n w o r ka r et h ek e y t h ee a r l ys t a g ed i s t r e s so ft h er o a ds u r f a c ei ss t i l l ap u z z l e t o d a y u n d e rt h eh e a v yc h a n n e l i z e dt r a f f i c ，i th a sh a p p e n e dt h a tt h et r a c i n gr u t s i n c r e a s e dt o oq u i c k l yi nas u m m e ro fs p e c i a l l yh i g ht e m p e r a t u r eo nt h i s w a y s o m ec a u s e sa r ea n a l y s e da n ds o m eh e l p f u lr e f e r e n c e sa r ep r o v i d e d k e yw o r d s ：a s p h a l tc o n c r e t e ；s k i dr e s i s t a n c ep a v e m e n t ；m o d i f i e da s p h a l t ； c o n s t r u c t i o n i i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 研究生签名： 妄：i 叠虱 日期：2 1 i ：墨? 7 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 、 研究生签名：垒：l 墨亟导师签名：e l 期：坐兰：! ：箩 第一章绪论 第一章绪论 1 1 立题背景 l _ 1 1 我国公路建设发展现状 1 9 8 8 年沪嘉、京石、沈大高速公路的建成通车，实现了我国高速公路零的突破。截i r 到2 0 0 0 年，我国高速公路里程超过1 5 0 0 0 公里，预计到2 0 0 5 年，高速公路将达2 0 0 0 0 公里。作为我国公路 交通较发达省份之一，山东省提出了“五纵连四横，一环绕山东”的发展战略，形成了新一轮的高 速公路建设高潮。这对广大公路学者和建设者来说既是挑战又是机遇。 高等级公路的发展使得沥青混凝土路面一跃成为沥青路面的主要形式。路面面层为道路交通提 供直接支持，也是公路建设质量水平最直接的体现。经过十余年高等级公路的建设和研究，我国已 经形成了自己的成套管理、设计、施工的理论与方法。目前，高速公路路面结构7 5 以上采用、f 刚 性基层沥青路面。沥青混凝_ 十面层通常有2 3 层，从上往一f 称作表面层、中面层刊下面层。表面层 要求具有良好的抗滑能力、抗辙槽能力和不透水性，亦称抗滑表层，即国际上统称的磨耗层。 1 1 2 存在的问题 国民经济的高速发展使得交通量迅速增长，带来车辆大型化、超载、超限严重、车辆渠道化等 一系列问题，沥青混凝士路面面临严峻考验。由于各种原因，高速公路的早期损坏时有发生。表现 在：( 1 ) 高温车辙与变形；( 2 ) 水损害严重；( 3 ) 裂缝问题：( 4 ) 表面功能特别是抗滑性能不足等。减少乃 至克服这些不足需要我们在设计理论、材料使用、施工水平、管理水平、质量标准各个方面加以提 高。要杜绝设计简单化，有时由于调查深度不足、参数采用不对，路面结构组合和厚度达不到行车 的要求；从材料上讲，在保证集料质量的基础上可以有针对性地使用改性沥青：从施工和管理上讲， 随着我国经济实力的增强，我们的施丁企业虽然配备了与国外同步的施工机械，包括拌和站、摊铺 机、压路机等，不少工程往往还使用了进口沥青，但沥青路面质量水平同世界发达国家还有不小的 差距，证明我们的工艺和管理水平亟待提高。 沥青路面表面层直接承受车辆的行驶，高速公路的发展使抗滑能力成为路面最主要的表面服务 功能。由于地区、气候、容许轴载、道路的不同，世界各国的抗滑表层沥青混合料的组成有很大的 不同。我国目前常用的抗滑表层类型有从国外引进的s 】l t a ，我国公路工作者借鉴国外先进经验自行 开发的沥青多碎石混凝土s a c 以及a k 系列，密实级配的a c 也有使用，但其表面构造深度往往难以 满足要求。传统的a k 系列抗滑磨耗层，目的是提高路面的构造深度，便于路面的雨天排水和 抗滑效果，囚此混合料偏粗，体积指标上与i i 型沥青混凝土基本相当。由于空隙率偏大、粗 集料偏多，其路面透水和老化快的问题一直没有得到很好的解决。 因此必须进一步研究提高沥青混凝土路面使用性能的关键技术，使路面能够保持良好的使用状 况，延长使用寿命，创造更多的社会效益。 1 2 研究目的、意义和主要内容 笔者结合曲( 阜) 荷( 泽) 高速公路的建设实践，在此就以下问题进行了研究： 东南人学工程硕士学位论文 a k 系列抗滑表层具有表面构造深度大、抗滑能力强的特点，但传统级配往往空隙率过大、水 稳性、耐久性较差，为了平衡抗滑性能和耐久性两人性能，需要在上程实际中对配合比设计进行优 化调整。本课题借鉴已有经验对a k 一1 3 a 级配有针对性地进行改良，解决了规范推荐a k 级配水稳定 性差的问题。 改性沥青具有与普通基质沥青不同的工作特性，表现在运输、储存、加热、碾压等各个方面， 为使m a c 改性沥青混凝十达到应有的优良性能，需要从材料要求、施工流程、质量控制标准和质量 控制方法等诸多方面不断进行总结和提高，形成一套成熟、高效的施工工艺。本课题系统总结了曲 菏高速公路抗滑表层- - m a c 改性沥青a k 一1 3 a 的施工特点和主要质量控制环节、管理要点。 对工后沥青混凝土表面层的使用性能进行研究和评价。认为该表面层的抗水害能力和抗滑能 力达到了设计和使_ = j 要求。对出现的高温稳定性问题，也进行主客观原因的分析，包括设计上的不 足、常见诱因结合实际的分析验证，提出预防措施和改进建议，供设计、施工、管理人员思考。 1 3 国内外研究现状与分析 1 ，3 1 设计理论和实验的成果 为了更好地发挥沥青混合料的使用性能，近年米许多新型的沥青路面抗滑磨耗层材料应 运而生。至今国内外使用的抗滑表层归纳起来有两大类四种： 密实式沥青混凝土，包括； ( 1 ) 传统连续级配，如a c 、a k 类； ( 2 ) 粗集料断级配，如德国的沥青玛蹄脂碎石s m a 、我国的多碎石沥青混凝土s a c ： ( 3 ) 细集料断级配，如英国的热压式沥青混凝土h r a ； 多孔隙沥青混凝土，如美国的开级配磨耗层o g f c 。 德国道路工作者于六十年代中期开发的沥青玛蹄脂碎石混合料s m a ，具有高粗集料含量( 大丁 2 m m 颗粒占7 0 8 0 ) 、高沥青含量、高矿粉含量及低空隙率的特点。在提高路面抗滑和承载能力 方面功效显著，在高温抗车辙、低温抗裂、疲劳抗裂、抗水损害、抗老化等方面，均优于传统的沥 青混凝土路面。我国1 9 9 3 年在首都机场高速路时首次使用了s m a 路面，现在各地均有应用。 美国公路战略研究计划经过系统的研究，提出了建立在路用性能基础上的沥青性能规范，在混合 料设计方面也提出了一整套的s u p e r p a v e 沥青混合料设计、分析体系，对沥青路面性能的提高和改善 耐久性等方面做出了贡献。另外，相对于传统的密级配混台料提出了开级配的抗滑磨耗表层0 g f c ， 一种能白由排水的热拌沥青混凝土。其主要特点是：高孔隙率，形成多孔隙表层，可避免表面积水， 防水漂、射水和溅水，并提高抗滑能力。且可显著降低噪声。 热压式沥青混凝十用机械将较人尺寸的预拌碎石撒布在沥青混凝十表面并被部分压入表层，创造 一个粗宏观构造，提供长期抗滑能力。这种沥青混合料的粗集料较少、沥青用量较多，以使碎石容易 嵌入。这种措施普遍用于英国、比利时、瑞典和法国北部。 我i 虱公路和城市道路部门对抗滑表层进行了广泛研究和试验。早在2 0 世纪7 0 年代，我国一些研 究人员就开始探索铺筑抗滑面层，以期改善当时抗滑能力很差的渣油路面。 8 0 年代中，交通部公路科学研究所成立了一个抗滑面层研究小组，专门研究如何设计抗滑面层， 2 第一章绪论 同时相继研究成功摆式摩擦议和石料加速磨光仪。 “七五”国家攻关项目“高等级公路半刚性基层沥青路面结构设计和抗滑表层”的研究取得了丰 富成果：( 1 ) 研制成功集料冲击值仪和磨耗值仪：( 2 ) 推荐了用于抗滑表层的集料的技术要求：( 3 ) 推荐了 五种用_ r 抗滑表层的矿料级配，其中三种成为规范中a k 系列级配的基础。 东南大学与江苏省高速公路指挥部合作，通过无锡试验路的筛选，为沪宁高速路表面层提出了 a c 一1 6 b 型抗滑表层级配，规范中a k 一1 6 a 据此列入。 沙庆林院士多年来对沥青抗滑表层级配进行研艽，提出的介于传统的a ci 型级配和i 【型级配之 间的多碎石沥青混凝土矿料级配s a c ，具有碎石含量高、沥青用量少的特点在我国济青、环胶洲湾、 石安、长吉等高速公路上应用，取得了一定的经验。 据统计，我国高速公路沥青路面混合料类型选择一般是中、下面层采用空隙率小、不透水的连续 密级配a c i 型，上面层采用表面较粗糙的a i 【结构做抗滑表层。应用中发现两级配均有一定不足： a c i 型高温稳定性差、施工中易于离析等问题：a k 类级配存在空隙率偏大、抗水害能力不足的问 题。为此，各地纷纷就沥青混合料的级配展开研究，并借鉴国外已有的成功经验，如：s m a 及s u p e r p a v e 设计方法等，对传统级配进行改进。 江苏高速公路建设指挥部高英、江苏省交通科学研究院曹荣吉“1 、广东省交通科学研究所许松 坤。“均借鉴s m a 和s u p e r p a v e 的设计思路对a i ( 结构进行了优化，提高了对密实性指标的要求，调 整了级配曲线，使其趋向于嵌挤、密实，取得了较好的经验。 1 3 2 材料特别是沥青材料技术的发展 公路建设的发展对沥青材料的要求越来越高。8 0 年代中期，我国提出“重交石油沥青技术标准”， 开始研制、生产合格的重交沥青，并开始进口国外优质沥青。1 9 9 5 年，江苏镇江人港沥青库和山东 岚山加德士沥青库的启用，开始了进口散装沥青的时代。 随着经济的发展，车流量不断增加，车速加快，载荷加重，对公路路面提出了更高的要求。针 对普通沥青高温易软化、低温易脆裂的缺陷，西方发达国家从2 0 世纪4 0 年代开始发展了改性沥青 技术。通常意义上的改性沥青是指以聚合物为改性剂的沥青，主要有三类：热塑性橡胶类、橡胶类、 热塑性树脂类。改性剂对沥青的改性具有正负两面性。 世界上几家技术领先的石油公司还开发了通过特殊t 艺炼制的宽域沥青( 如m u l t i p h a l t e ) 或 称炼制改性沥青，其高低温性能比普通沥青有较明显的改善，可适应于更宽的温度范围。 1 3 3 施工工艺与装备、质量检测手段的提高 仅在1 0 多年前，我国沥青路面尚以表面处治、贯入式路面及沥青碎钿 路面为主要形式。 高速公路沥青混凝土路面的修建极大地促进了施t 机械和t 艺的进步。现在的沥青混凝土路面 厂拌机铺工艺已是最基本的要求，拌和站均为自动电子称量、集料二次筛分、红外温控，沥青混凝 土摊铺机自动平衡基准梁找平，大型的双钢轮振动压路机为进一步提高现场压实度标准提供了可能。 探地雷达测试车、全自动弯沉仪、平整度车能够对竣工路面进行拉网式不间断检测，对路面质 量总体情况给予更客观地评价。 1 3 4 路面早期破坏问题仍然较突出 除设计原因外，其它如：交通的超速发展、小台理的工期、对平整度指标的过分追求、施工环 1 东南人学工程硕士学位论文 节的控制等，使得许多竣t 高速公路或多或少都出现了甲i 期破坏的问题。这仍然是公路工作者目前 急需解决的课题。 1 4 工程介绍 日照至东明高速公路曲阜至菏泽段工程位于山东省两南部，是山东省公路网主骨架“五纵、四 横、一环”中南部大动脉的重要组成部分。东起曲阜市息陬镇与在建的日东高速公路竹曲段顺接， 向西延伸至菏泽市的牡丹区与己建的菏东高速公路相连，全长1 4 8 2 3 9 5 公里。按平原微丘区高速公 路标准设计，设计行车速度1 2 0 公里d , 时。 1 1 1 路基设计情况 路基采取整体式断面，双向四车道，全宽2 8 m 。其中：行车道37 5 2 2 m ，中央分隔带4 5 m ， 硬路肩3 5 2 m ，土路崩0 7 5 2 m 。 1 1 2 路面设计情况 路面设计累计当量轴次1 7 9 5 2 1 0 0 次每车道，标准轴载b z z 一1 0 0 。路面设计结构为：1 5 c m 沥 青混凝土面层+ 1 6 c m 石灰粉煤灰上基层+ 1 7 c m 石灰粉煤灰下基层+ 1 6 c m 石灰土底基层。总厚度6 4 c m ( 图卜1 ) 。 4 c m 抗滑表层( a k 一1 3 a ) 5 c m 中粒式( a c 一2 0 i ) 6 c m 粗粒式( a c 一2 5i ) 1 6 c m 二灰碎石 1 7 c m 二灰碎j ：白 1 6 c m 石灰土 图卜1曲菏高速公路路面结构层次图 其中沥青混凝土面层采用三层式结构：上面层为4 c m a k 一1 3 a ( m a c 改性) 抗滑表层，中面层为 5 c m 中粒式a c 一2 0i ，下面层为6 c m 粗粒式a c - 2 5 一i 。面层结构设计参数如下表： 沥青混凝土面层结构设计参数一览表表1 1 抗压模量劈裂强度 结构层次材料 2 0 1 5 1 5 上面层a k1 3 a ( h i a c 改性)1 2 0 01 8 0 0j0 中面层a c 2 0 一i1 2 0 01 8 0 010 r 面层 a c 一2 5 i 8 0 01 2 0 0 0 6 1 1 3 气候水文条件 济宁市位于淮河流域，属我国东部温暖带、f 湿润大陆性季风气候，春季干燥，夏季炎热，雨量 集中，秋季温和凉爽，冬季寒玲少雨雪，年均无霜期2 0 0 天左右。多年平均气温1 3 5 。c 1 4 之间， 历年极端最高气温4 3 1 ，历年极端最低气温- - 2 23 。c ；最热月份为7 月，月平均气温2 68 。c 。最 4 第一章绪论 冷月份在1 爿，月平均气温为一0 8 i i ? 一2 5 。c 。 地表径流直接受大气降水控制，雨量充沛，多年平均降雨量6 9 1 毫米，降水多集中在汛期的6 9 月间。 东南大学工程硕上学位论文 第二章施工技术与管理 2 1 原材料质量控制 2 1 1 沥青 沥青的性能对沥青混合料的使用品质具有决定性影响。 高速公路繁重的交通和不断加大的车辆轴载使得采用国标重交沥青的路面有时也难堪重负。在 进行结构设计优化的同时，越来越多的高速公路沥青表面层有针对性地使用了各种改性沥青。本工 程沥青混凝土上面层采用山东华瑞道路材料技术有限公司( 中美合资) 生产的h h7 0 m a c ( 麦克) 改 性沥青，其基质沥青为齐鲁石化重交通沥青a h 一7 0 ，利用美国专利配方生产，成品改性沥青直接供 应工地。 m a c 改性沥青是美国二十世纪八十年代末的一项填补道路材料业空白的革新技术，据称在美国 本土、加拿大等世界范围得到广泛应用，近年米在山东公路建设中应用较多。是一种化学改性沥青， 成胶凝状，在基质沥青内部形成格架结构，从而改善了沥青的弹性性能。m a c 改性沥青较比基质沥 青粘度明显增大，软化点大幅升高，感温性减小，抗老化能力增强。其检测技术指标见表2 1 。 基质沥青和m a c 改性沥青技术指标检测表表2i 齐鲁石化m a c 改性沥m a c 改性后 试验项目单位a h 一7 0 标准 a h 一7 0 青标准实测值 针入度( 2 5 。c ，l o o g ，5 s ) n l m m6 0 8 07 33 5 6 05 5 延度( 5 c m m i n ，1 5 。c ) c m七1 0 01 1 5 无 1 5 0 软化点( 环球法)4 4 5 45 0 6 58 5 o 闪点( 开口杯法) 七2 3 0 2 3 02 3 0 2 3 0 蜡含量( 蒸馏法) 牛32 0牛32 0 密度( 2 5 )伽3实测实测1 0 2 9 溶解度( 三氯乙烯) 术9 9 09 9 6 9术9 9 09 9 9 7 薄膜烘 质量变化 牛o8o 6 2牛1 00 5 箱试验针入度比 术5 56 9 7 07 6 1 6 3 5 h 2 5 延度 术5 06 5 无 7 6 2 1 2 集料 沥青表层抗滑能力取决于两人因素： ( 1 ) 由石料磨光值决定的微观构造，在低速( 3 0 5 0 k m h 以下) 时对抗滑能力起决定作用； ( 2 ) 由碎石颗粒之间的空隙构成的宏观构造，在车辆高速行驶时起主要作用。 因此，碎石的微观粗糙度和微观构造直接决定了抗滑表层的摩擦系数，同时沥青混凝土面层 良好的工作性能离不开粗集料的相互嵌挤作用，必须采用耐磨、抗压碎能力强、形状好的石料，并 保证洁净、干燥、无风化、无杂质。 第二章施工技术与管理 山东省已建高速公路沥青混凝十上面层大多使用的是玄武岩。因此已经形成了一定的开采规模， 集料规格已经定型，容易满足使用要求。通过经济性和技术指标的比选，采用济南章丘相公山产的 卜1 5 c 、0 5 - 1 0 c m 和0 3 - 0 8 c m 玄武岩。 粗集料技术指标检测表表2 2 压碎值洛杉矶磨耗损视密度吸水率对沥青的 指标 ( ) 失( )( t m 3 ) ( ) 粘附性 规范要求 丰2 8牛3 0术2 5 0牛2 0术4 级 实测值1 1 81 3 62 8 8 6o 74 坚固性细长扁平颗粒姐0 7 5 1 颗粒冲击值 指标磨光值( b p n ) ( )含量( )含量( )( ) 规范要求 牛1 2牛1 5牛1七4 2牛2 8 实测值 71 0 7o 24 7 52 0 7 细集料采用机制砂和天然河砂。机制砂为生产碎石时筛分出来的石屑。 细集料技术指标检测表表2 3 视密度坚崮性( 0 抽n砂当量 指标 ( t m 3 )部分) ( )( ) 规范要求 术2 5 0术1 2术6 0 实测值 2 6 6 3 2 1 3 填料 填料采用水泥厂球磨生产的优质石灰岩矿粉，由散装水泥车运至料场打入拌和站矿粉仓。为增 强沥青与石料的粘结力，在矿粉中填加了部分生石灰粉( 用量2 ) 。 填料技术指标检测表表24 视密度含水量 粒度范围( ) 亲水 指标外观 ( t m 3 ) ( ) 系数 锄血m n 1 5 m 8 0 目标1 5 5 要求 4 6 7 56 5 7 52 0 4 0 8 0 1 7 5 计算出最佳油石比为：5 o 。 注意，由于该级配试件与普通级配试件相比具有随沥青含量增大密度也单边增大的特性， 删d 取值时直接采用空隙率中值对应的沥青含量，不再考虑试件密度最人值和稳定度最大值 对应的沥青含量。 按照改性沥青路面规范”。的要求验证最佳油石比拌制的m a c 沥青混合料的高温稳定性能、低温 抗裂性能和水稳定性能。 g a c 沥青混合料技术指标检测表表2 9 车辙试验动稳定度 弯曲试验破坏应变 试验项目( 次m m ) ( u ) 残留稳定度( ) 冻融劈裂 ( 6 0 ，n7 御a )( 一l o 。5 ( j m m i n ) 强度比( ) 规范指标 术2 5 0 0七2 0 0 0术8 0术8 0 实测值2 6 0 02 4 4 3 58 9 49 8 i 小结 按嵌挤密实原则调整后的级配具有新的试验特性，如密度曲线和晟佳油石比的确定。制各马歇 尔试件时按i 型密级配双面7 5 次击实，对应马歇尔试验指标也有新的调整，可参见表2 8 中的“目 标要求”一栏。 2 2 2 生产配合比的确定 生产配合比设计的主要任务： ( 1 ) 根据目标配合比确定的矿料比例、冷料仓皮带转速与流量的关系确定调速电机转速，反复调 整冷料仓进料比例，以达到供料平衡： ( 2 ) 对二次筛分后进入各料仓的材料取样进行筛分，根据筛分结果对照目标配合比的矿料级配， 以确定各热料仓的材料比例，使合成级配符台标准级配的偏差要求； ( 3 ) 取目标配台比设计的最佳油石比及0 3 用量进行马歇尔试验，确定生产配合比最佳油石比。 ( 振动筛孔的选择 1 0 第二章施工技术与管理 目前我国公路建设中石料加工料源复杂、规格变异性大，而且料场一般均为露天，材料含水量 受天气影响较大，连续式拌和机往往不能及时调整材料用量。因此公路沥青路面施工规范明确 规定高速公路和一级路沥青混凝土宜采用闻歇式拌和机进行拌和。间歇式拌和机对加热烘干后的集 料进行二次筛分，分级称量，分锅投料，矿料级配较有保障，因此筛孔的选择至关重要。 拌和机振动方孔筛与规范之标准筛具有对应关系： 拌和机振动筛与标准筛对应关系表2 1 0 ” l 标准筛筛孔( ) 2 3 64 7 59 51 3 21 61 92 6 53 1 53 7 5 i 振动筛筛孔( m ) 2 561 11 51 92 23 03 54 1 筛孔的选择首先要控制好矿料级配，同时也要考虑到实际情况和拌和机的生产效率，不可能理 想化地设置太多的筛片。无论对日口种规格的沥青混凝土来说，混合料中4 7 5 m m 以上碎石的含量、 2 3 6 m m 以上粗集料的总量对保障混合料的力学强度很重要；0 3 m m 以下细砂颗粒和粉料的含量对沥 青混凝土的空气率和密水性有重要影响。 根据目标配比情况，主要是对最大筛孔、9 ，5 m m 、4 7 5 m m 、2 3 6 m m 等重点筛孔进行控制。本拌 和机方孔振动筛的规格选用：1 9 m m 、l g m m 、6 m m 、3 m r n 。 冷料仓的调试 根据拌和机的正常产量及目标配比，可确定各冷料斗供料产量。根据转速与产量关系线，可反 算出正常生产所需的冷料仓调速电机的实用转速百分比。对反算出来的转速用“走干料”的方法再 验证，无误后操作室据此控制冷料机进行冷料配制。 确定各热料仓材料比例 初配的冷料进入干燥滚筒烘干加热。达到规定温度后由热料提升机送入热骨料仓进行二次筛分。 待拌和机开机运行一段时间稳定后，将前面的料放掉，从各间隔斗仓分别取料筛分，并测定各 料仓的集料密度。 根据备料仓的筛分试验结果( 多次取样、反复筛分、取平均值) ，按照目标配合比设计中的方法 计算沥青混合料中各个料仓的比例，调整后确定矿料的合成级配。 各热料仓矿料筛分和合成级配数据表2 11 规格比例 料仓 0 0 7 50 1 5o 3 0 ，6 1 1 8 2 3 6 4 7 59 51 3 21 6 ( n l m ) 4 #1 2 1 91 9o 3o 5o 50 50 50 5o 83 66 2 1 0 0 3 #6 1 23 0020 30 30 5o 61 147 7 81 0 01 0 0 2 抖3 62 30 61183 74 ，9 1 3 7 0 61 0 01 0 01 0 0 l #0 32 3i9541 94 7i5 95 9 0 4 9 9 71 0 01 0 01 0 0 矿粉 58 0 79 4 19 9 39 9 81 0 01 0 01 0 01 0 0l o o1 0 0 级配上限 81 21 82 33 04 05 38 01 0 01 0 0 级配f 限4571 01 52 03 06 09 01 0 0 级配中值 6 8 5 1 25 1 6 5 2 2 5 3 04 1 57 09 51 0 0 合成级配 4 7 6 4 9 9 1 6 9 2 0 1 2 9 2 4 5 57 59 2 8l o o 根据确定的热料仓集料比例，以及目标配台比设计确定的最佳油石比( 5 o ) ，按照0 3 的级 1 l 东南人学工程硕士学位论文 差取三种不同的油石比( 4 7 ，5o ，5 3 ) 进行马歇尔试验，其结果均满足目标要求。 a k 一1 3 a 沥青砼抗滑表层生产配合比马歇尔试验结果表2 1 2 油石比 空隙率稳定度 密度 沥青体 矿料 饱和度流值 残留 ( g c m 3积百分间隙率稳定度 ( )( )( k n )( )( ) 比( )( )( ) 4 7 4 91 0 3 32 4 2 71 0 71 5 66 8 52 8 5 o4 5i 0 4 32 4 2 71 1 31 5 87 1 8 2 78 4 3 5 349 8 524 2 91 2 01 6 o7 5 23 2 目标 要求 4 6 7 5术1 56 5 7 52 0 4 0 8 0 冰 v 槲 捌 圈 么痧 矿 么q 移j 协 j( j f | 。彰 ， 一f 一， ，j 矿 一1 衫，t 【 菩蜀 毒：；p ”l o0 7 50 1 50 30 61 1 823 6 筛孔尺寸( m ) 图2 3生产配合比级配曲线图 生产配合比结果 最佳油石比：5 o ； 各热料仓比例：4 # 仓：3 # 仓：2 # 仓：l # 仓：矿粉= 1 9 ：3 0 ：2 3 ：2 3 ：5 。 2 2 3 试拌试铺阶段 具体做法在下节中一并叙述，在此不再赘述。 2 3 旖工工艺与质量控制 沥青混合料的材料及结构设计是沥青路面获得使用性能的基础，施工1 _ 艺是沥青路面最终形成 使用性能的有力保障。对改性沥青混凝十面层而言，只有对各项准备t 作及拌和、运输、摊铺、碾 压等每个旋工环节进行全面地严格管理，才能从根本上消除不利冈素，提高改性沥青混凝土面层的 质量。 2 3 1 料场的管理 】2 鲫 帅 如 印 即 m 0 第二章施工技术与管理 料场地面必须进行硬化，并整理形成具有一定的坡度，以保证排水畅通：各种规格的集料分开 堆放，各料区之间打隔墙；堆料时用装载机逐层堆放，以减少集料的离析；取料时从向阳的倾斜面 上部取料，料堆底部滚落的大颗粒集料弃用。 我国目前的普遍情况是工程现场的料场均为露天，非真正的料仓，因此需准备足够的塑料蓬布 对料堆进行覆盖，避免集料含水苗受天气变化的影响。特别是细集料受潮后结团硬化，不能连续均 匀下料乃至在下料口形成堵塞。材料较小的含水量，还容易加热到规定的温度，提高工作效率，节 约燃油费用。 2 3 2 沥青的储运 改性沥青的运输、储存温度要求均较高。 m a c 沥青从厂家运抵后直接注入沥青罐中。沥青的储存温度应保持在1 5 0 。c 左右，若温度过低， 会导致改性沥青的粘度过大，从而造成沥青罐的油管路堵塞。 一天的施工任务完成后，如未能用完罐中的沥青，或者给沥青罐加满沥青，或把剩余的少量沥 青抽到其它储存罐内，以减少沥青与空气接触的表面积，从而防止沥青老化。 为保证改性沥青的均匀性，应在贮存罐项部安装搅拌器，或剧贮存罐中自带的搅拌器，每3 小 时搅拌一次，搅拌时间每次2 0 分钟。 在将改性沥青泵送到搅拌机的过程中，由于沥青泵带有过滤器易被沥青中的某些物质堵塞过滤 器网眼，从而影响沥青的泵送能力，建议使用网眼较大的过滤器；同时注意加强沥青管线的保温措 施，防止管线中的沥青温度降低堵塞管线。 2 3 3 摊铺现场的准备 作业面的清理 至少应为上面层的摊铺准备1 5 k m 2 k m 的作业面。 清扫表面杂物，并对局部污染严重处用铁刷子清理，然后用鼓风机彻底吹净粉尘。不提倡用水 冲刷的方法，如此虽然清洗得干净，但水却容易进入f 层沥青混凝土的孔隙中，水是进去容易出来 难。而为了避免清刷干净的路面再受污染，摊铺往往在尽可能短的间隔后进行，残留水份难以彻底 蒸、挥发出来，无形中为路面的早期水破坏留下了隐患。 测量放线 摊铺机就位 2 3 4 拌和 对沥青混凝土生产的基本要求是：止确、稳定的配台比；对拌和温度与出厂温度的合理控制； 混合料的均匀、一致性：把机械故障率降到最低。 保证混合料的质量，首先必须保证配合比的稳定。三阶段配合比设计已经提出了合理的配比， 要生产出优良的混合料来必须依靠先进的沥青混凝土拌和设备。为此，现在高速公路建设业主在招 标文件中往往就对沥青混凝十拌和站的性能提出了较高的要求。本合同段使用韩国产s p e c 0 3 0 0 0 间 歇式拌和站，配备电子重量传感器与红外线温度传感器，计算机系统控制。拌台过程中可以逐盘打 印各个料仓的材料用量、材料温度、矿粉用量、沥青_ f j 量等。开机后，通过观察出厂拌合料的外观 ( 要求均匀致、无花白料、无结块成团、无严重离析现象) 、与摊铺现场联系协商，微调配比达到 】3 东南大学工程硕士学位论文 满意。 改性沥青较普通沥青的主要施工特性就是粘度很大，必须保证较高的施工温度( 见表2 ，1 3 ) 。 m a c 沥青洮凝土施工温度控制表2 1 3 沥青标号a h 一7 0 沥青加热温度1 6 0 1 8 0 矿料加热温度比沥青加热温度高1 0 c 2 0 c 沥青混合料山厂温度1 6 0 1 8 0 混合料储料仓储存温度储料过程中温度降低不超过1 0 x 2 运输到达现场温度不低于1 5 0 1 7 0 初碾温度、终碾温度、碾压结束温度见表3 1 4 开放交通温度路面冷却至4 0 以下 如果温度不够，混合料不可能拌和均匀，摊铺不平整，碾压也达不到合格的压实度。因此拌和 作为施t 的第一环节，沥青混合料的料温是关键。施t 中，将矿料加热到2 0 0 。c ，改性沥青温度达 到1 8 0a c 2 ，使沥青混合料的出厂温度达到1 7 5 c 1 9 0 。c 。同时控制改性沥青混台料的温度不能过高， 以免改性沥青老化，影响沥青混合料的质量。 拌和设备的温度显示与用插入式温度计的测试结果要经常进行标定、验证，确保其红外线传感 器的正确性。温度监控除拌和站本身的自动监控外，还须操作人员的人工检测，混合料冒白烟属正 常，如冒青烟，混合料的温度就过高了。此时，应立即实测温度是否过高，并根据检测结果做相应 调整，并严禁不合格的混合料出厂。 2 3 5 运输 为防止离析，接料口和车厢的高度不能过高，自卸车接料时应前t f 斤移动使混合料成山字型。 混合料装载后应保持一定的形状，如果过度塌落说明混合料的级配或沥青含量存在一定问题， 应注意及时检查。 要注意克服这样一种不良做法：运输车辆到达现场肘前面一般有3 5 辆车。社会招租的大车驾 驶员的习惯做法是停好车后首先收拾蓬布，揭开、捆扎在前面车栏上，“收拾利索”后到路旁休息等 待。其等待时间可以简单算出： g 扛瓦而“ 2 1 式中 f 一料车等待时间( m i n ) ： 占一单车装料重( t ) ； 一前方等待车辆数； r 一摊铺机摊铺速度( m m i n ) ； 口一压实成型后沥青混合料密度( t m 3 ) ： 伊一摊铺宽度( m ) ； ，一摊铺厚度( n 1 ) ； 取6 = 3 0 t ，胆- - - 2 4 t m 。，胆1 2 m ，f = 00 4 m ，v = 25m m i n ，n = 3 5 ，则： t = 5 0 ( 3 5 ) ( 2 4 1 2 0 0 4 2 5 ) 3 0 5 0 m i n 1 4 第二章旖工技术与管理 也就是说，正常情况下辆车的等待时间一般是半个小时至一个小时，这期间混合料是直接暴 露在空气中的。一般认为在高温天气下这点温度的散失无所谓，殊不知再高的气温与混合料之间也 有1 2 04 c 的温差。这段时间车体表面与车体内部的混合料形成的韫度离析是非常大的。 2 3 6 摊铺 烫平板预热约1 0 分钟后温度大于6 5 。c 时方可开始打料。待螺旋输送器横向送料槽中贮存的混 合料达到输送高度的2 3 以上、且有3 5 辆运料车在前方时，开始以2 o 3 o m m i n 的速度前进， 地进行摊铺作业。摊铺机摊铺能力往往人于拌和机供料能力，因此摊铺要缓慢、匀速、连续，速度 不宜过快，更不能忽快忽慢，摊铺机速度的每一次变更或中途停顿都会造成或轻或重的波浪，影响 路面平整度。 如因机械故障或其他原因中断施工时，必须按照横缝的要求及时处理。 本工程中使用了丹麦产m i n i - l i n e 非接触平衡梁，取得了良好的使用效果： ( 1 ) 3 2 作原理：利用超声波测距原理，在路面以上一定距离处使用多个声纳传感器。摊铺施工时， 每侧的4 个超声波传感器连续、精确地测量其安装位置到路面基准的距离，并以数字方式精确她传 输到控制器。控制器对这些数据进行平均化处理，与设定的基准作比较，发出相应的控制信号调节 该侧牵引点的高低位置，控制摊铺机大臂的升降高度，从而达到更好的光滑平整的摊铺效果。 ( 2 ) 功能特点： 对改性沥青路面施工特别适宜。表现在：无接触无沾粘，不受改型沥青粘度大的影响，对新 铺路面不会产生拖痕：机械长度短，压路机可紧随其后进行碾压，保证在高温下快速完成初压。 精度高。数字式控制不会产生机械误差，且采用高频率测量，质量稳定可靠。精度可以达到 0 3 8 涮。 无接触使路面接缝工作变得简单。 转弯半径小，特别适宜于在曲率半径较小的匝道、互通立交工作。 基本无需清洗和维修。 摊铺过程中还应注意的事项： ( 1 ) 改性沥青粘度大，螺旋送料器应不停转动，两侧保持有不少于送料高度2 3 的混合料，并保 证在摊铺机全宽断面上不发生离析： ( 2 ) 运料车与摊铺机对接时，退至摊铺机前2 0 3 0 c m 处，挂前进档慢速与摊铺机同向行驶，待摊 铺机抵上完成对接。卸料时运料车置为空档，靠摊铺机推动前进； 【3 ) 气温条件较低时，必须十分注意混合料温度的下降问题。对大多数聚合物改性沥青混合料来说， 随着温度的下降，聚合物开始固化，混合料失去施t 和易性，不可能充分碾压，压实度、空隙率无法 达标。 2 3 7 碾压 碾压作为沥青混凝土施工的最后一道工序，也是决定沥青混凝十面层质量的关键所在。合格的 乐实度和优良的平整度都与碾乐密不可分。 根据高速公路沥青混凝十路面使h j 情况的调查表明：高速公路出现的早期破坏第一是水损坏， 第二是高温变形，与这两种破坏关系最直接的就是沥青混凝士路面的现场空隙率，也就是现场沥青 1 5 东南大学工程硕士学位论文 混合料的密实程度。实践表明，一旦成型沥青混凝土面层小于3 的空隙率，就会出现明显的车辙现 象，而泐青混合料的空隙率从8 降到5 ，路面的疲劳寿命可以提高一倍，因此沥青混凝土路面的漏 压和超密现象都应在施工过程中杜绝。超密现象主要是混合料设计不合理造成的问题。施工中以空 隙率在4 6 之间作为压实标准，考虑到材料料源的幅度变化，压实度采用真空法实测每天混合料 的最大相对密度，以此计算现场混合料的空隙率。 作为改性沥青，在适宜的温度得到充分地碾压是至关重要的，应选用较好的压实设备。第一台 压路机紧跟在摊铺机后，两台压路机呈阶梯作业，以达到足够的压实和骨料的嵌挤作用。施工中主 要是控制三点：碾压温度、速度和遍数，掌握“紧跟、慢压、高频、低幅”的原则。有关控制指标参 址表2 1 4 。 压实遍数、速度及温度参考表2 1 4 碾压速度压实温度 压实程序 机型 压实遍数 ( k m h ) ( ) 初压 d d 一1 1 021 5 2 01 6 0 1 8 0 复压y z c 1 222 5 4 o1 4 0 1 6 0 终压 y z c 1 222 o 一3 o1 2 0 一1 4 0 初压采用i n g e r s o l l r a n d 肋1 1 0 压路机紧跟摊铺机碾压，保证待压路段长度不超过2 0 3 0 米。 碾压时驱动轮向前静压匀速行驶，后退时沿前进轮迹并开始加振。安排专人指挥后面的压路机，防 止漏压，这样混合料经