广西沥青路面施工标准化与质量控制技术研究.pdf

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广西沥青路面施工标准化 与质量控制技术研究 陆宏新 (广西路桥建设有限公司,广西南宁530001) 作者简介 陆宏新(1972一),男, 广西阳朔人,高级工程 师,主要从事路基路面 施工技术及管理研究 工作。 课题项目 广西路桥建设有限公 司科技项目“重载交通 条件下均匀骨架密实 型沥青混合料组成优 化设计及施工技术研 究”(2012—02号) RoAD粼lmRING 道l路|工l 程⑦淼 摘要:为避免沥青路面出现车辙等早期损坏,文章结合广西自然条件,从集料加 工生产与质量控制、沥青混合料级配优化设计、沥青路面施工工艺等方面开展沥青 路面施工标准化与质量控制技术研究,提出在源头控制集料)JDT指标,采用均匀防 离析一骨架稳定密实型沥青中、下层混合料和优化的抗滑表层沥青混合料,实施施 工过程标准化管理,以有效提升机械化施工效率和路面施工质量。 关键词:沥青路面;集料;混合料;级配;工艺;稳定性 中图分类号:U416。21 7 文献标识码:A 文章编号:1 673—4874(201 3)08—0008—05 Guangxi Asphalt Pavement Construction Standardization and Quality Control Technology Research LU H0ng一撕n (Guangxi Road&Bndge Construction Co.,Ltd.,Nanning,Guang)d,530001) Abstract:In order to avoid the emergence of rutting and other eady damages in asphalt pavement,the article combined the natural conditions in Guangxi to carry out the asphalt pavement construction standardization and quality control technology research from the as— pects of aggregate processing production and quality control,asphalt mi)吐ure gradation opti— mizatJon design,and asphalt pavement construction technology etc.,proposed to control the aggregate processing indicators fnDm the beginning,to use the unifbrnl anti—segregation- skeleton to stabilize the dense—type asphalt middle and Iower-layer mixture as welI as the optimized sliding—resistant surface-layer asphalt mi)吐ure,and to implement廿悟construction process standardizaflon management,SO as to effectively improve the mechanization COn- struction efficiency and pavement construction quality, KeyWords:Asphalt pavement;Aggregates;Mixture;Gmdation;Process;Stability 0引言 车辙、开裂、泛油、推移和拥包是沥青路面的主要破坏现象,华南高温湿热 8 醒部交通科技饕鬻嬲暴。。,。。。。。。删。 万方数据 地区车辙病害尤为明显。影响车辙的主要外因是 行车荷载、交通量和渠道化程度、荷载作用时间和 水平力、路面温度、半刚性基层质量;内因是沥青混 合料的抗车辙能力、路面结构类型和沥青面层厚度 及沥青混合料的压实度和空隙率。沥青混合料的 高温抗车辙能力60%依赖于矿料级配的嵌挤作用, 40%来源于沥青结合料的粘结性能。因此,在沥青 混合材料设计中,矿料级配设计研究具有举足轻重 的地位[1-2]。沥青路面的压实度与匀质性由混合 料级配和工艺过程控制水平所决定,不同地区施工 控制关键技术各不相同。为保证沥青路面质量,提 高沥青路面路用性能并延长使用寿命,应以“工艺 上易于保证施工质量、实现设计意图”为主线,考虑 当地交通、气候环境特点,对路面结构组合设计、材 料设计、工艺控制进行“一体化设计”。本文结合广 西自然条件,重新检验施工工艺和各项技术措施, 细化明确了原材料技术要求、沥青混合料配合比设 计、沥青路面施工机械设备要求、标准化施工工艺、 沥青路面施工过程中的质量管理与检查技术要求。 1 集料加工质量稳定性控制技术 1.1粗集料控制 中、下面层沥青混合料(AC一20、AC一25)所用 集料一般在公路沿线就近选取优质石灰岩破碎的 碎石。上层沥青混合料用粗集料宜采用质地坚硬、 表面粗糙、耐磨、具有良好嵌挤性能的玄武岩、辉绿 岩等石料破碎的碎石。碎石应洁净、干燥、无风化、 无杂质,其颗粒形状应具有多棱角,接近立方体。 为确保粗集料的颗粒形状符合要求,沥青面层用粗 集料应严格采用二破工序,初破采用鄂式破碎机加 工,二破采用反击式、圆锥式或锤式破碎机破碎,必 要时增加整形机(即立式j中击破碎机)整型。 1.2细集料控制 上层沥青混合料用细集料(o.075~3 m)必 须采用优质机制砂,为保持黑色沥青路面持续的美 观性,建议优先选用玄武岩、辉绿岩或青色、黑色的 石灰岩材质机制砂;中、下面层用细集料宜采用制 砂机破碎的石灰岩机制砂,或采用经除尘的、质量 良好的、具有较好颗粒形状的石灰岩石屑。细集料 应干净、坚硬、干躁、无风化、无杂质和其它有害物 质,并具有适当的颗粒级配。 1.3集料加工质量控制 为充分发挥沥青混合料拌和楼的工作效率,集 料应按稳定性、规格、颗粒形状、洁净度、可利用率 等技术指标进行施工全过程控制。通过合理设置 碎石加工、沥青混合料拌和的筛网尺寸,加强碎石 加工质量的管理,可有效减少沥青混合料生产过程 中的溢料,确保沥青混合料拌和的质量稳定可靠及 生产效率,提高经济效益和社会效益。为了控制混 合料级配的稳定性,沥青路面上、中、下面层建议按 照表1所示的四档规格备料,以实现三种效果:(1) 中下面层可统一规格、同时同场地备料,适当减少 备料场地;(2)将O~5 mm细料分为3~5 rlln、0.075 ~3 mm两档,可大幅降低混合料生产时拌和楼中4~7嗍料的溢料;(3)备料时可不采购或最低限 度采购3~5 mm集料,避免浪费。沥青混合料粗、 细集料的粒径规格及级配要求分别见表2和表3。 表1沥青混合料用集料分档规格选用表 集料规格(mm) 沥青混合料类型 AC一25 AC一20 AC一13 1:It料 19~26.5 19~26.5 — 2—1#料 9.5~19 9.5~19 — 2—2#料 一 一 9.5~13,2 3—1 8料 4.75~9.5 4.75~9.5 4.75~9.5 3—2”料 一 一 2.36~4.75 4#料0.075~2 36 0.07542.36 0,075~2.36 注:①问歇式拌和机用振动筛的筛网设置建议上、中、下面层混 合料尽量共用一套筛;②表面层AC一13采用四种筛网,分别为 16 m、11 nm、5.5/6 nm、3.5/4 rEⅡ13;③中、下面层AC一20采用五种 筛网,分别为30 m、22 r姗、16 m、11眦1、5.5/6 13“En、3.5/4 mm。 表2沥青混合料用粗集料规格表 规格公称粒径 通过下列筛孔(mm)的质量百分率(%) 名称(m)31 5 26 5 19.0 16 0 13.2 9.5 4 75 2.36 H寝 19~26 5 100 90~100 0~15 HS3 9.5~19 100 0~10 HS4 9.5~13 2 100 0~10 Hs5 4.75~9.5 100 0~10 I-IS6 2 36—4 75 100 0~10 2013年第8期总第73期 9 万方数据 表3沥青混合料用机制砂或者石屑规格表 规格 公称粒径 通过下列筛孔(mm)的质量百分率(%) 名称 (m) 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.1 5 0.075 HSl 0.075~2,36 100 85~100 0~10 注:①沥青路面各标段必须增加带有除尘装置的机制砂(O.075 ~2.36)ram生产线;②若细集料含泥量超标,则必须采用水洗机制 砂、水洗石屑或者在沥青混合料拌和过程中加大风门除尘。 为实现节能减排,提高集料的利用率,减少沥 青混合料料拌和过程中热料仓溢料现象的发生,根 据表4集料规格与分级的要求,碎石加工振动筛与 筛网的尺寸规格宜按28 m、23 mm、12 mm或 1 1 mm、6 mm、3 mm组合配置。 根据六钦、钦崇等高速公路沥青路面施工经 验,中下面层路面集料备料比例约为20%的(19~ 31.5)m石灰岩粗集料,40%的石灰岩(9.5~19) mm粗集料,9%的(4.75“--9.5)m石灰岩粗集料; 35%的石灰岩(0“--2.36)mm细集料。碎石场生产 所剩的(4.75~9.5)mm、(2.36“--4.75)mm的集料 部分用来生产机制砂外,部分考虑外销或作他用。 表面层约按65%的耐磨粗集料和35%的(0~ 2.36)mm石灰岩机制砂细集料的比例备料。 沥青混合料拌和楼、集料堆料场的地形地貌要 尽可能适合工艺流程的需要。除满足必需的场地 面积要求外,平地建场时,场地应有4%~5%的天 然坡度为宜,堆料场地及进出场道路要硬化,做到 场内排水通畅无积水。各种规格集料标识清晰,并 砌筑隔墙有效分隔。细集料需搭设防雨棚,防止雨 淋和粉尘污染。 2沥青原材料质量稳定性控制技术 2.1原油品质控制 原油品质和炼制工艺是影响沥青性质的两个 主要因素。高等级沥青路面用的沥青应选择溶一 凝胶型结构类型的环烷基稠油的直馏沥青或半氧 化沥青。对沥青材料品牌的选择,既要重视沥青的 技术指标,但也不能唯指标论,还要对沥青品牌、供 应商的信誉进行比选。SBS改性沥青生产质量控 制的关键在于改性沥青)9n-F设备的先进程度和沥 青与SBS改性剂的配伍性。 10 西部交通科技豁忠飘s。:。。&Tec咖;。G。 2.2沥青运输及存储过程控制 为加强对沥青原材料运输、储存及安全防护的 控制,沥青必须使用特制的车、船等运输工具运输, 以保证沥青优良的使用性能。用火车、船等长途运 输时,基质沥青储罐的最高温度不得超过150℃。 沥青必须储存在特制的储存罐内,其储罐必须装配 导热装置并装配准确的温度传感器,以尽量减少沥 青过热的危险。每个储罐必须标明所储存沥青的 级别标号,变更沥青存储种类时,要确保将罐清除 干净,及时更改标志。沥青的运输和储存应防止泄 漏,以免对环境和人造成危害。产品要附有物理性 能或化学成分合格证书、质保证书或验收试验报 告。沥青到站时,每车必检,在抽检软化点指标合 格后,方可卸车。同时测试薄膜烘箱后的沥青在 60℃时的粘度值、残留针入度比及残留延度。 3沥青混合料级配优化和稳定的施工标准 配合比控制 3.1 沥青混合料级配优化设计 传统AC型沥青混合料为悬浮一密实型结构, 由于其中粗集料不能互相靠拢形成骨架,高温稳定 性存在不足,易产生车辙。基于广西气候条件,通 过工程实践验证,建议在广西采用骨架密实级配理 论对沥青混合料级配进行优化设计。优化的宗旨 是减少下面层沥青混合料AC一25的离析,使AC一 25组成设计向“AC一20”转化,同时为增强中面层 沥青混合料AC一20的抗车辙能力,把AC一20组 成设计向“AC一25”适当靠拢。优化得出的中下面 层沥青混合料配合比级配曲线由传统的“S”曲线变 成了“弓形”曲线,其主要技术特点是最大公称粒径 0。075 m用量相对不多,3~5 m用量控制在6% 左右或者撤掉不用,中间档粗骨料用量相对较多, 集料之问能形成均匀骨架稳定密实的结构,提高了 中下面层的高温稳定性。为增强表面层沥青混合 料AC~13的抗滑能力和抗车辙能力,对表面层沥 青混合料AC一13进行了增粗化设计,在表面层施工中减少了3~5懈灰岩细集料的用量,增加了 万方数据 4.75 m以上辉绿岩集料用量,不但增强了表面层 的高温抗变形能力、路表粗糙度和抗滑能力,提高 了行车安全性,而且,由于石灰岩总量比例下降,大 粒径辉绿岩含量增多,使得路表面粗骨料增多,减 缓了通车运营后路面石灰岩集料经过车轮反复磨 损“变白”的速度。 根据规范要求及工程实践,建议整个配合比设 计从规范要求的“三阶段”上升为“四阶段”设计:需 要经过目标配合比设计、生产配合比设计、生产配 合比验证、施工标准配合比四个流程。目标配合比 设计:根据冷料规格初步确定目标级配曲线、最佳 沥青用量及冷料掺配比例;生产配合比设计:根据 拌和楼热料规格,初步确定热料比例;生产配合比 验证:拌和楼试生产确定各个生产参数,并进行试 验路铺筑,视试验路铺筑情况,适当调整生产配合 比;施工标准配合比确定:经过一段时间的生产施 工,拌和楼热料仓生产料位稳定后,可以确定稳定 的施工标准配合比,做到不溢4.75 m以上的粗集 料,充分发挥沥青混合料拌和效率。若集料规格发 生较大变化,经试验验证并获相关单位同意后方可 调整。 3.2骨架密实级配优化设计效果 经过级配优化设计后,实体工程中沥青混合料 的高温性能有了较大提升,如表4---,6所示。 表4钦崇D标沥青混合料A0-25的 高温稳定性试验结果表(60℃) 童磊,嚣塑45m墅in 60生min。篇,。孺,s…,比(%)编号 (次加_m)(次加TTl) 。 一 1 1.530 1.61 3 7 590 4.1 2 1.485 1.583 6 429 6 000 580.53 8.3 3 1 125 1 215 7 000 技术要求 一 ≥2 800 一 ≤20 表6玉铁C标(玄武岩)沥青混合料AC一13的 高温稳定性试验结果表(60℃) 油石试件变形量(mm) 傩 平均 比(%)编号45 min 60 min(次加丫n)(次加_m) 1 1.32 1 395 8 400 4.9 2 1.335 1.44 6 000 6 000 1 385.6 18.2 3 1.395 1.47 8 400 技术要求 一 ≥2 800一 ≤20 针对广西地区高温时间长的特点,为验证优化 设计的改性沥青混合料的高温性能,在规范要求的 60℃基础上,在生产和施工过程中将改性沥青混 合料的高温性能试验温度提高到70℃或75℃,正 式生产(施工)配合比优化设计后的沥青混合料高 温性能见表7~8。 表7六钦A标中面层沥青混合料AC一20 的车辙试验结果表(75℃) 油石 试验 变形量(mm)DS 平均 比(%)温度(℃)45 min 60 min(次加T11)(次加T11) 75 2.89 3.09 3 01 5 3.8 75 1.61 1.75 4 522 规范中对75℃车辙试验无对应技术要求 一≤20 表8六钦A标表面层沥青混合料AC一13 的车辙试验结果表(75℃) 油石 比(%) 试验 变形量(mm)DS 温度(℃)45 min 60 min(次加_m) 平均 (次加TTl) 75 1.60 1.73 4 846 4.6 75 1 29 1.39 6 000 3 000 75 1.28 1 36 8 290 4.6 75 1·66 1-78 5 250 3 000.6 3 75 1.52 1.78 3 315 规范中对75℃车辙试验无对应技术要求 一 在性能得到提升的基础上,与传统型级配相 比,优化型配合比的施工成本也有所降低。 4沥青路面规范稳定的机械化施工过程控 制技术 规范稳定的机械化沥青路面施工过程控制包 含混合料拌和生产、运输、摊铺、碾压等关键环节, 各个环节环环相扣,紧密相连,任何一个环节出现 问题,都会影响整个路面连续施工。在沥青混合料 2013年第8期总第73期 11 万方数据 拌和过程质量稳定可靠、高效的前提下,还要控制 好运输、摊铺、碾压等关键工艺。其控制要点包括: (1)拌和楼的称量精确度及稳定性控制。主要 控制沥青计量准确度与除尘效果的稳定性。每个 工作日结束后应打印生产记录并签字确认。 (2)温度控制。视天气、风速、运距情况,分别向 上下限倾向控制:下面层基质沥青混合料AC一25出 料温度控制在158℃~163℃,中面层与表面层改性 沥青混合料出料温度控制在175℃,'--,185℃。 (3)运输过程控制。沥青混合料运输车必须采 用大吨位的货车,采用植物油作为隔离剂,运输卸 料全过程均须采用篷布全覆盖。运输通道要做到 零污染、线路指示明确,运输车辆进出摊铺机过程 要做到快捷、有效、安全。 (4)前场摊铺速度控制。下面层施工摊铺速度 一般控制在2.0,---2.5 m/min,中面层摊铺速度控 制在3.0,---3.5 m/min'表面层摊铺速度控制在4.0 ~4.5 m/min,视拌和楼生产出料能力与运距作适 时调整,尽量避免摊铺机停机,实现连续施工。 (5)碾压控制。关键做到钢轮及时紧跟摊铺 机,作业区段控制在30.---40 m,通过及时碾压,封闭 沥青混合料的空隙,减缓沥青混合料温度的下降。 钢轮与胶轮力争在1 5 min内完成初压和复压为最 佳。中、下面层施工采用钢轮与胶轮同迸同退工 序,及时紧跟慢压,钢轮碾压3~4遍,胶轮碾压不 少于3遍。表面层施工:推荐采用全钢轮的碾压组 合,钢轮碾压5~6遍。 (6)压实度检测验证。施工成型的沥青路面, 以计算最大理论密度控制压实度,除下面层局部离 析部位,要控制在94%~96%范围内,沥青路面残 留空隙率控制在4%,--,6%范围内。 5结语 (1)优化设计的沥青混合料高温性能优良,适用 12 西部交通科技饕鬻监曼基。。。。。。溉。,。。、 于广西高温湿热地区。普通沥青混合料AC一25动稳 定度(60℃车辙试验)可A2 000次加丫n以上,$8S改 性沥青混合料AC一20与$8S改性沥青混合料AC一 13动稳定度(75℃车辙试验)可达3 000次加丫n以 上,均远远超过技术规范要求。 (2)集料是影响沥青路面施工质量的最重要因 素,有效地控制集料的认同特性和资源特性,有利 于沥青混合料生产配合比及施工配合比的优化设 计与生产的稳定性、连续性和可靠性,有利于提高 沥青路面施工质量和降低工程成本,具有重要的现 实意义。规范标准的集料生产加工与分档备料控 制技术,有利于料源组织,大大减少了4~7 m集 料的溢料,可节约工程成本,提高经济效益。 (3)科学合理选择摊铺工艺、碾压工艺,减少沥 青路面离析等质量不均匀性,提高了路面压实度, 从而大幅提高沥青路面的施工质量稳定性和施工 效率,合理控制了机械成本,实现了“安全、优质、经 济”的路面建设目标。彩 参考文献 E1]沈金安.沥青与沥青混合料路用性能I-M).北京:人民交 通出版社,1993. [2]王端宜,张肖宁.级配对沥青混合料体积特性的影响 EJ].华南理工大学学报,2002,30(3). [3]王端宜,张肖宁,等.用虚拟试验方法评价沥青混合料的 级配类型I-J3.华南理工大学学报,2003,31(2). [4J张登良.沥青路面工程手册[M].北京:人民交通出版社, 2003. [5]JTG F40—2004,公路沥青路面施工技术规范[s]. 收稿日期:2013—06—10 万方数据
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