新型沥青路面技术探讨

时间:2022-04-20 09:44:31

新型沥青路面技术探讨

摘要:详细阐述了新型沥青路面路面的性能、配合比设计及其目标配合比设计的检验步骤,并对新型沥青路面的施工作了详细分析,最后指出如何对沥青玛蹄脂碎石混合料进行质量控制。

关键词 :新型沥青路面,施工技术,质量控制

高等级公路黑色沥青路面部分,在近几年沥青路面施工技术呈多样性的飞速发展。沥青玛蹄脂碎石混合料(Stone Mastix Asphalt,简称SMA路面)新技术代表了沥青路面的发展方向,也在全国各省高等级公路普遍推广。下面就对改性沥青与SMA路面的性能、配合比设计、施工组织、施工要点、施工中易出现的问题介绍如下:

1.SMA路面

沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)是一种由沥青、纤维稳定剂、矿粉及少量细骨粉组成的沥青玛蹄脂填充问断级配的粗集料骨架问隙而组成的沥青混合料。它的最基本的组成是碎石骨架和沥青玛蹄脂结合料两大部分。

2.SMA马歇尔试验配合比设计方法

2.1 选择初试级配

选择初试级配时都必须以标准级配范围为基础。可以以4.75 mm通过率为变化点,改变三个不同的通过率:22%,25%,28% ,或者采用20%,25%,30%,三个级配均固定矿粉数量,0.075 mm通过率为10%左右,9.5 mm通过率在要求范围的中值左右,所选择的三个级配必须在要求的级配范围内。选择三个集料级配的目的是选择三个不同的沥青混合料的集料空隙率VMA,以便满足VMA>17%的要求。满足VMA>17%的要求对于充分发挥粗集料的嵌挤作用是至关重要的。

2.2 油定粗骨料(大于4.75 mm)骨架部分的集料间隙率VCAdrc

为了充分发挥SMA混合料粗集料的石一石结构的嵌挤作用,在压实状态下沥青混合料中的粗集料骨架问隙率Ⅵ 必须不大于没有其他集料、结合料存在时的粗集料合体在捣实状态下的问隙率Ⅵd 。如果做不到这一点,粗集料的嵌挤作用就不能形成,因此这是一个鉴别粗集料能否实现嵌挤的基本条件。VCA的概念在普通的密级配沥青混凝土中是没有的,这就是VAC与 ~的根本区别所在。

2.3 选择初试沥青用量

选择初试沥青用量首先要考虑关于SMA对最小用量的规定。SMA的耐久性与沥青用量关系极大,所以与普通的沥青混合料不一样,对SMA还设定了最小沥青用量的限制。对普通的沥青混凝土,试验得出多少合适就是多少。对沥青用量做出限制也是SMA所特有的。因为沥青用量多是SMA的一个显著特点,所以要特别注意沥青用量不能太少。考虑我国具体情况,一般可根据粗集料毛体积相对密度选择,例如毛体积相对密度为2.9左右时,选用油石比5.8% ;毛体积相对密度为2.9左右时,选用油石比6.1%;毛体积相对密度为2.7左右时,选用油石比6.4%;集料的毛体积相对密度大时,应该选择稍低的初试沥青用量。矿料的毛体积相对密度按JTJ 058公路工程集料试验规程的方法测定。

2.4 进行马歇尔试验,根据SMA和VCA 确定设计级配

SMA试件的制作方法对成型后的混合料性能有很大影响。采用马歇尔试件成型方法,双面击实50次,成型温度应按照JTJ052公路工程沥青及沥青混合料试验规程的规定进行。当使用改性沥青时,则必须提高成型温度。

按照确定的初试沥青用量,用3组初试级配拌和制作马歇尔试件,试件数量为每组4个,3组试件共计12个,一级4个试件中,1个用于测定理论最大相对密度,3个用于测定毛体积相对密度。

试件冷却后,采用表干法测定马歇尔试件的毛体积相对密度ρmd神,测定松散沥青混合料的最大相对密度ρmm (也可以采用计算理论密度),利用 ρmd和ρmm可以计算试件的空隙率VV,矿料问隙率VMA及粗集料骨架问隙率VCAmix 。

将三组初试级配的实验结果VCAmix与VCAdrc比较,从中选择符合VCAmix17%的级配为设计级配,以防在施工过程中VMA可能会有所降低。

2.5 进行马歇尔试验,根据空隙率VV确定沥青用量

对任何一种沥青混合料,空隙率都是最重要的参数,空隙率决定了混合料的一系列性能和使用的寿命。这对普通密级配沥青混合料和SMA都是一样的。SMA马歇尔试验配合比设计的重点是矿料各部分的级配,各种体积指标、沥青用量,而不是马歇尔稳定度和流值。这是与普通的密级配沥青混合料配合比设计的最大区别。

在设计级配确定以后,变化3个不同的沥青用量,每组4个试件,再次拌和12个试件。其中一个用于测定理论最大相对密度,3个压实成型,进行马歇尔试验,由此可以根据空隙率要求确定最佳沥青用量OAC。马歇尔试验的结果必须符合SMA混合料的设计技术要求,由于SMA的级配相差不大,油石比也不会有太大的差别,只需问隔0.3%~0.4%左右即可(一般可取油石比5.7% ,6.0% ,6.3%)。

3. SMA目标配合比设计检验

根据我国的具体情况,SMA混合料在马歇尔试验确定了矿料级配和沥青用量后,还必须进行下认和验证。检验步骤包括:1,用谢伦堡析漏试验检验沥青用量;2,用肯塔堡飞散试验检验沥青用量;3,用车辙试验进行高温稳定性检验;4,用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验进行水稳性检验;5,透水性检验;6,表面构造深度检验。

4. SMA路面的施工

4.1 施工温度

沥青加热温度在满足施工的前提下尽可能的不要太高,通常情况下,改性沥青的加工温度需控制在170℃ ~180℃以下,才不必过分担心沥青老化影响。

集料的烘干温度要提高到200℃ 以上,尤其是对于SMA路面,不管使用不使用改性沥青,由于加入的冷矿粉及纤维数量很大,温度不够高,不能充分分散拌匀。拌和好的混合料储存时间不得超过24 h。

混合料的摊铺、碾压要一气呵成,在尽可能高的温度下进行,所有施工工序必须在混合料温度下降至100℃以前全部结束。

改性沥青及SMA混合料路面不得在气温低于10℃ 的寒冷气候条件下施工。

4.2 混合料的拌和

对SMA混合料使用间歇式沥青拌合机与普通的热拌沥青混合料有以下不同之处。

1)对现场制作改性沥青的拌合场来说,需要在现场设置改性沥青制造设备。由于制作改性沥青的基质沥青的温度一般要达到160℃ ~170℃ 以上,加温沥青的导热油炉的功率要比普通拌合场的大一些。

2)SMA所需的细集料数量很少,容易造成冷料仓斗门开启困难,开口只能很小,稍大一点就会过量,所以一定要保持细集料的干燥状态。矿粉数量比一般热拌沥青混合料要增加2倍,一个螺旋升送器往往来不及供料,这就要求在矿粉设备及人力安排上特别注意。

3)从原则上讲,SMA不能使用回收粉,所以回收粉必须废弃。当回收粉被废弃时,要测定废弃料的级配和数量,通过抽提确认混合料中的真正的矿粉数量,保证0.075mm通过率在8%~10%范围内。不符合此要求时,要调整上料配合比和矿粉数量。

4)SMA必须使用纤维,多一种材料就要多一个供料口,上纤维的方法必须予以考虑。我国铺筑SMA工程,基本上都是人工加纤维。按配合比一锅加入一定的量。所以一是要注意定量,二是要定时。防止加晚了拌和不均匀,路面出现油斑。

4.3 混合料的摊铺

SMA混合料大部分使用在表层,表面层的摊铺对路面的平整度影响极大。摊铺机必须使用滑靴,保证平整度和厚度。

4.4 路面的碾压成型

改性沥青和SMA一般都使用在表面层,厚度比较薄,温度下降比较快,一般要求碾压成型最低温度为130℃。

1)SMA必须采用刚性碾碾压,不容许采用轮胎压路机碾压。采用振动压路机要“高频率、低振幅”,遍数不要太多。2)必须密切注意压实度的变化。对SMA结构来说,过碾压是个大忌,会使路面结构无法稳定。目前的施工条件只能通过严格控制碾压遍数来控制压实度。所以做好试验段、取得合理的数据指导大面积施工是SMA成功的关键。3)由于SMA的结构组成特点,粗集料的用量大到70%以上,高温状态下以集料的嵌挤作用为主,压路机碾压过程中,前轮前面不会发生明显的推拥。所以,“能否在高温状态下用振动压路机碾压而不产生推拥”是鉴别是不是真正SMA的重要标志,也是SMA一条最重要的规律。

5. SMA混合料质量控制

SMA混合料制造过程中的质量控制,与普通热拌沥青混合料并没有大的区别,主要是以下四个方面:

1)拌合温度。改性沥青的原材料和成品温度、集料烘干加热温度、混合料拌合温度及混合料出厂温度,应严格按照施工规范或技术要求的规定,随时随地进行检查。

2)矿料级配。对间歇式拌合机,必须要求逐盘打印各个热料仓的材料质量、矿粉质量及一盘混合料的总质量,随时计算出矿料级配,与标准配合比进行对照。同时要注意配料误差。

3)沥青用量(油石比)。对大部分目前尚不具备打印机条件的拌合机,与普通沥青混合料一样,监测矿粉级配和油石比是质量检测的重点,要求每天每一台拌合机取样抽提筛分不少于一次,这是常规的检查。

6. SMA工程容易产生的问题.

通过近几年来在一些改性沥青及SMA工程的施工实践,发现有些工常见的问题: 1)过碾压。对SMA路面来说,由于它的集料嵌挤作用,可压实程度不大,压实度比较容易达到。通过碾压除了可能压碎碎石以外,还会使玛碲脂部分上浮,构造深度减少,达不到SMA的目的。2)出现油斑。SMA路面通车后出现油斑也是一种常见的病害,而且经常是几块油斑挨在不远处。这是由于SMA的纤维投料、拌和不均造成的。3)使用改性沥青后碾压成型温度不够高也是常见的问题。通常低于130℃碾压的效果就很差了。4)完工的路面在开放交通后几天或更长一段时间内,路面结构似乎没有完全硬化,大吨位车辆在转弯时其表面出现掉粒,或出现轮印。可大部分工程又没有这种情况。目前出现这种情况的原因还不清楚,施工单位如发现这种情况,要加强早期交通的控制。

参考文献:

[1]王进,马军星.液压高速夯实机及其应用[J].压实机械与施工技术20O6(1):51.53.

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