大粒徑瀝青混合料路用性能淺析

　　劉慶穎

　　【摘　要】隨著交通量的快速增長和軸載的加重，瀝青路面過早地出現(xiàn)了承載力不足和車轍等早期破壞增多的現(xiàn)象，大粒徑瀝青混合料具有很好的路用性能，提高路面抗車轍能力和耐久性。

　　【關(guān)鍵詞】公路;大粒徑瀝青混合料(LSAM);路用性能

　　一、概述

　　近年來，隨著交通量的增加，重載和輪壓不斷增大，瀝青路面過早地出現(xiàn)了承載力不足和車轍等早期破壞增多的現(xiàn)象，養(yǎng)護和維修費用較高，為了提高路面抗車轍能力和耐久性，在陜西省禹閻路C08標k41+604~k42+494段共890m長右幅試鋪13cm厚密級配LSAM大粒徑瀝青混凝土(ATB-40)下面層。根據(jù)試鋪路段研究大粒徑瀝青混凝土路用性能和配合比設(shè)計方法，為大粒徑瀝青混凝土推廣使用提供科學依據(jù)。

　　二、大粒徑瀝青混合料基本概況

　　大粒徑瀝青混合料(簡稱LSAM)一般是指含有礦料的最大粒徑>26.5mm的熱拌熱鋪瀝青混和料，級配良好的LSAM可以抵抗較大的塑性和剪切變形，承受重載交通的作用，具有良好的抗車轍能力，提高了瀝青路面的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂能力，特別是對重載路段需要持荷時間較長，與傳統(tǒng)的瀝青混凝土相比，LSAM抗永久變形能力顯示得十分明顯。

　　大粒徑瀝青混和料LSAM起源于二十世紀初的美國，但由于種種原因，并沒有得到廣泛應用，只是近幾年來在國際上才得以重視，國外研究主要集中在美國、英國、加拿大，日本等國，我國在京津塘高速公路河北省也有應用和試驗，他們主要是利用開級配瀝青穩(wěn)定碎石ATPB及密級配瀝青穩(wěn)定碎石ATB作為柔性基層，作為路面面層結(jié)構(gòu)研究較少，而我方此次試驗是將ATB瀝青混合料用作路面面層，替代中、下面層作為路面結(jié)構(gòu)層進行研究。

　　三、原材料的質(zhì)量要求

　　(1)瀝青：由于大粒徑瀝青混凝土有較好的骨架結(jié)構(gòu)，從級配本身就較普通瀝青混合料有較好的力學性能，能較好滿足路用指標，通過多方面試驗在采用普通基質(zhì)瀝青時，也都能滿足混合料的各項技術(shù)指標，特別是動穩(wěn)定度，在采用基質(zhì)瀝青時，較傳統(tǒng)的密級配普通瀝青混凝土可提高2倍以上。同時大粒徑瀝青混凝土的熱敏性方面指標也非常好，因此在作大粒徑瀝青混凝土時，瀝青選擇方面比普通瀝青混凝土要求可適當放寬，在采用大粒徑作中下面層時，完全可采用基質(zhì)瀝青或符合規(guī)范的國產(chǎn)瀝青，就能滿足重載交通對瀝青混凝土性能的要求，可以不采用改性瀝青，這樣就可節(jié)約大量投資。本試驗段采用的是韓國SK-A90基質(zhì)瀝青。

　　(2)粗集料：在大粒徑瀝青混合料，粗集料起到骨架作用，粗集料的質(zhì)量和其物理性能嚴重地影響著混合料的使用性能，因此混合料中粗集料應使用軋制的堅硬巖石。細長及扁平顆粒含量不應超過15%，集料壓碎值應不大于20%，粗集料與瀝青應有良好的粘結(jié)力，根據(jù)目前高速公路水損害出現(xiàn)的頻率較高，要求粗集料與瀝青的粘結(jié)力為5級，小于5級時應當采取抗剝落措施，以保證混合料達到水穩(wěn)定性指標要求，未列出指標應滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)中對熱拌瀝青混合料集料的要求。

　　(3)細集料：包括人工砂、石屑和天然砂。采用反擊式或錘式破碎機生產(chǎn)的硬質(zhì)巖集料經(jīng)過篩選的小于2.36mm的部分具有較好的角礫性，可以作為人工砂使用，使用人工砂和石屑作為細集料，但不準采用天然砂。細集料棱角性必須大于42%，砂當量值不小于65%。

　　(4)礦粉：礦粉必須采用石灰?guī)r或巖漿巖中的強基性巖石等憎水性石料經(jīng)磨細得到的礦粉。不能采用拌和機回收的粉塵。礦粉必須干燥、清潔。

　　四、LSAM瀝青混和料組成設(shè)計

　　(1) 組成設(shè)計控制要點

　　LSAM瀝青混合料具有良好路用性能的重要條件是大粒徑骨料形成骨架密實結(jié)構(gòu)，主骨架相互充分嵌擠，保證良好的內(nèi)摩阻力。

　　①骨架穩(wěn)定性基本條件是在壓實狀態(tài)下，瀝青混合料中粗集料的骨架間隙必須小于或等于沒有其他集料、結(jié)合料存在時粗集料集合體在搗實狀態(tài)下的間隙。

　　②骨架接觸度是指混合料中集料之間接觸的密實程度，用壓實成型的混合料粗集料毛體積相對密實與純粗集料干搗的相對密實之比來表示形成主骨架密實性，骨架接觸度與動穩(wěn)定度之間具有很好的相關(guān)性，骨架接觸度越大，動穩(wěn)定度則越高;骨架穩(wěn)定度越大，動穩(wěn)定度也越大，骨架穩(wěn)定程度、骨架接觸度，直接影響骨架密度結(jié)構(gòu)。骨架接觸度和動穩(wěn)定度值這兩個指標越大，瀝青混合料路面車轍值則越小。

　　③礦粉在瀝青混合料中起重要作用，其含量要適當，少了不能形成足夠的比表面吸附瀝青，過多又會使膠漿成團，致使路面膠泥離析，造成瀝青路面破壞。故此礦粉選用2%的摻量，來保證瀝青混合料的整體穩(wěn)定性。

　　(2)目標配合比的確定：

　　①選擇優(yōu)質(zhì)的原材料，檢驗各項技術(shù)指標之能夠滿足生產(chǎn)施工要求。

　　②根據(jù)級配范圍確定合理級配曲線，通過分析，選擇“S”型級配曲線合理，它的整體穩(wěn)定性好，抗車轍能力強，能夠提高路面承載能力。

　　③最佳瀝青用量確定：計算骨料表面積，瀝青膜厚度以最小瀝青用量采用3.0%、3.4%、3.8%、4.2%、4.6%，五種油石比進行試配，選出最佳油石比OAC=3.8%。

　　④通過配合比試驗及參照有關(guān)現(xiàn)有資料，確定LSAM技術(shù)指標見下表：

　　LSAM與普通瀝青混合料技術(shù)指標對比表

　　試驗指標 單位 標準馬歇爾試驗 ATB大型馬歇爾試驗

　　公稱最大粒徑 mm 26.5 ≥31.5

　　馬歇爾試件尺寸 mm φ101.6mm×63.5mm φ152.4mm×95.3mm

　　擊實次數(shù)(雙面) 次 75 112

　　空隙率VV % 3—6

　　穩(wěn)定度不小于 KN 7.5 15

　　流值 mm 1.5—4 實測

　　瀝青飽和度VFA % 55—70 40—70

　　動穩(wěn)定度

　　SK基質(zhì)瀝青實測 次/mm AC-25 ATB—40

　　1100 2723

　　由于LSAM粒徑較大，細集料較少造成骨料及所測流值離散性都很大，所以這個指標在國內(nèi)外都以實測值作為檢測指標，有關(guān)流值這一參數(shù)的控制指標以及試驗方法還有待各國科研工作者研究。

　　(3)生產(chǎn)配合比確定：根據(jù)目標配合比合成級配，確定熱拌倉篩孔尺寸及礦料比例。

　　熱料倉尺寸(mm) 22-50 11-22 5-11 0-5 礦粉

　　比例(%) 36 24 11 27 2

　　通過馬歇爾試驗確定最佳油石比為3.8%。

　　五、施工工藝

　　1.混合料拌和

　　大粒徑瀝青混合料拌制過程和普通瀝青混凝土的拌制過程基本相同，但因礦料粒徑大，瀝青用量較小，不易拌和均勻，拌和時間短時會出現(xiàn)花白料，瀝青裹附集料不均勻，瀝青膜厚度難以達到全部裹覆粒料，因此大粒徑瀝青混合料拌和時間要適當延長一些，采用干拌5s，濕拌35s。要使混合料拌和一致，無花白料，烏黑不發(fā)亮，無明油，無結(jié)團或成塊。

　　2.運輸注意事項

　　在拌和樓的儲料倉儲有足夠料時，方可開始給運輸車輛集中裝料。在裝料時，一定要按前、后、中的順序裝料，以減少裝料過程中產(chǎn)生的骨料離析。加強駕駛?cè)藛T的規(guī)范操作，安排責任心強、有經(jīng)驗的同志負責裝料，同時還應作好運輸途中的保溫工作等。

　　3.攤鋪

　　大粒徑瀝青混合料攤鋪過程中，較普通混合料施工最難控制的有三個方面：一是離析問題;二是平整度問題;三是壓實度問題。其中最難解決好的是前兩個問題，所以一切準備工作，應以改善提高前兩個方面路用指標為著眼點。

　　4、大粒徑混合料碾壓

　　大粒徑瀝青混合料的壓實也是非常重要的關(guān)鍵工序，壓實直接影響路面的綜合性能，壓實組合特別重要。

　　5、大粒徑瀝青混凝土路面后序施工及注意事項

　　離析面的處理：由于大粒徑混凝土，容易產(chǎn)生骨料離析問題，在施工中不僅要從設(shè)備管理和使用方面來減少離析、從級配及工藝本身來控制離析、在碾壓前，用人工篩分細料、人工二次布料來消除離析，但也總是難以避免局部離析透水面的產(chǎn)生，這也是大粒徑瀝青混凝土推廣較慢的一個重要原因之一。從目前施工實際來看，ATB-30以下型號大粒徑密級配瀝青混合料攤鋪可以從工藝、材料、設(shè)備等各方面保證不產(chǎn)生離析透水面，但ATB-40及以上型號的密級配瀝青混合料攤鋪時很難避免離析透水面的產(chǎn)生。因此，在大粒徑瀝青路面施工時必須注意以下幾方面：

　　(1)基層防水處理，建議采用瀝青封層封水，以防透水后損害基層、底基層和路基。

　　(2)大粒徑瀝青混合料作柔性基層用時，表面最好作稀漿封層防水處理后，鋪筑面層。若用作路面結(jié)構(gòu)層時，在大粒徑表面灑改性乳化瀝青作粘層和防水，可比通常粘層每平方多灑0.3-0.5kg，或者進行兩遍噴灑處理，也可在局部離析面上加量處理(二次處理)，其他正常段落和通常粘層施工一樣處理。

　　六、推廣應用分析

　　(1)路用性能

　　大粒徑瀝青混合料較常規(guī)瀝青混合料易形成良好的骨架結(jié)構(gòu)，具有良好的抗車轍能力，同時路面具有很好的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性能和水穩(wěn)定性，可加大路面的維修周期。

　　(2)壓實性能

　　由于大粒徑瀝青混合料施工攤鋪厚度大，具有良好的保溫性能，使壓實時間充裕，具有較好的可壓實性，特別是環(huán)境溫度較低時，路面仍可正常進行施工，延長了可以施工作業(yè)的時間。同時由于大粒徑骨架結(jié)構(gòu)的承重較好，在其上作瀝青面層封面時，封面層較三層瀝青結(jié)構(gòu)狀況下的上面層瀝青混凝土易壓實，封面層的平整度和壓實度都好保障。

　　(3)從材料及設(shè)備保障方面，目前無論從材料、瀝青混凝土拌和、攤鋪到碾壓，只要注意防止混合料離析和透水、認真組織就能滿足大粒徑混凝土施工需求。

　　(4)大粒徑混凝土的試驗儀器及檢測手段已具備，就是流值等參數(shù)的試驗方法還有待改善，從試驗手段來講，基本能滿足日常施工和監(jiān)控的需要。

　　(5)經(jīng)濟性分析

　　由于大粒徑瀝青混合料攤鋪厚度較大，減少了攤鋪層數(shù)，大大的降低了攤鋪和碾壓成本，另外，大粒徑瀝青混合料瀝青用量只有3.4%~3.7%，可比普通瀝青混凝土降低0.2%~0.4%，即每噸瀝青混合料節(jié)約瀝青2-4kg，按單價3000元/噸計算，則材料成本可降低6-12元/噸。

　　從攤鋪結(jié)果來看，用基質(zhì)瀝青施工就能滿足抗車轍及技術(shù)規(guī)范的其它要求，這為今后大面積推廣采用國產(chǎn)基質(zhì)瀝青施工高速公路中下面層也打下了好的基礎(chǔ)，如果能大面積推廣，必將節(jié)約大量投資。

　　七、結(jié)束語

　　通過大粒徑瀝青混合料試驗段的鋪筑和檢測，感到大粒徑瀝青混合料具有良好的承載能力和路用性能，具備良好的發(fā)展空間，較普通瀝青混凝土在機械費用、材料費用及人工費都有所下降，但最終結(jié)果須經(jīng)通行一段時間以后驗證。