龍建路橋股份有限公司???黑龍江省暢捷橋梁隧道工程有限公司
田玉龍??楊士杰??李??軍??崔云財??孫志利
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1??前言
黑龍江省地處中國最北部,冬季寒冷,最低氣溫達-37℃,溫度驟降和溫度反復升降現象經常發生,使路面產生溫縮裂縫,隨著使用年限的增加,瀝青老化,裂縫數量不斷增加。水分從裂縫進入,導致基層甚至路基軟化,導致路面承載力下降,產生唧漿、臺階、網裂,加速路面破壞,大大降低了路面的使用性能和使用壽命,普通瀝青混凝土路面低溫裂縫破壞嚴重,養護費用很高,大修時間較短,造成很大經濟損失。
改性瀝青SMA路面,能較好地解決寒冷地區瀝青路面低溫裂縫嚴重的問題。自2000年以來,黑龍江省相繼鋪筑了幾條SMA路面,龍建路橋股份有限公司、黑龍江省暢捷橋梁隧道工程有限公司在哈爾濱至綏化高速公路、哈爾濱機場高速公路、京哈(哈爾濱至雙城段)高速公路改性瀝青SMA路面施工中,通過增加改性瀝青用量、纖維穩定劑、礦粉改善混合料配合比,針對寒冷地區施工期平均氣溫較低特點,對施工溫度采用高限控制,形成一套適合于寒冷地區改性瀝青SMA路面施工工法,提高了路面的使用性能和使用壽命。采用該工法施工的改性瀝青SMA路面,經7年多的使用,低溫裂縫數量明顯減少,裂縫間距加長,無車轍、無坑槽、無水損害、耐久性好、抗滑性能好,路面質量和使用性能經過實踐檢驗效果良好,養護費用大大降低,大修時間明顯延長,解決了寒冷地區普通瀝青混凝土路面低溫裂縫多、裂縫寬度大、養護費用高、大修時間短等問題,為寒冷地區修建使用性能更好的瀝青路面奠定了基礎,取得了較好的經濟效益和社會效益。該工法2003年經黑龍江省交通廳科技成果鑒定,達到國內領先水平,2003年榮獲了黑龍江省交通廳科技進步三等獎。本工法經科技查新處于國內領先地位。
2??工法特點
2.1針對寒冷地區低溫裂縫病害嚴重特點,主要考慮低溫抗裂性能。在改性瀝青SMA混合料配合比設計中,改性瀝青用量、纖維穩定劑摻量、礦粉用量采用高限,提高混合料中改性瀝青馬蹄脂數量,增強結合料拉伸性能,提高混合料的低溫抗裂性能。
2.2寒冷地區施工期間平均溫度較低,溫度散失較快,改性瀝青SMA用于表面層,厚度較薄,溫度散失快。施工過程中保證混合料溫度處于較高狀態很關鍵,瀝青加熱溫度、集料加熱溫度采用高值,混合料運輸嚴密覆蓋,減少混合料溫度損失,使混合料攤鋪時處于高溫狀態,壓路機緊跟攤鋪機碾壓,使混合料在高溫條件下快速成型,確保SMA路面整體質量。
3??適用范圍
本工法適用于寒冷地區高等級公路、城市干道、機場跑道等使用熱拌改性瀝青SMA路面施工。
4??工藝原理
改性瀝青、礦粉、纖維穩定劑采用高限,SMA中改性瀝青馬蹄脂數量增加,使改性瀝青馬蹄脂的韌性和柔性更好,混合料低溫變形性能增強,結合料的拉伸性能提高,大幅提高混合料的低溫抗裂性。
寒冷地區施工期平均氣溫相對較低,SMA一般用于表面層,溫度散失快,混合料溫度較低時,影響路面平整度及碾壓質量,在拌和、運輸、攤鋪、碾壓過程中強調溫度控制,使混合料在高溫下快速成型,確保SMA路面的施工質量。
5??施工工藝流程及操作要點
5.1施工工藝(流程如圖5.1所示)
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圖5.1??改性瀝青SMA路面施工工藝流程圖
5.2施工準備
5.2.1混合料配合比設計
SMA混合料配合比設計方法與熱拌瀝青混合料配合比過程大致相同,區別在于SMA混合料馬歇爾試驗的穩定度、流值并不作為配合比設計接受或者否決的唯一指標,還必須進行謝倫堡析漏試驗和肯特堡飛散試驗, 室內試驗要注意提高溫度進行。寒冷地區路面早期破壞主要為低溫產生的裂縫,在配合比設計中,瀝青、礦粉、纖維穩定劑用量要采用高限,瀝青用量采用5.8-6%,礦粉用量采用12%,纖維穩定劑用量0.3%。石料質量、抗剝落劑應嚴格要求,采用改性瀝青,增加瀝青瑪蹄脂與集料間的粘附性,減小空隙率,提高混合料的低溫抗裂性能,減少低溫產生的裂縫。另外對構造深度、滲水性能嚴格檢測,保證路面抗滑性能及滲水指標。
檢測指標 |
改性瀝青路面 |
改性瀝青SMA路面 |
備注 |
動穩定度 (次/mm) |
1583 |
4500 |
高溫穩定性 |
浸水馬歇爾試驗 |
83.2 |
89.3 |
水穩性 |
低溫抗裂 |
3114 |
3334 |
低溫抗裂性能 |
構造深度mm |
0.56~0.80 |
1.02~1.39 |
抗滑 |
平整度(均方差mm) |
0.44~0.60 |
0.35~0.45 |
行車舒適性 |
透水情況 |
不透水 |
不透水 |
水損害 |
試 驗 項 目 |
試驗結果 |
規范要求 |
破壞強度(mpa) |
6.57 |
? |
破壞應變(ε) |
3334 |
≥3000 |
破壞勁度(μpa) |
2300.2 |
? |
采用烘干法進行瀝青析漏損失,謝倫堡析漏損失為0.07%,符合要求,肯特堡飛散損失為5.6%,符合要求。
5.2.2拌和站選址及建設
選址合理,具有較好運輸條件,能連續拌和供料滿足現場攤鋪要求。場地應有足夠大的空間,符合國家有關環保、安全、環境、消防等規定的要求。防雨設施齊備,保證集料,尤其是細集料、填料的防潮;料場、道路采用粒類材料硬化,保證礦料不被污染,各種集料間要砌筑隔離墻,保證不同規格材料不相互混雜。
5.2.3下承層檢查及驗收
應對下承層進行檢查驗收,其各項技術指標均應合格后方可進行攤鋪工序。攤鋪改性瀝青混合料結構層時,應對下層進行認真清理、打掃干凈,噴灑透層油或粘層油后進行。在鋪筑上層時應對下承層噴灑粘層油,噴灑時嚴格控制油質和用油量,路面不干凈、潮濕,氣溫低于10℃時禁止噴灑,噴灑與涂刷粘層油時都要均勻,并防止污染,采用乳化瀝青粘層油時須等待乳化瀝青破乳水分蒸發后,才能進行上面層攤鋪。
5.2.4施工放樣
改性瀝青結構層多為表面層,放樣只需控制平面輪廓或行走路線即可。在攤鋪機上將攤鋪厚度和橫坡度控制準確。
5.2.5機械準備
施工前均應對機械設備進行檢查和準備,保證機械設備的完好率。
5.3混合料的拌和
5.3.1在滿足施工的前提下,瀝青的加熱溫度盡可能不要太高,一般控制在170℃-175℃,防止瀝青老化的影響。
根據當時施工現場實測的氣溫、地溫、風速等情況,綜合確定集料加熱溫度為205℃,改性瀝青混合料的出廠溫度180-190℃,高于200℃廢棄。
5.3.2?SMA與普通瀝青混凝土不同在于SMA為間斷級配,5mm以上粗集料占75%以上,通過試驗確定粗集料倉的數量,保證粗集料的供應;SMA礦粉使用比例是普通混凝土的兩倍,采用兩個螺旋升送器供料,通過試驗確定礦粉供料設備和人力安排;廢粉通過管道連接到預設水塘后清除,提高拌和機的工作效率;纖維穩定劑在粗集料放料的同時投入纖維,利用粗集料拌和的打擊力將纖維打散,同時增加干拌時間10s,纖維穩定劑的投放要專人負責,保證投入的數量、時間準確。
5.3.3拌和機配備配合比和溫度的自動檢測和記錄設備,了解礦料級配和拌和溫度的真實數據。
SMA混合料儲存不能過夜,當天拌和當天必須使用完畢。
5.4混合料的運輸
5.4.1改性瀝青混合料的運輸應考慮拌和能力、運距、道路情況、車輛噸位等因素,合理確定車輛數量,使用40T以上自卸翻斗車。
5.4.2運輸車輛的車廂應嚴密干凈,因SMA的瀝青瑪蹄脂粘性較大,應在車廂內涂刷或噴灑防粘液(油:水=1:3),噴涂后不能有多余液體聚集于車廂底。每次卸料后,安排專人檢查,車廂內必須保證卸料干凈。
5.4.3裝車時,應盡量縮小混合料的出口與車廂的距離,裝車時按前、后、中三次裝滿,每裝一次移動一次車位,以減少離析。
5.4.4從拌和站到施工現場,無論運距遠近,無論氣溫高、低,都采用兩層帆布中間夾棉毯覆蓋運料車,混合料攤鋪時,不掀開覆蓋,以減少運輸溫度損失。
5.4.5混合料現場等候待攤鋪時,現場施工人員應對每車目測檢查和溫度測量,簽收運料單,發現問題立即廢棄。
5.5混合料攤鋪
5.5.1選擇大功率攤鋪機(DF145CS),按工程要求選擇確定攤鋪機熨平板寬度、設定攤鋪厚度和拱度,并將其調整準確。
5.5.2攤鋪速度一般不超過3m/min。
5.5.3自卸汽車中的混合料經檢查符合要求后,卸料車緩慢后退至機前卸料,攤鋪機邊授料,邊將混合料分送到分料室,并按事先選定的攤鋪速度推動料車前進、攤鋪,卸完混合料立即駛離攤鋪機,第二臺料車應立即倒至攤鋪機前20-30cm,掛空擋等候卸料,以保證攤鋪機勻速不停地攤鋪,攤鋪溫度控制在170℃以上。
5.6混合料碾壓成型
5.6.1混合料碾壓成型是保證改性瀝青混凝土路面質量的關鍵,改性瀝青SMA使用在表面層,厚度一般較薄,混合料溫度下降較快,高溫碾壓尤為重要;要特別注意,改性瀝青SMA路面只能用鋼輪壓路機碾壓,因為輪胎壓路機碾壓時的揉搓作用將使瑪蹄脂上浮,使構造深度降低,造成泛油,影響路面的抗滑性能;在碾壓過程中要嚴格貫徹“緊跟、慢壓、高頻、低幅”原則;嚴格控制碾壓速度和碾壓遍數,嚴防過壓,造成粗集料棱角的破損。壓實標準宜采用馬歇爾試驗密度97%-98%和最大理論密度93%-97%控制。
5.6.2混合料碾壓按照初壓、復壓、終壓三階段進行。
初壓時的溫度宜控制在155-165℃的范圍內,低溫施工時,應提高5-10℃。宜用激振力180KN雙鋼輪、雙振動壓路機緊跟碾壓,前進時關閉振動裝置靜壓,以2-3km/h的速度碾壓,返回時沿前進輪跡振動碾壓,速度3-4km/h。
復壓宜緊跟初壓,與初壓交織在一起(無明顯界限)在較高溫度下進行,利于碾壓密實。復壓溫度控制在145-155℃。通常使用雙鋼輪、雙振動壓路機碾壓,碾壓參數參照試鋪段結果,通常2-3遍,碾壓速度可以控制在3-4km/h。
終壓緊跟復壓之后,一般雙鋼輪靜碾1遍,終壓結束時溫度宜不低于140℃。
為保證不漏壓,宜安排專人對壓路機進行管理,并設置明顯標志,劃分出初壓、復壓、終壓區。
5.7接縫處理
SMA接縫處理十分重要,直接影響路面的平整度和外觀,施工中要嚴格控制,保證接縫質量。
5.8開放交通。
SMA路面應待攤鋪層完全自然冷卻,混合料表面溫度低于50℃后,方可開放交通,需要提早開放交通時,可灑水冷卻降低路面溫度。
6??材料與設備
6.1材料
6.1.1改性瀝青
改性瀝青是混合料膠凝材料,其品質優劣對改性瀝青混凝土路面質量至關重要。成品改性瀝青在到達現場儲存時,改性瀝青罐中必須加設攪拌設備,使用前攪拌均勻,在施工過程中要定期取樣檢驗產品質量,發生質量不合格時不得使用。SMA路面宜采用比當地常用瀝青更硬標號的瀝青。改性瀝青的要求應符合《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)中表4.6.2的要求。
6.1.2粗集料
從料源入手,選擇優質堿性石料為原料,破碎機采用錘式破碎機破碎,選用酸性石料時要考慮粘附性的要求,摻加適量消石灰或抗剝落劑。粗集料宜用石質堅硬、粗糙、清潔、不易風化的顆粒。嚴格控制集料的含泥量及表面粉塵量,減少拌和過程中廢粉數量,提高拌和機的工作效率。其技術指標應符合《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)中表4.8.2的要求。
????????????????????????SMA使用粗集料質量要求?????????????????表6.1.2
指?????標 |
單位 |
技術要求 |
試驗方法 |
???????石料壓碎值?????不大于 |
% |
25 |
T0316 |
????洛杉磯磨耗損失????不大于 |
% |
30 |
T0317 |
?????????視密度???????不小于 |
t/m3 |
2.60 |
T0304 |
?????????吸水率???????不大于 |
% |
2.0 |
T0304 |
?????與瀝青的粘附性???不小于 |
級 |
4 |
T0616 |
?????????堅固性???????不大于 |
% |
12 |
T0314 |
?????針片狀顆粒含量???不大于 |
% |
15 |
T0312 |
水洗法<0.075顆粒含量 不大于 |
% |
1 |
T0310 |
?????????軟石含量?????不大于 |
% |
1 |
T0321 |
????????石料磨光值????不小于 |
BPN |