Superpave技術在高速公路中的工程應用

劉 賢

Superpave技術在高速公路中的工程應用

劉 賢

通過對Superpave的混合料設計及在工程應用中的特點和應用效果研究,以及與傳統瀝青混合料施工工藝的對比,對Superpave混合料的路用性能進行了綜合評價,確定了施工關鍵技術,以期促進 Superpave瀝青路面技術在我國的推廣應用。

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1 采用 Superpave瀝青混合料設計方法的必要性

當前馬歇爾瀝青混合料施工工藝比較注意瀝青混合料的穩定性、密實度以及孔隙率特性,對它們進行分析以產生耐久性持久的空隙比例。但是,馬歇爾沖擊壓實方式不可避免的會造成集料破碎,影響試件的最終試驗結果,如空隙率和用油量。因此產生的指標,如穩定度、流值等不能反映熱拌瀝青混合料(HMA)的抗壓強度。所以無法阻止路面的破壞,如車轍、疲勞和低溫開裂,也就無法預防路面早期破壞。當前在我國,Superpave技術的應用已經較為普遍,從路用效果來看,Superpave路面具有良好的均勻性、高溫穩定性和較高的抗水害能力等優點,的確比傳統的 AC類瀝青混合料要占據更大的優勢。

2 Superpave混合料設計

1)材料。集料的性質包括認同特性及料源特性兩方面。集料試驗指標主要有：粗集料棱角性、細集料棱角性、扁平顆粒含量、堅固性、安定性以及粘土含量等。Superpave混合料設計時瀝青的質量要求均未按我國傳統的針入度分級,而是建立在性能基礎上的溫度分級,即PG分級。Superpave瀝青材料標準將其材料的質量要求與各地的氣候及交通量狀況建立起了較好的聯系,因此可以提供更好的實用性能。

2)選取設計集料。當確定了混合料初試瀝青用量后,按照交通量來選取試驗壓實次數,同時測定混合料的最大理論密度,據此來計算混合料的體積指標(礦料間隙率 VMA、空隙率、瀝青飽和度、粉膠比及初始次數的壓實指標等)。選取 3種級配中所有指標均滿足要求的級配作為設計級配,進行下一步試驗。

3)設計級配最佳瀝青用量的確定。當確定好設計級配后,按照 Superpave設計要求選定 4種瀝青用量進行試驗,確定空隙率為 4%時的瀝青用量作為最佳石油比。一般選取估算瀝青含量Pb-0.5%,Pb,Pb+0.5%和 Pb+1%進行試驗,同時繪制體積指標與油石比關系曲線,確定最佳瀝青用量。當最佳瀝青用量確定后,Superpave要求必須進行最大壓實次數下的試驗驗證,當該指標不滿足要求時必須重新進行配合比級配設計。

3 Superpave工程應用技術的特點

1)瀝青混合料施工均勻性明顯優于 AC型混合料,由于 Superpave設計時各種原材料的組成更為合理,不像傳統的AC型混合料粗細集料均較為集中,造成混合料易于離析。Superpave混合料設計時由于增加了中間集料的用量,混合料的組成更為合理,施工離析現象大大減少,這有利于提高瀝青混合料的各種路用性能。2)Superpave混合料高溫性能有較大改善,由于設計要滿足體積指標,必然要求其具有較好的骨架結構,從而提高了混合料的熱穩定性。3)關于混合料的設計指標,Superpave混合料不是采用傳統的馬歇爾穩定度、流值等指標,而是嘗試新的指標：初始次數下的壓實度、空隙率(Va)、礦料間隙率(VMA)、粉與有效瀝青比(DP)、瀝青飽和度(VFA)及最大次數下的壓實度Gmm(%)?？障堵室笫窃谠O計交通量作用下可能的殘余空隙率,這一指標與其他體積指標具較大的相關性,即當空隙率滿足要求時,其他體積指標可能不滿足設計要求。礦料間隙率是一項重要的指標,最新的Superpave設計各種最大公稱尺寸下,最大的礦料間隙率不應大于最小要求的 2%。4)關于Superpave混合料的級配。Superpave混合料為了防止混合料設計時采用過多的細集料(避免降低設計混合料的高溫性能),提出了控制點及限制區的概念,即混合料設計時應盡可能保證設計級配曲線在控制點內,不通過限制區。

4 Superpave路面的施工工藝

4.1 Superpave瀝青混合料的拌和

瀝青混合料拌和溫度的確定：瀝青混合料的拌和溫度應根據JTJ 052-2000公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程中瀝青布氏旋轉粘度試驗(T0625-2000),測定采樣瀝青不同溫度下的表觀粘度,并以此繪制采樣瀝青的粘溫曲線。在粘溫曲線上取(0.17±0.02)Pas時的溫度作為拌和溫度范圍,粘度數據見表 1。通過粘溫曲線內插值確定拌和溫度(見表 2),由此確定泰普克瀝青混合料拌和溫度范圍為 160℃～165℃。

表1 泰普克瀝青粘度數據

表2 泰普克瀝青粘溫關系表

4.2 Superpave瀝青混合料的運輸

Superpave瀝青混合料的運輸車輛配置應結合拌和產量、運輸距離、攤鋪碾壓速度等因素確保將拌制好的混合料及時送至攤鋪現場,在攤鋪機前經常保持 4輛 ～5輛待卸車,同時滿足拌和、攤鋪的連續進行,不因車輛少而造成停工待料。運輸車輛必須打掃干凈,必要時用高壓水沖洗,確保無雜物和冷瀝青料。為防止瀝青混合料與車廂板粘結,在車廂板側板和底板噴涂柴油水混合液并確保車廂底板無殘積液。瀝青混合料裝車時為減少瀝青混合料的粗細顆粒離析現象,裝料過程中料車應前后移動位置,避免料堆過高粗料滾動而造成離析。

4.3 Superpave瀝青混合料的攤鋪

混合料的攤鋪改性瀝青上面層利用中面層平整的表面進行走滑橇。為確保瀝青混凝土路面達到良好的平整度,施工中引進3套 ABG配套通聯FB浮動基準梁,每套 2副,可供 1臺攤鋪機單獨作業。FB浮動基準梁為雙縱向跨越式,工作長度約 19 m。攤鋪機前 6節靴梁,攤鋪機后 4節靴梁,中間為跨梁。浮動基準梁可分段配合組裝,可整套或部分使用。上面層全部采用浮動基準梁控制。正常段落采用 2臺攤鋪機梯隊作業,前行攤鋪機采用雙側基準梁進行平整度控制,后行攤鋪機采用外側基準梁控制,內側采用小滑橇控制。攤鋪機的作業速度選擇,主要考慮的是攤鋪、碾壓的連續進行,確保拌和機、攤鋪機前沒有車輛積壓現象,還要確保碾壓的連續進行。螺旋進料器進料速度和攤鋪速度相匹配,自動調節,攤鋪速度不宜過慢,否則容易造成路面表面的離析。

4.4 Superpave瀝青混合料的碾壓

壓實控制研究發現,只有當瀝青混凝土路面的原位空隙率小于 8%時,路面才能做到基本不透水。為了防止水損害的出現,工程中壓實度控制采用了“雙控”的措施,即路面壓實度要求達到理論最大密度的 94%～97%,控制現場路面壓實后的原位空隙率在3%～6%之間。理論最大密度測定方法對于最大理論密度影響很大,并最終會影響到混合料空隙率的計算和路面質量的控制。目前常用的方法有計算法和實測法,計算法由于不能精確地判斷集料有效密度的大小而不易準確獲得。抽真空實測法操作簡便,可以相對比較真實地反映混合料最大理論密度的情況,國內大量的同類研究也證明了這一點。因此在施工控制中最大理論密度的確定應以抽真空法為準。

5 結語

Superpave與傳統的 AC路面相比,粗集料和細集料使用較少,更加側重于中間集料,所以具有良好的均勻性、高溫穩定性和抗水害性。從施工方面來講,Superpave的施工工藝與傳統的瀝青混合料是有所區別的,主要表現在需要較高的碾壓溫度,要求機械設備有較高的抗壓能力。當然也存在著一定的不穩定區,所以對壓實工藝有較高要求。但只要按照施工要求,合理安排壓實工藝,以現有的設備及技術水平完全可以生產出達到技術標準要求的Superpave路面。綜合以上分析,Superpave混合料以其良好的實用性能及合理的施工成本,為解決長期困擾我國工程界的路面早期損害問題做出了極大的貢獻。

[1]JTJ 052-2000,公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程[S].

[2]JTJ 032-94,公路瀝青路面施工技術規范[S].

[3]賈 渝.高性能瀝青路面Superpave技術現狀和我國的對策[A].99′高速公路瀝青路面技術研討會論文集[C].1999.

[4]劉 欣,于 新,張明文.開陽高速公路 Superpave設計與施工[J].公路,2003(4)：8-11.

Engineering app lication of Superpave technology in express highway

LIU X ian

Through studying Superpavemixingmaterial design,engineeringapplication characteristics,and application results,by comparing to traditional asphaltmixingmaterial construction technology,it comp rehensively evaluates the road p roperties,and determ ines critical construction technology,so as to p romote the wide p romotion of Superpave asphalt road technology in China.

Superpave,gradation,construction technology

U 412.366

A

1009-6825(2011)03-0151-02

2010-09-29

劉 賢(1984-),男,助理工程師,深圳市天健瀝青道路工程有限公司,廣東深圳 518034