（交通运输工程专业论文）少洛高速公路沥青混合料配合比设计与面层施工质量控制.pdf

摘要 由于我国的高速公路沥青路面施工技术水平和国外相比尚有较大差距，施工 质量控制一直是个困扰工程技术人员的问题。针对沥青路面工程质量出现的问题， 本文结合少洛高速，从沥青面层施工的角度，考虑到可能影响工程质量的各个环 节。 首先，从材料开始，针对沥青、集料做了大量的试验，通过对试验数据进行 分析处理确定出沥青、集料相应的技术指标，确定路面结构层所用的材料。 其次，沥青面层进行级配设计时，运用n 法及k 法进行级配设计，分别确定 了上、中、下面层的级配，并应用贝雷法评价及检验级配。同时结合贝雷法标准， 通过对设计级配三参数的分析可知采用k 法的级配较泰波公式计算的级配优良， 确定了上、中、下面层的目标级配。依据满足规范、s u p e r p a v e 、改进规范要求进 行级配的试配，确定了上、中、下面层的三种合成级配。通过马歇尔试验、车辙 试验、冻融劈裂试验、低温弯曲试验评价级配的路用性能，并且结合少洛高速公 路工程的实际情况进行级配优化设计，确定上、中、下面层的最佳级配。 最后，论述了路面现场施工质量控制的内容和方法。在这一部分，详细论述 了集料、沥青及沥青混合料的施工控制的具体要求；论述了沥青混合料在拌和、 运输、摊铺、碾压过程中具体的施工控制要求，形成了2 台钢轮( 静) + 4 台轮胎 ( 或2 台轮胎+ 2 台振动钢轮) 的碾压组合方式；论述了透层、粘层具体的施工要 求，并通过分析s b s 改性沥青粘层用量与其抗剪强度的关系图确定最佳粘层油洒 布用量。 通过对少洛高速第三标段的抽查，针对上、中、下面层进行抽提筛分检测、 马歇尔检测、厚度检测、压实度检测、平整度检测，并对抽查数据进行处理分析， 得出对路段施工质量的评价指标。 关键词：高速公路沥青路面施工质量控制配合比设计 a bs t r a c t b e c a u s et h el e v e lo fa s p h a l tp a v e m e n tc o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g yo fo u rc o u n t r y i sn o tc o m p a r a b l et ot h ef o r e i g nc o u n t r y ，t h eq u a l i t yc o n t r o la l w a y si sap r o b l e m p e r p l e x i n gt h ee n g i n e e r b a s e do nt h ep r o b l e m so fq u a l i t ya s p h a l tp a v e m e n ti nt h e s h a o - l u oa tt h ep e r s p e c t i v eo ft h ea s p h a l tp a v e m e n tc o n s t r u c t i o n ，t h i sp a p e rh a v e t o o k t h ep o s s i b l ei m p a c ta s p e c t so np r o j e c tq u a l i t yi n t oa c c o u n t w i t ht h eb e g i n n i n go ft h em a t e r i a l ，t h i sp a p e rd i dal o to ft e s t so na s p h a l t ， a g g r e g a t ea n da s p h a l tm i x t u r e ，t h r o u g ha n a l y z i n gt h et e s td a t a ，i td e t e r m i n e da s p h a l t ， s e tm a t e r i a l sa n da s p h a l tm i x t u r ec o r r e s p o n d i n gt e c h n i c a li n d i c a t o r st od e t e r m i n et h e t e c h n i c a li n d e x e sa n dt h em a t e r i a lt h eu s e db ys t r u c t u r eo ft h er o a d s s e c o n d l y ，w h e nd e s i g nt h eg r a d i n go fa s p h a l ts u r f a c e l e v e la n du s eo ft h e m e t h o do fna n dkw i t ht h ed e s i g n ，w e r ei d e n t i f i e dt h eg r a d i n go ft h eu p p e r ，m i d d l e a n db e l o wt h el a y e ro ft h et h r e e g r a d e d a n da p p l i c a t i o no fe v a l u a t i o na n dt e s t i n g b a i l e yg r a d e d a tt h es a m et i m ec o n b i n e dw i t h t h es t a n d a r d so fb a i l e ym e t h o d ， a n a l y s i st h ed e s i g nl e v e lw i t ht h r e ep a r a m e t e r so f t h eg r a d i n gc a nk n o wt h a ta k g r a d e di s e x c e l l e n t e rt h a nt a i b of o r m u l a ，d e f i n e dt h el a y e rb e l o wt h et a r g e to f g r a d i n g b a s e d o n m e e t i n g t h e n o r m s ，s u p e r p a v e ，i m p r o v i n g t h e r e g u l a t o r y r e q u i r e m e n t sf o rg r a d i n gw i t ht h e t r i a lt od e t e r m i n et h eu p p e r ，m i d d l ea n db e l o wt h e l a y e ro ft h et h r e e g r a d e d u s i n gm a r s h a l lt e s t i n g ，t r a c kt e s t i n g ，f r e e z i n ga n dt h a w i n g s p l i tt e s t ，l o w - b e n d i n gt e s te v a l u a t i o nt h eg r a d e do fr o a dp e r f o r m a n c e ，a n dc o n b i n e d w i t ht h ea c t u a ls i t u a t i o no fs h a ol u oh i g h w a yp r o je c t st oo p t i m i z et h ed e s i g no f g r a d i n g ，d e t e r m i n e dt h eb e s tg r a d e d f i n a l l y ，i td i s c u s s e dt h em e t h o do ft h em i xd e s i g no fa s p h a l tm i x t u r e ，b a i l e y m e t h o do fe v a l u a t i o na n de x a m i n a t i o ng r a d i n g i tc o n t a i n e dt h r e em a j o rc a t e g o r i e s ： m a r s h a l lt e s t ，s u p e r p a v e ，i n t e g r a t e dd e s i g na p p r o a c h i nt h em i xd e s i g no ft h eu p p e r ， m i d d l ea n dl o w e ro ft h ea s p h a l tp a v e m e n t ，c o m b i n e dw i t ht h ep r o j e c t ，t a k i n gf u l l yt h e f u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t so ft h es t r u c t u r et oa c c o u n t ，i te s t a b l i s h e dt h em i xt om e e t r e q u i r e m e n t s o n c ea g a i n ，t h i sp a p e ri n c l u d e dt h ec o n t e n ta n dq u a l i t yc o n t r o l m e t h o d s o fc o n s t r u c t i o no fr o a do nt h es p i t e i nt h i sp a r t ，i te x p o u n d e dt h er e q u i r e m e n to ft h e c o n t r o lo ft h ea s p h a l ta n dt h ea s p h a l tm i x t u r e ，m i x i n g ，t r a n s p o r t ，p a v i n gr o l l i n g ， p r i m ec o a ta n dt a c kc o a t a n a l y s i ss b sm o d i f i e db i t u m e nv i s c o s i t yo ft h ea m o u n to f s h e a rs t r e n g t ho ft h er e l a t i o n s h i pw i t ht h e i rp l a n s ，t od e t e r m i n et h eo p t i m a lv i s c o s i t y o ft h eo i lo n t oc l o t hc o n s u m p t i o n i i i tm a d et h et h es a m p l ea n a l y s i si nt h i r ds e c t i o no ft h es h a o l u oe x p r e s s w a y ， w h i c hi n c l u d e de x t r a c t e ds c r e e n i n gt e s t ，m a r s h a l lt e s t ，t h i c k n e s sm e a s u r e m e n t ，d e g r e e o fc o m p a c t i o nt e s t i n g ，r e g u l a r i t yi n s p e c t i o no ft h eu p p e r ，m i d d l ea n dl o w e ro ft h e a s p h a l tp a v e m e n t ，w i t ht h ea n a l y s i so fd a t ap r o c e s s i n g ，i tm a d eq u a l i t ya s s e s s m e n to f t h er o a dc o n s t r u c t i o n k e yw o r d s ：a s p h a l tp a v e m e n to fe x p r e s s w a y ；q u a l i t yc o n t r o lo fc o n s t r u c t i o n ； m i xd e s i g n ； i i i 长沙理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名：麟日期：2 粥年，月彤日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权长沙理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应框内打“4 ”) 作者签名： 导师签名： 鞠 亥钧 日期：撕弼年f 月川e 1 日期：捌年f 月彤日 1 1 研究背景 第一章绪论 公路交通是为国民经济、社会发展和人民生活服务的公共基础设施，是衡量一个国家经 济实力和现代化水平的重要标志。我国公路建设起步虽然较晚，但发展较为迅速。经过2 0 多年的发展，我国高速公路质量得到很大提高，部分高速公路建设质量已经达到或接近国际 先进水平，如京滓塘高速公路、沪宁高速公路、首都机场高速公路、八达岭高速公路等沥青 路面项目得到社会普遍认可，赢得国内外专家的一致赞誉。2 0 0 7 年年底全国高速公路的里程 已突破5 3 万公里，高级、次高级路面公路里程近6 0 万公里，其中大多为沥青路面。 但是我国近年来修建了大量的高等级公路，其中不乏竣工后一、两年就损坏而不得不进 行大规模维修的例子。实际上这些公路路面的设计寿命一般都在1 5 年以上，之所以达不到设 计年限，除了路面结构设计不当等原因以外，材料的配合比设计不完善以及施工技术和质量 控制不符合要求是另一个重要原因。在今后一段较长的时期内，我国还将继续建设约1 0 万公 里的公路主干道，而一些公路也需要进行重建、改建、养护，或者需要提高路面等级。 沥青及沥青混合料的质量和施工方法直接影响着沥青路面的使用性能和使用寿命。在沥 青路面服务期内，要维持良好的使用性能，应通过优良的施工和及时的维护来保证。但我国 施工技术的研究却远远不能适应形势发展的需要，现代的公路建设是一种大生产、流水作业、 技术化、信息化与管理化等统一的过程，沥青路面的质量不仅取决于材料、施工工艺和机械 设备的性能，而且与施工过程质量控制密切相关；在施工技术研究方面，我国与国外相比还 存在较大的差距。 近年来，我国高速公路建设投资大、建设周期短，但由于施工技术、质量控制等问题， 导致公路建设质量过不了关。主要问题如下： 1 由于原材料变异性大，甚至不合格材料进场，致使后继工作难以开展，达不到施工合 格的指标。如：改性沥青质量不稳定、碎石集料含泥量大、集料不规格、棱角较少、粉尘较 多等。 2 一些施工单位为了获得更大的经济效益，不息以路面质量为代价，尽量减少改性用量、 优质集料、生产周期缩短，废弃集料、回收粉尘夜间使用；规范指标选择极生等不良现象。 3 一些新建公路应力吸收层的施工经验不足，集料、沥青撒布不均匀现象。 4 施工过程沥青混合料摊铺温度过低，碾压不及时，工艺不当，导致压实困难，压实度 不够，路面渗水严重，桥涵、桥面、匝道较为突出。 另外，由于对施工质量的影响因素及其规律缺乏系统和综合认识和研究，往往在施工过 程中成功的经验和失败的教训难以进行系统的总结，没有加强足够的重视并上升为理论的高 度，使之指导施工；并且有施工控制控制不严格，施工过程偷工减料，技术人员马虎行事等 现象，造成工程质量大打折扣。 1 2 国内外情况 许多发达国家在经历了大规模的公路建设之后，又进入了一个大规模翻修和重建的新时 期。 任何一项工程结构的设计无论怎样严谨细致都要通过施工来实现。公路工程质量控制 是为了达到规范、合同、图纸要求所采取的一系列监管措施、手段和方法，它要求对工程建 设所涉及的所有因素进行控制，籍以提高工作质量进而保证项目质量。 对质量进行控制大致经历了三个发展过程：质量检验阶段、统计质量管理阶段和全面质 量管理阶段嘲。 从中世纪到本世纪3 0 年代，是以事后检验为卞体的质量检验阶段。美国工程师泰勒( f w t a y l o r ) 提出了科学管理理论跏，主要采用各种测试，对生成产品进行检查，做出合格与 不合格的判断，不允许不合格产品进入下一道工序或出成品，起到了质量把关的作用。但这 一阶段只能被动地事后检验，对不合格品的产生缺乏控制手段。 1 9 2 4 年，美国统计学家休哈特提出了“预防缺陷”的概念“，。他认为质量管理工作除事 后检查外，还应做到先预防，在出现不合格产品的苗头时，就应发现并及时采取措施予以制 止。他还创造了统计质量控制图预防质量事故的理论。1 9 4 0 年代，在休哈特的“预防缺陷 的理论基础上，出现了统计质量管理方法御。该方法通过统计质量控制图，采用预防和检测 相结合来保证产品质量。全面质量管理是比统计质量管理方法层次更高的阶段。全面质量管 理是指全面、全员、全过程，即三全的质量管理，其基本思想和工作步骤可以概括为“四个 阶段，八个步骤 。四个阶段是指计划、实施、检查和处理，在国外又称p d c a 循环 ( p l a n ，d o ，c h e c k ，a c t i o 的缩写) 。八个步骤是指：( 1 ) 分析现状，找出存在的质量问题；( 2 ) 分析产生质量问题的因素或影响因素；( 3 ) 找出主要原因；( 4 ) 针对主要原因，制定措施， 提出行动计划，并预估效果；( 5 ) 执行措施或计划；( 6 ) 调整采取措施的效果；( 7 ) 总结经 验；( 8 ) 提出没有解决的问题，以便进入下一个循环嘲。休哈特及其他科学家所提出的一整 套统计方法使质量控制成了- 1 7 独立的科学，使质量控制由单纯依靠质量检验事后把关，发 展到工序管理，突出了质量的预防性控制与事后检验相结合的管理方式。但是，影响质量的 因素是多种多样的，不可能全依靠统计方法解决。 1 9 6 1 年，美国费根堡姆( a v f e i g o n b a u m ) 首先提出全面质量的观点m 。全面质量管理， 简称t q c ( t o t a lq u a l i t yc o n t r 0 1 ) ，是以质量为中心，建立全员参与基础上的管理，其基 本内容是“三全 ：全面质量的质量管理；全过程的质量管理；全员性的质量管理。“三全 是系统科学中“全局观点 和“全局最优”原则的反映。 公路工程质量控制是基于全面质量管理理论建立起来的。由于工程施工是一个形成项目 质量，并逐步体现其使用价值的过程，是决定最终产品实体质量的重要阶段，所以对施工阶 2 段进行质量控制具有很重要的现实意义。施工质量控制一般分为事前控制( 施工前进行的质 量控制) ，事中控制( 施工过程中进行的质量控制) 和事后控制( 对施工各阶段产品进行的质量 控制) 二种基本方式，体现了全面质量管理的全过程管理特点嘲。 要进行公路工程质量控制，必须明确整个建设过程各个阶段、各道工序、各项工作的质 量要求。 我国在公路路面基层施工技术规范哪( j t j0 3 4 2 0 0 0 ) 、公路沥青路面施工技术规 范n 岫( j t gf 4 0 - - 2 0 0 4 ) 以及公路工程质量检验评定标准“”( j t j0 7 1 9 8 ) 等中目前的 质量要求主要分为两类： 第一，定性质量要求。这类要求通常受判断者的主观影响较大。如对拌和均匀性的判断， 很大程度上是凭经验而定。还有些质量要求如对无机结合料稳定基层整体性，要求应能在根 据不同种类在不同龄期时完整取芯，这些相对受经验影响较小，但它受操作者的取芯水平影 响较大。 第二，定量质量要求。主要分为两种。第一种体现最早质量检验阶段合格与不合格的判 断观点，它要求检查项目必须在一段范围之内，一定值之上或之下。第二种体现统计质量管 理的特点。 i s 0 9 0 0 0 把质量定义为“产品、过程或服务满足规定或潜在要求( 或需求) 的特征和特 性的综合 。对于公路工程来说，质量是指通过建设过程形成的实体，它既满足业主从事生产、 生活所需的功能和使用价值，又符合设计要求、合同规定的所有性质和特点，具有多层次、 多方面的要求。公路工程质量控制是为了达到规范、合同、图纸所采取的一系列监管措施、 手段和方法，它要求对工程建设涉及的所有影响因素进行控制，藉以提高工程质量。公路工 程质量控制是基于全面质量管理理论建立起来的m 删n 町。 由于工程施工是一个形成项目质量，并逐步体现其使用价值的过程，是决定最终产品实 体质量的重要阶段，所以对施工阶段进行质量控制具有很重要的现实意义。施工质量控制一 般分为事前控制( 正式施工前进行的质量控制) ，事中控制( 施工过程中进行的质量控制) 和 事后控制( 对施工各阶段产品进行的质量控制) 三种基本方式悯。 为了使质量控制工作能够有计划按步骤进行，本世纪6 0 年代，美国质量管理专家戴明 首先将质量控制总结成四个密切相关的工作阶段，即：计划( p l a n ) 阶段、执行( d o ) 阶段、 检查( c h e c k 阶段和处理( a c t i o n ) 阶段，这就是质量控制的p d c a 循环，也称戴明环n 埘。p d c a 循环是质量控制活动所应遵循的科学工作程序。通过周而复始，循环不己，使质量不断改进。 我国现行的公路路面基层施工技术规范( j t j 0 3 4 - 2 0 0 0 ) ，公路沥青路面施工技术规范 ( j t gf 4 p 屯0 0 4 ) 等标准中对施工质量的控制主要分为施工准备阶段质量控制、施工质量控 制和竣工阶段质量控制。施工准备阶段的主要工作对材料和制品的质量进行控制，并确定合 理的材料组成和工艺参数。正式施工阶段则根据规定的质量控制标准，对材料和制品的性能 进行经常性验收，保持施工过程中的质量。竣工阶段主要是根据规定的质量检验标准对制品 质量进行合格新验收，保证符合要求。 3 美国从1 9 9 6 年开始，从4 0 个州收集和调查一系列工程，着手整理有关施工质量控制的 规范，然后紧跟在1 9 9 7 来细化和分类整理最初调查的内容，形成了较为系统的质量控制和质 量保证体系。大多数的州在施工前期要求施工单位制定混合料设计和提供质量控制计划，各 州通过为业主和施工单位提供条例来强调试验和生产过程的重要性。质量控制计划是作为质 量控n 质量保证体系中一种评判成分在工程中使用n ”。 a a s h t o 的q a 执行手册讨论了试验的标准n ”。规定控制施工质量的试验频率进度可能来自 时间、数量或者它们之间的联系，其设计规范r 9 - 9 0 已经定义了承认施工质量的可知变化和 不可知变化的方法。a a s h t 0 己经推荐在q a 出版物中使用q l a 规范。类似q l a 的规范被认为 是检测施工质量最为严密的手段，对业主和施工单位更为有效，因为它在验收过程中提供了 量化的表示。 2 0 0 0 年，加拿大英国哥伦比亚大学m i r e i l l eb t t i k h a 在博士论文中，运用计算机辅助 工程管理功能对沥青混合料进行了施工质量管理的研究n ”。在系统中建立了系统信息模型， 综合考虑了设计、施工、质量管理程序，它反应了原材料到施工结束的施工过程组成情况。 1 9 9 8 年至1 9 9 9 年，泰安公路局与西安公路交通大学联合进行了“沥青混凝土路面施工 技术与质量控制”课题的研究。在对京沪高速公路化临段和京福高速公路济泰段的两个合同 段上对沥青路面的施工技术进行了大规律的试验研究，并在沥青路面平整度的预测与控制以 及弯道摊铺技术方面作了大量的理论工作。 统计过程控制技术伴随着质量管理技术的发展而发展。在2 0 世纪2 0 年代，为了在产品 大量生产的情况下减少由于事后检验信息反馈不及时所造成的生产损失，贝尔电话实验室成 立了以休哈特为学术领导人的过程控制研究小组和以道奇为学术领导人的产品控制研究小 组。经过潜心研究，休哈特提出了过程控制理论以及监视过程的基本工具控制图，并于 1 9 2 4 年5 月公布了世界上第一张控制图。2 0 世纪3 0 年代，道奇和罗米格提出了抽样检验理 论和抽样检验表。这两个小组的研究成果，在质量管理与控制领域具有划时代的影响。统计 过程控制开始于美国休哈特( w a s h e w h a r t ) 博士的第一张质量控制图，因而从一开始，统 计过程控制( s p c ) 就被看作一种提高产品质量和生产效率的技术手段。从质量控制的角度来 看，统计过程控制又被称作统计质量控制( s q c ) ，由于产品质量在现代企业中的重要地位， 这种方法的应用已经不局限于产生离散数据的制造业，正在逐渐向间歇工业和连续制造业渗 透。 我国在2 0 世纪6 0 年代初有少数单位试图推行工序控制。7 0 年代，在中国科学院系统所 及有关部委质量管理部门的推动和帮助下，有些工厂作了一些试点，并取得了一些成效。但 由于种种原因，应用效果不理想，未能坚持下来。改革开放后，随着大型跨国公司进入我国， 统计控制技术再次引入到我国企业中，并在一些企业取得了显著效果。随着i s 0 9 0 0 0 标准在 我国企业的贯彻，统计控制技术再次受到重视。 在引入了结构可靠度理论后，公路路面设计发展到可靠度设计法后，公路工程施工质量 控制也出现了新发展。 4 我国从9 0 年代初起，广泛地开展了路面结构可靠性的研究，但迄今尚限于研究单指标 状态下的路面结构可靠性捌。 在沥青路面施工及验收规范圳( g b5 0 0 9 2 ) 提出施工单位应以试验检测质量指标的 变异系数( 或标准差) 作为施工水平的主要评价指标。 谈至明陋指出对于多设计指标的路面结构，仅仅孤立地研究单一指标的路面结构可靠性 是不够的，应该研究多指标下的路面结构系统可靠性，才能真正地起到指导工程实践的作用。 余培宽、崔国喜提出以可靠度来体现质量状况嗍。 沙庆林、郭进英等嘲提出路面使用性能的优劣、使用寿命的长短，不但与设计方法和 设计人员的操作水平有关，与路面工程的施工更为密切，如施工的均匀性就是一个主要方面。 均匀性不但对强度有影响，而且对结构的疲劳寿命及路面结构的可靠度都有重要影响。 查旭东、张起森、方晓睿等洲例嘲恨据沥青路面结构可靠性随各设计参数变异性变化的敏 感性分析，对施工中质量控制提出了一些建议： ( 1 ) 厚度的变异水平应控制在0 1 5 以内，模量与极限抗弯拉强度的变异水平宣在0 3 以内，交通量的变异水平不必精确地计算，建议设计时取0 5 即可； ( 2 ) 对于较厚的结构层，施工中应严格进行质量控制，不应因其是底下的层次不易测 试而忽视施工质量，必须保证其结构坚实及质量均匀； ( 3 ) 土基对可靠度的影响较大，必须严格控制施工，保证达到稳定压实的要求。 公路工程结构可靠度设计统一标准嗍( g b t5 0 2 8 3 1 9 9 9 ) 要求在进行质量控制时 质量要求应以目标可靠指标为依据来制定。在对路面结构施工质量控制时，提出i , t a t # 路面质 量水平的数量指标是材料性能的质量和路面的厚度的平均值和标准差或变异系数。并提出了 结合我国施工管理水平的水泥混凝土路面质量控制标准。 美国在a a s h t o1 9 8 6 年路面设计指南资料m 】中，对沥青路面主要技术指标的标准差或变 异系数也提出了标准。 鉴于我国公路建设发展规模和公路施工管理的现状，研究路面工程施工质量过程控制有 着重要的现实意义和实用价值。 1 3 本文的主要内容 由于沥青路面的各种质量问题出现在材料、施工等各个环节，本文研究内容也主要从这 些方面进行的。研究中，结合少洛高速探讨了如何从上述各方面对工程质量进行控制，主要内 容如下： 1 研究适合少洛高速的集料、沥青、改性沥青、沥青混合料的技术指标及其相应的性能 要求； 2 研究适合少洛高速的沥青混合料配合比设计，运用n 法及k 法进行级配设计，并应用 贝雷法检验评价级配，确定优化级配。 3 通过进行马歇尔试验研究少洛高速的不同沥青混合料配合比设计面层的路用性能， 5 确定适合少洛高速的最佳沥青混合料配合比设计。 4 研究生产过程沥青混合料质量及温度控制，摊铺及碾压过程施工技术及质量控制，以 及透层、粘层的施工控制技术。 5 通过对少洛高速的现场数据抽检分析与总结，针对上、中、下面层进行抽提筛分检测、 马歇尔检测、厚度检测、压实度检测、平整度检测，并对抽查数据进行处理分析，得出对路 段施工质量的评价。 1 4 研究思路 本课题采用理论、试验和试验工程相结合的方法，从分析集料、沥青、改性沥青、沥青 混合料的技术指标及其相应的性能要求出发，在室内对沥青混合料矿料级配优化方法、沥青 混合料组成设计方法，沥青混合料路用性能进行深入研究，结合我国道路建设的实际情况， 推荐简便、实用、可靠的多级嵌挤级配沥青混合料设计方法。并且利用大量室内试验和现场 施工控制进行研究，提出沥青混合料质量和温度控制指标，提高摊铺施工技术和控制摊铺质 量，并指导实际工程的施工。具体研究内容如下： ( 1 ) 沥青与集料的试验与分析； ( 2 ) 沥青混合料级配优化设计方法研究； ( 3 ) 应用贝雷法评价沥青混合料级配的研究； ( 4 ) 沥青混合料级配调整研究； ( 5 ) 沥青混合料面层路用性能试验研究； ( 6 ) 沥青路面施工质量控制研究； ( 7 ) 通过抽样分析和评价路面的施工质量隋况。 1 5 工程状况简介 少洛高速是河南省“十五”期间重点公路建设项目。全线长度为5 8 7 6 1 公里，采用双 向四车道高速公路标准设计，计算行车速度1 0 0 公里小时。 本高速公路位于河南省中西部，在东经1 1 3 。0 5 4 17 - 1 1 2 。2 9 7 3 07 、北纬3 4 。2 7 7 0 8 - 一3 4 。3 0 2 1 之间。顺接郑少高速公路终点，路线主要沿嵩山山脉南麓布线，走向 大致自东向西。路线起点位于登封市东侧韩村以东，与洛阳伊川县彭婆镇昌营村西北与在建 的洛界高速公路相接。 本高速公路位处属豫西低山丘陵的一部分，其北紧临嵩山山脉，路线沿山前而过，所经 地区主要位嵩山南麓山前洪坡积岗地区。 路线所经地区属南温带湿润气候区，气候温和，四季分明，年平均气温1 4 2 1 5 3 ，最 冷平均气温- 0 6 , - - 0 2 ，最热月平均气温2 6 2 2 8 2 ，极端最高气温4 0 5 一- - 4 0 8 ，极端最低 气温- 1 5 1 一1 5 ；年平均降雨量5 2 5 4 n l n - - - 6 5 0 9 n - n ，降水多集中于6 - , 9 月份，约占全年降 6 雨量的5 0 以上，年平均蒸发量1 3 0 0 , - - , 1 3 9 3 1 r r 互n ，蒸发量远大于降雨量，有“十年九旱 之 说；平均初霜日在1 1 月上旬，终霜日在次年3 月中旬，平均无霜日2 0 8 , - - 2 6 6 天；全年主导 风向东南、西北、西风，年平均风速3 o m s ，最大风速1 6 2 0 m s ；最大冻土深度小于o 3 m ； 年平均径流深1 4 7 5 - - 1 5 0 2 m m ，年平均径流量最大为7 5 7 0 - - - 1 7 8 1 2 万立方米。 按含水介质性质，路线所经过地区主要有松散岩类孔隙水、基沿裂隙水、岩溶裂隙水。 少洛高速公路采用沥青混凝土路面，其中上面层设计厚度为4 c m ，中面层设计厚度为6 c m ， 下面层设计厚度为8 c m 。 少洛高速的施工分三个标段来完成。 7 2 1 沥青材料 第二章沥青与集料的试验及分析 沥青路面工程中，沥青材料是作为粘结材料出现的，是各种集料之间的粘接剂。我国的 沥青路面通常分为上、中、下三层，沥青不仅用于沥青路面层，在各沥青层间也将用到，如 粘层油、透层油嘲嘲咖。工程中，沥青材料的质量是通过沥青的各项指标来表示的渊，在我国， 对高等级公路沥青路面面层的沥青材料，公路沥青路面施工技术规范( j t gf 4 0 一- 2 0 0 4 ) 采 用如下指标：针入度、延度、软化点、闪点、蜡含量、密度、溶解度、薄膜加热。 2 1 1 基质沥青 本文对少洛高速公路公司所提供的中海a h 一7 0 基质沥青，泰普克a h - 7 0 基质沥青，加德 士a h 一7 0 基质沥青进行试验，用以评价基质沥青的性能。试验时严格按照试验规程的要求和 方法进行，具体的试验结果如下： 表2 1沥青技术指标试验结果 试验项目中海j 忡7 0泰普克a h 一7 0加德士j 廿7 0 针入度( 2 5 ，l o o g ，5 s ) ( 0 1 m ) ) 6 9 47 0 46 9 3 延度( 1 5 ，5 c m m i n )( c m ) 1 5 0 1 5 0 1 5 0 软化点( 环与球法)( ) 4 7 64 8 74 7 5 密度( 1 5 ) ( g c m 3 )1 0 1 3 51 0 3 0 41 0 3 4 2 r t f o t ( 1 6 3 ， 质量损失( ) 一o 1 70 0 60 0 5 3 针入度比( )7 0 7 0 5 9 7 5 m i n ) 延度( 1 5 。5 c m m i n )3 93 01 0 2 7 6 0 2 3 81 8 41 8 2 粘度( p a s ) 1 3 5 0 4 0 40 4 2 40 3 9 2 1 7 5 0 0 8 00 0 8 50 0 7 8 从试验结果中可以看出，中海a h - 7 0 沥青、泰普克a h - 7 0 沥青和加德士a h - 7 0 沥青三种 基质沥青均满足公路沥青路面施工技术规范( j t gf 4 0 2 0 0 4 ) 要求。具体分析如下： ( 1 ) 三种基质沥青的针入度、软化点、延度三大指标几乎没有什么差别；r t f o t1 6 3 后针入度比比较：加德士a h 一7 0 稍低，但其延度( 1 5 ) 很大超过1 0 0 c m ，这表明经过短期老 化后加德士的粘弹性很好，抗低温能力好。中海a h - 7 0 6 0 时的粘度较大，高温性能较好。 ( 2 ) 少洛高速沥青路面的下面层采用的是重交通沥青混合料a c - 2 5 ，因此在选择沥青时， 主要从沥青的技术参数、本工程项目的特点、所处的环境条件和经济性( 重点考虑的内容) 等因素进行考虑，在本工程项目中，当三种沥青的技术指标均满足规范和设计文件要求的情 况下，采用中海重交通道路石油沥青a h 一7 0 作为下面层的结合料为佳。 从施工质量控制的角度出发，对推荐采用的中海a h 一7 0 沥青进行b r o o k f i e l d 旋转粘度 8 试验，以确定其粘温曲线，作为施工控制的基本控制指标。中海a h 一7 0 沥青粘温曲线的试验 结果汇总如表2 2 所示： 表2 2 沥青粘温曲线试验结果 粘度r l ( p a s ) 温度( ) 1 #2 # 均值 6 02 3 92 3 72 3 8 1 3 50 4 0 40 4 0 30 4 0 4 1 7 50 8 0 50 0 7 90 0 8 0 国内的规范与s h r p 的s u p e r p a v e 方法中都一致认为沥青混合料的拌合温度应控制粘度 在0 1 7 0 0 2p a s ；沥青混合料的初压温度应控制粘度在0 2 8 0 0 2p a s ；沥青混合料 的终压温度应控制粘度在2 0p a s ；沥青混合料的正常碾压应控制粘度2p a s 。根据s a a l 公式可求得温度与沥青相对粘度的关系。 i g l g ( r l 1 0 3 ) = a - b i g ( 2 7 3 + t ) 式中：r l 一粘度( p a s ) ； t - 温度( ) ； a 、b - 经验系数。 将各温度下测得的b r o o k f i e l d 旋转粘度进行线性回归后，得到如下回归公式： l g l g ( r lx1 0 3 ) = 9 5 9 3 5 1 2 5 1 9 ( 2 7 3 + t ) n 2 _ - o 9 9 9 8 将施工各工序控制粘度范围代入上述回归公式后得到沥青混合料施工过程中各工序控 制温度范围，其计算结果汇总如表2 3 所示。 表2 3 沥青混合料正常施工温度( ) 拌和温度( )初压温度( )正常碾压温度( )终压温度( ) 1 5 2 1 5 81 1 08 2 1 4 2 1 4 5 ( 建议1 6 0 1 7 0 )( 建议1 4 0 1 5 0 )( 建议9 0 ) 2 1 2 沥青与s b s 改性剂配伍性 大量研究和实践表明，不同种类的聚合物对同一种沥青的改i 生效果是不同的，即使是同 一类改性剂，生产厂家、型号、牌号不同，对同一种沥青的改性效果也不一样；而且，即使 是同一种改性剂，对不同的基质沥青的改性效果也不同，还有，s b s 改性剂的掺量，对沥青 的改性效果影响也是很大的。只有选择改i 生剂和基质沥青的合理搭配才能取得满意的改性效 果，这就是s b s 改性剂与基质沥青的配伍性。改性剂与沥青的配伍性是决定改性效果和改性 沥青制作工艺的关键因素，而改性沥青的配伍性与基质沥青的组成有密切的关系。 沥青改性剂种类繁多，不同类型的改性剂具有固有的特性。从8 0 年代中期以来，大家 9 普遍认识到s b s ( 苯乙烯丁二烯嵌段共聚物) 的优良性能，即良好的高温稳定性和低温弹 性。国内沥青改性剂基本上以s b s 为主。 对于s b s 使用的合理剂量，欧洲的研究表明，s b s 剂量在3 以上效果开始显著，在3 一5 之间软化点大幅上升，在4 - 6 范围内抗车辙能力有较大提高，一般公路工程用的s b s 剂量为4 - 6 7 左右。 根据少洛高速公路公司提供的加德士、泰普克和中海三种基质重交通道路石油沥青a h - - 7 0 ，分别与韩国l g - - 4 9 1 3 、岳阳石化y h 一7 9 1 改性剂进行配伍性研究，以此选定适合本工程 项目的基质沥青及改性沥青( 主要是s b s 改性剂的种类和用量) 。具体的试验方案如表2 4 所示： 表2 4 少洛高速公路改性沥青配伍性试验方案 一 韩国l g 4 9 1 3 ( s b s )岳阳石化y h - 7 9 1 ( s b s ) 量沥青种类 3 5 4 o 5 o 6 o 3 5 4 0 5 o 6 0 加德士重交通道 路石油沥青a h 一7 0 泰普克重交通道 路石油沥青a h 一7 0 中海重交通道路 石油沥青a h 一7 0 注：表中“ 表示为试验的方案种类。 室内试验时改性沥青的生产工艺如下：先将基质沥青加热到一定的温度，然后加入s b s ( 掺量为沥青用量的3 5 、4 、5 ) ，融胀约3 0 m i n 后，用高速剪切机( 转速为0 0 0 , 8 0 0 m m i n ) 在1 7 0 1 9 0 范围内高速剪切约3 0 m i n ，剪切好后，在1 5 0 保温发育3 0 m i n ， 然后进行改性沥青的性能指标试验。 2 1 3 改性沥青 检测改j f 生沥青的主要技术指标为：针入度、软化点、延度、离析软化点差、回弹、旋转 薄膜加热老化、粘度等7 项指标来评价改性沥青的性能。 根据河南少洛高速公路公司提供的加德士、泰普克和中海三种重交通道路石油沥青 a h 一7 0 ，分别进行基质沥青性能试验，在基质沥青性能满足规范和本工程项目要求的情况下， 再根据室内加工( 现场改性) 的条件下，进行不同改性剂( 从河南少洛高速公路的实际情况 来考虑，本研究仅选择星型s b s 类改性剂) 种类和用量f 青况下的改性沥青性能试验，通过试 验来研究评价基质沥青和改性沥青性能，为工程的实施提供必须的参考数据。 为了评价基质沥青、改性剂、改性沥青的优良性能，把握改性沥青的效果，按改性剂用 量的不同，将试验结果进行汇总，详细的对比见表2 5 ( 掺入4 的改性剂) 、2 6 ( 掺入5 的改性剂) 所示： 1 0 表2 5 掺入4 的改性剂s b s 改性沥青性能试验结果 旋转薄膜加热1 6 3 粘度( p a s ) 改性沥青针入度2 5软化点延度5离析软化弹性恢复 质量损失针入度比延度 的种类 ( 0 1 m m )( )( a m )点差( )2 5 ( ) 6 0 1 3 5 1 7 5 5 l g 4 中海 5 0 95 3 6 1 8 3 o 5 54 00 1 37 98 24 3 60 7 2 8 0 1 6 3 l g 4 加德士 5 0 35 8 9 3 0 91 8 58 0 3 o 1 28 01 4 15 5 60 9 1 80 1 9 1 l g 4 泰普克 5 1 25 9 62 6 1o &8 0 70 0 87 91 0 46 1 50 9 7 8 0 2 5 8 岳阳石化4 5 a45 4 41 5 52 8 94 7o 1 57 8l o 36 1 90 9 9 7 0 1 9 7 中海 岳阳