高等级高性能沥青路面施工控制技术
摘要:提出了常用集料组成的建议值,并证明是既抗车辙又防渗透水的合理组成,同时针对该沥青混合料组成确定了最佳施工控制技术,从而保证了所提出的沥青混合料的性能与路面的使用性能相适应。
Abstract: This paper introduces suggestions value of the common aggregate composition, and proves that it is the reasonable composition that both anti-rutting and anti-seepage, at the same time, determines the best construction control technology based on the asphalt mixture composition, so as to ensure the performance of asphalt mixture adapt to and the pavement performance.
关键词:沥青混合料;多级嵌挤密实型级配;高温稳定性;抗水损害;施工控制
Key words: asphalt mixture;multistage embedded crowded close-grained type gradation;high temperature stability;resistance to water damage; construction control
中图分类号:TU74 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)31-0105-03
0引言
上世纪 60年代以来国内外许多学者在沥青路面上作了大量的研究,但是由于沥青路面是工作在复杂多变的气候条件与交通荷载的情况下,如何将各种情况下沥青路面的使用品质同沥青混合料的性能指标联系起来,尚需进行大量的工作。为了解决沥青混凝土路面高温抗车辙能力和抗水损害能力,我们在不断地探索和研究着,笔者通过实践,验证了在使用普通重交通AH-70沥青的条件下,使沥青混合料的动稳定度提高到1200次/mm以上;在减小水损害方面,渗水系数<150mL/min。据此提出了下述高性能沥青路面施工控制的技术指标,使其与路面的使用性能相适应。
1优化配合比设计
修筑一条高性能,使用耐久的沥青路面关键的施工控制环节是沥青混合料配合比设计。在国标中,沥青混合料的组成有AC-I型、AC-II型和AK型等。根据路面各层使用功能的不同而分别采用。实践证明,AC-I型、AC-II型、AK型按传统的范围中值设计的方法均
有不同程度的缺陷。
如何使这种悬浮密实结构变为多级嵌挤密实结构是配合比优化设计的目标。具体办法是在现有规范的级配范围内,摈弃传统的按级配范围中值设计的方法,而使级配线呈“S”型。“S”型的效果是使混合料中粗集料(4.75mm以上)比例增加,使混合料中集料的粒径趋于均匀一些,增强了集料的嵌挤作用,从而改善其高温稳定性和防渗透性。
经常用于上面层的AK-16A型和中、下面层的AC-20I、AC-25 I型建议采用“S”型级配见表1。
下面用贝雷法证明此级配是属多级配嵌挤密实型级配,同时与规范的级配相比较,以证明“S”级配的合理性。
“贝雷法”的检验原理:“贝雷法”的数学基础是平面圆模型,考虑了不同集料性状组合后,认为“混合料中粗、细集料区分是以最大公称尺寸(D)的0.22倍所对应的相近尺寸筛孔孔径为分界点,然后将此分界点作为第一控制筛孔(PSC)”,由于考虑到实际集料的形状,分界点定为最大公称尺寸的 1/4。“贝雷法”的特点是细集料的用量应根据粗集料形成的空隙来决定,并依次推广到更细一级的集料,即除粒径
CA=,此值的意义是D/2-D/4的含量与>D/2含量的比值,CA值要控制在0.4～0.8之间,该值>0.8必是不良组成,稳定性不行,<0.4者必然离析,耐久性不行。
细集料中较粗部分与较细部分的比例关系,以FA值应控制在0.3～0.5之间。
根据“贝雷法”对级配的检验法则来验证“S”型级配。
粗集料CA值检验见表2。细集料FA值检验见表3。
表2、表3中D=26.5mm时,D/4=6.6mm和D/16=1.66mm的通过量根据插入法求得,括号内数值为国标范围值。从表2、表3知,“S”型级配范围比国标级配范围更严格,其粗集料的组合和细料的搭配,经得起CA值和FA值的检验,符合多级嵌挤密实型级配原则,可以达到既抗车辙,又防渗透,其稳定性、耐久性都好。
2施工控制技术
高等级沥青路面施工是高度机械化施工,从沥青混合料的拌制到摊铺和最终的碾压全过程机械操作,如何保证铺筑的沥青路面的高性能?首先要确定好施工方案,使每道工序衔接紧密,让沥青混合料在有效的温度内完成铺筑。第二是熟悉各设备的能力,根据沥青混合料的特点,确定其最佳的施工参数。以下从沥青混合料的拌制,摊铺与碾压三个工序上讨论其施工控制技术。
2.1 沥青混合料的拌制
2.1.1 拌和设备的选择沥青混凝土拌和设备是决定进度和质量的最重要因素。对于沥青混凝土搅拌设备,应根据工程量和工期选择其生产能力。高等级公路沥青混凝土路面的施工,优先选用拌和能力大的强制搅拌设备。间歇式搅拌设备是冷矿料的烘干加热以及与热沥青的拌和,是先后在不同设备中进行的。即按配合比设计的各种冷料在干燥滚筒烘干、加热后,经过二次筛分。储存,每种矿料分别累计计量后,与单独计量的矿粉和单独计量的热沥青,分批投入到搅拌锅内进行强制搅拌,成品料分批卸出,可获得各种沥青混合料较精确的配合比,因此目前高等级公路沥青混凝土路面施工一般选择间歇式拌和设备。间歇式拌和设备的作业能力按下式计算:G=3.6mgck/T
式中:m为搅拌器每份搅拌额定质量,kg;g为平均时间利用系数,取0.8～1;c为环境温德系数,c=0.8+t/100℃(t为搅拌作业时环境温度);k为集料含水量系数,k=(1.5～10)w(w为集料含水量);T为搅拌器额定工作循环时间,s。
2.1.2 振动筛的选择拌和机进行二次筛分用的振动筛筛孔选择非常重要。拌和机的振动筛在理想倾角过程中,振动筛筛孔尺寸与室内级配曲线用标准筛筛孔尺寸间有一定的关系,见表4。
振动筛筛孔选择以分料结果几个热料仓受料基本均等和热料仓的受料与出料基本均衡为原则,避免因某料仓溢料或某料仓缺料而影响生产的产量和质量,对于常用的AC-25I、AC-20I和AK-16A三种类型混合料,振动筛筛孔应按此原则分别选择为:
AC-25I35mm22mm15mm 2.5mm
AC-20I30mm19mm6mm 2.5mm
AK-16A 22mm11mm6mm2.5mm
2.1.3 拌和温度的确定根据沥青品种与标号,利用选用沥青的粘度一温度曲线来确定拌和温度,即拌和温度由0.17±0.02Pm·S粘度来确定。但在缺乏沥青的粘度一温度曲线时,取规范规定的加热范围中值,暂定为沥青加热温度。集料加热温度比沥青加热温度高10-20℃。
2.1.4 拌和时间的确定搅拌器拌和时间是指热骨料从计量斗中开始卸料为干拌开始,沥青开始喷射为干拌结束、湿拌开始,搅拌器开门为湿拌结束,干拌时间与湿拌时间之和称为拌和时间。拌和时间的确定依据机型的不同和材料的情况而定。间歇式拌和设备材料在搅拌器内的充盈率决定了拌和时间。对于间歇拌和机,一般干拌 0-10s,湿拌0-50s,拌和时间越长,拌和均匀性越好;但时间过长,由于搅拌器中的矿料温度高达170℃左右,沥青以薄膜状态喷于矿料表面,与空气的接触面积增大,易使沥青老化,所以通常拌和时间最长不超过90s。
2.2 沥青混合料的摊铺
2.2.1 摊铺机的组合在沥青路面施工过程中,为了保证拌和生产的混合料及时摊铺,不引起搅拌站停工,应选择沥青混凝土摊铺机生产率要比拌和机的生产能力大。
高等级公路沥青路面施工中一般采用两台摊铺机梯队作业,以保证路面混合料的均匀性,防止离析。两台摊铺机前后相距 20-40 m,两幅搭接5-10 cm。熨平板的侧边与路缘石之间应留有10-15cm 的间距,以避免摊铺机碰撞路缘石。所留空间内人工紧跟摊铺机及时予以补严夯实。
2.2.2 摊铺作业
2.2.2.1 摊铺温度沥青混合料具有热塑性,它的粘滞度随温度成比例变化。高温下,沥青结合料粘度低,有热润滑作用,有助于克服内摩阻力。高等级公路气温应高于10℃,摊铺温度控制在110-130℃范围内。
2.2.2.2 摊铺速度的确定施工中所选择的摊铺机作业速度,应在适宜的范围内,以恒定连续工作为原则,即按沥青混合料的供应能力来确定摊铺机的作业速度,保证摊铺机在整个工作时间内连续恒速地铺筑。摊铺机作业速度可按下式计算:
V=
式中:W为路面宽度,m;D为铺筑厚度,m;P为压定后的混合料密度,t/m3;C为拌和设备的供料能力,t/h。
2.2.2.3 摊铺机调平基准的选择高等级沥青路面的主要路面指标之一是平整度,为满足高等级公路对平整度的要求,在摊铺机上附装了一个自动调节装置,由电子传感器来跟踪一个外部基准,使所铺筑的路面平整度保持在该基准所引导的平面内,以此来保证铺筑的平整度。对下层高程误差较大,且平整度较差时采用钢丝绳法。基准线应选用∮8mm钢丝绳,每个张拉段的长度以200mm为宜,其张紧力>800N。钢丝绳的高程前由设计高程来测定,误差控制在2mm之内,平直线段每10m设一根钢钎,曲线段5m一根钢钎。浮动梁基准适合于中面层和上面层,在两台摊铺机梯形作业时,后面一台摊铺机在两摊铺带搭接处采月小滑靴行走于前面摊铺机刚铺出还未碾压的铺层上,以利于摊铺机纵缝的搭接。
2.3 沥青混合料的压实满足结构要求的沥青路面耐用性能受两个主要控制技术的影响,即混合料的设计和压实技术。如果不充分压实,最优设计的混合料都将降低路面的使用性能,因而压实技术是影响沥青路面耐用性能最重要的因素之一。
2.3.1 压实机械组合原则及其选型数量配备高等级沥青路面宜采用7-18t振动压路机和16-25t轮胎压路机。因为振动压路机具有振动冲击力,使得单位线压力大大提高,并且当振动压路机对一表面连续地快速冲击时,相同的频率的压力波穿入材料层内,还会使之更密实;而轮胎压路机可有效的消除面层表面的热裂纹,且使铺层更密实,表面组织更均匀。因而采用振动压路机静压初压(使混合料定型)和终压(消除轮迹),复压采用振动碾压和轮胎压路机碾压。压路机配备的数量和速度最主要的影响因素是有效压实时间。有效压实时间的确定是压实技术的核心,也关系其它施工环节紧密配合的程度。
摊铺后初压前的温度下降最快,每分钟达到4-5℃。随着逐步的压实,温度下降的速率得到减缓,所以施工中应安排初压压路机尽可能尾随摊铺机进行碾压。有效压实时间可通过多次的摊铺实践获得,表5为沥青混凝土路面摊铺层受气温影响的有效压实时间。
根据有效压实时间,在保证压实度的前提下,按与摊铺机的生产率相匹配的原则,即可确定各类型压路机的数量。
2.3.2 压实程序压实按初压、复压、终压三个阶段进行。初压是为了稳定混合料,使其具备较高的承受能力,为复压提供条件,初压温度可根据沥青结合料的粘度一温度曲线来确定。合理的初压速度对保证碾压质量,提高碾压效率十分重要。初压速度应控制在1.5-2.0 km/h。驱动轮面向摊铺机匀速碾压,并应缓慢起步,缓慢停机,以减小推移。复压是使混合料密实、稳定、成型,与初压紧密衔接,采用振动压路机和轮胎压路机组合。复压成型时压路机速度控制在4-5km/h。终压是路面成型以后,消除轮迹,形成平整的表面。终压温度不低于70℃,速度≤5km/h。
2.3.3 压实基本规则振动压路机相邻碾压带重叠宽度10-20cm;轮胎压路机相邻碾压带重叠1/3-l/2的碾压轮宽度。压路机停机折回的位置应成梯形随摊铺机前进。压路机在碾压过程中出现沥青混合料沾轮现象时,可向碾压轮洒少量水,碾压时应采用间歇式喷水,井喷雾状水,水量尽量小,保持轮面湿润,以不粘轮为度。轮胎压路机可人工涂黄豆油,严禁涂柴油。由于该种沥青混合料的固有频率较高,因此振动压路机的频率控制在 40-50Hz之间;振幅应根据混合料种类、温度和层厚选用,宜为0.3-0.8之间。总之,压实以“均匀、慢速、高频、低幅、少水”为原则。
3效果检验
2006年吉林省国道102线一级公路路面施工中,充分应用了该技术,获得了理想的效果。
3.1 混合料组成中、下面层利用当地花岗岩碎石,上面层采用辉绿岩碎石,掺用2%的消石灰来提高碎石与沥青混合料的粘附性(可达到5级),上面层沥青采用普通AH-70石油沥青,其合成级配和试验结果见表6、表7。
3.2 混合料施工控制采用日本新NP3000型拌和机,拌和温度控制为沥青155℃、骨料165-175℃。拌和时间干拌10s,湿拌39s。
采用两台摊铺机梯队作业,由于本工程基层顶面高程和平整度控制较好,故三层均采用浮动架基准,能有效控制铺筑层厚度和平整度。摊铺温度控制在135-145℃之间。
本项目沥青路面施工处于北方高温季节,气温在 20-35℃之间,施工有效压实时间较长(38-5lmin),采用分段碾压(拌和机的产量240t/h,摊铺机的速度为:下面层 5m/min、中面层3m/min、上面层4m/min),由于该混合料为多级嵌挤紧密型属干硬性混合料,易于
碾压。压路机采用3台DD130振动压路机和2台徐工26t轮胎压路机,组合方式是:l台DD130不振动静压2遍,2台26t轮胎压路机各复压2遍,1台DD130振动复压2遍,1台DD130不振动静压终压2遍。
3.3 施工段的抽查检测结果见表8。
4结论
4.1 按照“贝雷法”检验所提出的集料组成级配是多级嵌挤密实型级配,是既抗车辙又防渗水的合理组成;可以供生产使用,使修筑的沥青面层稳定性,耐久性都好。
4.2 与此混合料性能能相适应的施工控制技术能够满足高等级高性能沥青路面施工要求,各项检测指标证明此施工技术是成熟的。
4.3 此多级嵌挤密实型级配不仅能够提高沥青路面的使用性能,而且还可降低沥青用量(比按中值线合成的配合比所需的沥青用量少0.2%-0.3%,同时在压实设备和施工温度上同传统的要求一致;而不像SUPERPOUE集料组成所需提高压实功和施工温度。在施工的成本控制上可以取得可观的经济效益。
上一篇：压力钢管焊接变形控制