沥青路面材料质量控制和施工关键工序研究

1、摘摘 要要 近年来由于我国高速公路建设的飞快发展和汽车数量持续大幅增加，高速公路沥 青路面频繁出现早期破坏现象。分析主要原因与路面本身材料选择和施工关键工序的 控制不当有关，因此，针对沥青路面材料质量选择和施工关键工序施工质量研究迫在 眉睫。吉草高速是吉林省干线公路黑大公路（G202）的重要组成部分，主要承担辽宁、 吉林、黑龙江三省的客货运输，该工程是吉林省 “十一.五”规划的重点工程，受到 社会各界的普通关注，工程质量的优劣是整个建设项目的核心。 本次研究主要针对我国高速公路沥青混合料路面施工过程中普通出现的质量问题， 以吉草高速建设项目为依托，对沥青路面的原材料的选择、沥青混合料的拌和运输

2、、 摊铺及碾压等施工工序以及路面平整度和压实度控制方法进行研究，提出沥青混合料 施工过程中各关键工序的流程质量控制的要点。 在进行大量调研和试验的基础上，提出了吉草高速材料选择的具体标准，指导吉 草高速路面材料的优选；在进行室内试验后，对沥青混合料目标配合比设计、生产配 合比设计和生产配合比进行验证并对材料选用以及施工过程中容易发生的问题进行了 深入研究，并提供了相应的解决方法。 最后从沥青混合料施工时通常出现的离析、压实度不足或过度及平整度不足等现 象作为切入点，分别对这三种问题进行了深入研究，提出了改善方法和措施。 关键词：关键词：沥青混合料、路面材料、质量控制、离析、压实度、平整度。 A

3、bstract In recent years due to the rapid development of highway in our country and the cars continues to increase, the early damage of asphalt pavement on highway occur frequently.the Analysis indicate the main reason of the above problems is connected with improper material selection and controlmen

4、t of key process, therefore, the study on the selection of asphalt pavement material and the quality control is imminent.Ji Cao highway is an important part of hei da highway(G202) in jilin province, which mainly undertake the transport of both travellers and goods that belong to the three provinces

5、 on Liaoning, jilin, heilongjiang, the Ji Cao highway project is key projects being planed in jilin province during 11th five, which is commonly payed attention to by all sectors of the society, the merits of the project quality is the core of the whole construction project. This study mainly aims a

6、t the common quality problems of the asphalt pavement in the construction process of our country highway, which based on Ji Cao highway projects, by studying the selection of the raw material, both malaxtion and transportation of asphalt mixture,both pavement and rolling compaction of asphalt mixtur

7、e, the contollabe methed of surface evenness and the degree of compaction of pavement, this article put forward the key point of quality control in the process of asphalt mixture construction . On the basis of a large number of research and test, this article puts forward the specific standard of ma

8、terial selection in Jicao highway, which guide the optimization of pavement material in Jicao highway;After laboratory test, I test adaptability proportion design of the target, adaptability proportion design of production and adaptability proportion of the production, at the same time I study the s

9、election of material and theproblem being easily arose during construction, by which this article provides the corresponding solutions. Finally, this article conducted in-depth study on basis of the segregation of asphalt mixture in construction,the compactness being short or excessive and the surfa

10、ce smoothness being short, at the sme time put forward the methods and measures of improvement. Keywords: Asphalt mixture, pavement material, quality control, segregation, degree of compaction, surface smoothness. 目目 录录 第一章第一章 绪论绪论.1 1.1 问题的提出.1 1.2 研究的目的和意义.2 1.3 国内外研究状况.3 1.4 研究主要内容.3 第二章第二章 材料质量标

11、准及配合比控制研究材料质量标准及配合比控制研究.5 2.1 吉草高速原材料选用标准的探讨.5 2.1.1关于粗集料的压碎值讨论.5 2.1.2粗集料针片状含量控制标准.9 2.2 吉草高速材料控制的标准建议.11 2.2.1吉草高速集料的建议控制标准及措施.11 2.2.2吉草高速沥青的建议控制标准及措施.14 2.3 沥青混合料的质量控制.15 2.3.1沥青混合料路用性能.15 2.3.2沥青混合料的技术标准范围.17 2.4 配合比设计的控制要求.18 2.4.1 吉草高速沥青混合料配合比优化设计.18 2.4.2沥青混合料路用性能验证.21 第三章第三章 离析的控制离析的控制.32 3

12、.1 沥青混合料离析类型及影响因素分析.32 3.1.1沥青混合料离析的分类.32 3.1.2各类型离析的影响因素.34 3.2 沥青路面离析检测与评价方法介绍.36 3.2.1有损检测方法.36 3.2.2 无损检测方法.37 3.3 沥青混合料离析预防与控制技术.40 3.3.1集料离析的预防与控制措施.40 第四章第四章 沥青路面平整度及压实度控制沥青路面平整度及压实度控制.44 4.1 路面的平整度控制.44 4.1.1路面平整度要求及评价指标.44 4.1.2影响路面平整度的因素.45 4.1.3控制路面平整度的措施及检测结果.46 4.2 沥青路面的压实度控制.49 4.2.1 提

13、高沥青路面压实度要求的必要性.49 4.2.2标准密度的选择对压实度的影响.49 第五章第五章 结论及展望结论及展望.52 参考文献参考文献.54 攻读学位期间发表的学术论文攻读学位期间发表的学术论文.57 吉林建筑工程学院硕士学位论文原创性声明吉林建筑工程学院硕士学位论文原创性声明.58 吉林建筑工程学院硕士学位论文使用授权书吉林建筑工程学院硕士学位论文使用授权书.59 致致 谢谢.60 第一章第一章 绪论绪论 1.1 问题的提出问题的提出 珲春至乌兰浩特高速公路-沈阳至吉林联络线-吉林至草市段高速公路（下文简称： 吉草高速）总长 258.6 公里，预算投资 105 亿元，起点位于吉林省吉林

14、市，终点连接至 辽宁省清原县草市镇，途中经过永吉、磐石、东丰、梅河口四县市，路基宽 26 米，双 向四车道，设计速度 100 公里/小时，沥青混凝土路面。主要工程内容：大中小桥 84 座， 互通和分离式立交桥 63 座，天桥 73 处，隧道 2 座和服务区 4 个。吉草高速地理位置 属于北温带东亚大陆性季风气候区，四季分明，春季多风，夏季多雨，秋季多晴，冬 季寒冷。由于二级公路收费站撤消，国道 202 线交通量急剧上升，特别是高速公路施 工期间和旅游旺季，超载重载现象明显，2009 年上半年日平均交通量为 5665 台次，下 半年日平均交通流量高达 7058 台次。 结合 202 国道交通量情

15、况调查，对吉草高速交 通量预测为：日平均交通流量 6600 台次。 结合吉草高速的地理位置、气候条件、地形条件、交通量预测，吉草高速路面面 层设计采用了下面层 ATB-25 沥青稳定碎石混合料，中面层 AC-20C 粗级配改性沥青混 合料，上面层 SMA-13 改性沥青混合料，此结构为适应重载交通量的需求，根据现有 研究资料1-3可知，重点是解决低温抗裂性、高温稳定性、耐久性（疲劳特性、水稳定 性、老化性能）和抗滑性。 目前由于我国高速公路建设大发展，各省市均面临着繁重的建设任务，容易产生 过于保证建设工期而对质量控制的忽视，造成高速公路建设过程中突显了诸多问题， 给公路使用带来安全隐患；高速

16、公路建设是庞大的系统的工程，其特点有：建设工期 长、投资巨大、技术标准高、涉及环节多；目前我国公路建设现状是：技术力量薄弱， 管理技术水平低、监控力度不足，造成已建成投入使用的高速公路不久就出现裂缝、 拥包、车辙等早期破坏症状；路面早期破损和耐久性不足很大程度上是由施工过程中 施工工艺不合理、管理水平低、施工质量控制不严等原因造成。大多数高速公路通车 后出现重载、超载现象，这些条件均给路面带来了安全隐患。 高速公路建设需要提高质量的要求迫在眉睫，而我国高速公路沥青路面在施工控 制方面的研究还远远落后，主要表现有： 一、沥青混合料的设计对工程地质、气候以及环境特点考虑不足，设计的沥青混 合料路用

17、性能无法满足要求。 二、规范要求的原材料质量过于宽范。 三、沥青混合料的拌和、运输、摊铺以及碾压过程中的质量控制等未规范问题。 因此，开展高速公路沥青路面质量控制和施工关键工序研究就尤为紧迫。 本项目的题目是“沥青路面材料质量控制和施工关键工序研究” ，吉草高速路面设 计为沥青路面（上面层为厚 4cm SBS 改性沥青 SMA-13、中面层为厚 6cm 改性沥青 AC-20、下面层为厚 8cm 70 号沥青 ATB-25） ，根据以住高速公路的应用经验，本次研 究内容是对吉草高速沥青路面施工关键工序的质量控制展开，从而提高路面的施工质 量、延长沥青路面使用寿命、降低养护费用。 1.2 研究的目

18、的和意义研究的目的和意义 在我国高速公路施工技术多年来积累丰富的经验基础上，高速公路施工技术飞越 发展，突显的问题同样越来越多。一部分路面建成后不久就会出现不同程度的早期破 损47，造成后期的养护费用大幅增加，同时严重影响道路通行能力，导致沥青路面远 远未达到设计使用寿命。在很大程度上是由于施工控制不严造成的路面早期破坏。因 此，开展对沥青路面施工质量控制的研究，具有非常重大的意义。表现为以下几个方 面： 1、促进道路施工的标准化，提高道路性能指标。 在公路沥青路面施工技术规范 （JTG F40-2004）提出工程质量动态管理模式， 但由于目前监测仪器和方法的落后，很多试验数据要等到路面成型后

19、才能测定，施工 现场无法测定，同时在施工中各因素又存在相互的关连性，要在通车后，对路面施加 荷载后才能表现出来，发现的问题无法弥补。施工中加强施工质量控制，充分发挥路 面的各项使用性能，减少后期的维修养护费用，达到预期的使用寿命，能最大限度的 发挥高速公路在国民经济建设中的重要作用。 2、充分发挥路面的使用性能，提升服务水平。 近年来，我国加大基础设施建设力度，高速公路建设同时得到快速发展，吉林省 高速公路网密度和里程也迅猛增长，到 2011 年底通车里程已达 2250 公里89。如果路 面出现早期破坏，将无法充分发挥高速公路的使用性能，运载能力也发挥不出应有的 效应。对高速公路施工质量有效控

20、制，能降低因破损检测对路面造成的损坏；保证路 面的平整度，使道路使用者更舒适的行驶在高速公路上。 1.3 国内外研究状况国内外研究状况 1957 年，美国加利福尼亚公路管理局对有代表性的 45 项机械化施工描绘出工序曲 线，对生产量与施工时间的逻辑关系进行了深入研究，并在美国交通技术协会年会的 道路会议上首次提出了香蕉曲线理论7，对施工质量需要进行控制。 1987 年，美国设立了战略公路研究项目(SHRP)计划1012，对沥青混凝土路面的沥 青材料的特性、沥青混和料、沥青路面施工工艺和需要配合的设备进行研究，并取得 一系列重大的研究成果。施工技术方面，推出了不间断摊铺和二次复拌等工艺，研发 了

21、热沥青混合料转运车与多重二次复拌装置13。在解决沥青混合料在施工中的材料离 析和温度离析问题上提出了很多思路。 美国从 1996 年开始，从各州收集和调查工程数据1416，整理了有关施工质量控 制的规范，形成了较为系统的质量保证体系。 近年来，我国资深专家沙庆林对沥青混凝土路面早期破损的产生和机理进行了深 入研究1720，并指导路面施工过程中通常出现的问题并提出了解决这些问题的办法； 资深专家沈金安开展了对沥青混凝土的不均匀性和离析原因深入的研究，从工艺和设 备的配置角度上提出了宝贵的建议。这些研究使当时的资源得到了充分的利用，有效 提高路面施工质量，节约了施工成本。此外，国内工程机械生产厂商

22、也对沥青路面的 施工机诫进行了开发，生产出一批先进实用的路面施工设备。 我国广东开阳公司联合华南理工大学，依托开阳高速公路沥青混凝土路面，开展 的高速公路沥青混凝土路面施工控制系统研究，是目前国内比较成功的案例2123。开 阳高速公路沥青混凝土路面施工质量控制方法，有效提高广东省沥青混凝土路面建设 中施工控制水平，延长了路面寿命，大幅度降低路面养护费用。 江苏省高性能沥青混凝土路面技术的研究提供了大量的研究成果2429，提高了沥 青混合料的拌和、摊铺和碾压技术各环节的控制注意事项和检测标准、并建立了施工 控制质量保证（QC/QA）体系，在国内尚属首次。 辽宁省对施工过程控制技术进行了研究303

23、4，重点在沥青路面质量过程控制方法、 指标、和标准研究，确定了沥青混合料在路面施工过程各工序温度测试方法等内容。 1.4 研究主要内容研究主要内容 本研究针对吉草高速在沥青路面施工过程中，从材料质量选择及配合比设计的优 化，离析控制，拌和及摊铺压实工艺等工序过程中的关键技术环节进行了分析，研究 如何提高沥青路面摊铺过程的质量方法和技术，为日后沥青路面施工质量控制提供参 考。高速公路沥青路面施工关键工序主要包括：混合料拌和、运输、摊铺、碾压、接 缝等。其中，主要内容如下： 1、原材料的选择及配合比控制的研究：单质材料质量的优劣对沥青混合料的使用 性能有重要的影响，应严格对进场材料的质量和混合料配

24、合比进行有效控制，为保证 能生产出高质量的混合料，必须严把材料选择质量关。主要内容包括：基质沥青质量 要求；粗集料、细集料及矿粉的质量要求与控制方法，混合料控制手段，配合比设计 等。 2、离析、压实度及平整度的控制研究：施工时如果产生严重的离析，将会使得设 计混合料的级配失去意义，会导致原目标配合比设计中想要得到的混合料的各项优异 的性能指标产生偏离。另外离析现象是最终导致路面早期破损的重要诱因，对沥青混 合料的离析控制是本次研究其中一项重要内容。具体内容包括：沥青混合料离析的类 型及产生原因剖析，离析的检测方法和主要控制措施等。 第二章第二章 材料质量标准及配合比控制材料质量标准及配合比控制

25、研究研究 高速公路建设中，用于生产沥青混合料的材料包括沥青、不同规格的粗集料、细 集料、矿粉、改性剂等。事实证明，优质的材料选择和严格的质量控制管理，能使各 种材料的所有指标均符合相关规定的要求，保证各级矿料的级配组成相对稳定，达到 筑成优质沥青面层的关键所在4143。 2.1 吉草高速原材料选用标准的探讨吉草高速原材料选用标准的探讨 吉草高速路面设计和材料的选择时应充分考虑项目自身的特点，吉草高速所采用 的面层结构如表 2-1 所示： 表 2-1 吉草高速面层结构 上面层 SMA-134cm 下面层 AC-206cm 柔性基层 ATB-258cm 上基层二灰稳定碎石（6:14:80） 32c

26、m 下基层二灰稳定碎石（7:18:75） 16cm 其中上面层的 SMA-13 的沥青混合料与中面层的 AC-20 沥青混合料中采用的沥青 为 SBS 类 I-C 改性沥青，下面层 ATB-25 采用的沥青为 70 号 A 级道路沥青；上面层 所用岩石种类为玄武岩；中面层所用岩石种类为玄武岩或安山岩；下面层所用岩石种 类为石灰岩。 目前原材料的选用指标大多以现行规范的确定的标准作为依据，只有少量指标会 根据工程建设的实际情况进行适当调整和提高。最常见的粗集料的压碎值和针片状含 量指标会做出适当的调整。 2.1.1 关于粗集料的压碎值讨论关于粗集料的压碎值讨论 集料压碎值用于测量石料在逐级增加荷

27、载作用下抵抗不被压碎的能力，是衡量石 料力学性能好坏的指标，以评价在此材料的适用性。 根据吉林省的现有情况，集料的力学指标大多数都较好，平均压碎值远远高于规 范要求。 沥青路面施工技术规范中明确规定，沥青路面粗集料压碎值不大于 26%（高速公路和一级公路面层）和 28%（高速公路和一级公路其他层次） ，通过对吉 林省的材料进行实地调查，石灰岩压碎值最高为 24.2，其他硬质岩压碎值指标均在 20以内。吉草高速各面层所用粗集料的压碎值如下： 表 2-2 下面层粗集料(石灰岩)检验 粗集料压碎值试验（T0316-2005） 试验前质量筛下质量压碎值平均值 第一组 3000.3656.321.88

28、第二组 3000.5587.519.56 第三组 3000.4643.621.47 20.95 表 2-3 中面层粗集料(安山岩)检验 粗集料压碎值试验（T0316-2005） 试验前质量筛下质量压碎值平均值 第一组 3000.5333.611.13 第二组 2999.8295.19.84 第三组 3000.2333.211.09 10.70 表 2-4 上面层粗集料(玄武岩)检验 粗集料压碎值试验（T0316-2005） 试验前质量筛下质量压碎值平均值 第一组 291332711.3 第二组 291330810.5 第三组 291331410.7 10.8 由检验结果可知吉草高速公路中使用的

29、粗集料的压碎值远远高于规范要求的 26% 和 28%。同时可以认为，吉草高速公路粗集料的优选在规范中压碎值的规定起不到控 制作用。 为探索集料压碎值与混合料路用性能之间的关系，课题组选取分别由石灰岩（平 均压碎值 21）和玄武岩（平均压碎值 11）的骨架级配 SMA-13 进行对比试验研究；另 外再选用分别由石灰岩和玄武岩组成的 AC-13 连续级配并选用同种类沥青制作马歇尔 和车辙试验试件，分别对高温稳定性和水稳定性进行试验。 表 2-5 试验级配表 级配 13.29.54.752.361.180.60.30.150.075 SMA-13100 64.42 27.00 23.24 20.55

30、 17.95 16.11 14.23 9.34 AC-1310077.849.833.223.518.513.09.66.3 图 2-1 部分试件 高温稳定性的试验结果： 0 500 1000 1500 2000 玄武岩石灰岩 动稳定度 次/mm SMA-13 AC-13 图 2-2 高温稳定性试验结果 从试验结果可以看出：级配相同条件下，无论是对 AC 类沥青混合料还是 SMA 类 沥青混合料，压碎值较小的玄武岩试件都比石灰岩试件的动稳定度要好。这说明集料 的压碎值对混合料动稳定度产生直接影响，压碎值较大的岩石在试件成型或者是施工 过程中更容易被压碎，降低混合料的抗剪强度能直接影响混合料的高

31、温稳定性。对于 SMA 沥青混合料（密实骨架结构） ，动稳定度随集料的压碎值降低，成正比，并且下 降幅度比较大。而对 AC 类沥青混合料（连续密级配）的高温稳定性影响很小。 水稳定性试验情况： 75 80 85 90 95 100 玄武岩石灰岩 残留稳定度（%） SMA-13 AC-13 图 2-3 残留稳定度试验结果 75 80 85 90 95 100 玄武岩石灰岩 冻融劈裂强度比（%） SMA-13 AC-13 图 2-4 冻融劈裂试验结果 从试验结果能看出：压碎值大的混合料的冻融劈裂试验强度比和残留稳定度均较 小，原因是在试件成型或者道路铺筑碾压时，由于集料的压碎值较大，集料产生的破

32、碎率增大，沥青没有粘覆在压碎的集料破碎面上，粘结力较差，水分容易进入，致使 沥青膜剥落，最终导致混合料水稳性变差。对于沥青混合料 AC-13（细型密级配） ，冻 融劈裂试验强度比和残留稳定度下降幅度相对较小，而对于沥青混合料 SMA-13（骨架 密实） ，混合料的冻融劈裂试验强度和残留稳定度下降更为明显。 由上述试验结果及分析可以看出粗集料的压碎值与混合料的路用性能有着密切的 关系。目前，交通部统一采用公路工程集料试验规程 （JTG E422005）中的 T0316 测定粗集料压碎值。 从吉草高速公路石料的力学情况看，石料力学指标普遍较高，因此，有必要提高 集料压碎值的要求。经过大量调研并结合

33、水泥混凝土中对集料压碎值的要求提出吉草 高速粗集料压碎值如表 2-6 所示： 表 2-6 吉草高速沥青路面集料压碎值建议 层位表面层其它层位 压碎值.（%） .20.24 吉草高速公路中心试验室对所备集料也做了力学性能检测，其中三个面层所用粗 集料压碎值的检测结果分别如表 2-7、2-8 和 2-9 所示 表 2-7 下面层粗集料(石灰岩)检验 粗集料压碎值试验.（T0316-2005） 试验前质量筛下质量压碎值平均值 第一组. 265950318.8 第二组. 265946717.7 第三组. 265948018.2 18.3 表 2-8 中面层粗集料(安山岩)检验 粗集料压碎值试验（T03

34、16-2005） 试验前质量筛下质量压碎值平均值 第一组. 274740514.7 第二组. 274745116.5 第三组. 274743515.9 15.8 表 2-9 下面层粗集料(玄武岩)检验 粗集料压碎值试验（T0316-2005） 试验前质量筛下质量压碎值平均值 第一组. 266230211.3 第二组. 266231611.8 第三组. 266229911.3 11.6 上述结果表明：吉草施工过程中三种结构面层选用集料的压碎值均可满足要求。 另外，根据一些资料和研究成果发现，某些集料在高温条件下抵抗压碎能力会大 大的降低，石料温度越高越脆，越容易压碎。在沥青混合料路面的施工中，一

35、般的施 工温度在 100以上，在常温下压碎值合格的石料，在高温条件下不一定能合格。为此 对吉草高速下面层所用的石灰岩压碎值做了对比试验，结果如表 2-10 所示： 表 2-10 集料压碎值高温试验结果 试验温度组数平均压碎值（%）降低百分比 2519.7 180 5 21.3 9.3% 结果表明集料的压碎值在高温条件下会有所上升，因此建议以后施工中对集料的 高温压碎值也应加以观察，避免常温条件下压碎值满足要求而在施工温度下又会产生 大量存碎现象。建议在吉草高速经过拌和高温后粗集料的压碎值降低不超过 10%。 2.1.2 粗集料针片状含量控制标准粗集料针片状含量控制标准 针片状颗粒由于形状是细长

36、或扁平，在施工过程中易造成集料破碎，从而使得沥 青混合料的实际级配细化，对沥青混合料的路用性能影响较大。 通过逐个考察吉草高速沿线的料场，由于生产工艺有差异等原因，集料的针片状 颗粒含量变化范围很大，最小的只有 5%,而最大的能达到了 20%。为了进一步论证集料 针片状颗粒含量对沥青混合料的高温稳定性的影响,参考当地集料的针片状颗粒含量水 平,课题组选用 5%、8%、11%、14%、17%、20%等 6 种针片状颗粒含量的粗集料，沥青选 用 70 号道路石油沥青，按表 2-11 中的合成级配并在最佳油石比下进行制作试件并试 验，试验级配及试验结果如表 2-12、表 2-13 以及表 2-14

37、所示： 表 2-11 试验级配表 筛孔31.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075 通过率10098.888.680.572.559.737.024.416.112.57.66.15.4 表 2-12 马歇尔试验结果 指标 试件平均相对 毛体积密度 试件平均 空隙率 VV/% 试件的矿料 间隙率 VMA/% 稳定度（KN） 流值 （mm） 试验值2.4524.3213.514.593.11 表 2-13 动稳定度试验结果 不同针片状颗粒含量(%)下的动稳定度/(次/mm) 指标 5811141720 结果325531933094294626362

38、268 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 5811141720 针片状颗粒含量/% 动稳定度/(次/mm) 图 2-5 动稳定度试验结果 表 2-14 直剪强度试验结果 不同针片状颗粒含量(%)下的直剪强度/MPa指标 5811141720 结果0.5940.5880.5830.5660.5330.493 0.44 0.46 0.48 0.5 0.52 0.54 0.56 0.58 0.6 5811141720 针片状颗粒含量/% 直剪强度/MPa 图 2-6 直剪强度试验结果 由动稳定度试验结果可以看出，针片状颗粒含量从 5%增加到 20%时，混合料的动

39、 稳定度降幅为 33.5%；当针片状颗粒含量从 5%增大到 14%时，混合料的动稳定度的降 幅为 12.5%；当针片状颗粒含量从 14%增大到 20%时混合料的动稳定度降幅为 23.8%。可见，当针片状颗粒含量小于 14%时，各个级配的抗车辙性能降低较慢；而当 针片状颗粒含量大于 14%时，抗车辙性能降低很快。 针片状颗粒含量从 5%增加到 20%，混合料的直剪强度的降幅为 16.5%；当针片状 颗粒含量从 5%增大到 14%时；混合料的直剪强度的降幅分别为 7.6%；当针片状颗粒 含量从 14%增大到 20%时，混合料的直剪强度的降幅分别为 12.5%。可见直剪强度的 下降区间主要在 14%

40、20%之间，当针片状颗粒含量小于 14%时，直剪强度下降较为缓 慢。 2.2 吉草高速材料控制的标准建议吉草高速材料控制的标准建议 以现行国家规范为依据，结合上文中的分析，针对吉草高速的建设中材料的标准 给出建议。为今后吉林省高速公路的建设提供参考。 2.2.1 吉草高速集料的建议控制标准及措施吉草高速集料的建议控制标准及措施 1、粗集料是指经过加工的粒径大于 2.36mm 的破碎砾石、碎石或者筛选砾石级配 的碎石。吉草高速选用的粗集料应该具备洁净、耐磨、坚硬、干燥、无杂质、无风化 等特点，下图 2009 年冬季吉草高速指挥部进行路面备料检查时实地拍摄的照片： 图 2-7 集料照片 此外还应具

41、有良好的颗粒形状，细长和扁平的颗粒含量不应过大，集料的表面不 宜过于光滑，要具有一定的粗糙度，以利于与沥青拌和后形成良好的、不易脱落的沥 青膜。同时还应与沥青有良好的粘附性。 前文已对吉草高速的面层结构类型做过介绍，在集料的选用要求上根据所应用的 结构层的功能不同，对集料性能指标的要求也有不同的侧重，下面层主要起承重作用， 因此要求应具有很好的抗疲劳性能；由于吉草高速所处地区在夏季高温季节路面温度 可达到 50以上，中面层在此种情况下的温度会比上面层还要高，并且由路面结构应 力分析可知，中面层受到的是最大的剪应力。因此，要求中面层应有良好的高温稳定 性；上面层在保证抗滑耐磨的基础上应有良好的耐

42、久性能。 沥青路面上面层要求具有抗滑、耐磨的性能，还要具有良好的构造深度，提高摩 擦力，为满足上述性能指标的要求，面层的空隙率往往较大，而吉林省近年来雨量比 较充沛，多年平均降水量为 733.5mm，雨量多集中在 69 月，占全年降水量的 73%。 要求中下面层能够具有足够的密水性，能够防止水的渗入；要求石质致密，吸水率适 当，与沥青的粘附性能好，所以应将规范的吸水率做出适当调整。此外，吉草高速路 面结构采用的是骨架密实型结构，这种结构需要更大的压实功。 2、细集料可采用天然砂、石屑或机制砂，高速公路路面的上面层沥青混合料采 用与沥青有良好粘结力的机制砂或天然砂。细集料应该具有干燥、洁净、无风

43、化、无 杂质，同时具有足够的强度、接近立方体。其中作为封层所用石屑最大粒径不大于 5mm，小于 0.6mm 含量要低于 5%，吉草高速细集料控制质量要求按现行规范进行，具体 要求如表 2-15 所示。中、下面层混合料中的细集料优先使用石屑，如无石屑，可使用 合格的天然砂，天然砂的用量不得大于细集料的 50%，上面层混合料必须使用优质玄武 岩所制石屑。 表 2-15 高等级公路沥青混合料用细集料的质量要求 控制指标吉草控制值规范值 视密度 不小于 （t/m3） 2.552.50 坚固性（0.3mm 部分） 不大于 （%） 1112 砂当量 不小于 （%） 6560 课题组针对吉草选用细集料随机抽

44、取进行了试验，以检测集料的各项技术指标试 验结果如表 2-16 所示： 表 2-16 细集料的检测结果 技术指标组数实测平均值标准差 视密度 不小于 （t/m3） 32.7120.052 坚固性（0.3mm 部分） 不大于 （%） 310.780.132 砂当量 不小于 （%） 376.63.05 除了按规范要求的技术指标上严格把关外，吉草高速集料的优选还应从以下几个 方面进行： 首先，从源头上进行控制，严格把关，碎石的生产质量的好坏与原岩质量的好坏 有着直接的关系，应选用优质原岩进行生产。石料采购前，应对沿线的石场原岩的各 项指标进行检测和筛选，并且组织技术人员对拟选用石场的原岩质量现场进行

45、勘查， 经勘查认定合格的料场，才准予进场。生产表面层所用碎石必须选用优质玄武岩作为 原岩，饱水抗压强度达到 60MPa 以上。开采的掌子面都必须清除其顶面的全部杂土以 及风化层，以保证生产出洁净、无风化的碎石。 最后，选料破碎在碎石的生产过程中也很关键，面层碎石生产选用未风化、强度 高的片石；碎石生产需要采用铲车上料时，要求对爆破下来的原岩经过人工筛选后集 中堆放，再由铲车铲装上料，保证进入初的原岩无杂质、无风化岩，以确保面层碎石 的原岩质量完全达到标准要求。 3、矿粉的生产是必须是由憎水性的石料磨细得到。应该具有洁净、干燥等特点。 对于矿粉不要求太细，过细的矿粉会导致施工和易性差，水稳定性也

46、会降低，同时也 不能过粗否则会使矿料与沥青间的相互作用不充分，不利于性能的改善。其质量技术 要求如表 2-17 所示。 表 2-17 矿粉的质量标准 控制指标控制值规范值 视密度 不小于（t/m3）2.502.50 含水量 不大于（%）11 0.6mm (%)100100 0.15mm (%)9010090100粒度范围 0.075mm (%)7510075100 外观无团粒和结 块 无团粒和结 块 亲水系数0.81 塑性指数44 从拌和站取回矿粉的样品进行试验检测结果如表 2-18 所示。 表 2-18 矿粉检测结果 控制指标组数实测平均值 视密度 （t/m3） 32.687 含水量 （%）

47、 30.73 0.6mm (%) 3100 0.15mm (%) 394 粒度范围 0.075mm (%) 383 外观无团粒结块 亲水系数 30.62 塑性指数 34 矿粉作为高等级公路面层沥青混凝土的填料其质量的控制往往不受重视，实际上 矿粉在混合料中的作用相当重要，因此，课题组建议对于自采加工单位生产和选用矿 粉的过程加以控制，控制的主要措施有： 1、石场在生产时，必须先将石场取石范围内的山体表土和相应植被等杂物清除干 净，露出干净岩面后方可开采。 2、生产过程中重点抓住以下环节： 上料环节：要求人工手选上料，在生产过程中，为了有效地控制质量防止个别片 石含有锈面或者杂质，应采取人工手选

48、上料，能有效的从源头上控制了上料质量。 细度保证：生产过程中，为了满足细度的要求，要求厂家利用工地试验室，及时 查询筛分结果，随时调整磨机，保证满足相关要求。 2.2.2 吉草高速沥青的建议控制标准及措施吉草高速沥青的建议控制标准及措施 针对吉林省地理气候条件、室内试验结果和多年的施工经验提出这些沥青的技术 要求改进分别如表 2-19 所示。 表 2-19 吉草高速沥青技术指标要求 70 号 A 级改性沥青 SBS 类-C沥青种类 技术指标 技术要求规范值技术要求规范值 针入度（25，100g，5s） ，0.1mm6080608060806080 针入度指数 PI 1.51.01.51.00.

49、40.4 延度 5，5cm/min(cm) 不 小于 -30 延度 10，5cm/min(cm) 不 小于 2525 延度 15，5cm/min(cm) 不 小于100100 软化点（环球法） （）不 小于454555 运动粘度 135（pas）不 大于-33 含蜡量（蒸馏法） （%） 不 大于2.12.2- 60动力粘度（pas） 不 小于 165160- 闪 点（COC）() 不 小于265260240230 溶解度（三氯乙烯） （%）不 小于99.599.59999 薄膜加热试验后（163,5h） 质量变化%0.80.811 针入度比%64616560 残留延度 10 cm66- 残留延

50、度 5 cm-2020 除了提出上述技术指标要求来对吉草高速沥青的选用进行量化的控制之外，还对 沥青的抗老化性能进行了深入的研究。 建议，对沥青抗老化性能的控制还应借鉴 SHRP 规范中评价沥青老化性能的方法， 即直接通过测定沥青老化后的各种路用性能，如通过测定沥青老化后的高温抗车辙能 力、低温抗裂性以及抗疲劳性能来衡量沥青的抗老化性能。 2.3 沥青混合料的质量控制沥青混合料的质量控制 沥青混合料首先要具有足够的强度，铺筑路面完成后，用以承受车辆荷载的作用； 除了交通荷载的作用外，沥青混合料还要受到各种自然因素的影响。因此，还应具有 抵抗高温变形的稳定性，抵抗低温缩裂的能力以及抵抗水分、空气

51、等作用的耐久性； 为了便于施工，还应具备施工的和易性；在现代交通的作用下，为了保证行车的安全、 舒适，还需具有足够的表面平整度和抗滑性能。 2.3.1 沥青混合料路用性能沥青混合料路用性能 沥青路面直接承受车轮荷载和各种自然因素，对于沥青路面具体性能要求有： 1、高温稳定性 沥青混合料属于粘弹性材料，在不同的温度和不同荷载作用下，沥青混合料表现 出特性是不同的。在较低的温度和荷载水平条件下，沥青混合料表现为较好的弹性性 能，路面不会因为混合料的变形和流动而使服务功能降低或破坏；而在较高温度以及 荷载较重的情况下，由于路面的粘塑性变形远远大于路面的可恢复变形。吉草高速所 处位置的气候虽然寒冷期较

52、长，但夏季高温对路面仍有着不可忽视的影响，据对吉林 地区九省市的气候调查，七月份平均气温在 20，连续七天最高气温可达 30以上。 通过对路面温度进行过检测，路面温度更是达到了 50以上。因此，对东北地区沥青 路面的设计不仅要考虑低温抗裂性能，同时绝对不能忽视混合料的高温稳定性。 影响沥青路面高温稳定性的主要因素有：集料的性质、最大粒径、矿质混合料的 级配、结合料的性质、石料与沥青结合面作用以及含量、混合料的结构状况。对于高 速公路，沥青混合料必须进行的车辙试验（试验温度为 60、轮压 0.7Mpa） 。 2、低温抗裂性 沥青胶结材料具有温度敏感性，随着温度降低沥青的脆性会逐渐增加，因此沥青

53、混合料的强度同时会随着温度的下降而逐渐增加，变形能力逐渐减小，并表现出脆性 破坏。沥青层本身具有一定的变形能力，但是随着温度的降低而变得发脆以致变形能 力逐渐损失，出现裂缝。温缩裂缝在国内外的寒冷地区都非常常见，在东北地区更是 普遍的路面病害之一。 低温条件下，产生沥青路面裂缝一般有三种形式:一种是因温度骤降而引起面层收 缩产生的裂缝；一种是由于温度反复升降而引起的温度疲劳裂缝；第三种是基层首先 出现裂缝并反射到面层的裂缝。这几种裂缝形式虽然在产生机理上不尽相同，但都与 沥青路面的低温性能密切相关。 引起沥青路面低温开裂的影响因素有很多，其中主要的几种因素包括：沥青的性 能、当地的气候环境、沥

54、青混合料的构成、应力集中影响、沥青老化程度、路面层次 的厚度和路基的种类等。 3、耐久性 沥青混合料面层在道路上长期承受车辆荷载和自然因素的作用，为保证沥青路面 达到一定的使用寿命，混合料必须具备良好的耐久性。 在众多影响沥青混合料耐久性的因素中，混合料中沥青的含量是其中一项重要内 容。当沥青含量相对较少时，沥青膜会变薄，混合料的延度降低，脆性增加，沥青混 合料的空隙率变大，沥青膜暴露变多，会加速老化，同时渗水也会更加加重，水对沥 青的剥落能力增强。有研究认为，如沥青用量较最佳沥青用量只减少 0.5%，路面使用 寿命减少将达到一半以上。 2.3.2 沥青混合料的技术标准范围沥青混合料的技术标准

55、范围 通过对原材料质量控制标准的调整，结合吉林省的气候条件，对混合料的性能做 出相应的调整，中面层和上面层使用的为改性沥青混合料，马歇尔流值相应的要求比 较宽松，由于要求下面层应有较好的耐久性和抗疲劳性能，因此，空隙率应控制在 3%6%；中面层要求具有良好的水稳定性，防止水进入路面结构后造成破坏，空隙率控 制在 3%4%；上面层不仅要求较好的抗车辙能力还应有足够的抗滑性能（构造深度）和 耐磨性能，所以空隙率控制在 3.5%5%之间。综上所述，在对工地试验检测结果进行汇 总的基础上，给出吉草高速沥青技术要求的建议值，如表 2-20 所示，课题组还对在拌 和站生产的混合料进行了一系列试验，检测结果

56、如表 2-21 所示： 表 2-20 吉草高速沥青混合料指标表 指标 混合料类型 击实次数（双 面） （次） 稳定度 （KN） 流值 （mm） 空隙率 （%） 沥青饱和度 （%） SBS 改性 SMA-1350 6.0 2-43.557585 SBS 改性 AC-2075 8 2-4346575 ATB-2575 7.5 1.54365570 指标 混合料类型 浸水马歇尔试 验（48h）残留 稳定度（%） 动稳定度 （次 /mm） 冻融劈 裂残留 强度 （%） 弯曲试验破坏应变10 50mm/min() SBS 改性 SMA-13 802800803000 SBS 改性 AC-20 85270

57、0802900 表 2-21 吉草高速沥青混合料技术指标检测结果 指标 混合料类型 击实次数（双面） （次） 稳定度 （KN） 流值 （mm） 空隙率 （%） 沥青饱和度 （%） SBS 改性 SMA-13509.0325.33.7780.1 SBS 改性 AC-207516.130.73.7369.7 ATB-257512.92.824.666.8 指标 混合料类型 浸水马歇尔试验 （48h）残留稳 定度（%） 动稳定度 （次 /mm） 冻融劈 裂残留 强度 （%） 弯曲试验破坏应变10 50mm/min() SBS 改性 SMA-1386.2876487.33013 SBS 改性 AC-2

58、0924000893243 表 2-21 检测结果表明，表 2-20 中所提出指标，在吉草高速建设中使用的沥青混 合料满足使用要求。 2.4 配合比设计的控制要求配合比设计的控制要求 混合料中的集料是由粒径大小不等，按照一定质量比例掺合而成的，此种组成称 为级配。级配通常用不同粒径的粒料的质量百分比表示。沥青混合料由于级配不同， 最终形成不同物理力学性质的混合料，各种不同的沥青混合料也具有不同的用途。 一般来说沥青混合料配合比设计包括目标配合比设计、生产配合比设计、生产配 合比验证等三个阶段。混合料配合比矿质混合料的组成设计的内容，是确定满足理论 设计级配范围要求的混合料中各种集料的质量比例组

59、成的系数，用来确定最佳沥青用 量，并要进行路用性能检验。 2.4.1 吉草高速沥青混合料配合比优化设计吉草高速沥青混合料配合比优化设计 对吉草高速沥青混合料配合比设计做了深入的研究，提出了有效的优化设计方法， 即采用正交试验设计方法对沥青混合料矿料级配进行优化。正交试验设计是将数理统 计观点和正交原理的科学方法应用在试验设计中，利用“正交表”进行科学地安排与 分析多个因素试验的方法。 本文要探讨粗细集料含量与路用性能的关系，因此粗细集料试验因素，我们选择 各因素的三水平。 “三水平”是指在公路沥青路面施工技术规范列出的级配范围（表 2- 22）内级配曲线的三个位置：中位是级配曲线范围的中值线；

60、上位是级配上限线与中 值线之间的平分线；下位是中值线与级配下限线之间的平分线。各试验因素及其所取 的水平 ATB-25 见表 2-23，AC-20 见表 2-24。 表 2-22 规范级配范围 通过下列筛孔(mm)的质量百分率(%) 级配类型 31.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075 1ATB-25100. 90 100. 60 80 48 68 42 621 32 52. 20 40 15 321 10 25 81 8 51 41 31 0 26 1AC-20100.100 90 100 78 92 62 801 50 72 26 56 1