寬幅路基排水瀝青路面質(zhì)量控制研究

李東毅,王燦升,彩雷洲

(1.廣西邕洲高速公路有限公司,廣西 南寧530022;2.中路交建(北京)工程材料技術(shù)有限公司,北京 100176)

0 引言

排水瀝青路面作為新一代環(huán)境友好型路面,尤其適用于高溫多雨氣候條件下高等級公路或城市道路建設(shè),初步應(yīng)用即獲得了道路建設(shè)者、使用者和管理者的一致好評,充分發(fā)揮其高抗滑、低噪聲、抑制水霧、防止水漂、減輕眩光等優(yōu)勢[1-3]。但排水瀝青路面作為新型瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu),其材料、技術(shù)、工藝及施工質(zhì)量控制等方面仍缺乏足夠的經(jīng)驗借鑒和耐久性考驗,如何保證排水瀝青路面質(zhì)量和耐久性,充分發(fā)揮其自身獨特優(yōu)勢和技術(shù)特點,尤其在寬幅路基路段上成功應(yīng)用,需要加大對材料性能的研究以及施工作業(yè)各環(huán)節(jié)的細節(jié)把控。本文結(jié)合廣西南寧沙井至吳圩高速公路(以下簡稱“沙吳路”)排水瀝青路面工程實施案例,對排水瀝青路面技術(shù)和施工控制開展相關(guān)研究。

1 工程概況

沙吳路主線總長25.59 km,其中K線為雙向六車道,里程為20.9 km,路基寬度為34.0 m;SW線為雙向八車道,里程為4.6 km,路基寬度為43.0 m。項目地處廣西南寧市江南區(qū),所屬區(qū)域內(nèi)雨量充沛,多年年平均降雨量達1 304.2 mm,屬潮濕多雨地區(qū),雨天行車安全性顯得尤為突出。為有效解決路面積水而引發(fā)的行車隱患問題,全面提升沙吳路的安全性能和服務(wù)水平,經(jīng)技術(shù)論證及路面結(jié)構(gòu)驗算,擬在K15+000～K20+978.27段、SWK0+000～SWK4+599.463段采用排水瀝青路面設(shè)計,路面結(jié)構(gòu)為“4 cm PAC-13排水瀝青混凝土表面層+改性熱瀝青同步碎石粘結(jié)防水層+7 cm AC-20C改性瀝青混凝土+8 cm AC-25C瀝青混凝土+1 cm改性同步碎石封層”,面層總厚度為20 cm。

2 原材料的選定及質(zhì)量控制

對排水瀝青混合料原材料的使用管理,主要是結(jié)合材料種類和性能,按照相應(yīng)的國家行業(yè)標準嚴格管好材料的簽收、存儲和應(yīng)用。本文主要討論高黏度改性瀝青現(xiàn)場管理工作。高黏度改性瀝青制備有兩種形式:(1)工廠直接加工好運輸?shù)桨韬蜆堑某善犯唣ざ雀男詾r青;(2)高黏度改性劑與瀝青直接現(xiàn)場改性,亦所謂的“干法”拌和工藝。鑒于廣西高溫多雨氣候條件,成品高黏度改性瀝青的儲存穩(wěn)定性更為棘手,項目選擇高黏度改性劑“干法”直投工藝。高黏度改性劑采用專項庫房保存,做好防潮、防水、防受熱結(jié)塊等措施,保證在混合料拌和過程中投放方便,攪拌均勻。

2.1 專用改性瀝青

本項目排水路面專用高黏高彈改性瀝青是由SBS改性瀝青與專用高黏度改性劑復(fù)配制的,但瀝青與改性劑的配伍性是直接影響排水路面改性瀝青技術(shù)指標的關(guān)鍵因素。配伍性不佳會導(dǎo)致瀝青結(jié)合料指標不合格,進而影響排水路面混合料質(zhì)量。項目前期重點對SBS改性瀝青體系相容性指標、排水瀝青路面專用改性瀝青60 ℃動力黏度等影響配伍性的技術(shù)指標進行重點控制,最終采用專用高黏高彈改性劑∶SBS改性瀝青=8∶92制得專用高黏高彈改性瀝青,其性能參數(shù)見表1。

表1 專用高黏高彈改性瀝青性能參數(shù)表

2.2 集料

排水瀝青混合料中粗集料含量一般超過80%,構(gòu)成混合料的骨架結(jié)構(gòu),同時是影響排水瀝青混合料的強度與耐久性的關(guān)鍵因素;細集料主要用來吸附瀝青以增強集料間粘結(jié)作用,同時填充部分孔隙,構(gòu)成穩(wěn)定大孔隙結(jié)構(gòu);礦粉用來提高集料膠結(jié)強度,從而達到增加瀝青混凝土強度的影響。本項目使用潔凈、干燥、無風化、無雜質(zhì)的5～10 mm和10～15 mm兩檔輝綠巖作為粗集料;0～3 mm輝綠巖機制砂作為細集料。

3 配合比優(yōu)化設(shè)計及質(zhì)量控制

排水瀝青混合料的性能受材料的影響更為敏感,配合比設(shè)計主要考慮材料的體積指標與混合料性能之間的匹配性,因此目標配合比設(shè)計的原則就是保證室內(nèi)試驗的“最佳”,根據(jù)本項目寬幅路面的特征,通過試驗手段和技術(shù)經(jīng)驗找到“最佳”合成配合比和油石比,控制關(guān)鍵篩孔,權(quán)衡目標孔隙率和性能的矛盾。擊實過多易造成集料破碎,因此室內(nèi)成型采用小馬歇爾試件擊實50次來模擬現(xiàn)場碾壓情況。

經(jīng)多次試驗驗證及經(jīng)驗總結(jié),本項目排水瀝青混合料配合比設(shè)計以孔隙率為目的,平衡好混合料的耐久性、強度、高溫、低溫及其他路用性能與孔隙率的矛盾。本項目排水瀝青路面采用設(shè)計孔隙率為20%PAC-13混合料,其目標配合比礦料摻配比例為:10～15 mm∶5～10 mm∶0～3 mm∶礦粉=1%∶36%∶10%∶3%。結(jié)合體積分析法,確定PAC-13瀝青混合料的油石比范圍選擇在4.3%～4.8%,并通過析漏試驗,確定最佳油石比為4.8%。具體合成比例見表2。瀝青混合料各項性能參數(shù)測試結(jié)果經(jīng)試驗檢驗均符合工程和規(guī)范的要求。

表2 PAC-13目標配合比合成級配表

4 施工與質(zhì)量控制

4.1 防水粘結(jié)層施工

為加強排水瀝青路面與下面層的層間防水效果[4],采用改性熱瀝青同步碎石防水粘結(jié)層,其施工過程中基本參數(shù)控制過程為:(1)全幅撒布改性熱瀝青,撒布量控制在1.5±0.1 kg/m2;(2)碎石需提前預(yù)拌,計劃將4.75～9.5 mm輝綠巖碎石和0.3%～0.5%(按照集料重量計)摻量的SBS改性瀝青進行預(yù)裹附(裹附溫度為150 ℃～180 ℃),經(jīng)預(yù)裹覆試拌確定瀝青用量為0.35%～0.40%(按照集料重量計);(3)碎石撒鋪量為滿鋪的60%～70%。

同步碎石防水粘結(jié)層撒布結(jié)束后,若出現(xiàn)路緣兩側(cè)(下承層本身屬于碾壓薄弱路段)存在漏撒及碎石瀝青撒布不到位的情況,可采用人工噴壺均勻補撒多遍改性乳化瀝青,增加與中面層粘結(jié)作用、起到封水效果,防止雨水下滲。若運輸車輛進入施工作業(yè)面后,車輪粘起少量的碎石和瀝青,可對運輸車輛涂抹隔離劑,保證在進場的過程中不破壞同步碎石防水粘結(jié)層,避免出現(xiàn)早期的損壞。

4.2 排水瀝青施工過程質(zhì)量控制

為使排水瀝青路面排水、低噪、抗滑等性能得到最大發(fā)揮,本項目對道路施工工藝、施工設(shè)備進行嚴格控制,施工時各環(huán)節(jié)溫度控制如表3所示。

表3 施工溫度控制范圍表(℃)

(1)拌和與運輸:本項目拌和采用兩套間歇式拌和機共同作業(yè),確?；旌狭蠞M足攤鋪進度需求;拌和時先將集料、纖維與專用高黏高彈改性劑干拌10～15 s,噴灑SBS改性瀝青后投放礦粉拌和35～40 s。根據(jù)實際拌和效果,靈活調(diào)整拌和的順序與時間,但整個拌和過程的時間應(yīng)控制在45～55 s。拌和過程要做好拌和均勻度和充分性的把控,避免排水瀝青混合料出現(xiàn)結(jié)團或者離析問題;重點對瀝青混合料的拌和溫度、時間、級配、油石比等關(guān)鍵指標進行動態(tài)監(jiān)控,從源頭保證了排水瀝青混合料的質(zhì)量。運輸工作與普通差別不大,重點是做好保溫、隔離工作[5]。

(2)攤鋪:由于排水瀝青混合料具有間斷級配、粗料多、孔隙率大等特性,排水瀝青混合料攤鋪過程中更易產(chǎn)生熱量散失,更易產(chǎn)生粗集料離析和溫度離析等問題。因此攤鋪過程中更應(yīng)注重攤鋪的連續(xù)性、均勻性、穩(wěn)定性。本項目屬于寬幅六車道/八車道,大部分路段采用一臺全幅攤鋪機可減少接縫問題;對于加寬段采用兩臺攤鋪機進行攤鋪,這期間采用梯隊方式同步攤鋪,前后錯開距離應(yīng)盡量縮短至2～5 m內(nèi),減少縱向冷接縫的產(chǎn)生。排水瀝青混合料孔隙率大,攤鋪過程中溫度降低較快,攤鋪機的初始壓實度對最終孔隙率影響非常大,對于前述兩臺攤鋪機聯(lián)合攤鋪時應(yīng)盡量選擇同一型號,且振動頻率和振幅等參數(shù)必須保持一致,以保證路面的初始壓實度和孔隙率的協(xié)調(diào)性。對于橫坡底部的一側(cè)略大于橫坡頂部一側(cè)的情況,在施工快要完成時,將攤鋪機正常攤鋪后移開,保留約5～10 m的松鋪厚度。

(3)碾壓:排水瀝青路面是石與石嵌擠的大孔隙結(jié)構(gòu),如果碾壓過多、過重都會導(dǎo)致集料中粗料部分接觸面破碎或結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低[6];如果碾壓過少,可能引起平整度不足、孔隙率大、結(jié)構(gòu)強度不足易松散等影響耐久性等問題;如果碾壓速度過快,質(zhì)量難以提升。本項目路幅較寬,碾壓過程中面臨細節(jié)較常規(guī)復(fù)雜。根據(jù)工程經(jīng)驗和理論支撐,整個碾壓過程采用靜壓,且保持緩慢、穩(wěn)定、勻速;終壓采用鋼輪壓路機靜壓時控制路面溫度在80 ℃左右,可有效地將混合料內(nèi)部粗集料進一步嵌擠提高其穩(wěn)定性,緩解飛散病害的產(chǎn)生。為解決孔隙率與壓實度的矛盾關(guān)系以及保證壓實度和平整度,建議在試驗段期間進行多項方案調(diào)整,大規(guī)模實施過程中按標準進行動態(tài)監(jiān)控,保證路面的壓實質(zhì)量,避免欠壓或過壓現(xiàn)象。

5 沙吳路排水瀝青路面實施效果

根據(jù)項目現(xiàn)場施工情況顯示攤鋪效果良好,無明顯質(zhì)量問題,壓路機碾壓有序,路面平整,整個工作面施工組織較好。同時,全段排水瀝青路面所檢壓實度、滲水等指標都基本滿足設(shè)計要求。施工路段總體質(zhì)量在可控范圍內(nèi)。其中現(xiàn)場滲水系數(shù)測試結(jié)果顯示均值達到6 542 mL/min,遠高于行業(yè)標準規(guī)定,具有良好的排水功能。具體測試結(jié)果見圖1。

圖1 PAC-13排水瀝青路面滲水系數(shù)測試結(jié)果圖

6 結(jié)語

沙吳路鋪筑里程長,對排水瀝青混合料的用量要求較大,施工要求也更加嚴格,從新瀝青的制備、配合比設(shè)計到施工控制都是一個考驗。本文首先針對瀝青進行制備,為項目配置了專門的高黏度改性瀝青、選擇合格的集料以滿足排水瀝青混合料自身路用性能的要求,并對施工的拌和、運輸、碾壓過程及同步碎石粘結(jié)層等配套設(shè)施進行嚴格管理,使整個項目達到了工程驗收的要求,為同類型排水瀝青路面工程提供參考借鑒。