瀝青路面壓實質量影響因素研究

胡建平

(湖南省婁底市雙峰縣公路建設養護中心,湖南 婁底 417700)

隨著國內交通基礎設施投資的不斷增多,截至2021年底,我國高速公路總通車里程已經達到16萬km,在高速公路不同路面結構形式中,瀝青路面是占據絕對比重。在影響瀝青路面鋪設質量的眾多工序環節中,壓實質量是決定瀝青路面質量最關鍵的一環。相關研究表明,瀝青混合料若壓實不足則容易產生車轍病害,一旦過壓又容易造成集料破碎,降低壓實度,導致孔隙率變小進而出現泛油、剝落等病害出現[1]。總而言之,壓實不足容易對瀝青路面整體的強度、穩定性及耐久性產生不利影響,輕則影響行車體驗,重則危及行車安全及公路長久使用壽命。通過對瀝青路面施工經驗進行總結,發現瀝青混合料配合比、壓實溫度、壓路機振幅是涵蓋原材料及攤鋪碾壓等工序的主要影響因素[2-5]。基于此,依托室內試驗及國道G320線雙峰縣K1334+000～K1338+397段公路大修工程,對上述影響因素進行研究,以對后續瀝青路面施工進行應用指導。

1 原材料和試驗方案

1.1 原材料

(1)粗、集料及填料

瀝青混合料的粗、細集料采用石灰巖碎石,填料采用水泥和磨細石灰巖礦粉,相關材料試驗指標如表1、表2所示。

表1 粗集料主要技術性質

表2 細集料及礦粉試驗結果

(2)瀝青

瀝青原材料選用SBS I-D石油瀝青,主要技術指標如表3所示。

表3 SBS I-D瀝青技術指標

1.2 實驗方案

主要針對級配影響、壓實溫度及壓路機振幅等因素對壓實質量的影響進行研究,其中級配影響及壓實溫度影響依托室內試驗進行分析,壓路機振幅因素影響依托試驗路施工進行研究,具體試驗方案如下。

(1)級配影響試驗

在現有瀝青路面結構中,AC-13型瀝青混合料是應用較為廣泛的瀝青混合料路面面層類型,因此本文選用AC-13型瀝青混合料作為上面層混合料進行研究。在規范要求的AC-13級配范圍內,選擇粗集料含量高、細集料含量高以及粗細集料含量適中的三個級配類型(下文分別簡稱級配1、級配2和級配3),并在其各自的最佳油石比下成型馬歇爾試件,待24 h后對試件脫模并測定其孔隙率和毛體積密度,以此來分析級配對于瀝青混合料壓實度的影響。設計的不同級配類型如表4所示。

表4 不同類型級配類型

(2)壓實溫度影響試驗

瀝青混合料的壓實溫度通常是通過黏溫曲線進行確定,當表觀黏度達到0.28±0.03 Pa·s時確定合適的壓實溫度,但由于實際施工過程中的壓實溫度控制精確度往往不足,這也就是導致路面施工質量不足的原因。為探究壓實溫度對施工質量的影響程度,以室內馬歇爾擊實試驗模擬瀝青混合料壓實過程。參考同類型施工經驗,以130 ℃為基礎,5 ℃為溫度增量,在130～155 ℃范圍內設置6個不同的壓實溫度,在不同壓實溫度下對混合料進行正反擊實75次,制成標準馬歇爾試件,測定內部孔隙率和毛體積密度,以此來分析壓實溫度對于瀝青混合料壓實度的影響。

(3)壓路機振幅影響試驗

利用上述試驗結果中選定的級配和壓實溫度,通過試驗路段鋪筑,根據施工經驗采用10～70 Hz之間的不同壓路機振幅進行碾壓,碾壓后采用無損密度儀檢進行壓實度的無損檢測以評價壓實效果。

2 試驗結果分析

2.1 級配類型對壓實度影響

根據所選的AC-13不同類型級配比選試驗方案進行試驗,試驗結果分析如圖1所示。

圖1 不同級配的壓實效果

根據圖1不同級配下混合料的壓實效果圖分析可以看出,級配1的空隙率介于4.7%～4.8%之間,毛體積密度介于2.32～2.33 g/cm3。級配2的空隙率在4.1%～4.3%之間,毛體積密度介于2.47～2.50 g/cm3。級配3的空隙率在4.4%～4.5%之間,毛體積密度介于2.38～2.40 g/cm3。由此可見,級配1的空隙率最大,毛體積密度最小,級配3次之,級配2的毛體積密度最大,空隙率最小,這說明級配2的壓實效果最好,級配1的壓實效果最差,級配3的壓實效果介于兩者之間。這充分說明級配類型對混合料的壓實效果有重要影響,當粗集料含量較高時,壓實效果較差,細集料含量越高,壓實效果則越好。這是因為在瀝青含量相同、細集料含量較多的條件下,集料可以更加自由的在瀝青的潤滑作用下進行移動排列,而粗集料增多會導致集料之間的嵌擠力變大,無法在瀝青潤滑作用下順利的進行移動,進而導致壓實后孔隙率增大,毛體積密度減小,最終體現出來的就是壓實效果不足。

2.2 壓實溫度對壓實度的影響

根據溫度對瀝青混合料壓實度影響的試驗方案進行室內試驗,試驗結果如圖2所示。

圖2 溫度對壓實效果的影響

當溫度從130 ℃上升至140 ℃的過程中,瀝青混合料的毛體積密度快速增大,孔隙率急劇減小,這說明溫度較低時混合料無法充分碾壓密實,在此范圍內混合料會隨著壓實溫度增加而變密實。而當溫度從140 ℃上升至150 ℃的過程中,毛體積密度變化較小,孔隙率的減小速度也逐漸變緩,在145 ℃時,瀝青混合料的孔隙率最小,毛體積密度最大,此時混合料達到最佳壓實效果。當溫度從150 ℃上升至155 ℃時,瀝青混合料的毛體積密度降低,孔隙率不斷增大,這主要是當溫度過高時,瀝青混合料的流動性會繼續增加,成型難度也逐漸增加。因此推薦140～150 ℃作為瀝青混合料的碾壓溫度。

2.3 壓路機振幅對壓實度的影響

試驗路段依托試驗路為國道G320線雙峰縣K1334+000～K1338+397段公路大修工程,試驗路長度為200 m,整個大修工程項目啟動時間為2021年7月,施工工期3個月。根據上文中擬定的振幅對壓實度影響的試驗方案,對試驗路段的壓實度實時檢測,壓實度變化如圖3所示。

圖3 壓實度隨振幅變化曲線

在10～30 Hz范圍內,隨著振幅增大,壓實度呈現出明顯的增長趨勢,這說明此時振幅較小,無法使混合料充分被碾壓密實,所以增幅增大會促使壓實度增加。而振幅達到30～50 Hz時,壓實度出現了一個較為平緩的區間,該平臺區的壓實度整體效果最好,這說明在該區段的振幅范圍內瀝青混合料經過充分碾壓達到了最佳密實效果。但振幅一旦增加至50～70 Hz,壓實度又呈現顯著變小的趨勢。這說明混合料被過度壓實,壓路機振幅過大導致粗集料被碾壓破碎,這造成混合料內部的級配產生變化,壓實效果變差。結合試驗路路面實際觀察情況來看,壓路機振幅在10～30 Hz及50～70 Hz范圍內的路面存在不密實的情況,而壓路機振幅在30～50 Hz范圍內的路面整體較為密實。因此,在施工時推薦采用30～50 Hz的壓路機振幅。

3 結 語

依托室內試驗與試驗路鋪筑檢測,研究了瀝青混合料的級配類型、壓實溫度及壓路機振幅等因素對壓實的影響,得到以下結論。

(1)通過對高含量粗集料、高含量細集料以及粗細集料含量均勻的三個不同級配的壓實效果分析,當粗集料含量較多時,集料之間受到嵌擠力較大,在瀝青潤滑作用下難以壓實,而當細集料含量較高時,瀝青混合料壓實效果更好。

(2)過高與過低的壓實溫度不利于混合料的碾壓密實,壓實溫度控制在140～150 ℃時,瀝青混合料可得到充分碾壓密實,在145 ℃時的碾壓效果最好。

(3)振幅較低時,瀝青混合料無法被碾壓密實,而振幅過大則會造成粗集料破碎進而影響壓實效果。壓路機振控制在30～50 Hz的振幅范圍內可以保證混合料具有較好的壓實度。