淺談Superpave瀝青混合料施工工藝資料

淺談Superpave瀝青混合料施工工藝隨著瀝青混凝土路面在國內(nèi)的廣泛應用，越來越多的施工工藝、施工方法以及級配設計也在不斷的更新，在眾多的設計方法中以美國研究出的高性能瀝青路面（superpave）設計方法，在國內(nèi)也不斷得到推廣，該設計方法采用了旋轉壓實成型試件，較好的模擬了野外路面受力情況，提出了一套全新的評價瀝青膠結料技術性能方法、標準和混合料體積設計法，為更好地改善和提高瀝青路面的高溫穩(wěn)定性等路用性能等提供了一條有效的途徑?，F(xiàn)將superpave瀝青混合料的施工工藝淺談一下：Superpave技術是從設計到施工一整套體系，采用Superpave技術設計的混合料稱為Superpave混合料，其設計方法、級配結構以及性能指標都與傳統(tǒng)瀝青混合料有著很大的區(qū)別，首先從礦料的級配談起。一、SUPERPAVE混合料體積設計所謂superpave瀝青混合料體積設計是根據(jù)瀝青混合料的空隙率、礦質集料間隙率、瀝青填隙率等體積特性進行熱拌瀝青混合料設計的。superpave瀝青混凝土配合比設計嚴格要求集料針片狀含量，限定集料的級配區(qū)域，經(jīng)過同一瀝青與三種不同級配以旋轉搓揉壓實儀制作試件，經(jīng)過單位重和體積分析后決定出采用的集料級配，再選擇四種瀝青含量與最佳集料級配通過旋轉壓實儀制作試件，確定最佳瀝青用量。1、集料的控制標準：礦質集料的特性對瀝青混合料性能的影響較為顯著，集料的要求除滿足技術規(guī)范所要求的質量外，還提出了粗集料的棱角性、細集料的棱角性、扁平與細長顆粒、粘土含量等技術檢測指標。1）、粗集料棱角性：粗集料棱角是指留在4.75mm篩上有一個或兩個破碎面集料的重量百分比，規(guī)定粗集料棱角主要是為確保集料有高的內(nèi)摩擦力，從而保證瀝青混合料有較高的抗車轍能力。2）、細集料棱角性細集料棱角是指小于2.36mm的松壓集料的空隙百分率，規(guī)定細集料棱角指標是為了確保細集料有高的內(nèi)摩擦力和抗車轍能力，較高的空隙率含量意味著有較多的破碎面。3）扁平和細長顆粒：在施工和交通荷載作用下，扁平與細長顆粒容易破碎，所以要對細長形顆粒的含量進行限制。規(guī)定細長扁平顆粒長寬比例控制為3：1，限制扁長型粒料的通過率不得超過10%的重量比。4）粘土含量：粘土含量是指包含在4.75mm篩的集料中的粘土含量百分率。以最小的含砂當量來規(guī)定含泥量的通過率。2、集料級配控制：superpave混合料體積設計的級配選擇是通過控制點和限制區(qū)來進行的，要求級配須通過各篩號控制點范圍且不得經(jīng)過限制區(qū)，級配的控制點和限制區(qū)依公稱最大尺寸而有不同的規(guī)定。控制點分別放設于公稱最大尺寸篩、中等篩（2.36mm）、和最小篩（0.075mm）處。限制區(qū)處于沿最大密度級配線中等篩和0.3mm篩之間，限制區(qū)形成一個級配不能通過的帶。設置限制區(qū)的目的有兩個：一個是為了限制砂的用量減少永久變形，二是為了提供足夠的間隙率。限制區(qū)的駝峰級配表示一種多砂混合料這種級配的混合料在施工期間常會出現(xiàn)難以壓實現(xiàn)象，并在使用期間抗永久變形能力不足。集料級配通過限制區(qū)容易造成礦料間隙率過小，這種級配對瀝青含量過分敏感。在設計級配時，級配處于控制點區(qū)避開限制區(qū)以滿足superpave要求。3、旋轉壓實儀的應用：Superpave瀝青混合料體積設計核心之一是采用Superpave旋轉壓實儀成型混合料試件，進而進行相關的體積分析。Superpave旋轉壓實儀的壓實成型混合料的過程是將瀝青混合料逼真地壓實到施工現(xiàn)場的密實狀態(tài)，進而設計出相關性良好的室內(nèi)壓實設備。旋轉壓實儀主要對壓實的三個方面進行控制，即壓實的軸向壓力、旋轉角度和旋轉速度。并且實現(xiàn)了壓實過程的監(jiān)控，進而可以進一步將混合料的壓實性能與混合料性能建立起關系。試件的壓實高度可以精確地量測，這是旋轉壓實儀的最主要功能。通過試件壓實過程中高度的測量，可以根據(jù)試件材料的重量和試模的內(nèi)徑估算除試件的密度，根據(jù)這些測量結果可以得到瀝青混合料的壓實特性。4.礦料級配的確定：級配是瀝青混合料中礦料的最重要特性，它幾乎影響到瀝青混合料的幾乎所有重要特性，包括勁度、穩(wěn)定性、耐久性、滲水性、施工和易性、抗疲勞能力、抗滑能力甚至抗開裂能力。Superpave瀝青混合料設計體系采用0.45次方級配曲線圖來表征瀝青混合料礦料的級配。Superpave的級配曲線在0.45次方級配曲線圖上越靠近最大理論密度線，混合料的密度越大。天然砂含量過高，級配曲線在中值篩孔與0.3mm之間靠近最大理論密度線容易產(chǎn)生軟弱混合料使得混合料難以壓實成型，從而表現(xiàn)出駝峰級配的性質，隨著瀝青含量的少許變化都使得混合料的性質產(chǎn)生較大的變化。對于給定的集料級配，級配曲線在限制區(qū)以上和以下都可以得到比通過限制區(qū)要大的礦料間隙率，混合料級配曲線位于限制區(qū)以下時，初始壓實次數(shù)下具有較高的孔隙率；對于破碎集料，最大壓實次數(shù)在限制區(qū)以上級配的孔隙率最大，限制區(qū)以下的孔隙率最小，級配通過限制區(qū)設計出的混合料具有最小的瀝青含量和最小的礦料間隙率。5、用最大理論密度作為現(xiàn)場質量控制密度舊版的瀝青路面施工技術規(guī)范是以現(xiàn)場混合料的馬歇爾做為壓實標準，要求達到96%的馬歇爾密度，用這種方法控制壓實度會使現(xiàn)場路面空隙率高達8%，空隙率偏大，路面易透水，造成水損害，嚴重的影響了路面的使用性能。Superpave采用最大理論密度作為現(xiàn)場質量控制指標，也就是用空隙率作為現(xiàn)場路面控制指標，要求壓實度達到馬氏密度98%以上，94%〈理論密度〈97%，使空隙率控制在3%~6%之間，不但提高了路面抗水損害能力，同時也提高了抗車轍能力。二、混合料的拌和在所進行的Superpave試驗路和實體工程中大部分采用“S”型級配結構，混合料中粗集料相對較多，這對集料的干燥可能產(chǎn)生一定的影響，粗集料中的水分不能及時散發(fā)是造成瀝青路面早期剝離的主要原因之一。增加干燥時間將使得生產(chǎn)效率降低，經(jīng)濟上也不合適，為此只有加強料源的控制，對料堆進行覆蓋或者搭棚，盡量避免水分的浸入?；旌狭系陌韬蜏囟仁怯绊懧访媸┕さ闹饕蛩刂?，它可以保證良好的壓實溫度。根據(jù)試驗路的鋪筑情況，由于該類型混合料已經(jīng)形成了骨架嵌擠結構并且粗集料相對較多，比較難以壓實，因此需要混合料有較高的碾壓溫度，但是也應該避免走向另外一個極端，即采用很高的拌和溫度，這樣就加速了瀝青的老化，對于混合料的使用性能和壓實性能都有很大的影響。拌和溫度要根據(jù)試驗室做出的粘溫關系曲線來確定，碾壓溫度的保證主要靠減少混合料在貯存、運輸?shù)戎虚g過程的溫度損失。由于superpave混合料存在的特性，所以混合料拌和時的溫度要視改性瀝青和普通瀝青而議，普通瀝青混合料溫度拌和溫度一般控制在160℃~170℃之間，改性瀝青混合料拌和溫度一般控制在175℃~185℃之間。三、混合料的運輸1、熱拌混合料一般采用大噸位自卸車運輸，車廂應清潔，隔離劑不得有液跡。拌和站放料時應每卸一斗混合料挪動一下汽車位置，以減少混合料的離析現(xiàn)象。2、混合料運輸期間，必須覆蓋篷布，用以保溫、防污染等。開始攤鋪時，現(xiàn)場等待卸料車不得少于5輛以利連續(xù)攤鋪。四、混合料的攤鋪Superpave混合料和常規(guī)的瀝青混合料在攤鋪方面沒有太大的區(qū)別，但是由于Superpave混合料中粗集料含量相對較多，因此更要嚴格操作盡可能減少混合料的離析，在此情況之下采用相同操作技術所鋪筑的Superpave混合料路面要比傳統(tǒng)混合料路面性能優(yōu)越。對于傳統(tǒng)密級配混合料比較細且和易性好，很容易施工出高質量的縱向接縫，但是對于Superpave混合料則比較困難。因此在攤鋪過程中應盡量避免使用縱向接縫特別是冷接縫，當采用縱向熱接縫時應保證攤鋪出的混合料是不離析的。攤鋪過程中的主要問題是采取適當?shù)臄備佀俣?，但是應當注意的是，攤鋪機的速度除了應當與拌和站生產(chǎn)能力相適應外，很大程度上受碾壓能力的限制，要給壓路機留出較多的有效壓實時間。保證混合料的供應和連續(xù)攤鋪在減少路面缺陷中非常重要，應當避免攤鋪機的停頓和突然改變速度。當攤鋪機停頓時，熨平板前的阻力由于攤鋪機的動態(tài)平衡改變而發(fā)生變化，這樣熨平板可能少許下降；如果停機時間很長，則熨平板前后溫度下降，熨平板材料阻力增加，很可能拉傷攤鋪的混合料，造成厚度偏薄、空隙率很大、難以壓實的粗糙路面；當攤鋪機速度發(fā)生改變時，也改變了熨平板的平衡力系，容易造成路面的質量缺陷。隨著路面施工技術的不斷提高，新的路面施工設備也在不斷的產(chǎn)生，引進設備的種類也繁多，近年引進的瀝青混合料轉運車的使用，消除了運料車與攤鋪機的碰撞，減少了混合料的離析現(xiàn)象，大大的提高了路面的平整度及施工質量。五、混合料的壓實壓實是瀝青路面施工最后一道非常重要的工序，壓實度的高低直接影響到瀝青路面的使用壽命和早期損害的可能性，因此必須選擇合理的壓實機械、壓實溫度、速度、遍數(shù)等，另外還必須考慮壓實機具的組合、壓實方法以及混合料與壓路機的配合，這些處理得當才可以獲得最佳密度。當采用傳統(tǒng)壓實方法時，有許多常規(guī)瀝青混合料要滿足壓實度要求已經(jīng)比較困難，對于Superpave混合料來說滿足壓實要求將變得更加困難。首先具有“S”型級配的Superpave混合料粗集料含量相對較多且形成了骨架嵌擠，其次在混合料中加大了人工砂的含量以及Superpave體積設計法設計的最佳瀝青含量比馬歇爾法的要偏低，這樣使得混和料非常難以壓實。另外，由于粗集料含量較多，粗級配混合料冷卻比較快，使得壓實時間縮短，這樣就要增加壓實機械的數(shù)量或者放緩攤鋪速度。結合Superpave混合料的特點，混合料壓實方法的基本原則是高溫強壓。Superpave混合料的碾壓也分為初壓、復壓、終壓三個階段，初壓一般采用噸位較重的雙鋼輪壓路機碾壓，雙鋼輪壓路機一般為雙驅雙振。碾壓時，緊跟攤鋪機，高頻低幅成階梯狀碾壓?；旌狭细邷貭顟B(tài)下強振壓實才能達到很好的效果。復壓采用兩臺大噸位膠輪進行搓揉碾壓，通過膠輪輪胎的搓揉，不但提高了混合料的壓實度，同時也使得混合料的表面密實，減少了離析現(xiàn)象。終壓采用一臺輕型雙鋼輪壓路機進行表面的整平作用，消除了壓路機由于振動及搓揉作用而引起的微小波浪。整個碾壓工藝必須連續(xù)不間斷的進行，碾壓結果必須滿足壓實度的密度為最大理論密度的94%以上，即現(xiàn)場空隙率不大于6%。隨著對Superpave更深入的研究，不斷的對混合料級配進行調整，使Superpve混合料更加成熟其性能優(yōu)越性也更加得到了充分的發(fā)揮，以及壓實機械的不斷進步，對混合料的壓實工藝也在不斷的調整和改進。由于改性瀝青的使用使得混合料的壓實變得更加困難，同時通過不斷的改進設計混合料在高溫狀態(tài)下也更加穩(wěn)定，施工工藝的不斷改進，混合料的壓實效果更加優(yōu)良，不僅保證了壓實度，而且在很大程度上大大提高了壓實度的均勻性。雖然壓施工藝不斷進行改進，但是根本原則沒有變化，概括為“高溫緊跟慢壓，振動高頻低幅”。在壓實過程中還有許多需要注意的問題，主要有以下幾點：1、該類型混合料級配對壓實效果的影響比傳統(tǒng)的密級配瀝青混合料更為敏感，及時地動態(tài)控制和調整材料級配對混合料的壓時很有利；2、根據(jù)試驗段的壓實情況，保證混合料在高溫碾壓時不會出現(xiàn)推擠現(xiàn)象，根據(jù)合理的壓實速度布置作業(yè)長度、壓路機數(shù)量、位置分布等，以保證混合料在高溫時得到充分壓實；3、當溫度降低鋼輪碾壓混合料產(chǎn)生推移時，再使用鋼輪是有害的，此時應當采用輪胎壓路機壓實而不會產(chǎn)生推移。膠輪壓路機一般不需要灑水，開始時可采用3：1油水混合物擦拭輪胎，等輪胎溫度升高不粘輪以后即不再需要，輪胎壓路機輪胎壓力應有規(guī)定，不能太低；4、注意灑水量，或采取一定的措施盡量降低混合料的降溫速度，特別是在秋季或大風天氣下。Superpave混合料的壓施工藝不是固定的，每一個工程項目開始以前都應該鋪筑試驗段，來檢驗混合料體積性質是否滿意及評價攤鋪與壓實技術等。這個試驗段必須采用計劃中的施工技術，包括瀝青拌和站、攤鋪機的參數(shù)設置、人員車輛組織、施工工藝等，在于正常施工時相同的溫度下攤鋪與壓實，以檢驗正常生產(chǎn)過程中保證措施。對于表層混合料還應該檢驗表面服務特性如摩擦系數(shù)和構造深度以及滲水系數(shù)等，以檢驗混合料的路面的綜合服務性能。通過試驗段的鋪筑可以對施工工藝以及混合料做出及時的調整，使路面達到最佳。六、superpave混合料的優(yōu)缺點優(yōu)點：1、它從根本上放棄了帶有經(jīng)驗性的傳統(tǒng)性的瀝青技術指標，而采用了反映瀝青的流動性、永久變形、疲勞開裂和溫度開裂等路用性能的流變力學指標，并使用旋轉壓實儀模擬現(xiàn)場壓實過程達到了力學指標和路用性能的完美結合。2、superpave設計方法，最大的優(yōu)點是能夠判斷哪一種級配抗車轍能力好，從而更好的事先選擇級配。3、增加了混合料短期老化試驗，使壓實和空隙率計算更為符合實際。4、實時測量試件高度與旋轉次數(shù)，化