Superpave技术在高速公路中的工程应用

刘 贤

Superpave技术在高速公路中的工程应用

刘 贤

通过对Superpave的混合料设计及在工程应用中的特点和应用效果研究,以及与传统沥青混合料施工工艺的对比,对Superpave混合料的路用性能进行了综合评价,确定了施工关键技术,以期促进 Superpave沥青路面技术在我国的推广应用。

Superpave,级配,施工工艺

1 采用 Superpave沥青混合料设计方法的必要性

当前马歇尔沥青混合料施工工艺比较注意沥青混合料的稳定性、密实度以及孔隙率特性,对它们进行分析以产生耐久性持久的空隙比例。但是,马歇尔冲击压实方式不可避免的会造成集料破碎,影响试件的最终试验结果,如空隙率和用油量。因此产生的指标,如稳定度、流值等不能反映热拌沥青混合料(HMA)的抗压强度。所以无法阻止路面的破坏,如车辙、疲劳和低温开裂,也就无法预防路面早期破坏。当前在我国,Superpave技术的应用已经较为普遍,从路用效果来看,Superpave路面具有良好的均匀性、高温稳定性和较高的抗水害能力等优点,的确比传统的 AC类沥青混合料要占据更大的优势。

2 Superpave混合料设计

1)材料。集料的性质包括认同特性及料源特性两方面。集料试验指标主要有：粗集料棱角性、细集料棱角性、扁平颗粒含量、坚固性、安定性以及粘土含量等。Superpave混合料设计时沥青的质量要求均未按我国传统的针入度分级,而是建立在性能基础上的温度分级,即PG分级。Superpave沥青材料标准将其材料的质量要求与各地的气候及交通量状况建立起了较好的联系,因此可以提供更好的实用性能。

2)选取设计集料。当确定了混合料初试沥青用量后,按照交通量来选取试验压实次数,同时测定混合料的最大理论密度,据此来计算混合料的体积指标(矿料间隙率 VMA、空隙率、沥青饱和度、粉胶比及初始次数的压实指标等)。选取 3种级配中所有指标均满足要求的级配作为设计级配,进行下一步试验。

3)设计级配最佳沥青用量的确定。当确定好设计级配后,按照 Superpave设计要求选定 4种沥青用量进行试验,确定空隙率为 4%时的沥青用量作为最佳石油比。一般选取估算沥青含量Pb-0.5%,Pb,Pb+0.5%和 Pb+1%进行试验,同时绘制体积指标与油石比关系曲线,确定最佳沥青用量。当最佳沥青用量确定后,Superpave要求必须进行最大压实次数下的试验验证,当该指标不满足要求时必须重新进行配合比级配设计。

3 Superpave工程应用技术的特点

1)沥青混合料施工均匀性明显优于 AC型混合料,由于 Superpave设计时各种原材料的组成更为合理,不像传统的AC型混合料粗细集料均较为集中,造成混合料易于离析。Superpave混合料设计时由于增加了中间集料的用量,混合料的组成更为合理,施工离析现象大大减少,这有利于提高沥青混合料的各种路用性能。2)Superpave混合料高温性能有较大改善,由于设计要满足体积指标,必然要求其具有较好的骨架结构,从而提高了混合料的热稳定性。3)关于混合料的设计指标,Superpave混合料不是采用传统的马歇尔稳定度、流值等指标,而是尝试新的指标：初始次数下的压实度、空隙率(Va)、矿料间隙率(VMA)、粉与有效沥青比(DP)、沥青饱和度(VFA)及最大次数下的压实度Gmm(%)。空隙率要求是在设计交通量作用下可能的残余空隙率,这一指标与其他体积指标具较大的相关性,即当空隙率满足要求时,其他体积指标可能不满足设计要求。矿料间隙率是一项重要的指标,最新的Superpave设计各种最大公称尺寸下,最大的矿料间隙率不应大于最小要求的 2%。4)关于Superpave混合料的级配。Superpave混合料为了防止混合料设计时采用过多的细集料(避免降低设计混合料的高温性能),提出了控制点及限制区的概念,即混合料设计时应尽可能保证设计级配曲线在控制点内,不通过限制区。

4 Superpave路面的施工工艺

4.1 Superpave沥青混合料的拌和

沥青混合料拌和温度的确定：沥青混合料的拌和温度应根据JTJ 052-2000公路工程沥青及沥青混合料试验规程中沥青布氏旋转粘度试验(T0625-2000),测定采样沥青不同温度下的表观粘度,并以此绘制采样沥青的粘温曲线。在粘温曲线上取(0.17±0.02)Pas时的温度作为拌和温度范围,粘度数据见表 1。通过粘温曲线内插值确定拌和温度(见表 2),由此确定泰普克沥青混合料拌和温度范围为 160℃～165℃。

表1 泰普克沥青粘度数据

表2 泰普克沥青粘温关系表

4.2 Superpave沥青混合料的运输

Superpave沥青混合料的运输车辆配置应结合拌和产量、运输距离、摊铺碾压速度等因素确保将拌制好的混合料及时送至摊铺现场,在摊铺机前经常保持 4辆 ～5辆待卸车,同时满足拌和、摊铺的连续进行,不因车辆少而造成停工待料。运输车辆必须打扫干净,必要时用高压水冲洗,确保无杂物和冷沥青料。为防止沥青混合料与车厢板粘结,在车厢板侧板和底板喷涂柴油水混合液并确保车厢底板无残积液。沥青混合料装车时为减少沥青混合料的粗细颗粒离析现象,装料过程中料车应前后移动位置,避免料堆过高粗料滚动而造成离析。

4.3 Superpave沥青混合料的摊铺

混合料的摊铺改性沥青上面层利用中面层平整的表面进行走滑橇。为确保沥青混凝土路面达到良好的平整度,施工中引进3套 ABG配套通联FB浮动基准梁,每套 2副,可供 1台摊铺机单独作业。FB浮动基准梁为双纵向跨越式,工作长度约 19 m。摊铺机前 6节靴梁,摊铺机后 4节靴梁,中间为跨梁。浮动基准梁可分段配合组装,可整套或部分使用。上面层全部采用浮动基准梁控制。正常段落采用 2台摊铺机梯队作业,前行摊铺机采用双侧基准梁进行平整度控制,后行摊铺机采用外侧基准梁控制,内侧采用小滑橇控制。摊铺机的作业速度选择,主要考虑的是摊铺、碾压的连续进行,确保拌和机、摊铺机前没有车辆积压现象,还要确保碾压的连续进行。螺旋进料器进料速度和摊铺速度相匹配,自动调节,摊铺速度不宜过慢,否则容易造成路面表面的离析。

4.4 Superpave沥青混合料的碾压

压实控制研究发现,只有当沥青混凝土路面的原位空隙率小于 8%时,路面才能做到基本不透水。为了防止水损害的出现,工程中压实度控制采用了“双控”的措施,即路面压实度要求达到理论最大密度的 94%～97%,控制现场路面压实后的原位空隙率在3%～6%之间。理论最大密度测定方法对于最大理论密度影响很大,并最终会影响到混合料空隙率的计算和路面质量的控制。目前常用的方法有计算法和实测法,计算法由于不能精确地判断集料有效密度的大小而不易准确获得。抽真空实测法操作简便,可以相对比较真实地反映混合料最大理论密度的情况,国内大量的同类研究也证明了这一点。因此在施工控制中最大理论密度的确定应以抽真空法为准。

5 结语

Superpave与传统的 AC路面相比,粗集料和细集料使用较少,更加侧重于中间集料,所以具有良好的均匀性、高温稳定性和抗水害性。从施工方面来讲,Superpave的施工工艺与传统的沥青混合料是有所区别的,主要表现在需要较高的碾压温度,要求机械设备有较高的抗压能力。当然也存在着一定的不稳定区,所以对压实工艺有较高要求。但只要按照施工要求,合理安排压实工艺,以现有的设备及技术水平完全可以生产出达到技术标准要求的Superpave路面。综合以上分析,Superpave混合料以其良好的实用性能及合理的施工成本,为解决长期困扰我国工程界的路面早期损害问题做出了极大的贡献。

[1]JTJ 052-2000,公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].

[2]JTJ 032-94,公路沥青路面施工技术规范[S].

[3]贾 渝.高性能沥青路面Superpave技术现状和我国的对策[A].99′高速公路沥青路面技术研讨会论文集[C].1999.

[4]刘 欣,于 新,张明文.开阳高速公路 Superpave设计与施工[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

刘 贤(1984-),男,助理工程师,深圳市天健沥青道路工程有限公司,广东深圳 518034