論高速公路排水瀝青路面原材料技術(shù)要求及配合比設(shè)計要點(diǎn)

孫志華

摘 要：為滿足高速公路使用要求，提升雨天通車的抗滑、排水、降噪路用性能，公路工程項目常采用排水瀝青路面，實(shí)現(xiàn)低噪聲、低眩光的項目設(shè)計要求。本文針對容易產(chǎn)生積水的高速公路路段，分析了高速公路鋪設(shè)排水瀝青路面層的意義，并結(jié)合項目所處環(huán)境和通車情況，提出了優(yōu)化設(shè)計的路面結(jié)構(gòu)方案，并根據(jù)排水瀝青路面材料的技術(shù)特點(diǎn)和工藝要求，通過試驗(yàn)研究分析計算出最佳的排水瀝青路面聚合物配合比。文章通過項目實(shí)踐所得結(jié)論，對同類型的工程建設(shè)具有重要指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：高速公路;排水瀝青混合料;原材料技術(shù)要求;配合比設(shè)計要點(diǎn)

中圖分類號：U416.217 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

近年來，排水瀝青路面廣泛應(yīng)用于我國道路建設(shè)中，大量的路面排水實(shí)驗(yàn)工程證明，原材料質(zhì)量與路面結(jié)構(gòu)工藝水平是決定道路排水性能的關(guān)鍵。本文研究了排水性路面的原材料特點(diǎn)和相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，通過分析瀝青混合料目標(biāo)配合比，確定生產(chǎn)配合比，驗(yàn)證生產(chǎn)配合比這三個關(guān)鍵階段，提高排水瀝青路面的使用性能，實(shí)現(xiàn)路面的排水、抗滑、降噪功能，為實(shí)際的工程建設(shè)提供了有力的技術(shù)支撐。

1 項目背景

某排水瀝青高速公路地處江南丘陵過濕區(qū)。該地區(qū)為亞熱帶季風(fēng)氣候，夏季高溫多雨，冬季溫和少雨，有明顯的季節(jié)劃分，空氣濕潤，暑熱期較長，寒期較短，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將4-6月劃分為雨季，其降水量可達(dá)全年降水量的37%～46%。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)可以得知，該地區(qū)年均溫約17.4℃，其中近年來出現(xiàn)過的極端高溫和低溫分別為40.5℃、-11.5℃;平均年降水量為1 412.2 mm，日最高降水量為195.7 mm;年均蒸發(fā)量、相對濕度和風(fēng)速分別為1 369.8 mm、79%、2.2 m/s。

2 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的選擇

（1）此項目作為某典型綠色項目建設(shè)，該高速公路在施工時充分考慮交通部提出的公路環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，貫徹可持續(xù)發(fā)展觀，堅持綠色、循環(huán)、經(jīng)濟(jì)的設(shè)計理念，積極推廣節(jié)能減排新工藝新技術(shù)[1]。近年來，排水瀝青道路在國內(nèi)外路面工程建設(shè)中廣泛應(yīng)用，有效解決了路面積水問題，減輕了雨天行車發(fā)生側(cè)滑的風(fēng)險;減輕了眩光現(xiàn)象，擴(kuò)大了夜間行車的視野范圍;實(shí)現(xiàn)了良好的降噪效果，避免了噪聲污染。

（2）此高速公路路段易積水且多隧道，選用排水性瀝青路面完成設(shè)計施工，在部分易積水區(qū)域使用PAC-13材料代替SMA-13材料，有助于節(jié)約資源，提高經(jīng)濟(jì)效益，創(chuàng)造舒適安全的行車環(huán)境。

（3）長隧道排水瀝青路面，因面層具有大量的開口孔隙，能有效吸收車輪摩擦路面產(chǎn)生的噪音，使其具備約3-5分貝的降噪能力[2];另因隧道內(nèi)部空氣流通不暢，難以接觸陽光，隧道內(nèi)的路面常常處于潮濕積水狀態(tài)，并在表面形成水膜。長時間的通車后，含水路面吸附了大量未燃盡的汽車尾氣油脂，道路的抗滑性能降低[3]。因此，設(shè)計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，保證通車安全。

（4）在路幅較寬、縱坡、合成坡度相對較小或零坡度的路段經(jīng)常出現(xiàn)積水問題，如“S”型變坡點(diǎn)路段和較為緩和的曲線路段[4]。為保證通車效率，排除安全隱患，應(yīng)在這些雨天非安全區(qū)域內(nèi)，設(shè)計出排水性能良好的排水道路。

3 原材料技術(shù)要求

3.1 瀝青及高黏度添加劑

（1）根據(jù)路段施工所在地的氣候特點(diǎn)和交通狀況，選擇合適的專用瀝青進(jìn)行排水路面施工。在通過大量實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后，道路石油瀝青、SBS改性瀝青與直投改性高黏度添加劑（HVA）復(fù)合技術(shù)已逐步成熟[5]。

（2）按照公路行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，SBS改性瀝青涂料應(yīng)符合PG76-22等級標(biāo)準(zhǔn)，并確保涂料中至少含有4.5%的改性劑。具體標(biāo)準(zhǔn)如下表所示，其中表1、表2、表3分別為分別為SBS改性瀝青工藝技術(shù)指標(biāo)、改性添加劑的黏度要求和高黏度的改性瀝青工藝技術(shù)指標(biāo)要求。

（3）通常情況下，將92%的改性瀝青和8%的高黏度添加劑（HVA）充分結(jié)合后的施工效果最佳[6]。SBS改性瀝青和高黏度添加劑HVA配伍性較高，應(yīng)進(jìn)行2至3組的實(shí)驗(yàn)后再進(jìn)行比對選擇。

（4）高黏改性瀝青制備技術(shù)：通過添加黏度改性劑，制備高黏改性瀝青材料技術(shù)流程如下：

①在添加改性劑前，應(yīng)將基質(zhì)瀝青加熱到180℃～190℃范圍內(nèi)，同時添加一定比例的黏度改性劑，添加過程中應(yīng)同步拌合，保證改性瀝青的均勻性，從而充分發(fā)揮改性作用;

②將試件置于剪切試驗(yàn)機(jī)下，將剪切試驗(yàn)儀轉(zhuǎn)速調(diào)整至5000 r/min，連續(xù)剪切0.5 h，剪切試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)溫度應(yīng)保持在185℃～200℃范圍內(nèi);

③停機(jī)，并將改性瀝青混合料置入烘箱內(nèi)烘烤0.5 h，烘烤溫度180℃，烘烤后，對試件進(jìn)行各項試驗(yàn)。

（5）由于試驗(yàn)誤差影響，高黏改性瀝青混合料粘韌性試驗(yàn)結(jié)果離散性較大，故在性能試驗(yàn)中，該指標(biāo)僅作為參考選用[7]。

3.2 粗集料

（1）用于拌和排水瀝青混凝土的粗粒徑集料應(yīng)保證粒徑均勻、表面清潔干燥，且粗粒徑集料的黏附性、耐久性及硬度等均應(yīng)滿足設(shè)計要求，粗粒徑集料各項技術(shù)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)詳見下表4、5所示：

（2）排水瀝青混凝土中的粗粒徑集料相互接觸形式為點(diǎn)接觸，一旦集料強(qiáng)度和剛度不滿足設(shè)計要求，在壓實(shí)機(jī)械作用下，必將造成局部集料壓碎，進(jìn)而誘發(fā)粒料松散、飛濺，造成嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)損傷[8];故應(yīng)嚴(yán)格控制軟弱集料的占比，具體指標(biāo)結(jié)合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》相關(guān)要求確定。

（3）嚴(yán)格依照現(xiàn)行《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》相關(guān)要求開展該項試驗(yàn)，將壓碎儀和壓柱同時置于188℃～192℃的烘箱內(nèi)，烘干時間不應(yīng)低于2 h，烘烤完的試件應(yīng)立即開展試驗(yàn)。

3.3 細(xì)集料

（1）細(xì)粒徑集料應(yīng)保證表面清潔干燥、質(zhì)地堅硬，具體技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)詳見下表6、7所示：

（2）嚴(yán)格控制經(jīng)二次除塵后的不同料倉內(nèi)粒徑低于0.075 mm粒料的占比是否滿足設(shè)計要求，保證含量指標(biāo)不大于5%，且0#～3#料倉的篩孔孔徑應(yīng)為3 mm。

3.4 礦粉

（1）外加礦粉應(yīng)保證表面清潔干燥、質(zhì)地堅硬、未見明顯風(fēng)化，嚴(yán)禁使用回收礦粉作為外加劑。礦粉各項技術(shù)指標(biāo)詳見下表8所示：

3.5 排水瀝青混合料

排水瀝青混合料各項技術(shù)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)詳見下表9所示：

4 排水瀝青路面配合比設(shè)計

配合比設(shè)計主要包含：目標(biāo)配合比、實(shí)際生產(chǎn)配合比及配合比驗(yàn)證三部分：

4.1 目標(biāo)配合比設(shè)計要點(diǎn)

（1）檢驗(yàn)混合料中各項原材料技術(shù)指標(biāo)是否滿足要求。

（2）根據(jù)設(shè)計空隙率指標(biāo)，選配三種配合比方案，保證2.36 mm篩孔的通過率控制在±3%附近，下表10為PAC-13型排水瀝青混合料集料級配范圍。

（3）通過馬歇爾試驗(yàn)，獲取體積指標(biāo)，重點(diǎn)控制空隙率指標(biāo)，保證其滿足設(shè)計要求。

（4）滿足設(shè)計要求后，按±0.5%，±1%的梯度微調(diào)瀝青用量，并同步開展析漏、飛散試驗(yàn)，并繪制試驗(yàn)參數(shù)曲線圖，通過析漏試驗(yàn)的反彎點(diǎn)位置確定瀝青合理用量，通過下圖1可知，瀝青合理用量比重為4.46%，對應(yīng)的析漏量低于0.8%（燒杯法）。

（5）排水瀝青混合料各項性能檢驗(yàn)。

4.2 生產(chǎn)配合比設(shè)計要點(diǎn)

（1）實(shí)際生產(chǎn)配合比級配設(shè)計應(yīng)基于目標(biāo)配合比級配指標(biāo)，通過微調(diào)冷料倉轉(zhuǎn)速和熱料倉篩分量實(shí)現(xiàn)熱料倉之間的料量平衡，其中，每一檔熱料倉內(nèi)的質(zhì)量不能大于±3%。

（2）在冷料倉和熱料倉內(nèi)的混合料實(shí)現(xiàn)平衡后，隨即開始實(shí)際生產(chǎn)配合比的設(shè)計及試拌，此外，對目標(biāo)配合比方案中的最佳基質(zhì)瀝青用量、最佳基質(zhì)瀝青用量±0.3%等三個用量指標(biāo)分別進(jìn)行試拌。

（3）選取不同油石比指標(biāo)對應(yīng)的試拌料開展析漏、飛散及馬歇爾試驗(yàn)，校核析漏量和體積指標(biāo)，結(jié)合指標(biāo)情況予以調(diào)整。

4.3 生產(chǎn)配合比驗(yàn)證要點(diǎn)

（1）以最終選定的實(shí)際生產(chǎn)配合比鋪筑試驗(yàn)段，以論證配合比的可行性，試驗(yàn)段鋪筑長度不能低于0.3 km[9]。

（2）選取現(xiàn)場施工混合料，開展浸水殘留穩(wěn)定度、析漏、車轍、浸水車轍、劈裂凍融、飛散、浸水飛散、馬歇爾滲水系數(shù)及車轍板滲水等各項試驗(yàn)，結(jié)合篩分、抽提試驗(yàn)結(jié)果，定量分析拌合站對混合料配合比的控制能力[10]。

（3）對現(xiàn)場試驗(yàn)段進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn)，根據(jù)施工參數(shù)分析實(shí)際生產(chǎn)配合比的適用性，優(yōu)化攤鋪、壓實(shí)機(jī)械的作業(yè)形式和組織形式，調(diào)整攤鋪壓實(shí)施工工序，調(diào)整壓實(shí)時長、壓實(shí)工序、壓實(shí)溫度、壓實(shí)速率、壓實(shí)次數(shù)、壓實(shí)機(jī)械噸位、壓實(shí)工況及施工接縫處治方式等。

（4）選取不少于10個橫斷面開展?jié)B水試驗(yàn)，論證施工的均勻性[11]。

5 結(jié)論

本文立足于項目實(shí)際，論述了工程背景及排水型瀝青混凝土路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法;分析了高黏改性瀝青混合料中，基質(zhì)瀝青、黏度改性劑、粗、細(xì)粒徑集料、外加礦粉等原材料的選材標(biāo)準(zhǔn);提出了從目標(biāo)配合比、實(shí)際生產(chǎn)配合比及實(shí)際生產(chǎn)配合比驗(yàn)證三方面總結(jié)了配合比的設(shè)計關(guān)鍵點(diǎn)[12]。本項目中最終選定的目標(biāo)配合比推薦表10中列明的級配指標(biāo)可作為PAC-13型排水瀝青混凝土路面的目標(biāo)配合比標(biāo)準(zhǔn)級配，對應(yīng)的油石比指標(biāo)為4.46%;綜合以上研究內(nèi)容發(fā)現(xiàn)，本文提出的配合比設(shè)計方案，對于進(jìn)一步推進(jìn)國內(nèi)在排水型瀝青混凝土路面的研發(fā)與應(yīng)用意義顯著。

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