基于指標(biāo)要求的瀝青面層施工質(zhì)量控制

(武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院 湖北 武漢 430074)

施工技術(shù)是能否實現(xiàn)設(shè)計意圖、保證道路質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，目前，我國的總體施工水平不高，雖然近年來引進(jìn)了大批國外先進(jìn)設(shè)備，但是由于人員素質(zhì)、施工技術(shù)配套等原因，提高的只是施工效率，道路的質(zhì)量水平并沒有得到真正明顯的提高。本文針對施工各環(huán)節(jié)所需要注意的指標(biāo)要求進(jìn)行描述，以促進(jìn)施工質(zhì)量控制。

一、原材料的質(zhì)量控制

原材料的控制指標(biāo)，目前我國規(guī)范中已有很明確的描述，這里只是對特別需要注意的事項進(jìn)行強調(diào)。

(一)瀝青

一方面，瀝青結(jié)合料性能的直接影響到瀝青路面的車轍、疲勞破壞以及低溫開裂。另一方面，瀝青與集料的黏附性直接影響著瀝青混合料的水穩(wěn)性、透水性以及混凝土的強度等。因此，嚴(yán)格控制瀝青的質(zhì)量尤為重要。

(二)集料

對壓碎值，由于目前壓實機械基本是重型壓實，加上國內(nèi)對此缺少充分的研究，從研究實際考察結(jié)果來看，目前規(guī)范值太高，應(yīng)進(jìn)一步降低指標(biāo)要求值；集料的灰泥含量，雖然規(guī)范中有明確要求，但從全國范圍內(nèi)的施工現(xiàn)場來看，絕大多數(shù)沒有對此引起足夠重視。集料表面的不潔凈，直接影響瀝青膠漿與其黏附性能，從而大大降低瀝青混合料的抗水損能力和抗剪切能力。

二、 材料的運輸

(一)材料運輸中的離析

材料的運輸，不管是堆放、轉(zhuǎn)移、裝載，還是運輸過程，都會產(chǎn)生一定程度的離析，因此，需對材料的運輸、裝卸過程，比如，堆料高度、堆放方式、裝料方式等，都予以嚴(yán)格控制，以減少這種離析現(xiàn)象的發(fā)生。

(二)運輸車輛對建設(shè)中路面質(zhì)量的影響

為了節(jié)省開支，不采用施工便道施工，對在建路面產(chǎn)生兩方面的影響：一是造成污染。二是會對所建路面造成應(yīng)力破壞，尤其是，我國公路建設(shè)中，幾乎所有的運輸車輛都是超載運輸。筆者經(jīng)實地調(diào)查。調(diào)查車輛為額定負(fù)荷10～15噸的普通運輸車。實際結(jié)果顯示運輸車平均負(fù)荷達(dá)36.3噸，超載量達(dá)到200%還要多。如此大的超載量，對路面各結(jié)構(gòu)層，尤其是處于養(yǎng)生階段、強度還沒有達(dá)到最大時的水穩(wěn)層來說，可能是致命的。在標(biāo)準(zhǔn)荷載(10噸)作用下，水穩(wěn)基層層底拉應(yīng)力計算為0.115MPa，而在超載100%(20噸)作用下，計算水穩(wěn)基層層底拉應(yīng)力已達(dá)0.202MPa，而按規(guī)范計算水穩(wěn)層層底彎拉應(yīng)力容許值為0.16MPa(考慮了疲勞效應(yīng))。

三、 瀝青層的攤鋪

(一)分層攤鋪的影響

我國瀝青面層一般分層施工，分層的原因一方面考慮施工壓實的需要，另一方面，這樣分層可以略微降低造價。然而調(diào)查發(fā)現(xiàn)，實際層間接觸面上發(fā)生了非常嚴(yán)重的剝落，造成層間剝落的原因非常復(fù)雜，一方面是因為動水壓力的作用，另一方面與面層的層次過多有關(guān)：

① 每個瀝青層的厚度較薄，攤鋪層溫度很高，而下臥層的溫度很低。巨大的溫度差異，使攤鋪的混合料在接觸面上熱量迅速散失，攤鋪層下部溫度迅速降低，瀝青的稠度因此迅速升高，使攤鋪層底部難以壓實；

② 每個攤鋪層的厚度較薄，碾壓時瀝青層很難在厚度方向上形成均勻的揉搓和碾壓，往往造成上部相對密實，而下部相對疏松。

因此，每一攤鋪層厚度方向上的壓實度都是不均勻的，在瀝青面層的層間接觸面上形成了密度較小的薄弱帶，當(dāng)外界水侵入時，這些薄弱帶成為了最好的蓄水層，在各種因素的綜合作用下，損壞往往首先從這些薄弱帶開始發(fā)生、擴展，所以調(diào)查中發(fā)現(xiàn)的中、底面層損壞嚴(yán)重就不足為奇了。

(二)攤鋪的技術(shù)改進(jìn)措施

要有效減弱瀝青分層攤鋪所產(chǎn)生的不利影響，除了常規(guī)的攤鋪技術(shù)，研究者經(jīng)驗認(rèn)為，還有如下幾個方面可以進(jìn)行瀝青層攤鋪技術(shù)的改善或改進(jìn)：

1)合理攤鋪時機的選擇

攤鋪時，環(huán)境溫度、風(fēng)速、下臥層表面溫度、攤鋪厚度，很大程度上影響攤鋪效果，因此，必須合理把握攤鋪時機。比如，即使環(huán)境溫度滿足規(guī)范規(guī)定的要求，但如果風(fēng)速過大，或者下臥層溫度過低(比如，低于30℃)時，就應(yīng)該停止作業(yè)或者采取其他的改善措施。同時，應(yīng)避免夜間施工。

2)實時調(diào)整攤鋪機的攤鋪速度。一方面，上午和夜間的攤鋪速度應(yīng)低于中午、下午的攤鋪速度；另一方面，當(dāng)風(fēng)速偏大時，也應(yīng)適當(dāng)降低攤鋪機的攤鋪速度。

四、 瀝青混合料的均勻性保證

瀝青混合料的均勻程度直接關(guān)系到瀝青路面的力學(xué)性能和使用壽命。在許多潛在引起路面初期破壞的因素中，最嚴(yán)重的是瀝青混合料的不均勻性。不均勻的瀝青混合料中集料的級配和(或)瀝青含量與最初的設(shè)計配合比中的要求不相符，造成混合料的密度和空隙率變化很大。研究已經(jīng)表明：瀝青混合料發(fā)生不均勻時，混合料的勁度、拉伸強度和疲勞壽命下降，路面的服務(wù)壽命降低，從而加速路面的早期損壞。

瀝青混合料是由瀝青、粗細(xì)集料、添加劑和空隙四成分組成。瀝青混合料的不均勻性是瀝青混合料中組成成分不均勻性的綜合反映，其中最主要表現(xiàn)在瀝青混合料中集料分布的不均勻性上，表現(xiàn)為一些局部的粗集料或細(xì)集料集中。一般來說，不均勻的路面，粗集料相對集中的地方空隙率大，瀝青含量少，雨水易于滲透而容易造成剝落和坑洞；反之，細(xì)集料相對集中的地方空隙率小，瀝青含量多，易造成局部的永久變形和泛油。

改善瀝青混合料的均勻性，可以從以下幾個方面入手：

1)瀝青混合料均勻性隨其集料公稱最大粒徑的變化而變化。集料公稱最大粒徑增大，一般其混合料的均勻性較差。因此，在不影響路面結(jié)構(gòu)力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)功能的前提下，應(yīng)適當(dāng)降低集料的公稱粒徑。

2)集料中4.75mm這檔集料比2.36mm這檔集料對瀝青混合料均勻性影響要顯著得多，故在集料級配設(shè)計過程中要嚴(yán)格控制4.75mm這檔集料。

3)含油量的變化會對瀝青混合料均勻性產(chǎn)生顯著的影響。在最佳含油量時，瀝青混合料均勻性是最好的。含油量在最佳附近變化，無論是增加還是減少，對應(yīng)的瀝青混合料均勻性都會變差。含油量較小時，瀝青混合料中包裹集料的油膜厚度比較薄，集料間的摩擦阻力較大，在壓實功作用下，集料很難在混合料中產(chǎn)生位移；而含油量較大時，瀝青混合料中包裹集料的油膜厚度比較厚，集料間的摩擦阻力較小，在壓實功作用下，集料很容易在混合料中產(chǎn)生位移。這些都會造成瀝青混合料均勻性變差。在最佳含油量時，瀝青混合料中包裹集料的油膜厚度和集料間的摩擦阻力適中，在壓實功作用下，集料朝均勻性有利的方向上進(jìn)行了一定的重新分布。

4)控制原材料的堆放、裝載和運輸過程。

5)要保持?jǐn)備仚C的工作狀態(tài)。當(dāng)攤鋪機已經(jīng)使用了一定年限時，應(yīng)更換關(guān)鍵部件以保證攤鋪混合料的均勻性，同時，還應(yīng)給以經(jīng)常性的檢修。

6)攤鋪作業(yè)時，即使環(huán)境狀況很好，路表溫度很高，也不能攤鋪過快。同時，應(yīng)盡可能降低單個攤鋪機的攤鋪寬度。

7)攤鋪過程中，避免每車料收斗一次。盡可能每一個或者每半個工作日收斗一次，每次收斗攤鋪出來的混合料應(yīng)盡可能清除。

五、瀝青層的壓實及壓實度保證

瀝青層的壓實是瀝青混合料施工過程中最重要的環(huán)節(jié)之一。瀝青混合料壓實與否，直接影響到其強度、耐久性、抗變形能力、抗水損能力、滲水性能以及抗滑性能等各方面。

影響瀝青壓實的因素有很多，除了壓實功外，還有瀝青混合料本身的特性比如瀝青是否改性、含油量，混合料的溫度，氣溫，風(fēng)速，下臥層溫度，攤鋪層厚度等等。一般說來，瀝青層的變形分壓密固結(jié)變形和塑性變性2種。壓實可以大大減小壓密變形，同時又能降低塑性變形產(chǎn)生的可能性。

(一)壓實度標(biāo)準(zhǔn)研究

目前國際上的壓實標(biāo)準(zhǔn)一般定在92%理論密度的水平。傳統(tǒng)的壓實理論認(rèn)為，施工期間的壓實為一次壓實，通車后(夏天)在行車的作用下進(jìn)行二次壓實，進(jìn)而達(dá)到最終的壓實度。這種在理論在重交通路面上是不合適的：如果能夠產(chǎn)生二次壓實，則會過早產(chǎn)生車轍，這是顯然是不能接受的；實際上，目前的瀝青和集料的質(zhì)量都很好，在經(jīng)過壓路機壓實后由車輛在低溫進(jìn)行二次壓密的可能性是極小的，尤其是中、下面層。路面施工完成后，路面的空隙率在8%左右。這么大的空隙率將一直保留在瀝青混合料中，造成瀝青混合料的強度比室內(nèi)設(shè)計值降低40%左右。所以，即便達(dá)到規(guī)范要求的壓實度，瀝青混合料的強度依然是很低的，沒有達(dá)到設(shè)計要求。所以，對重交通瀝青路面而言，其壓實度應(yīng)該達(dá)到或接近100%(Marshall標(biāo)準(zhǔn))，使路面結(jié)構(gòu)中混合料的抗力達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，而不是目前采用的96或97%的標(biāo)準(zhǔn)，這比采用改性瀝青更為重要。按照目前的施工機械，達(dá)到這個壓實度是沒有困難的，如果集料的形狀和均勻性均保持較好的話。

如果我們采用空隙率而不是密度來定義壓實度，則更容易暴露出目前壓實的不足，即定義：

(5-1)

式中，AVMa——Marshall試件空隙率；AVPa——路面實際空隙率。

按此定義，達(dá)到規(guī)范要求壓實度時，C值僅在50-60%之間。已有的研究成果表明，相對目前的交通而言，Marshall擊實標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)是偏低的，即便這樣，在實踐中也沒有達(dá)到。因此，將壓實度標(biāo)準(zhǔn)確定為按式(5-1)定義式的96%(接近目前定義的100%)是必要的。

(二)改進(jìn)壓實效果的方法

1)增加膠輪碾壓。目前在路面壓實的過程中，對采用輪胎壓路機的重視程度不夠。在不增加壓實功的前提下，采用輪胎壓路機時路面壓實度可以提高1～2個百分點。更重要的是，輪胎壓路機的壓實機理是揉搓和剪切作用，所壓實的路面空隙率均勻性較好，這是鋼輪壓路機所無法達(dá)到的效果。所以，路面復(fù)壓時采用輪胎壓路機，并盡可能增加其碾壓遍數(shù)是有效的工序。

2)適當(dāng)提高混合料的出廠溫度和攤鋪溫度。

3)在適宜的環(huán)境條件下(氣溫、風(fēng)速等)作業(yè)，尤其要注意下臥層層表的溫度。

六、結(jié)論

本文基于瀝青路面現(xiàn)場施工狀況及實測數(shù)據(jù)，針對目前我國瀝青路面施工過程中存在的一些問題，闡述基于指標(biāo)控制的一些改善措施，對以后瀝青面層施工過程中質(zhì)量控制提供參考。

[1]姚祖康. 公路設(shè)計手冊——路面. 北京：人民交通出版社, 1992

[2]孫立軍 等著 瀝青路面結(jié)構(gòu)行為理論. 北京：人民交通出版社，2005.

[3]胡小弟 輪胎接地壓力分布實測及瀝青路面力學(xué)響應(yīng)分析. 同濟(jì)大學(xué)博士學(xué)位論文，2003.