摘 要:
现今,公路交通作为人们出行的首选方式,在质量强国的背景下,对公路建设提出了更高的质量要求。粗粒式密级配沥青混合料具有易离析、易推移、不易压实的特性。针对 ATB-25 沥青稳定碎石的工程项目,详细研究了粗粒式密级配沥青混合料的质量控制特性与规定,还建立了一套动态质量控制数据库,期待能够在相关工作中提供一些参考。
关键词:粗粒式密级配沥青混合料;ATB-25;质量控制
引言
公路交通是中国基础设施建设的重要领域,中国公路发展现状与中国交通强国建设、社会经济发展需求和人民群众交通出行要求存在很大差距[1]。在我国,高速公路、一级公路等各类高级公路广泛采用了沥青路面,因为在建设阶段对品质的把关不够严格,许多沥青混凝土道路遭受到了破坏以及早期的损害,这对交通流动以及驾驶的安全构成了重大威胁[2]。本人结合近些年来的经验及工作实际,以 ATB-25 为例,重点分析研究粗粒式密级配沥青混合料路面施工质量控制。
1 粗粒式密级配沥青混合料路面质量控制概述
某工程项目按照一级公路建设标准,上面层采用4cmAC-13,下面层采 8cmATB-25 路面结构形式。由于半刚性基层的广泛反射裂纹,它们对于道路表层的抵御车辆碾压的能力以及其使用寿命都有所降低。因此,为了降低这种问题的发生,我们需要在半刚性基层与沥青表层之间建立一层柔韧的层[3]。ATB-25 是一种骨架紧凑的结构,也是一种比较常见的柔韧层,它具有易于移动和不易压实的特性。在建设高质量路面工程的过程中,拌合、运输、铺设、压实等各个步骤都会对施工的沥青路面的舒适度和耐用性产生影响[4]。彭余华及其团队[5]的研究发现,粗粒式密级配沥青混合料的集料粒径差距显著,导致其休止角偏低。与中、细粒式沥青混合料相比,它们在建设过程中的离析问题更加突出。综上所述,ATB-25 的抗剪强度和抗疲劳性能较为优异,但是在施工过程中存在易推移、压实难、易离析的问题。
2 粗粒式密级配沥青混合料路面质量控制技术
2.1 材料
ATB-25 沥青混合料路面用地材,必须在工程项目当地进行料源调查。主要研究的内容包括:料场的资格、原材料的品质、处理技术是否符合工程需求、运输路线等。在所有使用的物料运送到工地后,只有在检测合格后才能使用。
2.1.1 沥青
本工程项目气候雨量分区 2-2-4,如果在高温和低温需求之间出现冲突,那么应优先考虑满足高温性能的需求[6]。根据该工程项目所在区域的实际应用情况,ATB-25 结构层选择了 70 号 A 级沥青,当沥青被送入工地时,首先要进行红外光谱的检查,然后才能进行常规的指标测试,实际检测结果请参见表 1。
2.1.2 粗集料
结合工程项目 ATB-25 所用粗集料采用辉绿岩进行加工,料场生产时采用三级破碎方式,一破选用鄂式破碎,二破选用圆锥破碎,三破选用冲击破碎,选用 S14、S12、S10、S9、S8 等四个规格的粗集料,并对粗集料的高温压碎值和水锈面含量做了要求,实际检测结果请参见表 2。
2.1.3 细集料
结合工程项目 ATB-25 所用细集料选用母岩为辉绿岩,母岩粘附性等级为 4 级的专用的制砂机制造生产的 0~2.36 mm 细集料 S16,并对坚固性和亚甲蓝值提高了要求,实际检测结果请参见表 3。
2.2 配合比设计
在 ATB-25 的配合比设计过程中,我们针对该区域的相似道路进行了实际应用状态及其效益的研究,最终目标配合比设计为 20-25 mm 碎石(S8):15-20mm 碎石(S9):10-15 mm 碎石(S10):5-10 mm 碎石(S12):3-5 mm 碎石(S14):0-3 mm 机制砂(S16):矿粉=37:13:13:7:6:20:4,油石比 3.6%,矿料的级配范围及实测合成级配见表 4。
2.2.1 目标配合比设计
在目标配合比设计阶段,我们使用了马歇尔试验方法,表 5 展示了本工程项目 ATB-25 马歇尔试验配合比设计的技术标准和实际测量结果。
2.2.2 生产配合比设计
在这个工程中,我们使用了间歇式混合设备,并且精心挑选了合适的筛孔尺寸和安装角度,以保证各个热料仓的供应量能够基本均衡。根据预期的配合比,我们对设计的三种沥青用量,即 OAC、OAC±0.3%等,进行了马歇尔测试,以此来确定最适宜的生产配合比。最终生产配合比为 22-26 mm 热碎石:16-22mm 热碎石:11-16 mm 热碎石:6-11 mm 热碎石:4-6mm 热碎石:0-4 mm 热机制砂:矿粉=25:23:13:9:6:20:4,油石比 3.6%,本工程项目 ATB-25 生产配合比设计矿料级配见表 4,技术标准及实测结果见表 5。
2.2.3 生产配合比验证
根据生产配比的设计结果,本工程项目试验段长度为 400 m,试验段铺筑完成后进行钻芯取样,观察试样空隙率,并确定生产配合比,再次验证该配合比的高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性及渗水性能。验证确定的标准配合比在施工过程中不得随意变更。ATB-25 生产配合比验证结果见表 5。
2.3 施工准备
ATB-25 施工温度分为拌和温度和压实温度,工地试验室在正式施工前于 135 ℃及 175 ℃条件下测定粘温曲线,以确定施工温度,保证最佳施工质量。
2.4 混合料拌制
这个工程项目装备了意大利玛连尼 MAC400(5000 型)间歇式沥青混合机,振动筛有 7 种不同的尺寸,分别是 3×4 mm、6 mm、11 mm、15 mm、19 mm、22 mm 和 33 mm。ATB-25 的混合时间应以沥青能够均匀覆盖集料为准则,每个生产周期为 45 秒,其中干拌时间为 10 秒,湿拌时间为 35 秒。材料的投放顺序是集料、沥青和粉料。
2.5 混合料运输
ATB-25 的工程项目使用 25 吨的自卸车来运送,同时为其配备了保暖的篷布以及温度监控的孔,我们使用了“五步装料法”来保持物料的均匀性,从而降低了混合物的分离程度。在卸载物料时,自卸车应一次性升至最大高度,在收集料斗时,旋转角度不应超过30°。
2.6 混合料摊铺
ATB-25 工程项目使用德国福格勒 2100-3Li 型号的摊铺机进行全面铺设,并且摊铺机装有无接触式平衡梁。对摊铺机的螺旋分料器进行的物料运动学研究显示,为了减少离析的发生并确保混合料的传送效能,分料器的螺距 t、转速 n 以及物料与轴线的间隔 r 之间存在如下关系:如果 n 和 t 是固定的,r 需要达到或超过 r≥0.75 t;反之,如果 n 和 r 是固定的,t 需要维持在1.3r 的范围内[5]。在铺设前,提前一小时对熨平板进行预热,确保熨平板的温度超过 100 ℃,我们将铺设的速度设定为 2 m/min。同时,通过在摊铺机上添加反转的大螺旋叶片和橡胶的垂直阻挡,能够显著防止纵向表面的分离,提高混合料在料槽中的运行速度[7]。
2.7 沥青路面的压实及成型
ATB-25 工程项目使用了 3 台 13 t 的双钢轮振动压路机、4 台 30 t 轮胎压路机和 1 台 5 t 的小型压路机。通过对初压、复压和终压的控制,以实现最佳的压实效果。压路机遵循“紧跟慢压、高频低幅”的原则,压路机的压实路径和方向不能突然变化,碾压区的长度基本稳定,两端的折返位置随摊铺机前进而推进。为了防止石料棱角的磨损和压碎以及避免破坏集料嵌挤,压实后的路面不应再次碾压。
2.8 接缝
ATB-25 工程项目的横向接缝选择了垂直的平接缝方式。在当天完成铺设后,人工会对端部厚度不足的部分进行垂直切割,以确保工作缝能够形成直角连接。在次日进行新混合料的铺设时,首先需要对接头进行软化处理,然后使用振动压路机进行横向压实,最后进行纵向压实,以使新旧混合料融为一体。在接缝处进行平整度测试和渗水试验,确保碾压后接缝密实、平顺。
3 施工动态质量控制
本工程项目以所有检测指标,如混合物的合成级配、油石比、马歇尔体积指标、施工温度、平整度、厚度、压实度等多个参数作为评估标准,设定了各个指标的变动范围的最大限制,见图 1。组织定期分析评价施工质量水平,总结经验和教训,为后期项目的质量管理、管控起到了良好的作用和指导意义,并对企业的技术管理工作有较大提升。
4 结论
公路沥青路面施工质量的好坏影响着使用寿命和公众出行,本工程项目下面层已完成施工,摊铺效果良好,较少出现裂缝,各项指标均满足设计要求,提出了相应的质量控制技术和动态质量控制,取得了良好的效果,为今后粗粒式密级配沥青混合料的铺筑提供一些参考。
参考文献:
[1]《中国公路学报》编辑部.中国路面工程学术研究综述·2024[J].中国公路学报,2024,37(3):1-81.
[2]高腾.沥青混凝土路面施工过程中质量控制关键技术研究[J].城市建设理论研究(电子版),2024(24):139-141.
[3]李闯民,廖建胜,陈智勇.关于沥青稳定碎石下面层
(ATB-25)的离析研究[J].公路,2014,59(3):33-37.[4]黄晓彬,吴晶.沥青碎石路面 ATB-25 施工技术研究
[J].运输经理世界,2020(12):75-76.
[5]彭余华,郭大进,刘惠兴,等.粗粒式沥青混合料离析控制方法[J].交通运输工程学报,2011,11(2):1-7+23.
[6]JTGF40-2004,公路沥青路面施工技术规范[S].
[7]徐乐,刘路,邵成龙.沥青碎石路面 ATB-25 施工技术研究[J].公路,2020,65(6):112-117.
原创作者:杨泽来 1,2,李爱春 1*,1.兰州交通大学,甘肃 兰州;2.甘肃公航旅检测科技有限公司,甘肃 兰州。
摘 要:
现今,公路交通作为人们出行的首选方式,在质量强国的背景下,对公路建设提出了更高的质量要求。粗粒式密级配沥青混合料具有易离析、易推移、不易压实的特性。针对 ATB-25 沥青稳定碎石的工程项目,详细研究了粗粒式密级配沥青混合料的质量控制特性与规定,还建立了一套动态质量控制数据库,期待能够在相关工作中提供一些参考。
关键词:粗粒式密级配沥青混合料;ATB-25;质量控制
引言
公路交通是中国基础设施建设的重要领域,中国公路发展现状与中国交通强国建设、社会经济发展需求和人民群众交通出行要求存在很大差距[1]。在我国,高速公路、一级公路等各类高级公路广泛采用了沥青路面,因为在建设阶段对品质的把关不够严格,许多沥青混凝土道路遭受到了破坏以及早期的损害,这对交通流动以及驾驶的安全构成了重大威胁[2]。本人结合近些年来的经验及工作实际,以 ATB-25 为例,重点分析研究粗粒式密级配沥青混合料路面施工质量控制。
1 粗粒式密级配沥青混合料路面质量控制概述
某工程项目按照一级公路建设标准,上面层采用4cmAC-13,下面层采 8cmATB-25 路面结构形式。由于半刚性基层的广泛反射裂纹,它们对于道路表层的抵御车辆碾压的能力以及其使用寿命都有所降低。因此,为了降低这种问题的发生,我们需要在半刚性基层与沥青表层之间建立一层柔韧的层[3]。ATB-25 是一种骨架紧凑的结构,也是一种比较常见的柔韧层,它具有易于移动和不易压实的特性。在建设高质量路面工程的过程中,拌合、运输、铺设、压实等各个步骤都会对施工的沥青路面的舒适度和耐用性产生影响[4]。彭余华及其团队[5]的研究发现,粗粒式密级配沥青混合料的集料粒径差距显著,导致其休止角偏低。与中、细粒式沥青混合料相比,它们在建设过程中的离析问题更加突出。综上所述,ATB-25 的抗剪强度和抗疲劳性能较为优异,但是在施工过程中存在易推移、压实难、易离析的问题。
2 粗粒式密级配沥青混合料路面质量控制技术
2.1 材料
ATB-25 沥青混合料路面用地材,必须在工程项目当地进行料源调查。主要研究的内容包括:料场的资格、原材料的品质、处理技术是否符合工程需求、运输路线等。在所有使用的物料运送到工地后,只有在检测合格后才能使用。
2.1.1 沥青
本工程项目气候雨量分区 2-2-4,如果在高温和低温需求之间出现冲突,那么应优先考虑满足高温性能的需求[6]。根据该工程项目所在区域的实际应用情况,ATB-25 结构层选择了 70 号 A 级沥青,当沥青被送入工地时,首先要进行红外光谱的检查,然后才能进行常规的指标测试,实际检测结果请参见表 1。
2.1.2 粗集料
结合工程项目 ATB-25 所用粗集料采用辉绿岩进行加工,料场生产时采用三级破碎方式,一破选用鄂式破碎,二破选用圆锥破碎,三破选用冲击破碎,选用 S14、S12、S10、S9、S8 等四个规格的粗集料,并对粗集料的高温压碎值和水锈面含量做了要求,实际检测结果请参见表 2。
2.1.3 细集料
结合工程项目 ATB-25 所用细集料选用母岩为辉绿岩,母岩粘附性等级为 4 级的专用的制砂机制造生产的 0~2.36 mm 细集料 S16,并对坚固性和亚甲蓝值提高了要求,实际检测结果请参见表 3。
2.2 配合比设计
在 ATB-25 的配合比设计过程中,我们针对该区域的相似道路进行了实际应用状态及其效益的研究,最终目标配合比设计为 20-25 mm 碎石(S8):15-20mm 碎石(S9):10-15 mm 碎石(S10):5-10 mm 碎石(S12):3-5 mm 碎石(S14):0-3 mm 机制砂(S16):矿粉=37:13:13:7:6:20:4,油石比 3.6%,矿料的级配范围及实测合成级配见表 4。
2.2.1 目标配合比设计
在目标配合比设计阶段,我们使用了马歇尔试验方法,表 5 展示了本工程项目 ATB-25 马歇尔试验配合比设计的技术标准和实际测量结果。
2.2.2 生产配合比设计
在这个工程中,我们使用了间歇式混合设备,并且精心挑选了合适的筛孔尺寸和安装角度,以保证各个热料仓的供应量能够基本均衡。根据预期的配合比,我们对设计的三种沥青用量,即 OAC、OAC±0.3%等,进行了马歇尔测试,以此来确定最适宜的生产配合比。最终生产配合比为 22-26 mm 热碎石:16-22mm 热碎石:11-16 mm 热碎石:6-11 mm 热碎石:4-6mm 热碎石:0-4 mm 热机制砂:矿粉=25:23:13:9:6:20:4,油石比 3.6%,本工程项目 ATB-25 生产配合比设计矿料级配见表 4,技术标准及实测结果见表 5。
2.2.3 生产配合比验证
根据生产配比的设计结果,本工程项目试验段长度为 400 m,试验段铺筑完成后进行钻芯取样,观察试样空隙率,并确定生产配合比,再次验证该配合比的高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性及渗水性能。验证确定的标准配合比在施工过程中不得随意变更。ATB-25 生产配合比验证结果见表 5。
2.3 施工准备
ATB-25 施工温度分为拌和温度和压实温度,工地试验室在正式施工前于 135 ℃及 175 ℃条件下测定粘温曲线,以确定施工温度,保证最佳施工质量。
2.4 混合料拌制
这个工程项目装备了意大利玛连尼 MAC400(5000 型)间歇式沥青混合机,振动筛有 7 种不同的尺寸,分别是 3×4 mm、6 mm、11 mm、15 mm、19 mm、22 mm 和 33 mm。ATB-25 的混合时间应以沥青能够均匀覆盖集料为准则,每个生产周期为 45 秒,其中干拌时间为 10 秒,湿拌时间为 35 秒。材料的投放顺序是集料、沥青和粉料。
2.5 混合料运输
ATB-25 的工程项目使用 25 吨的自卸车来运送,同时为其配备了保暖的篷布以及温度监控的孔,我们使用了“五步装料法”来保持物料的均匀性,从而降低了混合物的分离程度。在卸载物料时,自卸车应一次性升至最大高度,在收集料斗时,旋转角度不应超过30°。
2.6 混合料摊铺
ATB-25 工程项目使用德国福格勒 2100-3Li 型号的摊铺机进行全面铺设,并且摊铺机装有无接触式平衡梁。对摊铺机的螺旋分料器进行的物料运动学研究显示,为了减少离析的发生并确保混合料的传送效能,分料器的螺距 t、转速 n 以及物料与轴线的间隔 r 之间存在如下关系:如果 n 和 t 是固定的,r 需要达到或超过 r≥0.75 t;反之,如果 n 和 r 是固定的,t 需要维持在1.3r 的范围内[5]。在铺设前,提前一小时对熨平板进行预热,确保熨平板的温度超过 100 ℃,我们将铺设的速度设定为 2 m/min。同时,通过在摊铺机上添加反转的大螺旋叶片和橡胶的垂直阻挡,能够显著防止纵向表面的分离,提高混合料在料槽中的运行速度[7]。
2.7 沥青路面的压实及成型
ATB-25 工程项目使用了 3 台 13 t 的双钢轮振动压路机、4 台 30 t 轮胎压路机和 1 台 5 t 的小型压路机。通过对初压、复压和终压的控制,以实现最佳的压实效果。压路机遵循“紧跟慢压、高频低幅”的原则,压路机的压实路径和方向不能突然变化,碾压区的长度基本稳定,两端的折返位置随摊铺机前进而推进。为了防止石料棱角的磨损和压碎以及避免破坏集料嵌挤,压实后的路面不应再次碾压。
2.8 接缝
ATB-25 工程项目的横向接缝选择了垂直的平接缝方式。在当天完成铺设后,人工会对端部厚度不足的部分进行垂直切割,以确保工作缝能够形成直角连接。在次日进行新混合料的铺设时,首先需要对接头进行软化处理,然后使用振动压路机进行横向压实,最后进行纵向压实,以使新旧混合料融为一体。在接缝处进行平整度测试和渗水试验,确保碾压后接缝密实、平顺。
3 施工动态质量控制
本工程项目以所有检测指标,如混合物的合成级配、油石比、马歇尔体积指标、施工温度、平整度、厚度、压实度等多个参数作为评估标准,设定了各个指标的变动范围的最大限制,见图 1。组织定期分析评价施工质量水平,总结经验和教训,为后期项目的质量管理、管控起到了良好的作用和指导意义,并对企业的技术管理工作有较大提升。
4 结论
公路沥青路面施工质量的好坏影响着使用寿命和公众出行,本工程项目下面层已完成施工,摊铺效果良好,较少出现裂缝,各项指标均满足设计要求,提出了相应的质量控制技术和动态质量控制,取得了良好的效果,为今后粗粒式密级配沥青混合料的铺筑提供一些参考。
参考文献:
[1]《中国公路学报》编辑部.中国路面工程学术研究综述·2024[J].中国公路学报,2024,37(3):1-81.
[2]高腾.沥青混凝土路面施工过程中质量控制关键技术研究[J].城市建设理论研究(电子版),2024(24):139-141.
[3]李闯民,廖建胜,陈智勇.关于沥青稳定碎石下面层
(ATB-25)的离析研究[J].公路,2014,59(3):33-37.[4]黄晓彬,吴晶.沥青碎石路面 ATB-25 施工技术研究
[J].运输经理世界,2020(12):75-76.
[5]彭余华,郭大进,刘惠兴,等.粗粒式沥青混合料离析控制方法[J].交通运输工程学报,2011,11(2):1-7+23.
[6]JTGF40-2004,公路沥青路面施工技术规范[S].
[7]徐乐,刘路,邵成龙.沥青碎石路面 ATB-25 施工技术研究[J].公路,2020,65(6):112-117.
原创作者:杨泽来 1,2,李爱春 1*,1.兰州交通大学,甘肃 兰州;2.甘肃公航旅检测科技有限公司,甘肃 兰州。