（道路与铁道工程专业论文）沥青路面施工质量控制技术研究.pdf

摘要 摘要 在我国高速公路建设迅速发展的同时 高速公路沥青路面早期破坏和耐久性 不足现象也一并存在 并已成为影响我国公路健康发展的突出问题 施工质量存 在的变异性是造成路面早期破坏的关键因素之一 本研究以大量试验及检测数据为基础 对影响沥青路面施工质量且具有变异 性的主要技术参数如沥青的针入度 软化点 延度 集料的级配 粗集料含泥量 针片状颗粒含量 沥青混合料的级配 沥青含量 施工温度以及路面压实度和平 整度进行了研究 分析了其变异性的水平 分布规律及其对路面性能的影响 并 提出了减小施工变异性的措施 提出评价沥青路面离析的合理指标和标准 最终 建立了适合云南省实际情况的沥青路面施工质量管理体系 论文主要包括以下五 个方面内容 1 开展了沥青面层原材料质量控制研究 研究了包括改性沥青的针入度 软化点 延度三大指标和集料级配 含泥量 针片状含量等指标的变异规律及其 对沥青混合料路用性能的影响 并提出了减小原材料指标变异性的措施 2 从沥青混合料的级配 沥青用量及温度控制等角度对沥青混合料质量控 制开展研究 提出减小级配 沥青含量和混合料温度变异性的措施 3 对沥青路面的压实度和平整度的变异性水平及影响因素进行了分析 提 出选择沥青路面合理碾压工艺的方法 并提出压实度及平整度改善措施 4 对沥青路面的均匀性评价方法进行研究 建立了新河高速公路沥青路面 离析评价的方法和标准 5 开展了沥青路面施工质量管理及控制方法相关研究 使用质量控制图对 施工过程进行动态管理 建议以基于施工质量的费用支付调节系统进行工程费用 支付 优质优价 运用经济杠杆来控制施工质量 本文致力于改进云南省目前落后的沥青路面施工质量管理状况 提高沥青路 面施工质量及管理水平 以提高新河高速公路沥青路面的耐久性 关键词 沥青路面 变异性 施工质量控制 离析评价 控制图 费用支付调节 a b s t r a c t a bs t r a c t a tt h es a m et i m eo fr a p i dd e v e l o p m e n to fc h i n a se x p r e s s w a yc o n s t r u c t i o n t h e h i g h w a ya s p h a l tp a v e m e n te a r l yd a m a g ea n di n a d e q u a t ed u r a b i l i t ya r ea l s oe x i s t i n g w h i c hh a sb e c o m et h ek e yp r o b l e ma f f e c t st h eh e a l t h yd e v e l o p m e n to fc h i n a s h i g h w a y s t h ev a r i a b i l i t yc o n s t r u c t i o nq u a l i t yi so n eo ft h ek e yf a c t o r sc a u s e st h ee a r l y d a m a g eo fp a v e m e n t o nt h eb a s i so fp l e n t yo ft e s t sa n dt e s td a t a t h ea u t h o rh a sc a r r i e do u tt h es t u d yf o r t h em a i nt e c h n o l o g yp a r a m e t e r sw h i c hh a sv a r i a b i l i t ya n da f f e c t sa s p h a l tp a v e m e n t c o n s t r u c t i o nq u a l i t y a n dh a sa n a l y s e dt h el e v e lo fi t sv a r i a b i l i t y v a r i a b i l i t yd i s t r i b u t i o n a n di t si n f l u e n c eo nt h ep e r f o r m a n c eo fp a v e m e n t a n da l s ot h ea u t h o rh a sp r o p o s e dt h e m e a s u r e sr e d u c i n gc o n s t r u c t i o nv a r i a t i o n s d e t e r m i n e dt h er e a s o n a b l et e c h n i c a lc r i t e r i a t oe v a l u a t e a s p h a l tp a v e m e n ts e g r e g a t i o n a n de s t a b l i s h e d a s p h a l tp a v e m e n t c o n s t r u c t i o nq u a l i t ym a n a g e m e n ts y s t e ms u i t a b l ef o rt h ea c t u a ls i t u a t i o no ft h ey u n n a n p r o v i n c e t h er e s e a r c ho ft h i sp a p e rd i v i d e si n t of i v ep a r t s 1 t h ea u t h o rh a sc a r r i e do u tt h eq u a l i t yc o n t r o la n a l y s i so f r a w m a t e r i a li n c l u d i n g s t u d i e so fv a r i a t i o nl a wo fm o d i f i e da s p h a l tp e n e t r a t i o n s o f t e n i n gp o i n t d u c t i l i t ya n d t h ep r o p e r t i e so fa g g r e g a t es u c ha sa g g r e g a t eg r a d a t i o n c l a yc o n t e n t f l a to re l o n g a t e d p a r t i c l e sc o n t e n ta n dt h ei m p a c to na s p h a l tm i x t u r ep r o p e r t i e sa n da s p h a l tp a v e m e n t p e r f o r m a n c e a n da l s ot h ea u t h o rh a sp u tf o r w a r dt h em e a s u r e st or e d u c ec o n s t r u c t i o n v a r i a t i o n s 2 f o ra s p h a l tm i x t u r e i ti sr e l a t et ot h r e ea s p e c t sr e s e a r c ht h a tm i x t u r eg r a d a t i o n a s p h a l tc o n t e n t m i x t u r et e m p e r a t u r e t h ev a r i a b i l i t yo fm i x t u r eg r a d a t i o n a s p h a l t c o n t e n ta n dm i x t u r et e m p e r a t u r eh a sb e e na n a l y z e d a n dt h em e a s u r e so fr e d u c i n g v a r i a n c eh a v eb e e np u tf o r w a r d 3 t h ev a r i a b i l i t yl e v e la n di n f l u e n c e df a c t o r so fc o m p a c t n e s sa n ds m o o t h n e s so f a s p h a l tp a v e m e n ts u r f a c ef e a t u r eh a v eb e e na n a l y z e d t h ea u t h o ra l s oh a sp u tf o r w a r d t h ew a yt os e l e c tr e a s o n a b l er o l l i n gt e c h n o l o g y a n dt h em e a s u r e st or a i s ec o m p a c t n e s s a n ds m o o t h n e s sh a v ea l s ob e e ns t u d i e d 4 t h ea u t h o rh a sc a r r i e do u tt h ea n a l y s i so ft h em e t h o dt oj u d g et h eu n i f o r m i t yo f a s p h a l tp a v e m e n t e s t a b l i s h e dt h es e g r e g a t i o n e v a l u a t i o nc r i t e r i ao ft h ex i n h e e x p r e s s w a ya s p h a l tp a v e m e n t 5 i na s p h a l tp a v e m e n tc o n s t r u c t i o nm a n a g e m e n ta n dq u a l i t yc o n t r o lr e l a t e d r e s e a r c h t h ea u t h o rp r o p o s e st ou s ec o n t r o lc h 耐a n dq u a l i t yd i a g n o s i st h e o r yt oc o n t r o l 2 t h eq u a l i t yo ft h ec o n s t r u c t i o np r o c e s s a n dr e c o m m e n d st h ec o s tp a yf a c t o rb a s e do n c o n s t r u c t i o nq u a l i t yt oc o n t r o lt h ec o n s t r u c t i o nq u a l i t y t h ec o n c l u s i o n so ft h i sp a p e ra r ei m p o r t a n tt oi m p r o v ep a v e m e n tq u a l i t ya n dt o p r e v e n tt h ee a r l yd a m a g eo fx i n h ee x p r e s s w a ya s p h a l tp a v e m e n t k e yw o r d s a s p h a l tp a v e m e n t v a r i a b i l i t y c o n s t r u c t i o nq u a l i t yc o n t r o l s e g r e g a t i o n c o n t r o lc h a r t p a yf a c t o ra d j u s t 重庆交通大学学位论文原创性声明 本人郑重声明 所呈交的学位论文 是本人在导师的指导下 独立进行研 究工作所取得的成果 除文中已经注明引用的内容外 本论文不包含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的作品成果 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结果由本 人承担 学位论文作者签名 豪毙卡l 日期 妒8 年v 月lf 日 重庆交通大学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 本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部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 学位论文作者签名 茑 一芜蕾l 日期 洲3 年o 月 尸e l l 昶v 1 日期 刎凸年斗月 夕1 3 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景 自1 9 8 8 年沈大高速公路和沪嘉高速公路建成通车 拉开高速公路建设的序幕 以来 我国高速公路得到了快速的发展 1 9 9 9 年高速公路突破l 万公里 2 0 0 2 年 突破2 万公里 2 0 0 4 年达到近3 4 2 万公里 目前已突破4 万公里 居世界第二 如此快速和大规模的建设在世界公路史上可谓前无古人 取得的成就也是举世瞩 目 影响深远 但是 在高速公路建设迅速发展的同时 由于我国公路建设起步晚 技术力 量储备不足 一些公路工程的建设水平和建设质量还不理想 其中高速公路沥青 路面早期破坏和耐久性不足已经成为影响我国公路健康发展的突出问题 我国高 速公路沥青路面普遍达不到设计使用寿命 一般使用5 8 年或3 4 年甚至施工 完毕至竣工验收期间就出现显著的破坏 如车辙 裂缝 坑槽 泛油 拥包 松 散等 严重影响了行车舒适性和安全性 这需要进行大规模的维修 因此造成资 金的大量损失 也造成不良的社会影响 路面早期破坏或耐久性不足的现象固然 与许多外部因素有关 比如交通的超载 重载 特殊的地质和气候条件 如不可 预见的长期高温 路面结构设计理论 理念的不完善等 但很多情况下 路面病 害的产生是一些共性的技术因素引起的 其源头在于施工过程中细节的控制 比 如 原材料性能不够稳定 迸料 堆料 储料不够规范 拌合楼称重 控温装置 传感器不精准 不灵敏 施工机械性能不良或操作手不够熟练或施工工艺不合理 层问污染控制不力等等这些细节都有可能造成最终成型后的沥青路面压实度 平 整度不佳 路面质量均匀性不良 这些都有可能导致以后路面病害的产生 从沥 青路面早期损坏的现状分析 大部分是因为路面施工质量不均匀而造成的局部损 坏 尽管损坏的影响因素众多 但路面局部损坏的普遍性也说明施工质量存在很 大的变异性 沥青路面使用材料较多 需要的机械设备也多种多样 工艺也不尽相同 各 条高速公路所处地理位置 气候条件也复杂多变 而且施工过程中原材料质量 混合料级配 油石比 压实度 温度 平整度等存在较大的变异性 这些方面均 会影响沥青路面的施工质量 因此 采取积极有效的预防措施减少路面工程施工 质量的变异性是解决路面局部损坏 保证路面施工质量均匀性的重要途径 另外 目前我国高速公路建设普遍存在着盲目赶工期现象 造成在施工过程 中对某些关键环节缺乏有效的控制 导致施工过程失控 同时 某些施工单位受 经济利益的驱使 在机械设备上投入不足 设备性能落后 数量不足 而且施工 中还存在有意识按规范中负偏差控制路面厚度的现象 这些都是导致沥青路面早 第一章绪论 2 期损坏的原因 加上路面检测结果的滞后性 上述因素对路面造成后果均无法补 救 因此 必须建立完善的质量过程控制管理体系 实现沥青路面施工质量的过 程控制 1 2 国内外研究现状 工程质量过程控制是现代工业管理的重要手段 不同于传统的产品质量最终 事后 检验 它强调生产全过程的质量管理 重视生产过程中各工艺环节顺序 对后续工艺环节质量及其对于产品最终质量的影响 强调过程中的质量控制方法 与质量保证手段 通过过程控制及时纠正不正确的工艺 剔除不合格或不适用的 原材料 并藉此提高最终产品的质量 就沥青路面全过程质量控制而言 主要分 为四方面的内容 q c q a 体系或系统 评价检测方法 评价检测设备和人员培 训 国际上沥青路面工程质量过程控制通用的做法是建立具有法律依据的质量控 制和质量保证体系 q c q a q c 英文q u a l i t yc o n t r o l 的缩写 其意思为质量控制 它是指为了修建满足 规范要求的沥青路面而开展的一系列工作 包括 沥青混合料设计 过程控制试 验 按业主的要求取样和验收试验 作为确定支付系数的依据 和施工 生产 过程的必要调整 为了做好q c 工作 承包商应该制订和维护好自己的q c 系统 以保证材料 产品和交付验收的施工工程满足合同 规范 要求 这里包括分包 和外购的部分 同时 必须配备有资质的人员担任q c 负责人 经理 试验室试 验员和路面质检员 沥青路面施工过程中质量控制应该是承包商的责任 是否具 有质量控制能力是检验承包商是否具备中标资格的重要标准 q a 英文q u a l i t ya s s u r a n c e 的缩写 其意为质量保证 它是指为了修建满足 规范要求的沥青路面 业主应该开展的一系列工作 主要包括 制订施工规范和 其它相关文件 如 沥青路面q c 系统 沥青路面施工技术人员资质要求 采样频率与采样方法 试验方法 等 开展验证和仲裁试验 竣工项目的 验收 制订与工程质量挂钩的支付办法等 沥青路面施工过程中质量保证应该是 业主的责任 一般是通过雇佣专业监理工程师和独立检测机构来完成 1 2 1 国外研究现状 沥青路面以其优越的性能得到全世界范围内推广应用 据资料表明 美国的 高速公路约9 3 为沥青路面 日本的高速公路约9 4 为沥青路面 全世界范围内 约有8 0 的路面为沥青面层 美国的国家沥青路面协会 n a p a 出版了许多沥青路面施工技术手册 针对沥 青路面各施工环节提出了许多实用的技术控制措施 美国的各州公路运输官员协 会 a a s h t o 和美国联邦公路局 f h w a 根据各高校 业界专家的成果 制定纲领 第一章绪论 3 性技术指导文件 各州运输部根据各自的气候 材料等特点制定各州的施工技术 规范 从而确保质量控制和质量保证 q c q a 体系的合理有效性 19 8 7 年开始的美国公路战略研究计划 s h r p 历时五年 其中的沥青研究项 目获得的最重要的研究成果是 高性能沥青路面 s u p e r p a v e 技术 这项技术对提 高沥青路面的路用性能起到了显著的作用 1 9 9 6 年华盛顿大学的研究人员对温度 离析进行了深入研究 发现温度离析对路面施工质量影响很严重 2 0 0 0 年美国的 全国公路合作研究项目 n c h i 心9 1 1 热拌沥青混合料路面的离析 重点研究 了沥青路面离析的判别及新型检测方法 认为沥青混合料由于施工过程的离析可 以严重影响路面的使用品质 离析严重的路段 材料的回弹模量可以降低5 0 为此 建议采用激光表面构造深度仪评价和控制沥青路面的施工离析 用红外扫 描仪评价和控制沥青混合料的温度离析 压实度质量控制的问题在欧洲研究较多 欧洲人提出连续检测与控制的思想 将压实计装置在振动压路机上 通过信息反馈和智能控制压路机的方法 实现压 实质量的反馈控制 就评价检测方法而言 工程质量的评价检测国际上通常包含四方面内容 评 价指标系统和评价方法的确立 承包商施工水平的评价 基于施工水平的采样频 率和采样方法 不合格产品的调整 沥青路面施工质量评价指标应该是与施工直 接相关的 施工过程可以控制的指标包括原材料质量 混合料质量 施工质量等 关键是如何评价 国外的做法是分析检测数据的离散性 变异性和对最终产品可 靠度的影响 这一点相对于我国通常采用的点点对比判断合格率的做法具有一定 的先进性 随着计算机技术的普及 信息系统和管理系统已经广泛应用于路面施工过程 施工质量的动态化管理已成为大的趋势 目前国外先进的做法是采用基于施工水 平采样频率控制施工质量 即施工离散性大的承包商采样频率也要大 这与我国 采取固定频率相比要科学一些 就检测设备而言 国外已经普遍采取红外摄像来检测温度离析 用探地雷达 来检测路面厚度 用落锤式弯沉仪测定路面弯沉 模量 用响应信号的畸变程度 为指标评定压实度 这些基本上都属于无损检测 国内部分省市逐步引进了这些 无损检测设备 但大多仍采用破坏性试验检测或无损检测和破坏性试验相结合的 手段 随着高速公路检测速度高速化 检测数量巨大化 检测数据精确化的要求 无损检测技术将在我国沥青路面质量过程控制中有广泛的空间 1 2 2 国内研究现状 国内对沥青路面施工质量的控制主要是从材料选择 配合比设计 目标配合 比设计 生产配合比设计 生产配合比验证等 混合料生产 混合料的运输 摊 第一章绪论 4 铺 碾压等方面对影响沥青路面工程质量的各项因素进行分析 分析的水平基本 仍停留在定性分析上 很少对各影响因素进行定量的分析 未对各项检测指标的 评价提出科学的方法 未对其进行科学的评价 因此 对所有影响工程质量的因 素的分析 主要是根据经验判断 存在一定的主观性 不能客观地反映各影响因 素对工程质量影响的大小 对最终产品质量的左右程度 另外 我国自改革开放以来 随着高速公路建设规模的扩大 f i d i c i s o 等 质量管理体系和方法开始进入中国 道路建设相关人员的质量意识 质量管理素 质得到全面提升 各公路建设项目都相应建立起自己的q c q a 体系 并取得了许 多成功的经验 如有些项目强制执行原材料准入制度等 这些成功经验为改善我 国沥青路面质量起到了积极的作用 然而 还有相当数量的q c q a 体系具有地方 特色 虽然某一项或几项措施很有特色 作为完整体系的实际运作并不理想 假 数据现象 修改标准的现象 严重 依赖个人主观判断的成份过大 所建体 系尚不具备真正的管理效能 国内不少科研工作者也认识到沥青路面旋工过程控制对于沥青路面使用性能 的重要意义 对一些影响沥青路面使用性能的关键参数 如温度 用油量 级配 压实度等 变异性进行了研究 并提出了很多沥青路面施工过程质量控制的有益 建议和措施 但这些研究大多很分散 研究对象比较单一 更没有建立一套完善 的沥青路面质量控制和质量保证体系 因此这仍需进一步的研究和探讨 至于沥青路面施工过程控制的动态管理模式 国外工业发达国家早在2 0 多年 前就相当普及 当初京津塘高速公路在外国监理的指导下 自始至终很好地使用 了这个方法 为施工质量管理起到了很好的作用 但遗憾的是在京津塘高速公路 以后 国内高速公路工程的建设单位和监理鲜有继续采用这个方法 当然这与检 测项目的滞后性及地区之间经济实力的差异有关 但根本上还是国内沥青路面质 量管理水平的问题 动态质量管理是过程控制的重要手段 旨在及时发现影响质 量的因素 提高施工质量的稳定性 减小变异系数 例如对沥青混合料或沥青路 面来说 离析是产生局部损坏的重要原因 如何发现离析 采取措施提高混合料 的均匀性是防止沥青路面早期损害的重要手段之一 通过动态质量管理可以帮助 我们寻找产生离析的原因 沥青路面工程质量检测与标准化 工程质量过程控制评价体系及对策体系的 研究是随着快速 无损检测技术的发展而受到广泛重视的前沿课题 由于发展时 间较短 而我国在路面检测领域基础本来就薄弱 因此 在施工过程中工程质量 检测 过程控制方面的成果还比较缺乏 并有待于进一步完善 第一章绪论 5 1 3 研究的目的和意义 高速公路沥青路面工程是一种特殊的商品 承包商是售卖方 业主是收买方 由于这种商品价格昂贵 工程投资巨大 且具有特殊的公共性和排他性 因此业 主 买方 往往是通过招标的方式 选择合适的承包商 卖方 生产这一特殊产 品 双方通过契约方式约定产品的数量 规格和质量标准 由于高速公路路面工 程具有排他性 业主在工程完工后 很难有其他可替换的选择 即不可能再修一 条高速公路 因此即便承包商生产的产品有一些质量问题 这些质量问题可能不 会影响路面的短期性能 但可能会影响路面的耐久性和长期性能 业主往往也只 能接受承包商生产的产品 正是因为高速公路沥青路面具有上述特点 因此 业主不仅需要在路面工程 完工后进行竣工验收等质量评价 更要在路面工程承包商确定之前就进行详细的 质量策划 将对产品生产的全过程质量控制要求纳入到买卖双方的合同约定中 在路面工程施工过程中通过规范的质量验证 督促承包商及监理做好产品的全过 程质量控制工作 对产品出现的质量问题及时进行改进 在产品全部或部分完成 后根据生产过程中的质量检查和验证 对产品质量进行评估 由于沥青路面工程具有很强的专业性和复杂性 而且就目前国内的情况而言 处于公路建设高峰期的业主任务都非常繁重 仅凭借其自身的技术力量要很好的 完成上述质量监控工作难度很大 需要引进有实力的路面技术支持单位 协助业 主完成对路面工程的全过程质量控制 当然 目前这种引进技术支持单位协助业主进行质量控制的方式尚未规范统 一 各地区都是根据自身的实际情况确定具体的运作模式 云南省在过去十多年 的高速公路建设过程中 已经形成了一套相对稳定的沥青路面质量控制和质量保 证体系 这套体系在很大程度上保证了沥青路面工程的质量 但正如前面分析所 述 由于沥青路面技术的专业性和复杂性 由于业主任务繁重 技术力量不充足 因此这套体系还有许多值得完善的方面 云南新河高速公路地处我国西南边陲 常年处于炎热气候 夏季高温多雨 地理气候条件对于沥青路面非常不利 如何根据新河高速公路特殊的地理气候条 件 根据路面各结构层的功能进行正确设计和施工 并进行有效的质量控制是关 系到新河高速公路沥青路面工程是否能获得良好的路用性能和耐久性的关键 因 此 有必要结合新河高速公路沥青路面实体工程 开展高速公路沥青路面工程全 过程质量控制研究 以摸索出一套适合云南省实际情况的施工质量管理和控制的 体系和办法 第一章绪论 6 1 4 研究的主要内容 1 4 1 研究的主要内容 本研究以沥青路面施工变异性分析及质量控制为核心 分五个方面开展研究 一是沥青面层原材料质量控制研究 二是沥青混合料质量控制 从沥青混合料的 级配 沥青用量及温度控制等角度开展研究 三是对沥青路面的压实工艺的合理 选择方法 压实度及平整度的变异性水平及影响因素进行分析 并提出改善措施 四是对沥青路面的均匀性评价方法进行研究 并建立新河高速公路沥青路面均匀 性评价的方法和标准 五是进行沥青路面施工质量管理及控制方法相关研究 以 建立适合云南省实际情况的沥青路面施工质量管理体系 具体内容如下 1 原材料 1 改性沥青三大指标变异性的分析 2 集料级配变异性水平 集料级配变异性传递规律及其影响因素分析 3 粗集料含泥量对沥青与集料粘附性的影响 减小集料含泥量的措施 4 集料针片状颗粒含量的影响因素分析 集料针片状颗粒含量对沥青混合 料性能的影响 2 沥青混合料 1 沥青混合料级配变异性水平 影响变异性因素分析 2 沥青混合料温度变异性水平和影响因素分析 以及温度变异性对混合料体 积性质的影响 3 沥青含量变异性及影响因素 3 压实工艺的合理选择方法 压实度及平整度变异性水平及其影响因素分析 4 沥青路面的均匀性评价方法研究 并建立新河高速公路沥青路面均匀性评 价的方法和标准 5 施工过程质量控制与管理 1 建立新河高速公路施工过程质量办法 2 沥青路面施工过程的质量控制方法 3 基于沥青路面施工质量的费用支付调节系统研究 1 4 2 研究方法 首先 全方位进行调研 收集国内外相关科研资料 并向有关专家咨询 以 全面了解我国在该领域研究发展阶段及水平 确定本课题科研起点 需研究的技 术要素 其次 依托新河高速公路沥青路面工程的建设 采用施工检测同室内试验结 合的办法 在施工路段进行摊铺温度 碾压温度 压实度 孔隙率 平整度等检测 试验 室内试验主要有原材料试验 集料 沥青试验 沥青混合料试验 冻融 第一章绪论 7 劈裂强度 混合料级配 沥青含量检测 等 与此同时 建立施工质量控制的试 验数据库 在大量试验研究和现场测试的基础上 利用统计分析技术 分析技术参数变 异性同沥青路面性能之间的相互关系 最终得出影响沥青路面质量的主要技术参 数 在质量控制体系中对技术参数的控制标准进行重新量化 为提高沥青路面施 工水平提供指导 1 5 课题研究依托项目情况 本课题主要依托云南省新河高速公路沥青路面工程建设而开展 云南新 街 一河 口 高速公路是国道主干线 g z 4 0 连浩特至河口公路的最后一段 起点位于河口县新街镇 接蒙自至新街段高速公路止点 止于河口县城槟榔寨 全长5 6 3 2 公里 新河高速是我国通向东南亚的重要国际通道 也是云南省滇东 南地区的主要经济 旅游干线 公路设计等级为全封闭 全立交双向四车道高速 公路 设计车速8 0 公里川 时 路基宽度2 4 5 米 路面宽2 1 米 路面结构为半刚 性基层沥青路面 主线沥青路面结构为 4 c m 改性沥青马蹄脂s m a 6 c m 高 性能改性沥青混合料s u p l 9 8 c m 高性能改性沥青混合料s u p 2 5 6 m m 稀浆 封层 3 6 c m 水泥稳定碎石基层 1 8 c m 水泥稳定碎石底基层 路面施工时间为 2 0 0 7 年1 月3 1 日至2 0 0 7 年1 2 月1 5 日 计划于2 0 0 7 年1 2 月1 8 日竣工通车 全 线共划分为两个路面施工段 表1 1 表1 1 施工标段概况表 t a b l e1 1c o n s t r u c t i o nc o n t r a c t ss u m m a r y 合同标段起讫桩号 标段长度 k m 路面一标 k 8 3 4 0 伊一k 1 1 5 0 0 03 1 5 9 4 路面二标 k l l 5 l o 伊一k 1 3 9 7 2 62 4 7 2 6 第二章原材料的变异性分析及质量控制 第二章原材料的变异性分析及质量控制 8 原材料的质量好坏对沥青路面的质量至关重要 沥青的高温性能不佳 则沥 青路面的高温稳定性能也无法得到保证 集料的含泥量高 则混合料的高温稳定 性能 水稳定性能均会受到影响 国内已通车的部分高速公路 往往通车一 两 年沥青路面就出现不同程度的早期破坏现象 如 裂缝 坑槽 车辙等 这其中 原因是复杂的 固然有施工质量控制不当 重载车辆多等不利因素 建设中对原 材料质量要求不严格也是一个重要的原因 由于我国目前处于高速公路建设大发 展时代 部分地区往往同时开工的建设项目又多 原材料供应紧张 同时在某些 欠发达地区 原材料的生产加工设备又相对落后 这种种不利因素导致我国目前 高速公路路面建设中原材料质量不佳或质量不稳定 因此在高速公路路面建设中 原材料的质量控制是应该重点注意的问题 2 1 沥青材料的变异性及其质量控制 沥青混合料的结构强度形成来源于两个方面 一是集料的骨架作用 二是沥 青 沥青同矿粉组成的胶浆的粘结作用 在其力学性能的发挥过程中 沥青胶结料 的作用不可替代 2 1 1 沥青的技术指标要求 新河高速公路沥青路面下面层采用的是优质7 0 号韩国s k 石油沥青 中 上 面层均采用s b s 现场改性沥青 基质沥青采用壳牌7 0 号重交通石油沥青 高性能 沥青路面 s u p e r p a v e 沥青结合料采用p g 性能分级指标 而我国的沥青分级采 用针入度指标 因此 在技术指标上对两者均提出要求 从技术规范上将两者统 一 对沥青胶结料的具体技术要求和实验室试验结果见表2 1 2 2 表2 1道路石油沥青7 0 号a 级技术要求及s k 沥青试验结果 t a b l e2 1t e c h n i c a lr e q u i r e m e n t sa n dt e s tr e s u l t so fg r a d e7 0a c l a s sa s p h a l t 检验项目技术指标试验结果 针入度2 5 0 1 m m 6 0 8 07 2 8 针入度指数p i 1 5 斗1 o 0 6 4 延度1 5 e r a 不小于 1 0 0 1 5 0 延度1 0 c m 不小于 1 54 2 软化点 不小于 4 64 8 5 6 0 c 动力粘度 p a s 不小于 1 8 01 9 9 2 密度 1 5 c 实测 1 0 4 4 含蜡量 蒸馏法 不大于2 22 2 闪点 不小于 2 6 03 4 3 溶解度 不小于 9 9 59 9 7 3 第二章原材料的变异性分析及质量控制 薄膜加热试质量损失 不大于土0 80 0 4 验1 6 3 5 h 2 5 针入度比 不小于 6 14 8 6 i o c 延度 c m 不小于 67 1 s u p e r p a v e 沥青结合料性能试验 动态剪切g s i n s 6 4 c k p a 不小于 1 01 1 7 2 r t f o t 后 动态剪切g s i n s 6 4 c k p a 不小于 2 22 3 9 8 p 科后 动态剪切g s i n 5 2 5 c k p a 不大于 5 0 0 02 8 4 5 蠕变劲度 1 2 c m p a 不大于 3 0 02 3 0 l l l 值不小于 0 30 3 1 4 路用性能分级 p g 6 4 2 2 表2 2s b s 改性沥青技术要求及试验结果 t a b l e2 2t e c h n i c a lr e q u i r e m e n t sa n dt e s tr e s u l t so fs b sm o d i f i e da s p h a l t 检验项目技术指标测试方法 针入度2 5 c 0 1 m m 4 0 6 04 9 5 针入度指数p i不小于 0 o 1 0 延度5 c 5 c m m i n不小于 2 03 2 2 软化点 不小于 7 09 0 3 1 3 5 c 运动粘度 p a s 不大于 3 2 2 9 2 闪点 不小于 2 3 03 4 1 溶解度 不小于 9 99 9 6 0 弹性恢复2 5 c不小于 9 09 5 贮存稳定性离析 4 8 h 软化点差 不大于 2 2o 5 r t f o t 后残 质量损失 不大于 土1 00 0 0 4 2 5 针入度比 不小于 6 54 0 6 留物 5 c 延度 锄 不小于 1 52 7 5 s u p e r p a v e 沥青结合料性能试验 动态剪切g s i n 6 7 6 c k p a 不小于 1 02 6 8 3 r t f o t 后 动态剪切g s i n s 7 6 c k p a 不小于 2 22 6 4 3 p a v 后 动态剪切g s i n a i 31 c k p a 不大于5 0 0 07 8 3 蠕变劲度 一1 2 c m p a 不大于3 0 0 1 7 3 m 值不小于o 30 3 3 5 路用性能分级 p g 7 6 2 2 9 由于河口地区夏季酷暑多雨 气候恶劣 因此 根据实际情况 对沥青的某 些技术指标提出比规范更高的要求 普通沥青采用的是优质7 0 号韩国s k 石油沥青 质量较好 现场施工时的抽 第二章原材料的变异性分析及质量控制 1 0 检也表明其质量稳定 而改性沥青由于是现场生产 所以施工过程中 对改性沥 青抽检比较频繁 对沥青技术指标的变异性的分析也主要基于改性沥青 在沥青路面施工中 由于试验条件的限制 在施工质量控制中只检测针入度 软化点 延度这三大指标 而其它指标 如含蜡量 针入度指数以及动态剪切g s i n 6 等非常重要的指标限于试验条件 未作要求 本文对沥青材料技术指标的变异性 分析也仅限于沥青的三大指标而展开 2 1 2 沥青技术指标对沥青混合料及沥青路面性能的影响 1 沥青三大指标概述 沥青常用的三大指标为针入度 软化点 延度 针入度为我国沥青的分级指 标 软化点为沥青高温性能指标 而延度则主要体现沥青的低温抗拉伸性能 1 针入度 针入度试验是国际上常用的测定粘稠沥青稠度的一种方法 针入度是指在规 定温度和时间内 附加一定质量的标准针垂直贯入沥青试样的深度 以o 1 m m 表 示 通常针入度值越小 表示沥青越硬 相反 针入度值越大 表示沥青越软 我国现行规范是以针入度等级来划分沥青标号 在沥青标号的选择上 通常 在较热的气候区域 较繁重的交通情况下 应采用针入度值较小的沥青 反之 则采用针入度值较大的沥青 2 软化点 沥青是一种粘弹塑性体 它没有明确的熔点 随着温度的升高 沥青会逐渐 软化 软化点就是在特定试验条件下表示沥青软硬程度的一个条件温度 由于软化点试验方法简单 能很快得出结果 因此 软化点常常用作产品质 量的控制指标 软化点常用于评价沥青的高温稳定性 软化点高意味着等粘温度 e 高 混合料的高温稳定性也好 一般说来 针入度小的沥青其软化点就高 控制住软化点则针入度变化也不会太大 3 延度 沥青的延度是通过在规定的速度和温度下 拉伸标准试件的两端直到断裂的 长度 由于沥青延度试验具有简便 测试快速等优点 常被作为评价沥青低温性 能的指标 一般认为沥青的低温延度与开裂性能关系密切 近年来 有学者认为 低温延度试验并不适用于评价聚合物改性沥青低温性能 2 沥青技术指标对沥青混合料及沥青路面性能的影响 普通沥青混合料的高温稳定性能首先取决于矿料骨架 同时沥青结合料起到 阻碍混合料发生剪切变形的牵制作用 因而两者都是十分重要的 而对于改性沥 青混合料而言 对高温稳定性能的贡献改性沥青则可能居于主要地位 在其它因 素固定的条件下 沥青混合料的粘聚力c 是随着沥青粘度的提高而增加的 在相 第二章原材料的变异性分析及质量控制 同的集料和级配组成条件下 随着沥青针入度的减小 沥青的粘度提高 沥青混 合料粘聚力有明显的提高 同时内摩擦角亦稍有提高 表明高温稳定性能提高 其试验结果见表2 3 表2 3 沥青针入度变化对沥青混合料粘聚力和内摩擦角的影响h 羽 t a b l e2 3 e f f e c to nt h ea s p h a l tm i x t u r ec o h e s i o na n di n t e r n a lf r i c t i o na n g l eo f a s p h a l t p e n e t r a t i o n sc h a n g e 沥青稠度 混合料高温稳定性指标 6 5 针入度p粘度粘聚力内摩擦角 试件编号沥青名称 2 5 c l o o g 5 s c 6 0 1 0 c缈 1 l o m m s k p a r a d 1 5 0 7 石油沥青 6 03 3 00 5 6 6 7 1 5 0 8 石油沥青 7 13 1 30 5 6 2 6 1 5 0 2 石油沥青 8 32 3 90 5 5 0 9 1 5 0 9 煤沥青 6 03 0 90 5 4 0 5 软化点与马歇尔稳定度及车辙试验的变形之间存在良好的相关关系 见图 2 1 2 2 软化点每提高5 马歇尔稳定度增加1 3 k n 以上 车辙试验变形速率 减少近一半 童 毒 蓑 葬 童 森 蓑 蓉 4 85 05 56 06 57 04 85 05 56 0晒7 0 软化点 m 软化点 i p 图2 1软化点与马歇尔稳定度之间关系m图2 2 软化点与车辙试验变形率间关系 f i g u r e2 lr e l a t i o n s h i pb e t w e e ns o f t e n i n gp o i n ta n dm a r s h a l ls t a b i l i t yo f a s p h a l t f i g u r e2 2r e l a t i o n s h i pb e t w e e ns o f t e n i n gp o i n ta n dd y n a m i cs t a b i l i t yo f a s p h a l t 沥青结合料的性能直接影响沥青路面的低温性能 当温度敏感性相同时 或油 源相同 针人度大的沥青有较低的劲度模量 比采用硬沥青的路面裂缝少 第二章原材料的变异性分析及质量控制 1 2 低温延度与路面开裂有一定关系 美国从宾州试验路结果得出结论 开裂与 1 5 c 延度有关 并建议将1 5 延度 t f o t 后 标准从1 5 c m 提高3 0 c m 以减少 荷载引起的裂缝 2 1 3s b s 改性沥青三大指标变异性 1 数据变异性 在沥青路面施工过程中 沥青的针入度 软化点 延度三大指标是强制性的 常规试验项目 在施工过程中 对其重点监测 表2 4 是新河高速公路路砸一标中 面层施工过程中改性沥青的检测结果 表2 4 新河高速公路路面一标中面层s b s 改性沥青检测结果 t a b l e2 4t e s tr e s u l t so fs b sm o d i f i e da s p h a l t 试验日期 针入度 o l m m 软化点 5 c 延度 e r a 9 月11 日 5 6 18 2 33 0 9 月1 3 日5 2 68 8 5 3 2 9 月1 4 日 5 2 29 0 13 2 9 月2 4 日 5 3 98 5 52 4 9 月3 0 日5 2 68 6 52 6 1 0 月2 日 5 1 98 8 92 4 1 0 月3 日 5 3 18 7 12 4 1 0 月7 日 5 4 18 9 33 0 1 0 月8 日 5 0 28 7 33 8 1 0 月1 2 日5 2 38 4 72 8 1 0 月1 3 日 5 4 28 0 33 3 1 0 月1 4 日 5 1 78 9 83 5 l o 月2 0 日 5 1 98 7 13 5 1 0 月2 1 日 5 3 68 4 43 2 1 0 月2 2 日 5 1 1 38 5 12 7 1 0 月2 4 日 5 2 38 7 62 3 l o 月2 5 日 5 1 48 8 22 5 l o 月2 6 日5 1 88 7 3 3 3 1 0 月2 7 日 5 2 48 0 32 5 1 0 月2 8 日 5 0 9 8 6 5 3 0 11 月1 1 日 5 2 28 4 52 6 1 1 月1 3 日 5 0 28 8 62 5 均值 5 2 48 6 4 2 9 标准差 1 3 7 42 7 6 64 3 4 8 变异系数 0 0 2 60 0 3 2o 1 5 第二章原材料的变异性分析及质量控制 表2 5 壳牌7 0 号普通沥青三大指标检测结果 t a b l