论文部分内容阅读
摘 要：为满足高速公路使用要求，提升雨天通车的抗滑、排水、降噪路用性能，公路工程项目常采用排水沥青路面，实现低噪声、低眩光的项目设计要求。本文针对容易产生积水的高速公路路段，分析了高速公路铺设排水沥青路面层的意义，并结合项目所处环境和通车情况，提出了优化设计的路面结构方案，并根据排水沥青路面材料的技术特点和工艺要求，通过试验研究分析计算出最佳的排水沥青路面聚合物配合比。文章通过项目实践所得结论，对同类型的工程建设具有重要指导意义。
关键词：高速公路;排水沥青混合料;原材料技术要求;配合比设计要点
中图分类号：U416.217 文献标识码：A
0 引言
近年来，排水瀝青路面广泛应用于我国道路建设中，大量的路面排水实验工程证明，原材料质量与路面结构工艺水平是决定道路排水性能的关键。本文研究了排水性路面的原材料特点和相关技术指标，通过分析沥青混合料目标配合比，确定生产配合比，验证生产配合比这三个关键阶段，提高排水沥青路面的使用性能，实现路面的排水、抗滑、降噪功能，为实际的工程建设提供了有力的技术支撑。
1 项目背景
某排水沥青高速公路地处江南丘陵过湿区。该地区为亚热带季风气候，夏季高温多雨，冬季温和少雨，有明显的季节划分，空气湿润，暑热期较长，寒期较短，降水集中且年降水量大，夏雨最多，春雨次之。按照降水量多少可以将4-6月划分为雨季，其降水量可达全年降水量的37%～46%。根据相关数据可以得知，该地区年均温约17.4℃，其中近年来出现过的极端高温和低温分别为40.5℃、-11.5℃;平均年降水量为1 412.2 mm，日最高降水量为195.7 mm;年均蒸发量、相对湿度和风速分别为1 369.8 mm、79%、2.2 m/s。
2 路面结构设计方案的选择
（1）此项目作为某典型绿色项目建设，该高速公路在施工时充分考虑交通部提出的公路环境标准，贯彻可持续发展观，坚持绿色、循环、经济的设计理念，积极推广节能减排新工艺新技术[1]。近年来，排水沥青道路在国内外路面工程建设中广泛应用，有效解决了路面积水问题，减轻了雨天行车发生侧滑的风险;减轻了眩光现象，扩大了夜间行车的视野范围;实现了良好的降噪效果，避免了噪声污染。
（2）此高速公路路段易积水且多隧道，选用排水性沥青路面完成设计施工，在部分易积水区域使用PAC-13材料代替SMA-13材料，有助于节约资源，提高经济效益，创造舒适安全的行车环境。
（3）长隧道排水沥青路面，因面层具有大量的开口孔隙，能有效吸收车轮摩擦路面产生的噪音，使其具备约3-5分贝的降噪能力[2];另因隧道内部空气流通不畅，难以接触阳光，隧道内的路面常常处于潮湿积水状态，并在表面形成水膜。长时间的通车后，含水路面吸附了大量未燃尽的汽车尾气油脂，道路的抗滑性能降低[3]。因此，设计出具有良好排水效果的路面，可以有效提高道路的使用性能，保证通车安全。
（4）在路幅较宽、纵坡、合成坡度相对较小或零坡度的路段经常出现积水问题，如“S”型变坡点路段和较为缓和的曲线路段[4]。为保证通车效率，排除安全隐患，应在这些雨天非安全区域内，设计出排水性能良好的排水道路。
3 原材料技术要求
3.1 沥青及高黏度添加剂
（1）根据路段施工所在地的气候特点和交通状况，选择合适的专用沥青进行排水路面施工。在通过大量实践和实验验证后，道路石油沥青、SBS改性沥青与直投改性高黏度添加剂（HVA）复合技术已逐步成熟[5]。
（2）按照公路行业技术标准，SBS改性沥青涂料应符合PG76-22等级标准，并确保涂料中至少含有4.5%的改性剂。具体标准如下表所示，其中表1、表2、表3分别为分别为SBS改性沥青工艺技术指标、改性添加剂的黏度要求和高黏度的改性沥青工艺技术指标要求。
（3）通常情况下，将92%的改性沥青和8%的高黏度添加剂（HVA）充分结合后的施工效果最佳[6]。SBS改性沥青和高黏度添加剂HVA配伍性较高，应进行2至3组的实验后再进行比对选择。
（4）高黏改性沥青制备技术：通过添加黏度改性剂，制备高黏改性沥青材料技术流程如下：
①在添加改性剂前，应将基质沥青加热到180℃～190℃范围内，同时添加一定比例的黏度改性剂，添加过程中应同步拌合，保证改性沥青的均匀性，从而充分发挥改性作用;
②将试件置于剪切试验机下，将剪切试验仪转速调整至5000 r/min，连续剪切0.5 h，剪切试验过程中，试验温度应保持在185℃～200℃范围内;
③停机，并将改性沥青混合料置入烘箱内烘烤0.5 h，烘烤温度180℃，烘烤后，对试件进行各项试验。
（5）由于试验误差影响，高黏改性沥青混合料粘韧性试验结果离散性较大，故在性能试验中，该指标仅作为参考选用[7]。
3.2 粗集料
（1）用于拌和排水沥青混凝土的粗粒径集料应保证粒径均匀、表面清洁干燥，且粗粒径集料的黏附性、耐久性及硬度等均应满足设计要求，粗粒径集料各项技术参数标准详见下表4、5所示：
（2）排水沥青混凝土中的粗粒径集料相互接触形式为点接触，一旦集料强度和刚度不满足设计要求，在压实机械作用下，必将造成局部集料压碎，进而诱发粒料松散、飞溅，造成严重的结构损伤[8];故应严格控制软弱集料的占比，具体指标结合《公路沥青路面施工技术规范》相关要求确定。
（3）严格依照现行《公路工程集料试验规程》相关要求开展该项试验，将压碎仪和压柱同时置于188℃～192℃的烘箱内，烘干时间不应低于2 h，烘烤完的试件应立即开展试验。
3.3 细集料
（1）细粒径集料应保证表面清洁干燥、质地坚硬，具体技术标准详见下表6、7所示： （2）严格控制经二次除尘后的不同料仓内粒径低于0.075 mm粒料的占比是否满足设计要求，保证含量指标不大于5%，且0#～3#料仓的筛孔孔径应为3 mm。
3.4 矿粉
（1）外加矿粉应保证表面清洁干燥、质地坚硬、未见明显风化，严禁使用回收矿粉作为外加剂。矿粉各项技术指标详见下表8所示：
3.5 排水沥青混合料
排水沥青混合料各项技术指标标准详见下表9所示：
4 排水沥青路面配合比设计
配合比设计主要包含：目标配合比、实际生产配合比及配合比验证三部分：
4.1 目标配合比设计要點
（1）检验混合料中各项原材料技术指标是否满足要求。
（2）根据设计空隙率指标，选配三种配合比方案，保证2.36 mm筛孔的通过率控制在±3%附近，下表10为PAC-13型排水沥青混合料集料级配范围。
（3）通过马歇尔试验，获取体积指标，重点控制空隙率指标，保证其满足设计要求。
（4）满足设计要求后，按±0.5%，±1%的梯度微调沥青用量，并同步开展析漏、飞散试验，并绘制试验参数曲线图，通过析漏试验的反弯点位置确定沥青合理用量，通过下图1可知，沥青合理用量比重为4.46%，对应的析漏量低于0.8%（烧杯法）。
（5）排水沥青混合料各项性能检验。
4.2 生产配合比设计要点
（1）实际生产配合比级配设计应基于目标配合比级配指标，通过微调冷料仓转速和热料仓筛分量实现热料仓之间的料量平衡，其中，每一档热料仓内的质量不能大于±3%。
（2）在冷料仓和热料仓内的混合料实现平衡后，随即开始实际生产配合比的设计及试拌，此外，对目标配合比方案中的最佳基质沥青用量、最佳基质沥青用量±0.3%等三个用量指标分别进行试拌。
（3）选取不同油石比指标对应的试拌料开展析漏、飞散及马歇尔试验，校核析漏量和体积指标，结合指标情况予以调整。
4.3 生产配合比验证要点
（1）以最终选定的实际生产配合比铺筑试验段，以论证配合比的可行性，试验段铺筑长度不能低于0.3 km[9]。
（2）选取现场施工混合料，开展浸水残留稳定度、析漏、车辙、浸水车辙、劈裂冻融、飞散、浸水飞散、马歇尔渗水系数及车辙板渗水等各项试验，结合筛分、抽提试验结果，定量分析拌合站对混合料配合比的控制能力[10]。
（3）对现场试验段进行力学试验，根据施工参数分析实际生产配合比的适用性，优化摊铺、压实机械的作业形式和组织形式，调整摊铺压实施工工序，调整压实时长、压实工序、压实温度、压实速率、压实次数、压实机械吨位、压实工况及施工接缝处治方式等。
（4）选取不少于10个横断面开展渗水试验，论证施工的均匀性[11]。
5 结论
本文立足于项目实际，论述了工程背景及排水型沥青混凝土路面的结构设计方法;分析了高黏改性沥青混合料中，基质沥青、黏度改性剂、粗、细粒径集料、外加矿粉等原材料的选材标准;提出了从目标配合比、实际生产配合比及实际生产配合比验证三方面总结了配合比的设计关键点[12]。本项目中最终选定的目标配合比推荐表10中列明的级配指标可作为PAC-13型排水沥青混凝土路面的目标配合比标准级配，对应的油石比指标为4.46%;综合以上研究内容发现，本文提出的配合比设计方案，对于进一步推进国内在排水型沥青混凝土路面的研发与应用意义显著。
参考文献：
[1]汪宽平，陈先华，唐国奇，等.盐城至南通高速公路排水性沥青路面长期性能观测与评价[J].公路交通科技（应用技术版），2013，9（12）：153-156.
[2]向晓东，周溪滢，李灿华，等.钢渣OGFC-13型排水沥青混合料的配合比设计及性能研究[J].武汉科技大学学报，2013，36（06）：424-427.
[3]魏广才，李明亮，李俊，等.排水沥青路面在宁宿徐高速公路中的应用[J].公路交通科技（应用技术版），2016，12（12）：33-35.
[4]袁誉飞，白晓瑾，王立圆，等.双层排水降噪沥青路面下面层混合料试验研究[J].中外公路，2014，34（03）：275-279.
[5]田小革，文湘，于斌.排水性沥青路面防水粘结层拉拔性能试验研究[J].交通科学与工程，2012，28（01）：10-15.
[6]欧来文.基于海绵城市理念的排水沥青路面设计研究[J].西部交通科技，2019，14（09）：53-56.
[7]徐振强.中国特色海绵城市的政策沿革与地方实践[J].上海城市管理，2015，24（01）：49-54.
[8]王金国.宁夏高速公路沥青路面施工控制[J].公路交通科技（应用技术版），2015，11（01）：218-220.
[9]王怀勇.抛丸施工在沥青路面上的技术研讨[J].北方交通，2010，33（06）：8-11.
[10]周诗扬.解析沥青路面施工控制和维护[J].江西建材，2014，34（23）：139.
[11]刘利国.沥青路面的碾压施工控制[J].交通世界（建养.机械），2011，18（11）：261-262.
[12]薛志良.沥青路面水损坏原因分析及施工控制[J].交通世界（建养.机械），2010，17（06）：107-108.
关键词：高速公路;排水沥青混合料;原材料技术要求;配合比设计要点
中图分类号：U416.217 文献标识码：A
0 引言
近年来，排水瀝青路面广泛应用于我国道路建设中，大量的路面排水实验工程证明，原材料质量与路面结构工艺水平是决定道路排水性能的关键。本文研究了排水性路面的原材料特点和相关技术指标，通过分析沥青混合料目标配合比，确定生产配合比，验证生产配合比这三个关键阶段，提高排水沥青路面的使用性能，实现路面的排水、抗滑、降噪功能，为实际的工程建设提供了有力的技术支撑。
1 项目背景
某排水沥青高速公路地处江南丘陵过湿区。该地区为亚热带季风气候，夏季高温多雨，冬季温和少雨，有明显的季节划分，空气湿润，暑热期较长，寒期较短，降水集中且年降水量大，夏雨最多，春雨次之。按照降水量多少可以将4-6月划分为雨季，其降水量可达全年降水量的37%～46%。根据相关数据可以得知，该地区年均温约17.4℃，其中近年来出现过的极端高温和低温分别为40.5℃、-11.5℃;平均年降水量为1 412.2 mm，日最高降水量为195.7 mm;年均蒸发量、相对湿度和风速分别为1 369.8 mm、79%、2.2 m/s。
2 路面结构设计方案的选择
（1）此项目作为某典型绿色项目建设，该高速公路在施工时充分考虑交通部提出的公路环境标准，贯彻可持续发展观，坚持绿色、循环、经济的设计理念，积极推广节能减排新工艺新技术[1]。近年来，排水沥青道路在国内外路面工程建设中广泛应用，有效解决了路面积水问题，减轻了雨天行车发生侧滑的风险;减轻了眩光现象，扩大了夜间行车的视野范围;实现了良好的降噪效果，避免了噪声污染。
（2）此高速公路路段易积水且多隧道，选用排水性沥青路面完成设计施工，在部分易积水区域使用PAC-13材料代替SMA-13材料，有助于节约资源，提高经济效益，创造舒适安全的行车环境。
（3）长隧道排水沥青路面，因面层具有大量的开口孔隙，能有效吸收车轮摩擦路面产生的噪音，使其具备约3-5分贝的降噪能力[2];另因隧道内部空气流通不畅，难以接触阳光，隧道内的路面常常处于潮湿积水状态，并在表面形成水膜。长时间的通车后，含水路面吸附了大量未燃尽的汽车尾气油脂，道路的抗滑性能降低[3]。因此，设计出具有良好排水效果的路面，可以有效提高道路的使用性能，保证通车安全。
（4）在路幅较宽、纵坡、合成坡度相对较小或零坡度的路段经常出现积水问题，如“S”型变坡点路段和较为缓和的曲线路段[4]。为保证通车效率，排除安全隐患，应在这些雨天非安全区域内，设计出排水性能良好的排水道路。
3 原材料技术要求
3.1 沥青及高黏度添加剂
（1）根据路段施工所在地的气候特点和交通状况，选择合适的专用沥青进行排水路面施工。在通过大量实践和实验验证后，道路石油沥青、SBS改性沥青与直投改性高黏度添加剂（HVA）复合技术已逐步成熟[5]。
（2）按照公路行业技术标准，SBS改性沥青涂料应符合PG76-22等级标准，并确保涂料中至少含有4.5%的改性剂。具体标准如下表所示，其中表1、表2、表3分别为分别为SBS改性沥青工艺技术指标、改性添加剂的黏度要求和高黏度的改性沥青工艺技术指标要求。
（3）通常情况下，将92%的改性沥青和8%的高黏度添加剂（HVA）充分结合后的施工效果最佳[6]。SBS改性沥青和高黏度添加剂HVA配伍性较高，应进行2至3组的实验后再进行比对选择。
（4）高黏改性沥青制备技术：通过添加黏度改性剂，制备高黏改性沥青材料技术流程如下：
①在添加改性剂前，应将基质沥青加热到180℃～190℃范围内，同时添加一定比例的黏度改性剂，添加过程中应同步拌合，保证改性沥青的均匀性，从而充分发挥改性作用;
②将试件置于剪切试验机下，将剪切试验仪转速调整至5000 r/min，连续剪切0.5 h，剪切试验过程中，试验温度应保持在185℃～200℃范围内;
③停机，并将改性沥青混合料置入烘箱内烘烤0.5 h，烘烤温度180℃，烘烤后，对试件进行各项试验。
（5）由于试验误差影响，高黏改性沥青混合料粘韧性试验结果离散性较大，故在性能试验中，该指标仅作为参考选用[7]。
3.2 粗集料
（1）用于拌和排水沥青混凝土的粗粒径集料应保证粒径均匀、表面清洁干燥，且粗粒径集料的黏附性、耐久性及硬度等均应满足设计要求，粗粒径集料各项技术参数标准详见下表4、5所示：
（2）排水沥青混凝土中的粗粒径集料相互接触形式为点接触，一旦集料强度和刚度不满足设计要求，在压实机械作用下，必将造成局部集料压碎，进而诱发粒料松散、飞溅，造成严重的结构损伤[8];故应严格控制软弱集料的占比，具体指标结合《公路沥青路面施工技术规范》相关要求确定。
（3）严格依照现行《公路工程集料试验规程》相关要求开展该项试验，将压碎仪和压柱同时置于188℃～192℃的烘箱内，烘干时间不应低于2 h，烘烤完的试件应立即开展试验。
3.3 细集料
（1）细粒径集料应保证表面清洁干燥、质地坚硬，具体技术标准详见下表6、7所示： （2）严格控制经二次除尘后的不同料仓内粒径低于0.075 mm粒料的占比是否满足设计要求，保证含量指标不大于5%，且0#～3#料仓的筛孔孔径应为3 mm。
3.4 矿粉
（1）外加矿粉应保证表面清洁干燥、质地坚硬、未见明显风化，严禁使用回收矿粉作为外加剂。矿粉各项技术指标详见下表8所示：
3.5 排水沥青混合料
排水沥青混合料各项技术指标标准详见下表9所示：
4 排水沥青路面配合比设计
配合比设计主要包含：目标配合比、实际生产配合比及配合比验证三部分：
4.1 目标配合比设计要點
（1）检验混合料中各项原材料技术指标是否满足要求。
（2）根据设计空隙率指标，选配三种配合比方案，保证2.36 mm筛孔的通过率控制在±3%附近，下表10为PAC-13型排水沥青混合料集料级配范围。
（3）通过马歇尔试验，获取体积指标，重点控制空隙率指标，保证其满足设计要求。
（4）满足设计要求后，按±0.5%，±1%的梯度微调沥青用量，并同步开展析漏、飞散试验，并绘制试验参数曲线图，通过析漏试验的反弯点位置确定沥青合理用量，通过下图1可知，沥青合理用量比重为4.46%，对应的析漏量低于0.8%（烧杯法）。
（5）排水沥青混合料各项性能检验。
4.2 生产配合比设计要点
（1）实际生产配合比级配设计应基于目标配合比级配指标，通过微调冷料仓转速和热料仓筛分量实现热料仓之间的料量平衡，其中，每一档热料仓内的质量不能大于±3%。
（2）在冷料仓和热料仓内的混合料实现平衡后，随即开始实际生产配合比的设计及试拌，此外，对目标配合比方案中的最佳基质沥青用量、最佳基质沥青用量±0.3%等三个用量指标分别进行试拌。
（3）选取不同油石比指标对应的试拌料开展析漏、飞散及马歇尔试验，校核析漏量和体积指标，结合指标情况予以调整。
4.3 生产配合比验证要点
（1）以最终选定的实际生产配合比铺筑试验段，以论证配合比的可行性，试验段铺筑长度不能低于0.3 km[9]。
（2）选取现场施工混合料，开展浸水残留稳定度、析漏、车辙、浸水车辙、劈裂冻融、飞散、浸水飞散、马歇尔渗水系数及车辙板渗水等各项试验，结合筛分、抽提试验结果，定量分析拌合站对混合料配合比的控制能力[10]。
（3）对现场试验段进行力学试验，根据施工参数分析实际生产配合比的适用性，优化摊铺、压实机械的作业形式和组织形式，调整摊铺压实施工工序，调整压实时长、压实工序、压实温度、压实速率、压实次数、压实机械吨位、压实工况及施工接缝处治方式等。
（4）选取不少于10个横断面开展渗水试验，论证施工的均匀性[11]。
5 结论
本文立足于项目实际，论述了工程背景及排水型沥青混凝土路面的结构设计方法;分析了高黏改性沥青混合料中，基质沥青、黏度改性剂、粗、细粒径集料、外加矿粉等原材料的选材标准;提出了从目标配合比、实际生产配合比及实际生产配合比验证三方面总结了配合比的设计关键点[12]。本项目中最终选定的目标配合比推荐表10中列明的级配指标可作为PAC-13型排水沥青混凝土路面的目标配合比标准级配，对应的油石比指标为4.46%;综合以上研究内容发现，本文提出的配合比设计方案，对于进一步推进国内在排水型沥青混凝土路面的研发与应用意义显著。
参考文献：
[1]汪宽平，陈先华，唐国奇，等.盐城至南通高速公路排水性沥青路面长期性能观测与评价[J].公路交通科技（应用技术版），2013，9（12）：153-156.
[2]向晓东，周溪滢，李灿华，等.钢渣OGFC-13型排水沥青混合料的配合比设计及性能研究[J].武汉科技大学学报，2013，36（06）：424-427.
[3]魏广才，李明亮，李俊，等.排水沥青路面在宁宿徐高速公路中的应用[J].公路交通科技（应用技术版），2016，12（12）：33-35.
[4]袁誉飞，白晓瑾，王立圆，等.双层排水降噪沥青路面下面层混合料试验研究[J].中外公路，2014，34（03）：275-279.
[5]田小革，文湘，于斌.排水性沥青路面防水粘结层拉拔性能试验研究[J].交通科学与工程，2012，28（01）：10-15.
[6]欧来文.基于海绵城市理念的排水沥青路面设计研究[J].西部交通科技，2019，14（09）：53-56.
[7]徐振强.中国特色海绵城市的政策沿革与地方实践[J].上海城市管理，2015，24（01）：49-54.
[8]王金国.宁夏高速公路沥青路面施工控制[J].公路交通科技（应用技术版），2015，11（01）：218-220.
[9]王怀勇.抛丸施工在沥青路面上的技术研讨[J].北方交通，2010，33（06）：8-11.
[10]周诗扬.解析沥青路面施工控制和维护[J].江西建材，2014，34（23）：139.
[11]刘利国.沥青路面的碾压施工控制[J].交通世界（建养.机械），2011，18（11）：261-262.
[12]薛志良.沥青路面水损坏原因分析及施工控制[J].交通世界（建养.机械），2010，17（06）：107-108.