高速公路沥青路面施工中材料变异控制研究

2020-03-01陈宝坤

西部交通科技 2020年5期

陈宝坤

摘要：文章基于沥青路面的使用性能，从沥青混合料级配的变异性出发，对沥青混合料级配变异与路面性能的关系以及沥青混合料性能与级配离析之间的关系进行研究，提出恰当的变异范围以控制沥青路面质量，分析温度离析对路面结构的影响。

关键词：高速公路;沥青路面;沥青混合物;变异

0 引言

作为路面铺筑材料中质量较高的材料，沥青混合料主要由集料和沥青所构成，以一定比例将两者混合起来，并通过摊铺以及碾压等工序即可成为沥青路面[1]。因此，作为沥青混合料中的重要组成部分，对于沥青混合料而言，沥青以及集料的质量变异对其有较为重要的影响。

1 沥青混合料级配变异性

沥青路面施工以及运营时的质量与沥青混合料的质量变异有着直接关系。混合料的级配以及温度离析是沥青混合料的主要变异表现。在施工时，沥青路面会因混合料不同程度离析而出现早期病害，如裂缝、坑洼等[2-3]。目前对于路面性能而言，沥青离析对其造成的影响主要认为是因沥青混合料的不均匀性所致，并且沥青路面的力学指标将会随着不断加深的离析程度而有所降低。当粗集料出现离析现象时，将会出现较大的空隙率，使得沥青路面具有较强的渗透能力，导致其服务水平降低，加快了路面破坏的速度，在早期就有病害产生。因此，控制沥青路面中材料变异的关键即在于降低沥青混合料因离析所导致的不均匀性。

沥青路面的质量直接受到沥青混合料级配的影响。在实际生产中，导致沥青混合料变化的因素主要有：原材料的变化、细集料含水量的影响、冷料仓的工作状态、取料对级配的影响以及检测设备的影响等。施工时，随机抽取沥青混合料进行级配检测，结果发现，沥青混合料的级配变异与集料的变形具有相似的趋势，表明集料级配的变异直接影响到混合料级配的变形，两者成正比关系。路面在完成铺设工作之后还需进行相应的验收以及检测，检测内容包括压实度以及平整度等，路面的承载以及抗水损能力由压实度直接决定，路面行车的舒适性则由其平整度直接决定[4]。

本文将采取灰色理论分析的方法对路面平整度以及压实度与沥青混合料级配变异之间的关系进行定量分析，以对混合料与各筛孔之间的关系进行排序。两个因素之间的相关性程度可由关联度进行衡量，其对于不同时间及对象而言均不同，若两个因素具有一致的变化趋势，即具有较高程度的同步变化时，就代表着它们具有很高程度的关联度，否则较低。

2 沥青混合料级配变异研究

2.1 沥青混合料级配变异与路面性能之间的关系

压实度以及空隙率共同决定了沥青路面的压实程度。但压实度涉及较多因素，鉴于篇幅所限，本文仅对空隙率与混合料级配之间的关系进行分析研究。查阅资料可知，混合料中具有相对较大变异性的是细集料，因此本文重点研究了空隙率与以下几档通过率之间的关系，所得结果如表1所示。

按照灰色理论分析的方法对其进行计算可知，对空隙率具有较大影响的有4.75mm、0.15mm以及0.075mm。对于4.75mm的筛孔而言，沥青混合料具有48%～52.4%的通过率;对于0.15mm的筛孔而言，沥青混合料具有6.3%～7.5%的通过率;对于0.075mm的筛孔而言，沥青混合料具有4.4%～5.9%的通过率。沥青混合料具有5%以下的空隙率，符合要求。

以上述同样的方法计算沥青混合料级配变异性对路面平整度的影响，可得结果：路面的平整度受4.75mm以及1.18mm两档变化的影响较大。

结合上述分析结果可知，4.75mm是关键筛孔，按其与空隙率以及平整度之间的关系，本文认为应以50.4%～52.4%的区间控制筛孔通过率。

2.2 沥青混合料性能与级配离析之间的关系

根据上述分析结果，本文采取马歇尔试验对4.75mm的筛孔变异与集料离析之间的关系进行分析，以得到变异的混合料性能的情况。混合料级配變异的马歇尔试验结果如表2所示。

当在基准配比4.75mm通过率的基础上降低6%及以上时，其空隙率具有较快的增长，已无法满足工程需求，其在±6%饱和度的基础上尚且可以满足64%～74%的要求，若饱和度在该范围以外时则无法满足要求;同样，稳定度也遵循该规律，虽然其在+10%时可以满足需求，但可能会在中间一段出现稳定度较低的情况。而流值所受影响较小，均能符合要求。

沥青混合料在级配离析时所受影响较为显著的是其高温性能，混合料的抗车辙性能在无离析的情况下最好。当粗、细集料出现离析之后，其抗车辙性能显著降低，随着离析程度的加深，稳定度降低速率也显著增加[5]。

混合料的水稳定性在细集料离析时有所改善，残留稳定度以及冻融劈裂强度都有所上升，且随着粗集料离析程度不断上升，其抗水损害性能的降幅较为显著。

3.温度离析对路面结构的影响

沥青路面的空隙率与早期病害之间有较为紧密的联系，但在实际工程中，因各种因素的制约，导致实际路面空隙率相比设计要求而言均较大[6-7]。降低压实后沥青混合料空隙率是减少路面病害发生概率的关键。研究表明，沥青路面空隙率与其压实度的变异性有直接关系，而沥青混合料的温度是影响压实效果的重要因素之一，压实效果将随着混合料温度离析的出现而有所降低，从而影响到空隙率。为确定沥青混合料空隙率受温度变化的影响，本文将在不同温度下对沥青混合料进行击实试验，以获取沥青混合料的空隙率与密度受温度变化影响的规律。试验结果如图1～2所示。

从图1～2可看出：

随着沥青混合料温度的逐渐增高，沥青混合料压实度越高，密度也越大。反之，当沥青混合料温度较低时，其越难被压实，密度也就越小。由此可知温度与密度的变化的相关性较好。

沥青混合料的温度直接影响密度，从而对其空隙率造成影响。随着温度的不断升高，其空隙率从7.7%下降到3.6%，越高的温度条件下，其所具有的密度也就越大，导致其空隙率越低，因此温度与空隙率之间的线性关系也较好。

4 结语

根据上述分析，本文可得出下列结论：

（1）对于沥青混合料级配变异的控制有：

①生产时应对集料状态进行严格控制。在装卸集料时，需控制不同集料之间的放置，以防止不同集料混合在一起并在堆放时出现离析。

②需重新筛分料源有所变化的集料，及时调整冷料转速以及配合比，确保不出现变化的集料级配。

③施工时混合料的管理。在进行路面铺装时，为避免铺装施工不断出现料源变化而导致混合料级配出现变化的情况，应待现有混合料的数量在一半以上所需量时才开始铺装施工。

（2）对于温度离析的控制措施有：

①在进行混合料的拌和时，应对其拌和温度进行严格控制，保证其处于稳定的合理范围内。施工时不可再用过高温度的混合料，并且结合所处季节温度条件调整混合料的出料温度。

②混合料在运输时应进行保温，可通过盖篷布的方式降低运料车热量的损失。