探索沥青路面的早期破坏的原因分析及改善措施

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  摘要:根据目前沥青路面普遍存在的一些早期病害情况,针对施工中出现比较多的质量病害进行分析,分别从沥青路面的原材料选择,沥青混合料的路用性能影响及改善措施,沥青混凝土施工质量控制等,对产生缺陷的原因进行论述。
  关键词:沥青路面原材料选择路用性能影响施工质量控制,
  中图分类号:U416.217文献标识码: A 文章编号:
  沥青路面原材料的选择和基本要求:
  1、沥青:沥青路面采用的沥青标号宜按照公路等级、气候条件、交通条件、路面类型及结构层中的层位、受力特点、施工方法等因素,结合高速公路的使用经验,技术论证后确定。对于高速公路、一级公路夏季温度高、高温持续时间长,重载交通大的路面,尤其是汽车荷载剪应力大的层次,宜采用稠度大,60℃黏度大的沥青。
  (1)普通重交沥青:目前我国所用的重交沥青品牌种类多,质量良莠不齐,很多差的沥青也能满足现有的重交通道路沥青技术要求。现有的重交沥青技术指标很多情况下已经不能对沥青质量的好坏进行区分,导致大量质量较差的沥青因价低得到广泛应用,而质量较好的沥青由于价格稍高而无法中标使用,造成在沥青市场出现劣质驱优良的现象。由于使用了较差的沥青,导致路面出现了各种早期损坏。
  目前对重交沥青的评价缺乏有效的评价体系与方法。规范执行的重交沥青评价体系对于质量差别较大的沥青可以进行区分与评价,但是,一般的进口或国产重交沥青指标都能达标,这就导致采用目前的评价体系难以对这些沥青的路用性能进行区分。要求我们在使用时应该重点了解重交沥青容易在什么指标上出现问题,应该如何控制?同时,在质量检测上严格把关,应对每一批沥青都进行检测。在具体的检测指标上,除检测规范要求的指标外,还应该提出切实可行的附加关键指标。例如,在南方地区应加大对沥青的高温稳定性的评价。重交沥青一般是提出软化点作为评价沥青高温性能的指标,相应的沥青生产厂家也在此下功夫,使生产出的重交沥青都具有较高的软化点。但如果用60℃粘度或车辙因子(SHRP指标)进行评价,则不同的重交沥青60 ℃粘度、车辙因子的试验结果有很大差别,其相应的混合料车辙试验结果也与60 ℃粘度、车辙因子有很好的相关性,因此在采用软化点作为控制沥青高温性能的关键指标同时,还应当附加60 ℃粘度、车辙因子做为控制指标。
  应用传统方法按粘度和针入度分级做的沥青规范,可能把具有不同温度和性能特点的沥青划分为同一等级。而美国的superpave技术对沥青胶结料采用PG等级评定,选择沥青时可直接根据当地的气候条件和交通量的大小来全面选择具有可靠度的沥青。重交70号沥青PG高温分级一般多在60-70之间,但南方高温地区应采用PG70以上才能满足路用要求。沥青的好坏也可以根据沥青的生产工艺来判断。生产工艺落后,质量控制差,沥青中大量的胶质油分就没有被拨净,因此在较低的温度时就会冒烟;生产工艺好,质量控制体系好,则相反。
  (2)改性沥青:要准确评价SBS改性沥青的高温性能,要具体分析是何种改性沥青?采用的是什么样的改性技术?使用的是什么基质沥青等?将这些综合考虑后,才能根据软化点、PG分级或车辙试验结果對改性沥青的路用抗车辙能力进行评价。
  在改性沥青的质量控制指标上,重点要评价其老化后延度。其它指标均可以通过不增加成本即可以达到要求,但把握住老化后延度,则可以控制厂家减少SBS的掺量。此外为了保证改性沥青的路用性能,还要尽量控制离析试验指标。另外,应该要求135℃粘度不小于2Pa.S,以防止厂家加入过多稳定剂导致改性沥青胶凝,改性沥青胶凝会产生一系列问题,路面压不实,与石料粘附性差等特点。
  2、集料:粗集料母岩的选择应根据当地的地材条件选用。上面层应该选用优质玄武岩、辉绿岩、闪长岩等,中下面层可选用当地的原材料加工。集料的加工应采用鄂式破碎机-圆锥式破碎机-反击式破碎机(整型机)三级破碎设备生产。生产时反击破碎机和振动筛之间应采用真空吸尘装置,有条件时可采用水洗设备。反击破碎使用的板锤应该在连续生产松方20000m³更换一次方向,40000 m³更换一套板锤,100000 m³更换一套反击板。反击板和板锤的距离经试生产调试后不得随意改变。细集料振筛系统处加装干式布袋除尘器,除尘设备不能时开时停,引风机不能时大时小,影响细集料的质量。
  集料加工的关键技术是准确地选定筛孔组合和准确调试反击板与板锤之间的间隙。目前存在问题是:(a)集料加工筛孔乱用情况十分严重,集料加工合格率低;(b)破碎机反击板与板锤之间的间隙未调试到位就正式生产;(c)集料规格质量控制指标不明确,验收制度松弛或根本没有验收制度,致使集料级配变异性较大,导致混合料的级配变异也很大,路面离析现象严重。
  矿料的变异直接影响混合料级配,造成混合料的均匀性、施工和易性产生波动,很容易在施工过程产生离析。这就要求原材料必须出自固定料场和固定的加工机械及加工工艺。原材料的堆放也要层层堆码,减少骨料搬移产生离析。同时对料场要有良好的硬化排水设施,严格区分堆放。对细集料进行防潮覆盖,确保混合料质量。
   (1)粗集料除了石料本身的特性,压碎值、磨光值、针片状、含泥量、软石含量等满足要求外,更重要的是与沥青的粘附性。在粘附性不符合要求时,应掺加消石灰、水泥、抗剥落剂等改善措施来取得良好的沥青混合料粘附性。
  (2)细集料:主要检验其砂当量、棱角性、亚甲蓝值等指标。细集料的主要指标应确保含粉量符合规范要求。细集料母岩应该采用石灰岩加工,确保沥青混合料胶结料的质量。
  3、填料:主要采用矿粉和部分水泥代替。矿粉必须采用石灰岩加工,矿粉除满足规范要求外,应该严格控制母岩的质量。
  沥青混合料的路用性能影响
  影响沥青混凝土路用性能的主要因素:沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性。
  沥青混合料高温稳定性影响因素及改善措施:
  ① 影响沥青混合料高温稳定性的因素:沥青混合料是一种黏弹性材料,其强度和模量都随着温度的变化而变化。当温度升高时沥青黏滞性降低,矿料之间的黏结力削弱,导致强度降低。高温对混合料变形的影响主要有两部分:一部分是沥青在行车荷载反复作用下进行压密,产生压密变形,该变形表现为受荷载部分压密,其余部分不变形;另一部分是因为沥青混合料在高温时,由于不足以抵抗车轮荷载的反复作用,轮下部分混合料产生剪切变形,逐渐被挤压到两侧,使两侧的沥青面层鼓起,产生所谓的侧向流动,造成车轮轮迹外两侧拥包。主要表现在夏季路面,特别是路面温度在45℃以上时,路面在车辆荷载的反复作用下,最容易产生车辙。
   ②提高高温稳定性的措施:
  a、选用黏度较高、针入度较小、软化点较高、含蜡量低的沥青材料,并对混合料级配进行改良;
  b、使用掺加适量外掺剂的改性沥青(如橡胶、聚合物、树脂等改性剂);
  c、采用混合料抗车辙添加剂。在混合料中加入主要用于提高高温稳定性的添加剂,来提高沥青路面抗车辙能力。
  粗、细集料应选用较好的当地原材料,与沥青的粘附性好;并严格控制碎石针片状含量及0.075mm以下的粉尘含量。
  ④沥青各面层应选用骨架密实型的“S”型级配。“S”型级配特点是将粗集料数量及细集料数量均适当减少,使空隙率得到明显改善,同时具有良好的动稳定度,基本达到“致密、嵌挤”的设计目的,对于抵抗水损害,提高路用寿命具有重要意义。同时,应重视混合料“粉胶比”,粉胶比过大易造成混合料松散。
  ⑤关注沥青路面施工工艺,施工过程中要确保压实度,用现场的实测密度和真空法测得的最大理论密度来“双控”压实度和现场空隙率。
  2、低温抗裂性:沥青路面在低温条件下其强度与刚度均有所增大,但变形能力却下降。广东属于南亚热带季风海洋性气候,温湿多雨,年平均气温较高,低温影响较小。
  3、水稳定性:沥青混合料在浸水的条件下,由于沥青与石料的黏附性降低,导致沥青混合料的物理力学性能降低。当沥青面层各结构层中的水无法排出时,混合料在饱水状态下,受交通荷载和温度胀缩的反复作用,沥青膜渐渐从集料表面剥离,并导致集料之间的黏结力丧失而发生破坏。主要表现为坑槽、网裂、松散、剥离现象。这就需要沥青混合料在生产过程中严格控制胶结料的质量,确保合适的混和料的粉胶比,增加沥青膜的厚度,保证沥青路面的耐久性.预防沥青路面产生水损害。具体措施如下;
   a防止和减少水分进入沥青混合料的内部。选用良好的集料和优质沥青,沥青上面层采用适当的混合料级配并适当减小空隙率,但不得小于3%。
  b提高沥青与集料的粘附性,采用合格的粉胶比,提高集料之间的黏结力。掺加适量的抗剥落剂或沥青改性剂,确保沥青膜的厚度,促使集料表面更加湿润,从而使沥青与集料之间的黏结力增加。
  三、沥青路面施工质量控制
  1、拌合、运输的技术要求为保证沥青混合料的质量更稳定,沥青用量更准确,宜采用间隙式拌和机拌和。拌和必须均匀,对于密级配混合料,应做到拌合后的混合料均匀一致,无细、粗料分离及花白、结团现象。运输车必须加盖篷布或其它保温材料,防止结合料表面结硬,为确保摊铺连续以及平整度符合要求,必须保证摊铺机前至少两辆运输车等待卸料,决不能出现摊铺机等车的现象。
  2、摊铺的技术要求 应根据拌和机的产量、施工机械配套情况及摊铺厚度,调整摊铺机的摊铺速度,一般定为2~2.5m/min,并且要求均匀、不间断地摊铺。摊铺机要调整到最佳状态,调试好螺旋布料器两端的自动料位器,并使料门开度、链板送料器的速度和螺旋布料器的转速相匹配。螺旋布料器的料位应高于螺旋布料器中心,使熨平板的档料板前混合料在全宽范围内均匀分布,必须在起步前将料位调整好,然后实施摊铺,避免摊铺层出现离析现象。沥青混合料在摊铺时应尽量连续不断的施工,以减少摊铺机和压路机的停顿,应尽量减少橫缝,提高其面层平整度。
  提高摊铺过程中的预压密实度。如果沥青混合料在高温状态下主要是靠粗集料的嵌挤作用,可适当提高夯锤振捣频率,使剩余压实系数减少,初压的痕迹也极小,进而确保路面的最终压实度及平整度。3、碾压的技术要求 沥青混合料的压实工艺本着以下原则进行:按照“紧跟、慢压、高频、低幅”“碾压八字方针进行碾压,压路机必须紧跟摊铺机的后面,只有在高温条件下碾压才能取得良好的效果,壓实速度控制在4-5km/h。碾压速度均衡,倒退时关闭振动,方向要逐渐地改变,不得拧弯行走,对每一道碾压起点或终点可稍微扭弯碾压,消除碾压接头轮迹。决不允许在新铺沥青混合料上转向、调头、左右移动位置,突然刹车或停车休息,通过沥青试验段确定良好的压实工艺。4、沥青混合料的压实质量控制 对于沥青面层混合料,现场的压实效果应采用空隙率和压实度双向控制。空隙率计算所需的最大理论密度以每天实测为准,测试按照“沥青路面混合料最大相对密度试验(真空法)(T0711-93)”进行。现场沥青混合料空隙率为3%-6%。表面层沥青混合料压实度的检验,以实测芯样为准。结束语
  工程实践表明,优质的沥青混凝土路面,不仅依赖于严格的原材料(集料、沥青结合料和矿粉等)质量控制,还与良好的混合料设计有关,设计过程中应做到因材制宜。现有的规范、项目规定所提出的设计级配要求,均是建立在大量的工程实践基础和国外经验的借鉴之上,但不能反映各项目的具体情况(原材料、气候及交通量等条件),因此在设计时特别是目标配合比设计时,不能盲从这些规定或只是向级配中值靠近,否则会使设计进入盲区,给设计增加不必要的工作量,甚至产生质量隐患。目标配合比设计是沥青混合料配合比设计的关键,也是生产配合比设计和生产配合比验证的前提和基础,优良的配合比设计使沥青混合料拌和与施工不会产生较大的离析现象,可实现优良工程。
  
  参考文献
  公路沥青路面施工技术规范(JTJ032-94).北京:人民交通出版社.1994
  沙庆林 高速公路沥青路面早期破坏现象及预防 人民交通出版社 2001
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