公路瀝青面層配合比設計與施工技術研究

李舒棟

（廈門合誠工程檢測有限公司，福建 廈門 361027）

0 引言

在大容量的運輸條件下，交通壓力主要來自各類道路病害，例如嚴重的車轍、裂縫、水損等病害，使得公路的使用壽命大大縮減，導致大中修事故的頻頻發生。因此，如何有效地延長瀝青路面的使用周期，改善其服務質量，是廣大從業人員迫切需要解決的問題。橡膠粉改性瀝青是一種以橡膠粉和其他化學助劑混合而成的瀝青路面材料，加入橡膠粉后瀝青具有高溫穩定性、低溫柔韌性、抗老化性、抗疲勞性、抗水損壞性等性能，是較為理想的環保型路面材料。以下將基于公路瀝青路面建設特點對其配比設計以及施工技術進行分析。

1 公路瀝青路面的特點

瀝青是一種能抵抗負載和天然作用的礦物物質，能平滑路面、減少塵埃、防水，并且使用壽命長，還可改善輪胎與路面的摩擦。但目前瀝青路面仍有許多共性問題，若路面材料不合格、路面承載力較大、路面發生塌陷等，極易發生裂縫，造成壓縮、油袋、水淹、開裂等，嚴重影響路面的正常使用。高速公路瀝青路面水損傷是指在高溫環境下，因降雨、道路荷載等原因引起的水損傷，地表水分滲入瀝青路面，造成滲流壓力增大，嚴重影響了骨料與瀝青路面的黏合。另外，由于車輛的反復碾壓，瀝青路面材料會產生車轍，車轍是一種累積的永久變形，其深度與道路建設、瀝青混合料自身、氣候、交通量等因素有關[1]。

2 公路瀝青面層配合比設計及對質量的掌控

2.1 公路瀝青面層配合比設計

以海南省S314 天新線改建工程路面面層SMA-13 配合比為例，礦料組成設計一般按照設計圖紙的級配范圍以及《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）中的級配范圍從優選擇進行設計。《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）的附錄C中詳細介紹了SMA 混合料配合比設計方法，主要有以下幾個方面：

一是選擇符合施工技術規范和指標要求的材料。

二是設計級配的確定，首先通過試驗計算混合料體積特征參數，然后通過成型馬歇爾試件計算相應的體積特征參數（海南省S314 天新線改建工程采用的是橡膠瀝青，在高溫狀態下有較大的彈性和彈性恢復率，因此采用雙面75 次成型馬歇爾試件），最終使得計算的粗集料骨架間隙率小于粗集料松裝間隙率，且混合料的礦料間隙率大于16.5%。

設計瀝青用量應根據不同油石比成型的馬歇爾試件的測得的穩定度、流值、空隙率、礦料間隙率、飽和度是否符合設計要求，根據期望的空隙率確定油石比。

三是配合比設計檢驗，SMA 混合料最后還必須進行謝倫堡析漏及肯特堡飛散試驗。當兩項檢驗不符合規范要求時，應重新進行設計配合比[2]。

2.2 橡膠瀝青原材料的選擇

2.2.1 基質瀝青

以基質瀝青為主要原料，加入一定數量的橡膠粉，與其他類型的改性瀝青一樣，基質瀝青的特性對其性能有較大的影響，不同地區的氣候條件對基質瀝青的選用有一定的影響。根據我國有關資料和技術規程，氣候炎熱及重交通地區宜選用高黏度、低標號瀝青，氣候寒冷、降溫快則選用低黏度、高標號瀝青，晝夜溫差大選用針入度指數大，感溫性小的瀝青，檢測結果見表1。

表1 瀝青基本性能指標檢測結果（70 號A 級石油瀝青）

2.2.2 膠粉摻量

隨著膠粉用量的增加，其路用性能與黏度也隨之增加，如果黏性太高，很容易造成橡膠瀝青設備的管路阻塞，從而影響工程的進度，提高工程造價。所以，在基礎瀝青中應加入適量的橡膠粉，通常情況下，在15%～25% 之間。美國材料與測試學會（ASTM）要求，橡膠瀝青中的膠粉含量不得低于15%（含），約占外部摻量17.6%。根據國家交通運輸部的行業標準，橡膠瀝青中的橡膠粉含量通常為17.6%～30%。由于膠粉與基質瀝青質量的差別，膠粉的用量也不相同，有時會出現很大的差別，設計圖紙給定的橡膠瀝青配比為：膠粉∶界面料∶基質瀝青＝18%∶2%∶80%，參照上述比例生產的橡膠瀝青技術指標見表2。

通過表1和表2的試驗結果不難發現，加入橡膠后，瀝青的針入度明顯降低，軟化點升高，延度顯著降低，密度略微升高，黏度增大。說明通過橡膠改性后的瀝青高溫穩定性提高，對路面車轍、擁包現象有所改善。溫度敏感性降低，溫度較低時，瀝青變脆使路面發生應力開裂；在溫度較高時，路面變軟，受承載車輛作用而變形，而用膠粉改性后，瀝青的感溫性得到改善，抗流動性提高。與集料的黏附性增強，瀝青膜后增加，提高抗水侵害能力，延長道路使用壽命[3]。

表2 現場生產橡膠瀝青技術指標

2.2.3 界面劑

橡膠粉和瀝青是一種不活潑的材料，為了加速二者的作用，經常在橡膠瀝青中添加適量的外加劑，以加強橡膠粉與瀝青的反應，從而達到充分均勻分散于瀝青中的目的。黏結劑是外摻劑，是一種聚合物，是乳白色的透明球形和絮狀物，按照一定的比例添加到高溫基質瀝青中，一方面可以縮短生產周期，提高產量，達到攪拌設備的生產需要；另一方面，能有效地降低橡膠瀝青的黏度，不會造成管路堵塞，也不會對橡膠瀝青生產設備造成損害，并且能降低油石比，節省施工費用。

2.3 攪拌溫度

在不同的條件下，混合料的拌和溫度對橡膠和瀝青的反應性能有很大的影響。在橡膠瀝青加工中，攪拌溫度對橡膠瀝青產品的力學性能有很大的影響。一般情況下，隨著瀝青溫度的提高，其黏度降低，輪胎膠粉更容易分散、膨脹，輕油含量降低，黏度增加。而隨著攪拌溫度的升高，瀝青的老化程度也會加劇，而在較高的溫度下，橡膠的硫化作用會加劇，從而導致其黏度下降。通過實驗研究，確定了最佳的混合溫度為175～185℃。

2.4 攪拌時間

根據國內外的研究數據，不同的攪拌時間對橡膠瀝青的各種性能指標都有較大的影響，而且其性能指標并非只隨時間的推移而呈線性變化，有時增加，有時減少，有時反復。橡膠瀝青的延度隨攪拌時間的延長而增大，但黏度卻先增大后降低。造成這種現象的主要原因是橡膠粉末在接觸到瀝青后立即產生膨脹，如果反應時間太短，膠粉溶脹太小，導致橡膠改性瀝青只是膠粉和瀝青的一種簡單的混合；反應時間過長，膠粉的反應過多，不但會使橡膠瀝青失去物理和機械性能，還會降低生產效率，提高燃料成本。根據國內外的先進經驗，得出了45～60min 的混合最優混合工藝[4]。

3 公路工程瀝青路面施工技術

3.1 施工前準備工作

3.1.1 原材料質量控制

進入施工現場的瀝青必須有生產廠家的質量檢驗證書，貯存、運輸和使用過程中應采取防水措施。硬度、耐磨性和沖擊強度好的礫石不得過篩或軟化。骨料應為玄武巖、安山巖或粉狀花崗巖。要求壓碎值、洛杉磯磨耗值、對集料與瀝青的黏附性、針含量、磨光值、吸水率、顆粒成分等指標滿足設計規范要求。天然砂和機制砂應清潔、干燥、無大氣介質和污染物，其容重、硬度、分級、細度模數等指標應符合規范要求。為增加集料與瀝青的附著力，可采取措施摻入石灰、水泥或抗撕裂保護劑。

3.1.2 攤鋪機的準備

攤鋪機的性能和各種參數的設置對攤鋪機的質量有重大影響。因此，安裝前應正確安裝各種工作設備，并根據工況調整寬度、弧度、工作入射角、螺旋分配器的長度和位置、振動頻率、振子等參數。

3.2 瀝青混合料路面攤鋪

在攤鋪混合料時，控制要點包括以下幾個方面：

一是依據公路等級、路面寬度合理選擇混合料攤鋪機組合。攤鋪高速公路、一級公路的瀝青混合料時，其攤鋪寬度不應超過6～7.5m。作業單位在攤鋪之前需對攤鋪機進行全面檢修，確保攤鋪機的運行狀態良好，避免實際施工過程中因機械故障從而影響到正常的施工作業。此外，為確保操作攤鋪機的規范性，攤鋪機操作人員應具有較為豐富的工作經驗，能夠熟悉該品牌攤鋪機，以便于及時發現攤鋪機的潛在問題及攤鋪機的故障原因。

二是合理調整攤鋪機各項參數。在實際施工過程中，需要依據公路建設標準，對攤鋪機寬度、速度和熨平板初始仰角等核心參數進行調整，確保攤鋪機在實際作業過程中能夠保持恒定的運行速度，實現均勻不間斷攤鋪作業，以免混合料出現溫度離析。

三是選擇合適的碾壓方式，不同等級公路應當使用規范內相應的碾壓方式。

四是混合料卸載。在卸料過程中，為防止卸料操作對攤鋪機的正常行進速度造成影響，運料車需要與攤鋪機之間保持100～300mm 的距離，且運料車不得突然制動，必須空擋等候，由攤鋪機推動前進，開始緩緩卸料。

五是在面對變幅、變坡等特殊路段時，攤鋪機需要平穩漸變、避免大幅度轉向。找平基準的設置可采用一側移動式均衡梁基準加橫坡控制手段。應用預測表格控制法，不僅可以使操作人員逐步輸入橫坡控制值，也可對橫坡度進行適當的調整。對于公路的變幅路段，可選用伸縮式熨平板，攤鋪時應使每幅工作面均與攤鋪機中心線重合。

3.3 瀝青路面壓實技術和接縫施工技術

為了提高瀝青混凝土路面的耐久性，混合料的攤鋪和壓實是兩個重要的步驟。如果混合料的攤鋪工序不夠緊湊，攤鋪工作就會減少。壓實的目的是減少混合料中的空隙，提高路面的壓實度，提高瀝青路面的耐久性。

在攤鋪過程中，攤鋪的混合料應預留30～60cm 寬的位置，該部分不應壓實，此時，約5～10cm 的路面層以接縫的形式相互重疊，最后進行黏結和碾壓，以消除接縫痕跡。水平施工縫均采用平面縫，由3m 直尺從縱向延伸處鋪設的道路的最后部分，該位置是懸臂裂縫處理的一部分，用鋸切割后，繼續攤鋪時，必須清理接縫處的灰塵。碾壓時采用鋼壓路機進行橫向碾壓，從第一道攤鋪的橫向裂縫逐漸移動到新的攤鋪層。對接縫問題進行處理時需要引進科學的接縫以及壓實技術，進而提升瀝青路面的平整性，同時也能降低施工縫不斷擴大而導致的路面坑洼現象。針對瀝青路面出現裂縫病害的情況，常采用表面封閉法、開槽灌縫法等方式進行修補，用于降低裂縫面積不斷擴大的風險，確保路面面層行車的安全性與舒適性。表面封閉法適用于裂縫寬度2mm 以下的裂縫，夏季采用沿裂縫涂低稠度瀝青，冬季采用沿裂縫涂陽離子乳化瀝青。開槽灌縫法適用于裂縫寬度2mm 以上的裂縫，根據裂縫的形狀確定開槽尺寸，按照確定尺寸開槽，用吹風機將槽內的碎塊、粉塵清理干凈，用灌縫機上帶有壓平器的壓力噴頭將密封膠均勻的灌入槽內并在裂縫兩側拖成一定寬度和厚度的封層。對瀝青混凝土路面面層縫修補時常采用具有較好彈性的灌漿材料如聚氨酯進行黏合，進而更好地提高裂縫缺陷修補的整體效果。

4 結語

總而言之，為了更好地優化公路瀝青路面建設的質量，需要做好相應的指標配比設計工作以及施工技術應用工作，進而提升公路路面建設的穩定性和安全性。在配比設計過程中需要基于原材料含量、溫度以及其他指標做好相互融合規劃，以此使得瀝青路面質量處于一個較高的標準。本文主要基于海南省S314天新線改進工程實例，對瀝青路面的配比設計以及施工技術應用進行探究，以期能夠最大程度地優化施工質量。