熱拌瀝青混凝土路面施工質量控制研究

張龍云ZHANG Long-yun

（和縣公路管理服務中心，馬鞍山 243000）

0 引言

瀝青混凝土是采用連續密級配礦料組成設計，設計空隙率3～5%左右的路用熱拌瀝青混合料，具有孔隙率低，密實防水，抗自然侵蝕能力較強，耐久性好等路用性能，但其屬于懸浮密實結構，在常溫及高溫下塑性較大，穩定性較差，在高等級道路中使用較為普遍。瀝青混凝土路面存在著車轍、坑槽、網裂等各種早期損壞現象，究其原因有路基承載力不足、半剛性基層的反射裂縫等等，但瀝青混合料拌和、運輸、攤鋪、碾壓等施工工序控制不規范、不嚴格，而各種離析導致的混合料不均勻是重要誘因。施工時必須進行全面質量管理，充分做好各個環節質量控制，才能確保瀝青混凝土的物理力學性能滿足路面使用要求。

1 瀝青混凝土的路用性能

瀝青混凝土路面直接承受行車荷載反復作用及紫外線、溫度變化等自然因素的影響，必須具備一系列技術性能，才能確保其服務性能優良，經久耐用。①高溫穩定性。瀝青混凝土是熱塑性材料，夏季高溫時瀝青黏度降低而軟化，在車輪荷載的反復碾壓作用下，形成推擠、車轍、擁包等永久性變形。瀝青混凝土在高溫下不發生變形破壞而保持原有性能的能力即為高溫穩定性。②低溫抗裂性。冬季氣溫降低時，瀝青材料勁度增加，低溫松弛能力不足而發生開裂，瀝青混凝土具有良好的低溫柔韌性，及時松弛低溫收縮應力而不產生裂縫的能力稱為低溫抗裂性。③水穩定性。在雨水作用下，因為瀝青混合料存在空隙，水會長期滯留在路面結構層內，在水的侵蝕作用及行車荷載引起的動水壓力作用下，礦料顆粒表面的瀝青膜發生剝落，導致瀝青混合料失去粘結而松散形成坑槽等損壞現象稱為水損壞，瀝青混凝土必須具有足夠的抵抗水損壞的能力即水穩定性。④抗滑性。車輛雨天在路面上高速行駛時，因雨水在路面上形成潤滑水膜阻隔輪胎與路面接觸，摩擦系數急劇降低，導致輪胎在路面滑溜而引發道路交通安全事故，因此瀝青路面必須具有良好的表面宏觀構造，抗滑能力強[1]。

2 公路施工中瀝青路面施工技術要點

2.1 瀝青混凝土配合比設計及試驗段鋪筑

瀝青混合料各項體積指標（VV、VMA、VFA）直接決定了瀝青混凝土的性能，而瀝青混凝土配合比設計就是通過礦料的級配設計和最佳瀝青用量的選擇來達到規定體積指標，主要包括瀝青及礦料的選擇和用量，路用性能的評價及鋪筑試驗段等。

原材料的選擇是配合比設計階段極為重要的內容，直接決定了瀝青混凝土生產階段的質量及控制水平，包括瀝青、集料、礦粉等原材料的技術要求及選擇。對于瀝青膠結料的選用，因為其是一種溫度敏感的粘彈性材料，直接影響瀝青混凝土的各項力學性質，必須高度重視，其技術要求不能簡單套用相關技術標準，應根據工程特點合理選用。當工程技術特點明確，可以根據工程特點提出針對性技術要求，如高溫地區重載交通適當提高軟化點、60℃動力粘度、標準條件下瀝青的勁度模量等，使得瀝青混凝土性能更好的滿足要求。

礦料包括粗集料、細集料及填料三種，是瀝青混凝土的重要組成部分，其品質與規格直接影響瀝青混凝土路用性能。對于集料除了嚴格要求其棱角性、限制扁平細長顆粒含量、限制黏土含量及堅固性、安定性有害物質含量外（質量技術要求見表1），應從加工源頭管理品質與規格的均勻性。而集料規格均勻性差是瀝青路面施工的突出問題，主要表現在加工篩孔亂用情況嚴重以及集料加工質量監控標準不合理，進場驗收把關不嚴格，而使礦料級配變異系數大合格率低等。為此必須合理規定集料加工質量監控標準和各檔規格集料的驗收目標值，通過關鍵篩孔通過率來控制混合料級配，根據混合料類型和集料規格的關系選用各檔集料，保證集料品質和規格的均勻性[2]。

表1 瀝青混凝土粗集料質量技術要求

瀝青混合料組成設計包括礦料組成設計、確定最佳瀝青用量、檢驗設計瀝青混凝土的體積組成以及驗證其各項路用性能等，設計流程分為三個階段即目標配合比設計、生產配合比設計及生產配合比驗證。礦料組成設計是根據工程特點、氣候、交通狀況等因素選定礦料的目標級配曲線，利用礦料的合成級配曲線盡量接近目標級配曲線原則，確定粗集料、細集料及礦粉的質量比例。

瀝青用量是瀝青混合料設計的關鍵要素，由此形成的瀝青膜厚度直接影響瀝青混合料的各項物理力學性質，主要通過室內試驗的方法來確定，即根據黏溫曲線成型馬歇爾試件，在60℃條件下進行試驗得到穩定度、流值、毛體積密度、孔隙率等各項物理力學指標，采用相互平衡的方法確定瀝青用量并驗證瀝青混合料體積組成的合理性。空隙率是瀝青混凝土施工質量管理的主要物理參數，對路面的抗車轍、抗疲勞性能、耐老化性能及抗水損壞性能具有高度影響，是配合比設計時著重考慮的控制指標。

瀝青混合料必須進行高溫抗車轍能力、水損壞抵抗能力、低溫抗裂性及耐久性等路用性能評價，滿足各項性能要求后鋪筑試驗段進行生產配合比驗證。通過試驗段進行試拌試鋪，評定施工配合比設計的合理性，檢驗施工機械的組合是否適當，類型和能力是否滿足要求，制定拌和工藝的操作流標準程及各項參數，確定攤鋪壓實工藝及松鋪系數，驗證生產配合比，經過驗證的生產配合比即作為標準配合比用于瀝青混合料規模化生產。

2.2 瀝青混合料拌制

瀝青混合料拌和就是通過機械設備將礦料和瀝青膠結料拌和至滿足設計要求的混合料，其核心是混合料的各種質量必須滿足設計配合比的要求，混合料均勻一致，溫度滿足要求。由于集料來源和質量不穩定，目前瀝青路面施工中幾乎全部使用具有二次篩分功能的間歇式拌和設備，主要包括冷料供給系統、集料干燥器、振動篩、熱料倉及稱量控制系統、瀝青泵送系統、強制式拌缸及除塵系統等幾個部分組成，其生產過程是根據冷料倉的配合比，確定集料的上料速度，同時調整噴燃器的功率，使集料經過干燥器加熱烘干到要求的溫度，集料的加熱溫度設定比瀝青高10～20℃，通常在160～190℃；集料進入拌缸應先干拌5s，以保證混合均勻，然后加入瀝青和礦粉繼續拌和，總拌和時間為30～50s，縮短拌合時間，可增加拌和生產效率，但時間過長則會導致瀝青老化，以拌和均勻為準；最后混合料進入成品儲料倉或裝入運料車。對進入拌缸的各檔礦料及瀝青質量通過稱量控制系統予以準確計量，是保證拌和質量的關鍵，而拌和設備調整、標定以及工作參數的合理設定，是保證瀝青混合料質量的一項重要工作，主要包括計量系統的標定、篩網尺寸的選擇、拌缸運行參數的設定、干燥筒除塵裝置的設置以及溫度控制等內容。

2.3 瀝青混合料運輸

瀝青混合料運輸的總的原則是避免混合料成品溫度散失或發生溫度離析，盡快將其運到攤鋪現場，為此必須根據工程特點、運距遠近、生產能力和運輸時間制定周密的運輸組織方案，需要綜合考慮以下內容：①為保證攤鋪作業連續，混合料的運輸速度應與拌和及攤鋪能力相協調，攤鋪機前方應有運料車等待卸料，避免出現等料攤鋪的作業停頓現象。②運料車應采取嚴密的保溫措施，用帆布、棉被等將混合料覆蓋嚴實并扣緊縛牢，以防止溫度散失、雨淋及污染環境。③運料車裝料之前必須保持車廂清潔，在車廂板上涂刷防止瀝青粘結的隔離劑，但底板不得有多余溶劑積聚，裝料時應多次挪動車輛位置，按前、后、中順序移動裝料，以減少裝載產生的級配離析。④應盡量采用載質量大于18 噸的大型運輸車輛，以減少單車攤鋪時間過短而頻繁換車的攤鋪不連續情況[3]。

2.4 瀝青混凝土攤鋪技術

瀝青混凝土攤鋪就是利用攤鋪機械將瀝青混合料按設計幾何尺寸，連續均勻地攤鋪在下承層上的過程，鋪層應平整、均勻并初步密實。攤鋪作業時應重點關注以下事項：①選擇性能適宜的攤鋪機，初步設定相關作業參數。根據對稱及最小接縫原則選定熨平板組合寬度與前后拱差值，依據據松鋪厚度選擇熨平板初始作業角以及振搗器的振幅和頻率，根據下料速度設置熨平板前緣與螺旋分料器距離。②鋪筑試驗段檢驗攤鋪機各項作業參數設置是否適當。如攤鋪速度是適宜，攤鋪機的供料系統是否有效，攤鋪室內的混合料壓力是否穩定。③根據結構層位選擇適當的調平系統（如掛線系統或平衡梁系統），確定合理的松鋪系數。雙機并鋪時，應注意熨平板搭接寬度的設定。

瀝青混凝土攤鋪質量控制因素主要有攤鋪厚度、平整度及均勻性等。瀝青混合料攤鋪厚度與平整度控制主要通過準確設定攤鋪機基準線，運用自動找平系統來實現，常用基準鋼絲繩（走鋼絲）法、浮動基準梁法及滑橇法等。保證厚度的關鍵是通過試驗段試鋪確定合適的松鋪系數，松鋪系數與熨平板夯錘的頻率和振幅以及混合料種類有關，熨平板的工作迎角對厚度控制的精確性也有重要影響。

瀝青混凝土的平整度控制除了要準確控制基準面（線），運行前調整好攤鋪機的作業參數外還要特別注意以下問題：①攤鋪室內混合料料位高度應保持穩定，一般應位于螺旋葉片2/3 左右，并始終保持連續均勻。當混合料的數量不滿足要求時，攤鋪室內的混合料密度將發生變化，混合料的內摩阻力隨之改變，破壞了浮動熨平板原有受力平衡狀態，熨平板再平衡時鋪層的厚度就會增大或減薄，最終鋪層表面產生波浪或搓板現象。②攤鋪機工作速度應均勻穩定。由于攤鋪時快時慢，熨平板的受力平衡不斷改變，必然導致攤鋪厚度變化，影響表面平整度。③攤鋪作業應連續不停頓，盡量避免中途停機，不得已短時停機時應鎖緊攤鋪機熨平板，防止熨平板由于自重而下沉而使攤鋪層出現臺階、不平整現象。

2.5 瀝青混凝土碾壓

壓實是保證瀝青路面施工質量的核心工序，瀝青混合料只有經過充分壓實才能具有符合設計要求的強度及穩定性，良好的碾壓對于提高瀝青路面高溫抗車轍能力、抗滑性、抗水損害性及耐久性等各項性能有決定性的作用，對于防止瀝青路面的各種早期損壞不可或缺。瀝青路面的碾壓效果與碾壓機械的類型及組合方式、壓實功大小、碾壓工藝、混合料的類型、攤鋪層厚度以及碾壓溫度等密切相關。

碾壓溫度的高低直接決定有效壓實時間的長短，是影響壓實效果的關鍵因素。瀝青膠結料是溫度敏感度的熱塑性材料，只有在較高的溫度條件下，瀝青混合料才能吸收壓實功而被壓實。瀝青混合料出廠后經歷運輸、攤鋪等工序，由于氣溫、風速、下臥層溫度、層厚等環境因素的影響，攤鋪后熱量散失，溫度下降，必須在有效壓實時間內合理布置機械組合等壓實工藝，以獲得要求的碾壓效果。

瀝青混凝土路面的碾壓程序通常分為三個階段，即初壓、復壓和終壓，初壓主要對攤鋪后的鋪層進一步整平并相對穩定混合料的顆粒，為復壓創造條件，初壓不宜開振動并注意壓實的平整性。復壓是面層穩定、成型、密實的主要壓實階段，必須合理配置碾壓設備，調整好工作參數，在較高的溫度下緊跟初壓進行，保證壓實效果使之達到規定的壓實度。終壓是消除復壓遺留的表面缺陷，保證面層具有較好的平整度。瀝青混凝土路面的質量控制標準如表2。

表2 瀝青混凝土路面交工檢查與驗收質量標準

3 瀝青混凝土路面施工離析控制

3.1 瀝青混合料離析與分類

瀝青混合料離析是指瀝青面層攤鋪壓實后，一定的區域范圍內發生了材料組成或物理力學特性非勻質性變異，導致其路用性能不均勻變化的現象，主要包括級配離析、溫度離析以及碾壓離析[4]三大類型。

在運輸攤鋪階段瀝青混合料的溫度比較高，瀝青黏性較低，流動性大具有散粒材料特點，混合料的堆積超過其休止角時，粗顆粒從表面滾落形成粗顆粒聚集，從而造成粗細顆粒分離形成級配離析，主要表現為鋪層表面的縱向條狀離析帶及隨機分布的離析團塊。級配離析造成的直接后果是瀝青路面粗細不均、級配發生變異，導致瀝青含量、空隙率分布不均勻，導致路面表面構造變差及早期損壞。

瀝青混合料在儲存、運輸和攤鋪的過程中，受到氣候及施工工藝的影響出現溫度損失，導致其內部的溫度分布并不均勻，溫度較低的部分黏性較大形成團塊，碾壓時的變形抵抗能力較大而不易壓實，從而導致路面壓實度發生不均勻分布，這種現象成為溫度離析。

碾壓離析是指瀝青混合料在碾壓過程中由于壓路機碾壓路線、碾壓特性的不均勻性使得其施加的壓實功發生變異，成型后瀝青路面的壓實度及空隙率也隨即發生變異的現象。

3.2 瀝青混合料離析的早期損壞

瀝青路面的早期破壞總是以隨機出現的局部小范圍損壞開始，然后再擴大成為大面積破壞，而早期破壞現象產生根源就在于瀝青混合料的離析導致的路用性能不均勻。

發生級配離析時混合料粗細顆粒分離，粗顆粒集中部位，粗顆粒明顯增多而細顆粒相應減少，級配類型變異為偏向開級配而其空隙率變異增大，瀝青含量則減少。反之，對于細顆粒集中部位，級配類型變異為偏向懸浮密實級配，由于瀝青膠結料總是裹覆在細集料及礦粉表面，級配發生變異后空隙率減小瀝青含量必然增大。通車后，粗顆粒集中部位因空隙率小瀝青含量低，雨水易滲入發生水損害，細顆粒集中部位，因空隙率小且細集料多而易導致車轍變形。

溫度離析與碾壓離析導致的空隙率較大的問題主要來自于溫度偏低和壓實功不足，開放交通后，混合料進一步補充壓實導致路面平整度變差。當碾壓離析或溫度離析主要分布在車輛行駛輪跡部位時，路面在車輪荷載的補充壓實作用下產生過量多余變形即車轍病害，行車荷載難以碾壓到的部位且空隙率較大則會引發水損害。

3.3 瀝青混合料離析的防治對策

瀝青路面施工中混合料的離析現象復雜多樣，造成的原因各不相同。主要從以下方面來加以改進：①采用高性能的機械設備提高瀝青路面施工均勻性。例如采用具有攤鋪速度恒定控制技術的攤鋪機，應用自動調平裝置，輸料系統采用比例控制等抗離析攤鋪技術以及高性能的壓路機等，有效減少混合料的離析；②混合料級配設計時應綜合考慮混合料的離析抵抗能力，即級配中粗細集料合理分布使粗集料形成穩定的骨架結構，級配組成具有良好的體積特性，能有效減少級配離析現象等；③加強質量檢測和現場管理。施工時建立必要的質量檢測體系，依靠適宜的檢測手段，快速、無破損地獲得瀝青路面離析的真實狀況，找出離析產生的原因，制定控制離析的對策和改進方法，最大限度的減少離析現象[5]。

4 結束語

瀝青混凝土路面作為最普遍的瀝青路面結構，具有良好的路用性能，但瀝青路面施工時保持均勻性是其質量控制難點，控制不好極易造成水損害、車轍等早期損壞現象。必須精心進行級配組成設計，嚴格進行拌和、運輸、攤鋪機碾壓等各個環節質量管理，采取有效措施防治瀝青混合料離析，才能使瀝青混凝土路面的各項路用性能指標滿足設計要求。