龍康滔 曹世江 廖 凱 張 波 李 洋 楊 亮 劉 毅 陳 俊 陳德永

(中國電建集團(tuán)貴陽勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴陽 550081)

引言

瀝青路面由于其良好的行車舒適性、噪音低且便于養(yǎng)護(hù)維修等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于道路建設(shè)中，然而瀝青路面迅速發(fā)展的同時(shí)也存在著較大的問題，即我國瀝青路面普遍存在耐久性不足、早期破壞嚴(yán)重等問題[1]，在公路建設(shè)中為增加公路建設(shè)的投資效益，道路工作者開始重視路面新技術(shù)、新材料、新工藝的探索與研究[2]。瀝青穩(wěn)定碎石混合料作為一種柔性基層材料，由于其良好的抗疲勞性、抗拉及抗剪強(qiáng)度高且具有較高的抗反射裂縫、抗車轍等優(yōu)點(diǎn)而被建設(shè)單位和工程技術(shù)人員廣泛應(yīng)用于瀝青路面的上基層中。

曾蔚[3]針對(duì)ATB-25瀝青穩(wěn)定碎石混合料在配合比驗(yàn)證、施工機(jī)械配置、攤鋪與碾壓工藝以及施工質(zhì)量控制等方面提出了瀝青穩(wěn)定碎石基層的施工技術(shù)要點(diǎn)； 申建等人[4]通過對(duì)瀝青穩(wěn)定碎石礦料界面的抗拉和拉剪強(qiáng)度進(jìn)行研究，表明瀝青穩(wěn)定碎石混合料柔性基層具有良好的抗拉及抗剪性能； 馬金虎[5]采用ATB-25瀝青穩(wěn)定碎石混合料對(duì)霍永高速瀝青路面的下面層和上基層進(jìn)行了原材料的配合比設(shè)計(jì)和路用性能研究，表明ATB-25瀝青穩(wěn)定碎石混合料對(duì)于防治半剛性基層反射裂縫具有較好的效果，有利于提高瀝青路面的耐久性和使用質(zhì)量。

本研究首先采用馬歇爾試驗(yàn)對(duì)ATB-25瀝青穩(wěn)定碎石混合料進(jìn)行目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)，并依據(jù)車轍試驗(yàn)、低溫小梁彎曲試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)研究了ATB-25瀝青穩(wěn)定碎石混合料的路用性能，通過生產(chǎn)配合比驗(yàn)證，得出了ATB-25瀝青穩(wěn)定碎石的最佳瀝青用量，最后論述了ATB-25瀝青穩(wěn)定碎石混合料從拌合站拌和至攤鋪碾壓完成后進(jìn)行接縫處理等多個(gè)方面的施工工藝[6]，研究成果為ATB-25應(yīng)用于瀝青路面上基層奠定基礎(chǔ)的同時(shí)有利于防治瀝青路面反射裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。

1 原材料的選定

隨著我國交通量以及車輛軸重的不斷增加，對(duì)于原材料技術(shù)性能的要求也在不斷提高。試驗(yàn)用瀝青選自克拉瑪依70#A級(jí)道路石油瀝青； 粗集料選自貴州思南縣興隆建筑石料廠生產(chǎn)的石灰?guī)r； 細(xì)集料為0～3mm的機(jī)制砂和天然砂； 礦粉由石灰?guī)r磨細(xì)而成。原材料技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果分別如表1～表4所示。

表1 瀝青檢測(cè)結(jié)果

表2 粗集料標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

表3 細(xì)集料檢測(cè)結(jié)果

表4 礦粉檢測(cè)結(jié)果

由表1～表4可知，原材料的技術(shù)指標(biāo)滿足規(guī)范要求，可用于試驗(yàn)研究。

2 混合料的組成設(shè)計(jì)及性能研究

2.1 礦料級(jí)配組成設(shè)計(jì)

為保證混合料具有良好的路用性能，首先需要優(yōu)選出級(jí)配良好的ATB-25瀝青穩(wěn)定碎石混合料[7-8]。研究選用0.075mm～3.5mm的一套標(biāo)準(zhǔn)方孔篩，在室內(nèi)分別對(duì)各檔粗、細(xì)集料及礦粉進(jìn)行篩分試驗(yàn)，確定試驗(yàn)用各檔粗、細(xì)集料級(jí)配，根據(jù)篩分結(jié)果進(jìn)行礦料級(jí)配設(shè)計(jì)。ATB-25礦料級(jí)配的目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)結(jié)果見表5所示。

表5 ATB-25礦料組成比例

2.2 最佳瀝青用量的確定

針對(duì)所確定的礦料級(jí)配，根據(jù)參考文獻(xiàn)[9-10]的試驗(yàn)方法，分別以3.0%， 3.5%， 4.0%， 4.5%和5.0%的瀝青用量成型大馬歇爾試件，進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，以馬歇爾體積參數(shù)和力學(xué)指標(biāo)確定ATB-25的最佳瀝青用量[11]。

選取a1、a2、a3和a4分別作為毛體積密度最大值、穩(wěn)定度最大值、空隙率范圍中值、瀝青飽和度范圍中值所對(duì)應(yīng)的瀝青用量，以四者的平均值作為OAC1； 選取各項(xiàng)指標(biāo)均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)所對(duì)應(yīng)的瀝青用量范圍OACmin、OACmax，以二者的中值為OAC2，最佳瀝青用量OAC為OAC1與OAC2的平均值。馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 馬歇爾體積參數(shù)與力學(xué)指標(biāo)隨瀝青用量變化試驗(yàn)結(jié)果

由圖1中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果可以得出：a1=4.7%，a2=3.9%，a3=3.7%，a4=3.7%，OACmin=3.3%，OACmax=4.0%。依據(jù)最佳瀝青用量取值要求，可計(jì)算得出目標(biāo)配合比的最佳瀝青用量OAC=3.8%，由圖1可以看出， 3.8%瀝青用量所對(duì)應(yīng)的馬歇爾體積參數(shù)和力學(xué)指標(biāo)均符合規(guī)范要求。

2.3 路用性能檢驗(yàn)

為驗(yàn)證目標(biāo)配合比下的設(shè)計(jì)級(jí)配及最佳瀝青用量的合理性，通過對(duì)設(shè)計(jì)級(jí)配在最佳瀝青用量3.8%的條件下的車轍試驗(yàn)、低溫彎曲小梁試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)，分別對(duì)ATB-25瀝青穩(wěn)定碎石混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性與水穩(wěn)定性進(jìn)行檢驗(yàn)。

2.3.1 高溫穩(wěn)定性

瀝青混合料對(duì)于溫度的敏感性很強(qiáng)，通常伴隨著溫度的不斷升高，其抵抗荷載變形的能力將不斷降低，進(jìn)而易引起瀝青路面產(chǎn)生高溫車轍、波浪及擁包等病害。為保證高溫條件下ATB-25瀝青穩(wěn)定碎石混合料上基層的路用性能滿足要求，瀝青混合料在高溫條件下應(yīng)具有較高的抵抗永久變形的能力[6， 12]，即高溫穩(wěn)定性。為驗(yàn)證目標(biāo)配合比下的ATB-25瀝青穩(wěn)定碎石混合料的高溫穩(wěn)定性，依據(jù)參考文獻(xiàn)[9]中試驗(yàn)方法在室內(nèi)成型試件，進(jìn)行車轍試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表6所示。

表6 高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果

表7 低溫小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果

車轍試驗(yàn)結(jié)果表明，ATB-25瀝青穩(wěn)定碎石混合料的平均動(dòng)穩(wěn)定度為2510次/mm，遠(yuǎn)大于規(guī)范要求的1000次/mm，具有良好的高溫抵抗永久變形能力。

2.3.2 低溫抗裂性

瀝青混合料在路面使用中會(huì)由于溫度的降低而產(chǎn)生收縮變形進(jìn)而產(chǎn)生溫度應(yīng)力，溫度應(yīng)力的存在易導(dǎo)致路面開裂，嚴(yán)重危害道路的使用壽命和質(zhì)量[13-14]。為驗(yàn)證目標(biāo)配合比下的ATB-25低溫條件下抗裂能力，根據(jù)規(guī)范試驗(yàn)方法，采用低溫小梁彎曲試驗(yàn)，以抗彎拉強(qiáng)度、最大彎拉應(yīng)變、彎曲勁度模量為指標(biāo)評(píng)價(jià)兩種瀝青混合料的低溫抗裂性。低溫小梁彎曲試驗(yàn)采用的試件是由輪碾成型機(jī)碾壓成型的車轍板切割制成的棱柱體小梁，尺寸為： 50mm(高)×50mm(寬)×250mm(長)，跨徑為200mm。試驗(yàn)采用中間施加荷載的方式，荷載施加速率為50mm/min，試驗(yàn)溫度-10℃。試驗(yàn)結(jié)果見表7所示。

由表7試驗(yàn)結(jié)果可知，ATB-25瀝青穩(wěn)定碎石混合料在-10℃低溫條件下最大彎拉應(yīng)變可達(dá)到3 130με，滿足規(guī)范要求的不小于2 500με，表現(xiàn)出良好的低溫抗裂性能。

2.3.3 水穩(wěn)定性

瀝青混合料在水或溫度凍融循環(huán)作用下會(huì)降低瀝青與礦料的黏附性[15]，進(jìn)而導(dǎo)致瀝青從礦料表面被剝離出來，在車輛的動(dòng)態(tài)荷載作用下最終使得瀝青路面產(chǎn)生坑槽、推擠變形等現(xiàn)象。為檢驗(yàn)ATB-25瀝青穩(wěn)定碎石混合料抵抗水損害能力，采用浸水馬歇爾試驗(yàn)，以馬歇爾殘留穩(wěn)定度為指標(biāo)評(píng)價(jià)其水穩(wěn)定性[16]。試驗(yàn)結(jié)果見表8所示。

表8 浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

表9 生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)結(jié)果

由表8可知，ATB-25瀝青穩(wěn)定碎石混合料馬歇爾殘留穩(wěn)定度為92.2%，大于規(guī)范不小于80%的要求，具有良好的水穩(wěn)定性。

由路用性能試驗(yàn)結(jié)果可知，在最佳瀝青用量3.8%條件下，ATB-25瀝青穩(wěn)定碎石混合料路用性能滿足規(guī)范要求，表明目標(biāo)配合比下， 3.8%的最佳瀝青用量對(duì)于設(shè)計(jì)級(jí)配下的ATB-25瀝青穩(wěn)定碎石混合料是合理的。

3 施工工藝

3.1 生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)

生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件，以目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)所確定的最佳瀝青用量為基數(shù)，在其上下0.3%的范圍內(nèi)以0.1%的步長進(jìn)行試拌，結(jié)合室內(nèi)馬歇爾試驗(yàn)及鋪筑試驗(yàn)路，最終確定ATB-25最佳瀝青用量及礦料級(jí)配。ATB-25生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)結(jié)果見表9所示。

3.2 拌和

瀝青穩(wěn)定碎石混合料在運(yùn)往施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行基層的攤鋪碾壓之前應(yīng)采用廠拌法間歇式拌和機(jī)進(jìn)行拌和，為保證混合料質(zhì)量，拌和之前須對(duì)瀝青、集料等原材料進(jìn)行質(zhì)量審核，審核通過方能使用，在拌制混合料之前應(yīng)根據(jù)確定的生產(chǎn)配合比進(jìn)行試拌。由于ATB-25瀝青穩(wěn)定碎石混合料中粗集料含量較多，瀝青用量較小，因此為保證混合料拌和均勻，與一般瀝青混合料相比，干拌時(shí)間可延長至10s，之后加入熱瀝青進(jìn)行45s以上的濕拌，以瀝青均勻裹附集料為準(zhǔn)。

溫度對(duì)于瀝青混合料施工質(zhì)量有很大的影響，在拌制時(shí)，需要嚴(yán)格控制礦料和瀝青的加熱溫度及拌和溫度。對(duì)于ATB-25瀝青穩(wěn)定碎石混合料，瀝青的加熱溫度應(yīng)控制在為150℃～160℃，集料的加熱溫度應(yīng)控制在185℃～190℃，瀝青混合料的拌和溫度應(yīng)控制在170℃～180℃，出廠溫度為160℃～170℃，運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)以不低于150℃為準(zhǔn)，為保證ATB-25瀝青穩(wěn)定碎石混合料的碾壓效果，應(yīng)控制混合料攤鋪碾壓開始時(shí)的初壓溫度不低于140℃，終壓溫度不低于90℃。

3.3 運(yùn)輸

運(yùn)送ATB-25瀝青穩(wěn)定碎石混合料到施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行瀝青路面上基層攤鋪的的運(yùn)輸車采用30t自卸車，為提高運(yùn)輸效率，減少混合料運(yùn)輸過程中熱量損失，應(yīng)盡量縮短運(yùn)輸時(shí)間，提前了解運(yùn)輸路線并制定好預(yù)備方案，保證混合料能夠及時(shí)送達(dá)攤鋪現(xiàn)場(chǎng)[5]。

運(yùn)輸車的數(shù)量必須與拌和設(shè)備的生產(chǎn)能力及攤鋪機(jī)的攤鋪速度相匹配。為避免瀝青混合料與運(yùn)輸車車板粘結(jié)，裝料之前應(yīng)將柴油和水的混合液(一般為1∶3)涂抹在車廂底板和側(cè)板。裝料過程中應(yīng)嚴(yán)格按照前、后、中的順序挪動(dòng)運(yùn)輸車，以減少瀝青混合料產(chǎn)生離析。運(yùn)輸車輛裝滿后，為防止瀝青混合料掉落，避免混合料降溫過快或被雨水、粉塵等物質(zhì)污染，應(yīng)在瀝青混合料頂部加蓋保溫、防雨、防污染設(shè)施，例如保溫篷布。運(yùn)輸車輛在運(yùn)輸過程中，應(yīng)勻速行駛，盡量避免顛簸、急剎車，同時(shí)應(yīng)安排相關(guān)人員檢查車后擋板密封情況。運(yùn)輸車輛進(jìn)場(chǎng)前應(yīng)有專人清理干凈前后車輪上的黏土，為了保證攤鋪機(jī)連續(xù)作業(yè)，應(yīng)在攤鋪機(jī)前方配備等候的運(yùn)輸車，等候過程中應(yīng)采取保溫措施保證混合料溫度不低于150℃。

3.4 攤鋪

攤鋪之前，應(yīng)檢查混合料的質(zhì)量，確保不存在離析、花白料現(xiàn)象以免影響基層的施工質(zhì)量，根據(jù)確定好的松鋪厚度安裝好攤鋪機(jī)，安裝就位后應(yīng)首先預(yù)熱熨燙板0.5～1h，使熨平板的溫度在100℃以上。為保證ATB-25瀝青穩(wěn)定碎石混合料上基層的壓實(shí)度滿足要求，應(yīng)控制攤鋪碾壓時(shí)的溫度不低于140℃。同一幅路應(yīng)由兩臺(tái)同型號(hào)攤鋪機(jī)呈梯隊(duì)攤鋪，前后錯(cuò)開距離以10～20m為最佳。攤鋪機(jī)的攤鋪速度應(yīng)控制在2m/min并與拌和設(shè)備的生產(chǎn)能力及運(yùn)輸車輛配套情況相協(xié)調(diào)，避免因攤鋪過快或過慢而導(dǎo)致攤鋪中斷或運(yùn)輸車輛等候時(shí)間過長等現(xiàn)象。

3.5 碾壓

ATB-25瀝青穩(wěn)定碎石混合料開始攤鋪約50m后即進(jìn)行碾壓。由于ATB-25瀝青穩(wěn)定碎石混合料上基層層厚較厚，因此控制整個(gè)碾壓過程的溫度比一般瀝青混合料更為關(guān)鍵。碾壓過程分為初壓、復(fù)壓和終壓三個(gè)階段。初壓時(shí)的溫度應(yīng)控制在140℃以上，采用雙鋼輪壓路機(jī)按照先邊后內(nèi)、先低到高的順序靜壓2遍，速度控制在1.5km/h～2.0km/h，初壓后需立即檢查基層表面平整度和路拱，滿足要求后方能進(jìn)行復(fù)壓。復(fù)壓首先采用重型輪胎壓路機(jī)碾壓一遍，然后選用鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)高頻低幅碾壓至無顯著輪跡為止，碾壓速度控制在4km/h～5km/h，碾壓遍數(shù)應(yīng)以試驗(yàn)路確定的為準(zhǔn)，一般為4-6遍。復(fù)壓完成后采用雙輪壓路機(jī)以3km/h左右的碾壓速度碾壓2-4遍，終壓結(jié)束時(shí)混合料內(nèi)部溫度應(yīng)不低于90℃。

3.6 接縫處理

接縫位置作為瀝青路面結(jié)構(gòu)層薄弱處，在施工過程中應(yīng)盡量減少出現(xiàn)。兩臺(tái)攤鋪機(jī)在進(jìn)行梯隊(duì)作業(yè)時(shí)所產(chǎn)生的縱向接縫應(yīng)采用熱接縫，不得已選擇冷縫時(shí)采用平接縫比較適宜，每天攤鋪機(jī)作業(yè)結(jié)束處、施工中臨時(shí)被迫暫停處的橫縫多為冷縫，橫向冷縫宜采用垂直端面平接縫，禁止采用斜接縫[17]。

4 結(jié)論

(1)通過馬歇爾試驗(yàn)，以毛體積密度、空隙率、礦料間隙率、瀝青飽和度、穩(wěn)定度、流值六個(gè)參數(shù)為指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)分析，確定了ATB-25瀝青穩(wěn)定碎石混合料的目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)，明確了設(shè)計(jì)級(jí)配下的ATB-25瀝青穩(wěn)定碎石混合料的最佳瀝青用量為3.8%；

(2)通過對(duì)ATB-25瀝青穩(wěn)定碎石混合料在設(shè)計(jì)級(jí)配及最佳瀝青用量3.8%的條件下的車轍試驗(yàn)、低溫彎曲小梁試驗(yàn)以及浸水馬歇爾試驗(yàn)，驗(yàn)證了目標(biāo)配合比下的ATB-25瀝青穩(wěn)定碎石混合料具有較好的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性以及水穩(wěn)定性，具有良好的路用性能；

(3)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件，在目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)，確定了ATB-25瀝青穩(wěn)定碎石混合料生產(chǎn)配合比的最佳瀝青用量為3.7%，并從瀝青混合料的拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓以及接縫處理等方面對(duì)ATB-25瀝青穩(wěn)定碎石混合料應(yīng)用于瀝青路面上基層的施工工藝展開了研究。