公路施工中高模量瀝青混凝土基層施工技術(shù)分析

雷國華

（吉安市公路建設(shè)和養(yǎng)護(hù)中心新干分中心，江西 吉安 331300）

0 引言

公路的使用壽命是有限的，原因在于，由瀝青、混凝土等原材料混合攤鋪形成的路面，長時(shí)間承受過往車輛的壓力，路面結(jié)構(gòu)不斷受到?jīng)_擊，進(jìn)而使原本穩(wěn)定的性能不斷下降，最終出現(xiàn)結(jié)構(gòu)斷裂的情況。不僅會(huì)在路面上留下大量車轍，還有可能出現(xiàn)裂縫、凹凸不平等現(xiàn)象，從而大幅度降低行車的安全性。為了盡量提高路面的使用壽命，可在公路工程施工期間采用高模量瀝青混凝土基層施工技術(shù)。

1 公路施工中高模量瀝青混凝土基層施工技術(shù)內(nèi)涵分析

1.1 公路施工中高模量瀝青混凝土基層施工技術(shù)應(yīng)用分析

1.1.1 傳統(tǒng)瀝青混凝土路面的劣勢(shì)分析

早在2005年，我國便有學(xué)者發(fā)布研究報(bào)告，認(rèn)為在公路路面結(jié)構(gòu)中，基層中的中面層對(duì)路面是否容易留下車轍病害方面產(chǎn)生的影響最大[1]。以我國全年平均氣溫相對(duì)較低的北方為例，夏季環(huán)境溫度有可能達(dá)到35℃以上。在陽光直射以及環(huán)境溫度的“雙重加持”下，瀝青路面表面的溫度極有可能超過環(huán)境溫度30℃以上，最高可能達(dá)到60～70℃。即使在距離路面表層10cm 厚度的區(qū)域，溫度也不會(huì)明顯降低，依然保持在50～55℃。即使在北方地區(qū)，夏季的瀝青路面都處于如此高溫的環(huán)境下，在南方地區(qū)路面溫度只會(huì)更高。當(dāng)瀝青路面長時(shí)間處于高溫狀態(tài)時(shí)，加上行駛車輛的作用力，路面結(jié)構(gòu)從“穩(wěn)定”狀態(tài)向“穩(wěn)定被破壞”狀態(tài)的轉(zhuǎn)變速度大幅度增加，最終導(dǎo)致路面出現(xiàn)車轍病害，逐漸形成裂縫。

1.1.2 高模量瀝青混凝土施工技術(shù)的優(yōu)勢(shì)分析

應(yīng)用高模量瀝青混凝土施工技術(shù)，既能夠有效降低路面的厚度，又可以延長路面的使用壽命，總體可行性較高。

1.2 提高瀝青混凝土模量對(duì)路面車轍現(xiàn)象造成影響的力學(xué)分析

針對(duì)瀝青混凝土模量與路面車轍病害的關(guān)系進(jìn)行分析時(shí)，應(yīng)以力學(xué)分析作為切入點(diǎn)。具體的分析方法為：基于ANSYS 有限元軟件完成不同模量瀝青路面模型的建立。所有模型的尺寸大小完全一致——路面模型高度均為10m，長度（沿著公路前進(jìn)的方向）10m，路面寬度10m。分析單元選擇方面，應(yīng)使用8 節(jié)點(diǎn)3D 單元SOLID45 有限元。在此基礎(chǔ)上，提高瀝青混合料的模量，之后基于DSR 測(cè)試，對(duì)瀝青膠結(jié)料的流變參數(shù)進(jìn)行分析——既有復(fù)數(shù)剪切模量（G*）、相位角（δ）、車轍因子（G*/sinδ）對(duì)膠結(jié)料的改性機(jī)理進(jìn)行分析。將改性劑的質(zhì)量與瀝青混合料的質(zhì)量比分別設(shè)置成0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，進(jìn)行DSR 試驗(yàn)時(shí)，將溫度控制在64℃、70℃、76℃、82℃，分析高模量改性劑摻量、溫度對(duì)膠結(jié)料高溫流變性能的影響。測(cè)試載荷保持100Pa 不變。動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果顯示，在瀝青混合料中的高模量改性劑含量不斷增加的同時(shí)，復(fù)數(shù)剪切模量（G*）值不斷上升；特別是在改性劑含量超過0.3%時(shí)，G*值增加速度進(jìn)一步提升。這一結(jié)果表明，當(dāng)瀝青混合料中的高模量改性劑含量增加之后，混合料的抗變形能力也會(huì)隨之增強(qiáng)。而在溫度相同的情況下，改性劑含量越高（模量越高）的瀝青混合料的抗變形能力也會(huì)越高。另一項(xiàng)結(jié)果顯示，混合料相位角隨著改性劑含量增加不斷降低，在改性劑超過0.3%之后，相位角下降速度加快。表明在模量提高的同時(shí)，瀝青混合料的黏性越來越低，剛度越來越大，抵抗車轍病害的能力越來越強(qiáng)。

2 公路施工中高模量瀝青混凝土基層施工技術(shù)的具體應(yīng)用

2.1 公路工程概況

某公路工程全長75.09km，屬于城市一級(jí)主干道，為雙向6 車道。最大行車速度為100km/h，設(shè)置的路基凈寬達(dá)到30.1m。該工程所在地年平均氣溫較為溫和，年均降雨量介于1085.48～1127.52mm 之間，多集中在每年5月—9月?，F(xiàn)擬定的施工方案如下：采用底基層+柔性基層的方式，不再設(shè)置中面層。如此一來，在路基結(jié)構(gòu)中只剩下上面層和下面層。柔性基層的設(shè)計(jì)方案為：厚度18cm，使用的高模量瀝青混凝土在現(xiàn)場(chǎng)配制。

2.2 公路施工中高模量瀝青混凝土基層施工技術(shù)

2.2.1 高模量瀝青混凝土原材料及配合比

（1）高模量瀝青混凝土原材料選用

（a）粗集料選擇。粗集料均使用石灰?guī)r破碎后生成，根據(jù)粒徑分為兩種[2]。一種介于5.5～16.5mm 之間，另一種介于16.5～32.0mm 之間。

（b）細(xì)集料選擇。細(xì)集料選擇機(jī)制砂，從破碎石灰?guī)r生成的不符合相關(guān)要求的粗集料中選取一部分，使用專用的設(shè)備磨成細(xì)砂。經(jīng)過檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)，細(xì)集料中的砂含量達(dá)到88.3%，高于60%的標(biāo)準(zhǔn)要求。

（c）調(diào)和瀝青選擇。為了確保瀝青混合料具有較強(qiáng)的抗疲勞性能。擬選用的調(diào)和瀝青品牌包括歡喜嶺、綏中36-1、中東瀝青3 種。為確定3 種調(diào)和瀝青的質(zhì)量，施工人員分別從3 種瀝青中選擇一部分，制作成標(biāo)準(zhǔn)試樣后進(jìn)行性能比對(duì)，最終結(jié)果見表1。綜合針入度、軟化點(diǎn)、脆點(diǎn)在內(nèi)的8 項(xiàng)比對(duì)結(jié)果后，最終判定中東瀝青品牌的調(diào)和瀝青的性能是3 種瀝青中的最優(yōu)項(xiàng)，故選用。

表1 3 種調(diào)和瀝青性能對(duì)比

（d）外加劑選擇。擬選擇的外加劑包括法國PRM 外加劑、法國PR-S 抗車轍外加劑、德國DUROFLEX 外加劑。3 種外加劑加入中東調(diào)和瀝青試樣之后，劈裂強(qiáng)度、凍融劈裂強(qiáng)度、殘留強(qiáng)度的比對(duì)結(jié)果見表2。由于法國PR-S 抗車轍外加劑的殘留強(qiáng)度最低，故決定使用。

表2 三種外加劑比對(duì)結(jié)果

（2）配合比設(shè)計(jì)

最終確定的礦粉比例達(dá)到3.5%，油石比為4.8%。按照上述配合比，加入調(diào)和瀝青、混凝土、外加劑之后，配制成的瀝青混凝土混合料模量較高，達(dá)到相關(guān)要求。

2.2.2 高模量瀝青混凝土基層施工要點(diǎn)分析

（1）施工前的準(zhǔn)備工作

由于材料均為袋裝，故在運(yùn)輸、進(jìn)場(chǎng)、存儲(chǔ)期間，應(yīng)確保環(huán)境干燥、通風(fēng)。除此之外，不可直接將材料放在地面上，應(yīng)該放在金屬材料制成的隔板之上。此外，在完成級(jí)配碎石的鋪設(shè)作業(yè)，尚未開始瀝青混凝土混合料攤鋪?zhàn)鳂I(yè)時(shí)，應(yīng)該在碎石層上均勻噴灑透層油，從而達(dá)到清潔碎石層表面、隔絕水分的目的。噴灑透層油的劑量應(yīng)該控制在1.0～2.0L/m3，使用智能灑布車完成相關(guān)作業(yè)。在此期間應(yīng)注意，透層油灑布作業(yè)完成后48h 內(nèi)，必須完成其他所有準(zhǔn)備工作，時(shí)間一到立刻開始高模量瀝青混凝土混合料的攤鋪?zhàn)鳂I(yè)，否則透層效果下降，容易影響后續(xù)施工。

（2）高模量瀝青混凝土混合料的拌制

拌制高模量瀝青混凝土混合料的注意事項(xiàng)如下：

（a）責(zé)成專人對(duì)各種原材料的使用劑量、拌和溫度進(jìn)行監(jiān)控，務(wù)必確保各項(xiàng)參數(shù)處于合理范圍之內(nèi)。

（b）應(yīng)使用相關(guān)機(jī)械投放外加劑，目的是與控制系統(tǒng)形成聯(lián)動(dòng)，將外加劑和熱料同時(shí)投入拌和設(shè)備。

（c）考慮到在拌制過程中，加入外加劑可能影響拌制效果，故需適當(dāng)增加拌和時(shí)間（控制在7～10s）。這樣做的目的是，加快物料熔化速度，提高拌和的均勻性[3]。

（3）高模量瀝青混凝土混合料的運(yùn)輸

運(yùn)輸高模量瀝青混凝土混合料的注意事項(xiàng)如下：

（a）運(yùn)輸車輛噸位必須充足且具備自卸式功能。

（b）在拌和料裝車的過程中，相關(guān)作業(yè)不能連續(xù)進(jìn)行，每裝入一部分材料之后，應(yīng)將車輛前后移動(dòng)一段距離。這樣做的目的是，大幅度降低混合料出現(xiàn)離析現(xiàn)象的概率。

（4）高模量瀝青混凝土混合料的壓實(shí)

在公路工程建設(shè)中，壓實(shí)作業(yè)是高模量瀝青混凝土混合料基層施工的重要組成部分，保障公路建設(shè)質(zhì)量，延長使用年限。在完成高模量瀝青混合料攤鋪之后，壓實(shí)作業(yè)的注意事項(xiàng)如下：

（a）所使用的設(shè)備為當(dāng)量達(dá)到11t 的雙鋼輪壓路機(jī)2 臺(tái)、當(dāng)量達(dá)到25t 以上的膠輪壓路機(jī)1 臺(tái)。

（b）初壓作業(yè)時(shí)，應(yīng)使用雙鋼輪壓路機(jī)，在瀝青混合料攤鋪后路面溫度處于140℃左右時(shí)，以3km/h 的速度靜壓第一遍；待路面溫度下降至130℃左右時(shí)，使用膠輪壓路機(jī)以4km/h 的速度靜壓第二遍；待路面溫度下降至120℃左右時(shí)，使用雙鋼輪壓路機(jī)以3km/h的速度振壓第三遍；最后，依然使用雙鋼輪壓路機(jī)，在路面溫度下降至100℃左右時(shí)，以5km/h 的速度進(jìn)行終壓作業(yè)，務(wù)必確保將路面光滑、平整。為確保壓實(shí)作業(yè)質(zhì)量，應(yīng)合理確定壓實(shí)長度。比如，在攤鋪?zhàn)鳂I(yè)長度達(dá)到50m 之后，便需進(jìn)行壓實(shí)作業(yè)。

（5）高模量瀝青混凝土基層施工后的路面基層接縫處理

當(dāng)前，高模量瀝青混凝土施工環(huán)節(jié)較多，但各項(xiàng)工序都極為重要，對(duì)于保障公路質(zhì)量都有著重要影響。例如，某公路工程建設(shè)中，在高模量瀝青混凝土路面基層接縫環(huán)節(jié)，所需的技術(shù)手段較復(fù)雜。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

第一，企業(yè)工程技術(shù)人員通過技術(shù)交底，要求施工人員在進(jìn)行高模量瀝青混凝土基層接縫作業(yè)中使用平接縫技術(shù)手段。該方式是在接縫部位涂刷黏層材料，在涂刷方式上與傳統(tǒng)方法不同，必須保證高模量瀝青混凝土與黏層材料的平整度。并在涂刷過程中，對(duì)黏層材料的配置進(jìn)行控制，嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)與企業(yè)內(nèi)部的要求。同時(shí)，在黏層材料配置中，對(duì)溫度要求也較為嚴(yán)格，將其控制在適宜的溫度對(duì)材料損失較小，進(jìn)而為建筑企業(yè)減少經(jīng)濟(jì)成本。

第二，在涂刷方式上，根據(jù)高模量瀝青混凝土壓路機(jī)的碾壓方式進(jìn)行調(diào)整。采取縱向接縫的方式，并在涂刷中盡量避免與壓路機(jī)的軌跡接觸。

第三，為保證路面基層接縫處理工作的順利完成，要進(jìn)行技術(shù)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。需要壓路機(jī)在進(jìn)行高模量瀝青混凝土壓實(shí)工作中留出少許面積，一般為面積20cm2左右。方便層層碾壓，進(jìn)而達(dá)到路面基層完美接縫的目的。

3 結(jié)語

提高瀝青混凝土的模量，混合料的力學(xué)性能會(huì)在一定程度上得到提升，將其應(yīng)用于路面基層攤鋪，路面整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性會(huì)隨之提升。這樣的路面能夠在更長的時(shí)間內(nèi)承受過往車輛的重力作用，有效延后路面出現(xiàn)車轍并最終形成病害的時(shí)間，對(duì)提高公路的使用壽命具有積極意義。在具體施工期間，高模量瀝青混凝土基層施工的復(fù)雜程度較高，故為了提高施工質(zhì)量，必須做好施工前的準(zhǔn)備工作，確保高模量瀝青混凝土混合料按照標(biāo)準(zhǔn)流程完成拌制。在施工期間，還應(yīng)考慮高模量瀝青混凝土混合料相較于普通瀝青混合料的差異，以實(shí)現(xiàn)相關(guān)目標(biāo)。