劉 賢

Superpave技術(shù)在高速公路中的工程應(yīng)用

劉 賢

通過對Superpave的混合料設(shè)計及在工程應(yīng)用中的特點和應(yīng)用效果研究,以及與傳統(tǒng)瀝青混合料施工工藝的對比,對Superpave混合料的路用性能進行了綜合評價,確定了施工關(guān)鍵技術(shù),以期促進 Superpave瀝青路面技術(shù)在我國的推廣應(yīng)用。

Superpave,級配,施工工藝

1 采用 Superpave瀝青混合料設(shè)計方法的必要性

當(dāng)前馬歇爾瀝青混合料施工工藝比較注意瀝青混合料的穩(wěn)定性、密實度以及孔隙率特性,對它們進行分析以產(chǎn)生耐久性持久的空隙比例。但是,馬歇爾沖擊壓實方式不可避免的會造成集料破碎,影響試件的最終試驗結(jié)果,如空隙率和用油量。因此產(chǎn)生的指標(biāo),如穩(wěn)定度、流值等不能反映熱拌瀝青混合料(HMA)的抗壓強度。所以無法阻止路面的破壞,如車轍、疲勞和低溫開裂,也就無法預(yù)防路面早期破壞。當(dāng)前在我國,Superpave技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)較為普遍,從路用效果來看,Superpave路面具有良好的均勻性、高溫穩(wěn)定性和較高的抗水害能力等優(yōu)點,的確比傳統(tǒng)的 AC類瀝青混合料要占據(jù)更大的優(yōu)勢。

2 Superpave混合料設(shè)計

1)材料。集料的性質(zhì)包括認同特性及料源特性兩方面。集料試驗指標(biāo)主要有：粗集料棱角性、細集料棱角性、扁平顆粒含量、堅固性、安定性以及粘土含量等。Superpave混合料設(shè)計時瀝青的質(zhì)量要求均未按我國傳統(tǒng)的針入度分級,而是建立在性能基礎(chǔ)上的溫度分級,即PG分級。Superpave瀝青材料標(biāo)準將其材料的質(zhì)量要求與各地的氣候及交通量狀況建立起了較好的聯(lián)系,因此可以提供更好的實用性能。

2)選取設(shè)計集料。當(dāng)確定了混合料初試瀝青用量后,按照交通量來選取試驗壓實次數(shù),同時測定混合料的最大理論密度,據(jù)此來計算混合料的體積指標(biāo)(礦料間隙率 VMA、空隙率、瀝青飽和度、粉膠比及初始次數(shù)的壓實指標(biāo)等)。選取 3種級配中所有指標(biāo)均滿足要求的級配作為設(shè)計級配,進行下一步試驗。

3)設(shè)計級配最佳瀝青用量的確定。當(dāng)確定好設(shè)計級配后,按照 Superpave設(shè)計要求選定 4種瀝青用量進行試驗,確定空隙率為 4%時的瀝青用量作為最佳石油比。一般選取估算瀝青含量Pb-0.5%,Pb,Pb+0.5%和 Pb+1%進行試驗,同時繪制體積指標(biāo)與油石比關(guān)系曲線,確定最佳瀝青用量。當(dāng)最佳瀝青用量確定后,Superpave要求必須進行最大壓實次數(shù)下的試驗驗證,當(dāng)該指標(biāo)不滿足要求時必須重新進行配合比級配設(shè)計。

3 Superpave工程應(yīng)用技術(shù)的特點

1)瀝青混合料施工均勻性明顯優(yōu)于 AC型混合料,由于 Superpave設(shè)計時各種原材料的組成更為合理,不像傳統(tǒng)的AC型混合料粗細集料均較為集中,造成混合料易于離析。Superpave混合料設(shè)計時由于增加了中間集料的用量,混合料的組成更為合理,施工離析現(xiàn)象大大減少,這有利于提高瀝青混合料的各種路用性能。2)Superpave混合料高溫性能有較大改善,由于設(shè)計要滿足體積指標(biāo),必然要求其具有較好的骨架結(jié)構(gòu),從而提高了混合料的熱穩(wěn)定性。3)關(guān)于混合料的設(shè)計指標(biāo),Superpave混合料不是采用傳統(tǒng)的馬歇爾穩(wěn)定度、流值等指標(biāo),而是嘗試新的指標(biāo)：初始次數(shù)下的壓實度、空隙率(Va)、礦料間隙率(VMA)、粉與有效瀝青比(DP)、瀝青飽和度(VFA)及最大次數(shù)下的壓實度Gmm(%)?？障堵室笫窃谠O(shè)計交通量作用下可能的殘余空隙率,這一指標(biāo)與其他體積指標(biāo)具較大的相關(guān)性,即當(dāng)空隙率滿足要求時,其他體積指標(biāo)可能不滿足設(shè)計要求。礦料間隙率是一項重要的指標(biāo),最新的Superpave設(shè)計各種最大公稱尺寸下,最大的礦料間隙率不應(yīng)大于最小要求的 2%。4)關(guān)于Superpave混合料的級配。Superpave混合料為了防止混合料設(shè)計時采用過多的細集料(避免降低設(shè)計混合料的高溫性能),提出了控制點及限制區(qū)的概念,即混合料設(shè)計時應(yīng)盡可能保證設(shè)計級配曲線在控制點內(nèi),不通過限制區(qū)。

4 Superpave路面的施工工藝

4.1 Superpave瀝青混合料的拌和

瀝青混合料拌和溫度的確定：瀝青混合料的拌和溫度應(yīng)根據(jù)JTJ 052-2000公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程中瀝青布氏旋轉(zhuǎn)粘度試驗(T0625-2000),測定采樣瀝青不同溫度下的表觀粘度,并以此繪制采樣瀝青的粘溫曲線。在粘溫曲線上取(0.17±0.02)Pas時的溫度作為拌和溫度范圍,粘度數(shù)據(jù)見表 1。通過粘溫曲線內(nèi)插值確定拌和溫度(見表 2),由此確定泰普克瀝青混合料拌和溫度范圍為 160℃～165℃。

表1 泰普克瀝青粘度數(shù)據(jù)

表2 泰普克瀝青粘溫關(guān)系表

4.2 Superpave瀝青混合料的運輸

Superpave瀝青混合料的運輸車輛配置應(yīng)結(jié)合拌和產(chǎn)量、運輸距離、攤鋪碾壓速度等因素確保將拌制好的混合料及時送至攤鋪現(xiàn)場,在攤鋪機前經(jīng)常保持 4輛 ～5輛待卸車,同時滿足拌和、攤鋪的連續(xù)進行,不因車輛少而造成停工待料。運輸車輛必須打掃干凈,必要時用高壓水沖洗,確保無雜物和冷瀝青料。為防止瀝青混合料與車廂板粘結(jié),在車廂板側(cè)板和底板噴涂柴油水混合液并確保車廂底板無殘積液。瀝青混合料裝車時為減少瀝青混合料的粗細顆粒離析現(xiàn)象,裝料過程中料車應(yīng)前后移動位置,避免料堆過高粗料滾動而造成離析。

4.3 Superpave瀝青混合料的攤鋪

混合料的攤鋪改性瀝青上面層利用中面層平整的表面進行走滑橇。為確保瀝青混凝土路面達到良好的平整度,施工中引進3套 ABG配套通聯(lián)FB浮動基準梁,每套 2副,可供 1臺攤鋪機單獨作業(yè)。FB浮動基準梁為雙縱向跨越式,工作長度約 19 m。攤鋪機前 6節(jié)靴梁,攤鋪機后 4節(jié)靴梁,中間為跨梁。浮動基準梁可分段配合組裝,可整套或部分使用。上面層全部采用浮動基準梁控制。正常段落采用 2臺攤鋪機梯隊作業(yè),前行攤鋪機采用雙側(cè)基準梁進行平整度控制,后行攤鋪機采用外側(cè)基準梁控制,內(nèi)側(cè)采用小滑橇控制。攤鋪機的作業(yè)速度選擇,主要考慮的是攤鋪、碾壓的連續(xù)進行,確保拌和機、攤鋪機前沒有車輛積壓現(xiàn)象,還要確保碾壓的連續(xù)進行。螺旋進料器進料速度和攤鋪速度相匹配,自動調(diào)節(jié),攤鋪速度不宜過慢,否則容易造成路面表面的離析。

4.4 Superpave瀝青混合料的碾壓

壓實控制研究發(fā)現(xiàn),只有當(dāng)瀝青混凝土路面的原位空隙率小于 8%時,路面才能做到基本不透水。為了防止水損害的出現(xiàn),工程中壓實度控制采用了“雙控”的措施,即路面壓實度要求達到理論最大密度的 94%～97%,控制現(xiàn)場路面壓實后的原位空隙率在3%～6%之間。理論最大密度測定方法對于最大理論密度影響很大,并最終會影響到混合料空隙率的計算和路面質(zhì)量的控制。目前常用的方法有計算法和實測法,計算法由于不能精確地判斷集料有效密度的大小而不易準確獲得。抽真空實測法操作簡便,可以相對比較真實地反映混合料最大理論密度的情況,國內(nèi)大量的同類研究也證明了這一點。因此在施工控制中最大理論密度的確定應(yīng)以抽真空法為準。

5 結(jié)語

Superpave與傳統(tǒng)的 AC路面相比,粗集料和細集料使用較少,更加側(cè)重于中間集料,所以具有良好的均勻性、高溫穩(wěn)定性和抗水害性。從施工方面來講,Superpave的施工工藝與傳統(tǒng)的瀝青混合料是有所區(qū)別的,主要表現(xiàn)在需要較高的碾壓溫度,要求機械設(shè)備有較高的抗壓能力。當(dāng)然也存在著一定的不穩(wěn)定區(qū),所以對壓實工藝有較高要求。但只要按照施工要求,合理安排壓實工藝,以現(xiàn)有的設(shè)備及技術(shù)水平完全可以生產(chǎn)出達到技術(shù)標(biāo)準要求的Superpave路面。綜合以上分析,Superpave混合料以其良好的實用性能及合理的施工成本,為解決長期困擾我國工程界的路面早期損害問題做出了極大的貢獻。

[1]JTJ 052-2000,公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程[S].

[2]JTJ 032-94,公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3]賈 渝.高性能瀝青路面Superpave技術(shù)現(xiàn)狀和我國的對策[A].99′高速公路瀝青路面技術(shù)研討會論文集[C].1999.

[4]劉 欣,于 新,張明文.開陽高速公路 Superpave設(shè)計與施工[J].公路,2003(4)：8-11.

Engineering app lication of Superpave technology in express highway

LIU X ian

Through studying Superpavemixingmaterial design,engineeringapplication characteristics,and application results,by comparing to traditional asphaltmixingmaterial construction technology,it comp rehensively evaluates the road p roperties,and determ ines critical construction technology,so as to p romote the wide p romotion of Superpave asphalt road technology in China.

Superpave,gradation,construction technology

U 412.366

A

1009-6825(2011)03-0151-02

2010-09-29

劉 賢(1984-),男,助理工程師,深圳市天健瀝青道路工程有限公司,廣東深圳 518034