孫長軍，黃少旭，唐 寧

（1.武漢理工大學(xué)硅酸鹽建筑材料國家重點(diǎn)實驗室，武漢 430070；2.唐山曹妃甸發(fā)展投資集團(tuán)有限公司，唐山 063210）

結(jié)構(gòu)自診斷瀝青混凝土是一種具有應(yīng)變和損傷自感知的功能性瀝青混凝土。普通瀝青混凝土中加入石墨等導(dǎo)電相材料后便具有了優(yōu)異的導(dǎo)電性能，可以通過某些特性（如電阻）變化，來感知環(huán)境的溫度、壓力及濕度，結(jié)構(gòu)的位移、速度、加速度、應(yīng)力和應(yīng)變；材料內(nèi)部的損傷、裂紋、光、電和磁信號的變化等?？捎糜诮ㄖY(jié)構(gòu)的振動控制、交通管理、載重測量和建筑安全等。

通過結(jié)構(gòu)自診斷瀝青混凝土試驗路段的鋪筑，結(jié)合其自診斷特性要求和路面結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)自診斷瀝青混凝土的施工工藝研究，為今后自診斷瀝青混凝土施工提供參考。結(jié)構(gòu)自診斷瀝青混凝土試驗路段位于河北省唐山市曹妃甸綜合保稅區(qū)卡口東側(cè)B4路主線右幅，全長約130m。路面結(jié)構(gòu)采用下面層AC－25普通瀝青混凝土，中面層6cm AC－20C結(jié)構(gòu)自診斷瀝青混凝土，上面層4cm AC－13普通瀝青混凝土的結(jié)構(gòu)形式。

1 電極埋鋪

結(jié)構(gòu)自診斷瀝青混凝土有別于普通瀝青混凝土路面，需要在施工前預(yù)置自診斷用的電極。該試驗段采用電極為1cm×1cm網(wǎng)孔的不銹鋼網(wǎng)，裁剪成大小不同網(wǎng)片，電極網(wǎng)埋設(shè)位置如圖1所示。上部電極網(wǎng)位于AC－13上面層結(jié)構(gòu)自診斷瀝青混凝土層AC－20C之間，下部電極網(wǎng)位于結(jié)構(gòu)自診斷瀝青混凝土層AC－20C和下承層AC－25之間。

合適尺寸的電極網(wǎng)在固定好之后，瀝青撒布車噴灑粘層油后，對電極網(wǎng)片進(jìn)行界面處理涂抹一定量200目導(dǎo)電石墨，避免其與自診斷混凝土層接觸不良。電極布置后路面效果圖如圖2所示。

自診斷層與面層之間的電極布置方式與下部電極網(wǎng)略有不同。上層電極的埋鋪在攤鋪碾壓之前進(jìn)行，用鐵鍬鏟除一定量熱料，放置電極網(wǎng)，均勻覆蓋熱料，使電極與混合料嵌擠良好。埋設(shè)過程如圖3所示。熱料覆蓋不均勻，碾壓之后易出現(xiàn)裂縫。

2 拌合工藝

該結(jié)構(gòu)自診斷瀝青混凝土試驗段的拌合設(shè)備為吉公3250間歇式拌和機(jī)，生產(chǎn)能力在3000型以上，冷料倉的數(shù)量為5個，熱料倉數(shù)量5個。設(shè)置冷料倉之間的隔板高度不宜低于70cm，避免在生產(chǎn)過程中造成料倉中原材料的混雜。拌和機(jī)設(shè)有二級除塵裝置，一級除塵部分可直接回收使用，二級除塵部分可進(jìn)入回收粉倉使用。在正式生產(chǎn)前要對設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，對各集料裝置進(jìn)行標(biāo)定。

結(jié)構(gòu)自診斷瀝青混凝土需要一定的導(dǎo)電性能，這就需要導(dǎo)電石墨顆粒裹覆瀝青膜厚適宜。瀝青膜太厚，石墨顆粒之間導(dǎo)電通路降低；瀝青膜太薄，混合料的力學(xué)性能降低。在試拌過程中，根據(jù)加入瀝青和石墨的先后順序設(shè)計3種不同的拌合方案（a）、（b）、（c），3種拌合方案如圖4所示，分別拌合混合料，取樣成型馬歇爾試件，檢測電學(xué)參數(shù)和力學(xué)性能。

按上述方案拌合自診斷瀝青混合料并取樣成型馬歇爾試件，檢測其電阻值以及穩(wěn)定度。實驗結(jié)果見圖5。

由圖5可知，先加入石墨后加入瀝青，拌制出來的混合料電阻較其他兩者偏大，穩(wěn)定度居中。先加入瀝青后加石墨，拌制出來的混合料電阻較小但穩(wěn)定度也隨之降低?？紤]到較小電阻情況下要具有較好的穩(wěn)定度，確定方案（b）為最佳方案。

為方便操作和節(jié)約成本考慮，石墨經(jīng)由一級除塵管道抽入廢粉倉定量投放使用。結(jié)構(gòu)自診斷瀝青混合料拌合的溫度制度沿用普通瀝青混合料拌制的相關(guān)規(guī)范要求。另考慮到加入石墨后，混合料的導(dǎo)熱系數(shù)增加，故在運(yùn)輸過程中需要加蓋雙層保溫布進(jìn)行保溫。

3 攤鋪工藝

在試驗路段施工時，攤鋪機(jī)采用的是兩臺VOGELE2100型攤鋪機(jī)。結(jié)構(gòu)自診斷瀝青混凝土層攤鋪厚度為6cm，松鋪系數(shù)1.2。

在攤鋪過程中，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1）根據(jù)攤鋪寬度組裝熨平板時，應(yīng)左右對稱、底面平整無錯臺、連接緊固；2）螺旋布料器的高度應(yīng)依攤鋪層的厚度而調(diào)整。其下緣宜高于松鋪層頂面10～20mm，可保布料均衡，布料器的長度應(yīng)適當(dāng)，其端頭宜距熨平板邊緣以內(nèi)15～20cm；3）前夯振幅選擇6mm，后夯振幅選擇5mm，振動頻率為30Hz；4）熨平板的初始工作仰角刻度為20°；5）攤鋪機(jī)的攤鋪速度應(yīng)根據(jù)拌和機(jī)的產(chǎn)量、施工機(jī)械配套情況及攤鋪厚度、攤鋪寬度，按2～4m/min予以調(diào)整選擇，對結(jié)構(gòu)自診斷瀝青混凝土宜按1～3m/min的速度攤鋪，做到緩慢、均勻、不間斷地攤鋪；6）采用非接觸式平衡梁控制攤鋪厚度；7）攤鋪機(jī)熨平板應(yīng)提前0.5～1h預(yù)熱至不低于130℃；8）螺旋布料器內(nèi)混合料表面以略高于螺旋布料器2/3高度為度，減少攤鋪層出現(xiàn)離析現(xiàn)象。

在攤鋪過程中還要格外注意防止電極網(wǎng)片移位。施工中還應(yīng)注意天氣變化，在雨天、大風(fēng)天氣或氣溫低于10℃不得進(jìn)行瀝青混合料攤鋪作業(yè)。

4 碾壓工藝

瀝青混合料的壓實應(yīng)盡可能采用重型壓路機(jī)，并選擇合理的壓路機(jī)組合方式及碾壓步驟。初壓應(yīng)在混合料不產(chǎn)生推移、開裂等情況下盡量在較高溫度下進(jìn)行。對粗集料為主的較大粒徑的混合料，宜采用振動壓路機(jī)碾壓，振動壓路機(jī)以遵循“緊跟、慢壓、高頻、低幅”的原則，即緊跟在攤鋪機(jī)后面，采取高頻率、低振幅的方式慢速碾壓。振動壓路機(jī)的振動頻率宜為30～50Hz，振幅宜為0.3～0.8mm。

為了研究結(jié)構(gòu)自診斷瀝青混合料合理的壓實工藝，選用兩組不同壓實工藝機(jī)械組合。兩組不同機(jī)械組合見表1。對應(yīng)于不同碾壓遍數(shù)，測量現(xiàn)場壓實度，并以碾壓變數(shù)為橫坐標(biāo)，壓實度為縱坐標(biāo)，繪制結(jié)構(gòu)自診斷瀝青混凝土壓實度變化曲線，如圖6所示。

表1 兩組不同碾壓機(jī)械和碾壓組合

試驗段應(yīng)按不小于最大理論密度的94%、現(xiàn)場空隙率3%～6%進(jìn)行控制。由圖6可知，兩組碾壓方案無明顯區(qū)別，合理的壓實遍數(shù)為6次，即可達(dá)到相關(guān)規(guī)定要求。但結(jié)合后期電學(xué)性能的檢測結(jié)果，方案1的電阻測量結(jié)果離散性大，最終選用方案2為合理碾壓方案。

5 結(jié) 論

a.結(jié)構(gòu)自診斷瀝青路面的自診斷模塊下部電極埋設(shè)采用提前固定的方式，上部電極埋設(shè)在施工現(xiàn)場碾壓前用熱料埋鋪?，F(xiàn)場實際施工時要注意防止下部電極移位，要重點(diǎn)檢查上部電極是否均勻覆蓋有熱料。

b.兼顧考慮混合料電學(xué)和力學(xué)性能需要，拌合工藝采用先加入礦料拌合5s，然后石墨粉與瀝青同時加入，加入完成后拌合30s即可。

c.由于結(jié)構(gòu)自診斷瀝青混凝土電極的埋設(shè)，攤鋪速度宜按照1～3m/min調(diào)整，做到緩慢、均勻、不間斷地攤鋪。

d.碾壓工藝上，達(dá)到壓實度要求的同時還要考慮電學(xué)性能要求，采用方案2作為最佳碾壓方案，總共壓實6遍即可達(dá)到壓實度要求。

［1］ 吳少鵬，劉小明，磨煉同，等.自診斷瀝青混凝土及其應(yīng)用前景［J］.華中科技大學(xué)學(xué)報：城市科學(xué)版，2005，22（3）：1－4.

［2］ Changjun Sun，Lijuan Qing，Shaopeng Wu，et al.The Influence of Electrode on Resistivity of Conductive Asphalt Concrete for Self－monitoring［J］.Key Engineering Materials，2012，509：203－208.

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