建路橋股份有限公司??黑龍江省龍建路橋第四工程有限公司
王大桅??周??華??苗海龍??田玉龍??楊士杰
1?前言
我國寒冷地區(qū)面積廣泛,較大溫差所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力是瀝青混凝土路面產(chǎn)生裂縫的主要原因。瀝青混凝土路面由于溫縮而產(chǎn)生的低溫開裂以及瀝青在使用期限里發(fā)生老化產(chǎn)生的疲勞開裂現(xiàn)象在寒區(qū)較為普遍,加之降水的影響,雨水由瀝青混凝土路面上的裂縫滲入瀝青混凝土里面而產(chǎn)生的凍漲現(xiàn)象在寒區(qū)特別嚴重,對瀝青混凝土路面損害極大。Superpave瀝青混合料的設(shè)計理念是通過瀝青混合料配合比設(shè)計使集料形成集料間的嵌擠形態(tài),從而使集料間獲得較大的內(nèi)摩阻力,加強瀝青混凝土路面的穩(wěn)定性。在使用的瀝青材料上,Superpave瀝青混和料采用瀝青膠結(jié)料的PG分級方法,選擇適合當?shù)貧夂蚴┕きh(huán)境的瀝青材料,能夠減少產(chǎn)生瀝青混凝土路面低溫開裂、疲勞開裂、車轍現(xiàn)象的發(fā)生。
龍建路橋股份有限公司會同浙江省交通科學(xué)研究院及哈爾濱工業(yè)大學(xué)聯(lián)合對Superpave瀝青混合料在寒冷地區(qū)的應(yīng)用進行研究,確定了寒冷地區(qū)Superpave瀝青混合料施工工法。
本工法經(jīng)科技查新處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。本工法獲得龍建路橋股份有限公司2007年度技術(shù)革新一等獎。
2?工法特點
?本工法具有克服寒冷地區(qū)瀝青混凝土路面常現(xiàn)的低溫開裂、疲勞開裂、車轍等病害現(xiàn)象的產(chǎn)生,能夠延長瀝青混凝土路面的使用壽命,減少瀝青混凝土路面的早期損害。
3?適用范圍
適用于寒冷地區(qū)高等級公路、城市干道、橋梁隧道、各等級公路、機場跑道等瀝青混凝土路面。
4?工藝原理
4.1??Superpave瀝青混和料的工藝原理
是以集料間的密集型的嵌擠結(jié)構(gòu)來加強瀝青混凝土的抗剪強度,增強抵抗永久變形的能力。使瀝青混凝土具有足夠的抗拉強度,能夠抵抗施加的拉應(yīng)力。在克服高溫車轍、低溫開裂、疲勞開裂上,充分考慮在使用期限內(nèi)溫度對路面的影響。對于此我們把瀝青膠結(jié)料進行PG分級。在PG分級體系中,用路面最高設(shè)計溫度下的動態(tài)剪切模量表征瀝青的高溫性能,用最低路面設(shè)計溫度下的勁度和勁度隨變形的變化速率表征瀝青的低溫性能,用旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗和壓力老化罐試驗分別表征瀝青的短期老化和長期老化性能,在疲勞溫度下的動態(tài)剪切模量表征瀝青的抗疲勞性能。所以瀝青PG分級試驗具有明確的力學(xué)概念,各項指標與各項路用性能直接相關(guān),動態(tài)剪切流變儀運用粘彈力學(xué)理論檢測瀝青高溫抗車轍性能及抗疲勞性能,彎曲梁流變儀運用小梁低溫蠕變來評價瀝青的低溫抗裂性能,通過旋轉(zhuǎn)薄膜老化來模擬施工短期老化,通過壓力老化試驗來評價瀝青的長期耐久性能。所以Superpave的瀝青PG分級更具有科學(xué)性。
4.2?????????Superpave瀝青混合料設(shè)計原理
Superpave瀝青混合料是采用旋轉(zhuǎn)壓實儀對瀝青混合料體積指標進行測定。旋轉(zhuǎn)壓實儀能夠模仿壓路機對瀝青混合料的壓實情況,它的體積指標測定能夠真實的反應(yīng)瀝青混合料空隙率。Superpave瀝青混合料規(guī)定在達到設(shè)計旋轉(zhuǎn)壓實次數(shù)下空隙率為4%,它的礦料間隙率、瀝青飽和度、粉膠比還要滿足技術(shù)要求,并且初始壓實度和最終壓實度要符合Superpave瀝青混合料通過旋轉(zhuǎn)壓實儀所達到規(guī)定壓實度的要求。
5?施工工藝流程及操作要點
5.1工藝流程
5.2??Superpave瀝青材料的PG分級應(yīng)符合PG所在氣候分區(qū)的要求,瀝青材料PG分級可按以下步驟進行:
5.2.1?收集工程項目所在地30年的氣象資料,收集的資料內(nèi)容有:
5.2.1.1?施工當年以前30年的年降雨量。
5.2.1.2?年極值最高、最低氣溫。
5.2.1.3?每一年連續(xù)7天的平均最高氣溫。
5.2.2?根據(jù)收集的氣象資料,計算出全年平均7天最高路面設(shè)計溫度和最低路面設(shè)計溫度。
5.2.3根據(jù)計算出的最高路面設(shè)計溫度和最低路面設(shè)計溫度,結(jié)合交通情況,經(jīng)分析論證調(diào)整,確定出適宜的瀝青膠結(jié)料PG設(shè)計等級。
5.2.4??PG分級檢測試驗指標:
5.2.4.1?原狀態(tài)瀝青:做閃點,粘度,動態(tài)剪切試驗。
5.2.4.2?旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱殘留瀝青損失,動態(tài)剪切試驗。
5.2.4.3?壓力老化試驗殘留瀝青:做動態(tài)剪切,蠕變勁度,直接拉伸試驗。
上述試驗溫度按最高路面設(shè)計溫度和最低路面設(shè)計溫度確定。根據(jù)試驗結(jié)果,評定瀝青是否符合PG等級的要求。再依據(jù)瀝青的粘溫曲線確定符合當?shù)厥┕きh(huán)境的瀝青材料。
5.3??Superpave瀝青混合料配合比設(shè)計
5.3.1?目標配合比設(shè)計
根據(jù)工程實際使用材料和Superpave瀝青混合料配合比設(shè)計要求,經(jīng)過篩分試驗確定滿足Superpave瀝青混合料級配要求的集料摻配比例, Superpave瀝青混合料在目標配合比設(shè)計上,對集料的篩分結(jié)果是在0.45次方級配圖上進行配合比的組成設(shè)計。Superpave瀝青混合料設(shè)計的級配曲線必須在控制點內(nèi)并避開限制區(qū)。并要控制0.3mm-0.6mm集料的用料不宜過多,避免出現(xiàn)駝峰級配曲線。因為駝峰級配會使瀝青混凝土較軟。試驗室通過對集料的篩分結(jié)果,計算出滿足級配要求的各集料摻配比例。確定Superpave瀝青混合料級配組成。并在試驗室內(nèi)按確定的Superpave瀝青混合料集料摻配比例拌制瀝青混合料。瀝青混合料經(jīng)過老化2小時后,用旋轉(zhuǎn)壓實儀成型瀝青混合料試件,計算瀝青混合料的各項體積指標并滿足Superpave瀝青混合料各項技術(shù)指標要求。就此再進行馬歇爾試驗及檢驗,并應(yīng)滿足瀝青混合料馬歇爾試驗技術(shù)標準的要求。以此作為目標配合比,供熱拌站伴和樓確定冷料倉的供料比例,進料速度及試拌使用。Superpave瀝青混合料根據(jù)道路環(huán)境情況、交通量情況一般應(yīng)進行粗、中、細三條Superpave瀝青混合料集料級配曲線的組成設(shè)計,選出適合施工要求和滿足Superpave瀝青混合料技術(shù)指標的Superpave瀝青混合料的配合比用予確定生產(chǎn)配合比。
5.3.2生產(chǎn)配合比設(shè)計
生產(chǎn)配合比的組成設(shè)計是將熱伴站二次篩分后進入熱料倉的材料取出篩分,再次確定各熱料倉的材料比例,單集料的冷料上料比例按照選定的Superpave瀝青混合料目標配合比調(diào)整各單集料的冷料上料速度,按照熱拌站的生產(chǎn)能力確定熱拌站25%、50%、75%的生產(chǎn)效率。制定各單集料的冷料上料速度工作曲線,使我們能在任何生產(chǎn)效率下可以與之生產(chǎn)配合比相匹配,保證施工生產(chǎn)時生產(chǎn)配合比的穩(wěn)定性,達到供料均衡的目的。以目標配合比設(shè)計的最佳瀝青用量,-0.3%--+0.3%三個瀝青用量。同樣老化2小時后進行旋轉(zhuǎn)壓實儀成型瀝青混合料試件,測定瀝青混合料的各項體積指標。滿足Superpave瀝青混合料的空隙率為4%及各項體積指標后,然后進行馬歇爾穩(wěn)定度試驗。馬歇爾穩(wěn)定度的技術(shù)指標要滿足表5.3.2的要求。通過以上的分析驗證確定生產(chǎn)配合比。
密級配瀝青混凝土混合料馬歇爾試驗技術(shù)標準???????????????表5.3.2
試驗指標 |
單位 |
夏炎熱區(qū) (1-1、1-2、1-3、1-4區(qū)) |
夏熱區(qū)及夏涼區(qū) (2-1、2-2、2-3、2-4、3-2區(qū)) |
|||||
中輕交通 |
重載交通 |
中輕交通 |
重載交通 |
|||||
擊實次數(shù)(雙面) |
次 |
75 |
||||||
試件尺寸 |
mm |
F101.6mm*63.5mm |
||||||
空隙率VV |
深90mm以內(nèi) |
% |
3-5 |
4-6 |
2-4 |
3-5 |
||
深90mm以下 |
% |
3-6 |
2-4 |
3-6 |
||||
穩(wěn)定度MS不小于 |
KN |
8 |
||||||
流值FL |
mm |
2-4 |
1.5-4 |
2-4.5 |
2-4 |
|||
礦料間隙率VMA(%)不小于 |
設(shè)計空隙率(%) |
? |
相應(yīng)于以下公稱最大粒徑(mm)最小VMA及VFA技術(shù)要求(%) |
|||||
? |
26.5 |
19 |
16 |
|||||
4 |
12 |
13 |
13.5 |
|||||
瀝青飽和度VFA(%) |
55-70 |
65-75 |
||||||
? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? |
5.3.3?生產(chǎn)配合比驗證
按照生產(chǎn)配合比設(shè)計確定的比例進行試拌、試鋪,并抽取試驗段混合料按要求進行各種試驗和施工質(zhì)量檢驗,驗證生產(chǎn)配合比設(shè)計確定的各種指標是否符合規(guī)定。同時觀察芯樣空隙率大小、試驗路的滲水情況,和評價壓路機碾壓的難易程度,由此確定生產(chǎn)配合比。
確定施工級配容許波動范圍,制定施工用的級配控制范圍,用于瀝青混合料的生產(chǎn)質(zhì)量檢查控制。
5.4??Superpave瀝青混合料配合比設(shè)計方法
5.4.1?Superpave瀝青混合料配合比設(shè)計要求級配曲線在控制點范圍內(nèi)通過且不得通過限制區(qū),級配的控制點及限制區(qū)依據(jù)公稱最大粒徑而有不同的規(guī)定。控制點分別設(shè)置于公稱最大粒徑篩、中等篩(2.36mm)和最小篩(0.075mm)處。限制區(qū)處于沿最大密級配線中等篩和0.3mm篩之間,限制區(qū)形成一個級配原則上不能通過的三角帶。
Superpave設(shè)計方法的瀝青混合料礦料級配控制點見表5.4-1,限制區(qū)見表5.4-2。按表5.4-1、表5.4-2控制點和限制區(qū)對目標級配進行檢驗,判斷是否滿足Superpave設(shè)計要求。
5.4.2用貝雷法標準檢驗(檢驗集料嵌擠程度)
作貝雷法粗集料的粗料率(CA)比與細集料的細料率(FA)比檢驗。要求CA=0.4—0.8,小于0.4瀝青混合料容易發(fā)生離析,大于0.8瀝青混合料容易發(fā)生推擠,F(xiàn)A值應(yīng)小于0.5,否則不能形成多級嵌擠,但是太小也不行,最好控制在0.25—0.5間。貝雷法檢驗篩孔見表5.4.2。
????Superpave設(shè)計集料級配控制點界限???????????????表5.4-1?