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        成樂高速公路擴(kuò)容項(xiàng)目SMA-13上面層施工質(zhì)量控制研究

        2022-11-19 03:28:28羅永巍鐘盛燃
        西部交通科技 2022年8期
        關(guān)鍵詞:攤鋪機(jī)集料攤鋪

        司 特,羅永巍,鐘盛燃,湯 雄,雷 俊

        (四川省交通建設(shè)集團(tuán)股份有限公司,四川 成都 610000)

        0 引言

        隨著我國汽車產(chǎn)業(yè)和城市交通領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展,大型車輛和重載車輛的數(shù)量呈逐年遞增的趨勢,瀝青路面的早期病害問題(如車轍、泛油、推擁等)隨之變得愈發(fā)嚴(yán)重。因此,瀝青路面的施工以及質(zhì)量控制措施的改進(jìn)一直是研究人員關(guān)注的熱點(diǎn)。而在道路品質(zhì)控制中,上面層是影響道路品質(zhì)最直觀也是最主要的原因。由于SMA混合料具有獨(dú)特的抗荷載和抗變形能力,因此被廣泛用于修復(fù)路面車轍、推擁等病害[1]。SMA混合料具有間斷級配,通過熱拌熱鋪的方式,形成一種骨架密實(shí)型的瀝青混合料[2]。SMA的結(jié)構(gòu)主要由互相嵌擠的,并占有絕對優(yōu)勢的粗集料為骨架,再通過瀝青瑪蹄脂對所構(gòu)成骨架的空隙進(jìn)行充填穩(wěn)定。基于SMA混合料所具備的優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性、低溫?cái)嗔研?、耐久、水穩(wěn)定性以及抗滑等性能,SMA應(yīng)用在高等級路面的上面層施工中具有天然的優(yōu)勢[3]。因此,本文依托成(成都)樂(樂山)高速公路改建擴(kuò)容項(xiàng)目中E2標(biāo)段的SMA-13上面層施工,根據(jù)SMA-13上面層施工特點(diǎn),對原材料的選用、配合比的優(yōu)化設(shè)計(jì)、施工溫度的控制、瀝青混合料的拌和、運(yùn)輸、攤鋪以及碾壓等施工質(zhì)量控制要點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)探討,最終使成樂高速公路工程的道路品質(zhì)、使用壽命、行車的舒適性以及安全性方面得到明顯的改善。

        1 工程概況

        成樂高速公路是連接成都市、眉山市及樂山市之間最為便利的快捷通道,同時(shí)也是連接成都雙流機(jī)場與三市的關(guān)鍵快速通道。G0512線成都至樂山高速公路擴(kuò)容建設(shè)項(xiàng)目E2標(biāo)段的路面結(jié)構(gòu)類型是:拼寬段為15 cm級配碎石墊層+25 cm底基層+25 cm基層+8 cm普通瀝青ATB25+7 cm改性瀝青ATB25+8 cm改性瀝青AC20+4 cmSMA13;舊路面為舊路+5 cmAC20+4 cmSMA13。在實(shí)際施工過程中,由于建設(shè)時(shí)期的舊路標(biāo)高與現(xiàn)有實(shí)際標(biāo)高存在差異,因此均以拼寬段標(biāo)高(新設(shè)計(jì)標(biāo)高)為主,通過橫向坡度反推控制舊路加鋪標(biāo)高。本文以成樂高速公路擴(kuò)容項(xiàng)目的SMA-13上面層為研究對象,進(jìn)行質(zhì)量控制研究。

        2 原材料的質(zhì)量控制

        2.1 聚合物SBS改性瀝青

        用于SMA-13上面層鋪設(shè)所需的瀝青結(jié)合料需要具有較高的黏度,以及與集料之間較好的粘附性,因此,本項(xiàng)目選用成品聚合物SBS改性瀝青,其路用性能等級滿足PG76-22。本項(xiàng)目聚合物SBS改性瀝青試驗(yàn)結(jié)果如下:針入度(25 ℃,100 g,5 s)為55(0.1 mm),軟化點(diǎn)為82.5 ℃,延度(5 ℃,5 cm/min)為33 cm,25 ℃相對密度為1.026,135 ℃布氏旋轉(zhuǎn)黏度為2.00,閃點(diǎn)為264 ℃,溶解度為99.69%,25 ℃彈性恢復(fù)為97%,與粗集料粘附性等級為5級,旋轉(zhuǎn)薄膜加熱試驗(yàn)后質(zhì)量變化為-0.085%,殘留延度(5 ℃)為16 cm,殘留針入度比(25 ℃)為76。結(jié)果表明,改性瀝青各項(xiàng)試驗(yàn)項(xiàng)目指標(biāo)對相關(guān)施工技術(shù)各項(xiàng)要求能夠充分滿足。

        2.2 集料

        粗集料作為SMA混合料的最主要成分,可以起到嵌擠、形成骨架的作用。本項(xiàng)目選用清潔、干燥、無風(fēng)化、無雜質(zhì)的玄武巖軋制碎石作為粗集料,并通過大功率的反沖擊式多聯(lián)碎石機(jī)進(jìn)行加工處理(包括不少于兩級的反擊或沖擊破碎)。選用新鮮、堅(jiān)硬、潔凈的硬質(zhì)灰?guī)r作為細(xì)集料,由專用機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)加工的機(jī)制砂,除塵方式為布袋式除塵。選用石灰?guī)r磨細(xì)后獲得的干燥潔凈的礦粉用作填料,且在生產(chǎn)過程中礦粉可從填料倉中自由排出[4]。從拌和機(jī)、碎石機(jī)等除塵工藝裝置中回收的粉塵應(yīng)予以廢棄,嚴(yán)禁摻入填料中。礦粉須在室內(nèi)儲存,潮濕結(jié)塊的礦粉禁止使用。此外,礦粉<0.075 mm的通過率應(yīng)>90%。

        2.3 抗剝落劑

        為提高瀝青與集料間的粘結(jié)能力,以及提高瀝青混合料的抗水損害能力,要求添加使用性能優(yōu)良、耐熱、耐水,且施工時(shí)便于應(yīng)用的抗剝落劑,添加后瀝青與集料顆粒之間的粘附等級不低于5級[5]。瀝青中加入抗剝落劑后,應(yīng)先在薄膜烘箱中加熱96 h進(jìn)行老化,再開始粘附性試驗(yàn),此外,經(jīng)過初期老化后的瀝青混合料還須進(jìn)行浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)。

        2.4 纖維穩(wěn)定劑

        相較于傳統(tǒng)瀝青混凝土,SMA具有較高的瀝青用量和粗集料含量。路面的耐久性主要是由于SMA具有較高的瀝青膠結(jié)料含量,而纖維穩(wěn)定劑是SMA混合料另一個(gè)關(guān)鍵組分,其作用主要是確保SMA混合料在運(yùn)輸及攤鋪過程中能保持高含量的瀝青膠結(jié)料而不產(chǎn)生析漏[6]。在本工程中,選擇摻入品質(zhì)較好的絮狀木質(zhì)素纖維,要求其具有較強(qiáng)的瀝青吸附能力以及施工分散性,且單獨(dú)摻入的木質(zhì)素纖維用量應(yīng)≥0.3%。試驗(yàn)結(jié)果詳見表1。

        表1 木質(zhì)素纖維關(guān)鍵指標(biāo)表

        3 配合比設(shè)計(jì)

        3.1 級配設(shè)計(jì)

        針對成樂高速公路所處區(qū)域的地質(zhì)條件、氣候環(huán)境條件以及服務(wù)的對象,通過對路面所用材料進(jìn)行科學(xué)的試驗(yàn)和分析,此工程SMA-13瀝青混凝土的配合比情況為:10~15∶5~10∶3~5∶0~3∶礦粉=38∶36∶4∶12∶10,其中關(guān)鍵篩孔4.75 mm通過率26.8%左右,9.5 mm通過率59.6%左右,抗剝落劑為0.3%。

        3.2 最佳油石比

        根據(jù)目標(biāo)配合比礦料設(shè)計(jì)結(jié)果,以目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)選定的最佳油石比5.8%為中值,取OAC±0.3%,即5.5%、5.8%、6.1%共三個(gè)油石比,分別制備馬歇爾試件。試件成型后,靜置過夜,采用表干法測定試件的毛體積相對密度,并據(jù)此計(jì)算馬歇爾試件的空隙率、瀝青飽和度等物理指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果詳見表2。依據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JI6F40-2004)以及期望的設(shè)計(jì)空隙率3%~4%,確定油石比為5.8%作為最佳油石比。

        表2 設(shè)計(jì)級配馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果匯總表

        4 施工溫度控制

        SMA改性瀝青混凝土的施工溫度控制在上面層施工過程中非常關(guān)鍵,在拌和、攤鋪、碾壓等施工環(huán)節(jié)中,溫度很大程度上影響了瀝青混合料的性能,而瀝青混合料的性能又對路面品質(zhì)產(chǎn)生了直接的影響[7]。對于改性瀝青混合料,其成型溫度相對普通改性瀝青的控制普遍要高,但是過高的溫度會致使瀝青老化,因而實(shí)際溫度控制應(yīng)綜合考慮當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境、施工溫度、材料性質(zhì)以及壓實(shí)厚度等因素。SMA-13瀝青混合料在本項(xiàng)目不同施工環(huán)節(jié)中的溫度控制范圍見表3。

        表3 SMA-13瀝青混合料的施工溫度表

        5 SMA-13瀝青混凝土上面層施工技術(shù)

        5.1 瀝青混合料的拌和

        本工程使用MAC320(4000型)間歇式拌和設(shè)備完成瀝青混合料的拌和工作,其控制室采用全自動(dòng)化控制系統(tǒng),能隨時(shí)對SMA-13瀝青混合料的配合比、拌和溫度等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行顯示和保存,采用變頻電機(jī)對供料速率進(jìn)行控制,并能夠隨著生產(chǎn)需要對物料輸送流量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)。此外,料倉配有料位計(jì),用于對料倉內(nèi)的儲料狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)測量,并配置控制器對測量參數(shù)進(jìn)行分析與數(shù)據(jù)處理,利用補(bǔ)償系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)量的精確管理。在拌料環(huán)節(jié)之前,應(yīng)對拌和設(shè)備的各項(xiàng)性能進(jìn)行檢查,確保其處于正常的工作狀態(tài)。對于不同類型的集料應(yīng)分倉堆放,并做好必要的防雨措施。SMA-13的放料順序?yàn)橄燃蛹?、礦粉進(jìn)行干拌,而后添加瀝青、纖維進(jìn)行濕拌,其中干拌時(shí)間為13 s,濕拌時(shí)間為28 s,整個(gè)周期大約為65 s左右,瀝青混合料應(yīng)拌和均勻一致、顏色正常、無結(jié)團(tuán)塊或嚴(yán)重的離析等現(xiàn)象,不符合技術(shù)要求的瀝青混凝土禁止出場。

        5.2 瀝青混合料的運(yùn)輸與攤鋪

        本工程選用18輛車況良好、大噸位自卸車進(jìn)行SMA-13混合料的運(yùn)送。運(yùn)輸車輛均以保溫棉被覆蓋,并配置有保溫隔層,以免較多的熱量散失。運(yùn)輸車的內(nèi)部需噴灑適量油水混合物薄層,以防較多瀝青混合料粘附在車內(nèi)。在面層施工的過程中要保證攤鋪機(jī)能連續(xù)攤鋪,因此,攤鋪機(jī)前方至少需要3輛料車等待卸料。本工程采用中大攤鋪機(jī) Power DT2360進(jìn)行SMA-13瀝青混合料的全幅攤鋪?zhàn)鳂I(yè),其攤鋪寬度可達(dá)19 m,整機(jī)質(zhì)量為41.5 t。區(qū)別于傳統(tǒng)的攤鋪機(jī)形式,中大攤鋪機(jī)兩側(cè)有液壓伸縮裝置,有利于施工過程中及時(shí)調(diào)整攤鋪寬度;接料斗設(shè)計(jì)更加寬大,且設(shè)有液壓伸縮油缸,可極大地減少混合料的灑落現(xiàn)象;采用大生產(chǎn)率螺旋,且具備二次攪拌功能,使攤鋪路面離析情況大大減少[8]。

        5.3 瀝青混合料的碾壓

        瀝青混合料攤鋪后需要壓路機(jī)及時(shí)碾壓。在此工程設(shè)計(jì)中,共使用6臺悍馬雙鋼輪壓路機(jī)和2臺寶馬格雙鋼輪壓路機(jī),進(jìn)行“3-3-1”的初壓、復(fù)壓、終壓的組合碾壓方式。其中初壓在攤鋪之后立即進(jìn)行(高溫碾壓),碾壓速度為2~3 km/h,用雙鋼輪壓路機(jī)靜壓1遍;復(fù)壓碾壓速度為2.5~4.5 km/h,用雙鋼輪壓路機(jī)高頻低幅振壓3遍;終壓碾壓速度為2.5~4 km/h,采用1臺鋼輪壓路機(jī)靜壓1~2遍,局部輪跡明顯處采用高頻低幅振壓,直至消除輪跡。本工程采用激光平整度儀進(jìn)行平整度檢測,檢測數(shù)據(jù)如表4所示。此外,路檢結(jié)果顯示路面壓實(shí)度為100.2%,構(gòu)造深度為1.2 mm,滲水系數(shù)為30 ml/min,均符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

        表4 SMA-13瀝青混合料的平整度表

        6 施工中的常見問題以及處理辦法

        6.1 路面滲水

        瀝青路面滲水主要是由于在路面內(nèi)部構(gòu)造中有連通的孔隙出現(xiàn),形成若干“連通器”,外界水流可以從某個(gè)入口進(jìn)入,從另外幾個(gè)出口流出,從而使路面出現(xiàn)水損害。通常,根據(jù)孔隙的走向,可以將路面的滲水情況分為三種,即上下連通式、水平方向以及復(fù)合式的滲水[9]。由本項(xiàng)目中出現(xiàn)路面滲水的部位發(fā)現(xiàn),從四周涌流的水只存在一小部分,大多數(shù)還是以上下連通式的滲水方式涌流進(jìn)下一個(gè)結(jié)構(gòu)層。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)可能與攤鋪過程中Power DT2360中大攤鋪機(jī)的攤鋪寬度太寬導(dǎo)致的溫度離析有關(guān),為解決此問題,可以減少攤鋪機(jī)布料器寬度、在攤鋪機(jī)的反向螺旋處加個(gè)罩子以減少溫度散失,并在路面撒布乳化瀝青。此外,為了進(jìn)一步解決SMA路面滲水、剝落等問題,除了對瀝青混合料的級配進(jìn)行嚴(yán)格把控之外,還須嚴(yán)格控制結(jié)構(gòu)層的壓實(shí)度和空隙率,在本工程中空隙率控制范圍為4%~6%。

        6.2 油斑

        SMA路面通車后出現(xiàn)油斑也是常見的病害,這主要是由于纖維沒有充分分散,導(dǎo)致瀝青分布不均勻,經(jīng)過一段時(shí)間的行車碾壓,瀝青集中在一起的油斑病害就會出現(xiàn)[10]。本項(xiàng)目為了解決油斑問題,選擇配置有標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量裝置的間歇式拌和機(jī),同時(shí)保證儲藏期間纖維保持干燥,不受潮成團(tuán);對瀝青混合料的實(shí)際用量進(jìn)行核實(shí)驗(yàn)證,必要時(shí)會適當(dāng)降低油石比;對纖維數(shù)量進(jìn)行核實(shí)驗(yàn)證,檢查是否存在漏加或少加的現(xiàn)象,并及時(shí)調(diào)整。對于攤鋪中已經(jīng)存在的油斑,及時(shí)鏟除并用熱料進(jìn)行填補(bǔ),而對于碾壓中已經(jīng)存在的油斑,則及時(shí)進(jìn)行機(jī)制砂補(bǔ)撒。

        7 結(jié)語

        本文依托成樂高速公路擴(kuò)容工程項(xiàng)目,著重研究了改性瀝青SMA-13上面層施工關(guān)鍵技術(shù)以及常見病害。從施工原材料、配合比、混合料攤鋪及碾壓等方面控制施工質(zhì)量,有效保證了SMA-13瀝青混合料的優(yōu)點(diǎn)得到充分發(fā)揮,最終達(dá)到保證公路行車安全,延長公路運(yùn)行壽命的目的。

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