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1、高速公路瀝青路面病害與施工工藝的關(guān)聯(lián)控制摘要討論了當(dāng)前瀝青路面施工工藝存在的系統(tǒng)性技術(shù)缺陷，以及由此導(dǎo)致瀝青路面產(chǎn)生的病害和成因,提出了改進(jìn)工藝的措施與控制技術(shù)。關(guān)健詞瀝青路面病害施工離析溫差離析實(shí)際孔隙率瀝青路面被我國大多數(shù)干線公路所采用，特別是半剛性基層瀝青路面更成為我國高等級(jí)公路的典型路面結(jié)構(gòu)。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，交通量及其軸重越來越大，對(duì)瀝青路面的結(jié)構(gòu)要求和施工質(zhì)量水平提出了更高的要求。近年來我國的瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工控制技術(shù)水平取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，但由于研究領(lǐng)域更多的局限于結(jié)構(gòu)和材料范疇，對(duì)施工工藝的研究重視不夠，仍停留在依靠經(jīng)驗(yàn)和引進(jìn)設(shè)備的階段。根據(jù)多年來對(duì)施工過程和建成路段路況變2、化的觀測(cè)，我們認(rèn)為當(dāng)前瀝青路面便用質(zhì)量頻頻出現(xiàn)問題，與施工工藝其控制技術(shù)是否科學(xué)合理的密切關(guān)系。本文針對(duì)施工過程中存在的這兩方面工藝技術(shù)問題進(jìn)行探討。1、瀝青路面施工離析控制技術(shù)瀝青混合料離析的廣義概念應(yīng)該是瀝青混合料性能的不均勻性變化,在施工中離析的表現(xiàn)是多種多樣的,如集料粗細(xì)顆粒的離析、混合料溫度不均勻?qū)е碌碾x析、混合料拌和不均勻產(chǎn)生的離析等等。我們經(jīng)常稱為的瀝青混合料離析是指瀝青混合料施工過程中粗細(xì)集料的不均勻分離變化。根據(jù)多年的跟蹤調(diào)查，在運(yùn)輸過程中由表及里瀝青混合料溫度發(fā)生不均勻變化，直接攤鋪后溫度較低的料團(tuán)不易壓實(shí)，是路面發(fā)生早期破壞的重要因素之一。因此，研究溫度差異導(dǎo)致的離析是很3、有意義的。11瀝青混合料集料離析控制半剛性基層瀝青路面是高速公路的典型路面結(jié)構(gòu)，使用率達(dá)95%。其中，AC-16型瀝青砼路面經(jīng)常被作為上面層使用。一般認(rèn)為，AC-16混合料不易離析，用肉眼觀察表面集料分布，幾乎看不出離析現(xiàn)象。近年來，我們對(duì)幾條高速公路瀝青面層的施工進(jìn)行了抽查，寬幅攤鋪AC-16型瀝青混合料的離析情況相當(dāng)嚴(yán)重，改變了我們的習(xí)慣看法，在10.5米攤鋪機(jī)后尚未碾壓的段落,分左、中、右3個(gè)位置對(duì)稱取樣，其抽提試驗(yàn)結(jié)果如表1尚未碾壓瀝青混合料抽提試驗(yàn)表1孔徑(MM)191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075規(guī)范范圍10095100759058784264、3325022371628112171548左10090.4576.8255.9935.4432.312320.3512.667.385.59中10097.7687.9981.3362.9734.2724.1621.3813.257.885.86右10089.2977.1356.6637.1433.1323.5620.8512.957.595.83平均10093.8182.4868.8349.6333.523.722113.037.685.79從抽檢結(jié)果我們可以得出以下結(jié)論：（1）、左、中、右三點(diǎn)的綜合平均通過率與未攤鋪同批攤鋪混合料的級(jí)配相符；（2）、左、中、右三點(diǎn)2.36MM篩孔的通過率基5、本相同，證明2.36MM的集料未發(fā)生離析;(3)、大于4.75MM以上篩孔的3點(diǎn)通過率差異較大，證明集料顆料的離析嚴(yán)重，左右兩側(cè)的粗集料通過率基本相同，說明離析對(duì)稱發(fā)生；（4）、粗集料向兩側(cè)分布，左右兩側(cè)大于4.75MM的粗骨料含量為64%，中間為36%，均超出規(guī)定的級(jí)配范圍。即攤鋪中心混合料明顯偏粗，兩側(cè)偏細(xì)。寬幅攤鋪離析導(dǎo)致結(jié)果是嚴(yán)重的，他不僅影響了路面的使用性能，也促使了路面早期破壞，耐久性大打折扣。從現(xiàn)有調(diào)查結(jié)果看，其主要后果表現(xiàn)以下三個(gè)方面:：（1）、由于離析，中部混合料偏細(xì)導(dǎo)致路面熱穩(wěn)定性嚴(yán)重下降。標(biāo)準(zhǔn)四車道高速公路一幅路面寬度為10.5米，施工攤鋪中心位于行車道左輪跡處，行車道左6、輪跡車轍比右輪跡嚴(yán)重，行車結(jié)果恰恰相反。由此看，因?yàn)殡x析使中部的熱穩(wěn)定性下降較為嚴(yán)重。（2）由于離析，中部混合料偏細(xì)導(dǎo)致路面中部抗滑能力明顯比兩側(cè)弱。如高速公路行車道，經(jīng)過一年運(yùn)營(yíng)后其磨擦系數(shù)和構(gòu)造深度均比超車道要差得多，排除渠化交通因素外，行車道混合料偏細(xì)是主要因素，從表面紋理就可以直觀看出這一點(diǎn)。（3）由于離析，兩側(cè)混合料較粗空隙率較大，滲水現(xiàn)象嚴(yán)重。高速公路超車道路面滲水后緩慢向行車道滲透，因行車道左輪跡處混合料細(xì)而密實(shí)，導(dǎo)致該處水分聚集，易發(fā)生破壞。調(diào)查結(jié)果顯示，行車道發(fā)生的路面損壞，一般占95%以上，其中行車道左輪上發(fā)生的破壞占85%以上。事實(shí)上，大于7M的攤鋪寬度對(duì)于中粗粒徑的混合7、料來說，無法回避離析問題，解決問題的最基本方法就是不要寬幅攤鋪。許多工業(yè)化國家對(duì)大于11MM粒徑的混合料的攤鋪寬度均有比較嚴(yán)格的限制。而我國高等級(jí)公路瀝青層的粒徑均大于此，攤鋪寬度應(yīng)嚴(yán)加控制。高速公路一幅路面寬度10.5M，采取并機(jī)梯形熱接縫施工完全可以保證施工質(zhì)量，這在國外是通行的做法。但由于我國的施工管理粗放，使接縫平整度處理不好。所以，近年來大部分建設(shè)單位幾乎不加考慮的要求寬幅一次攤鋪。針對(duì)這種需要，國外設(shè)備廠家特為中國市場(chǎng)開發(fā)了攤鋪寬度達(dá)16M的攤鋪機(jī)，對(duì)于諸如此類的寬幅攤鋪機(jī)，在選擇時(shí)必須謹(jǐn)慎，應(yīng)考慮我國混合料集料的使用特性分析采用。1.2瀝青混合料溫差離析控制瀝青混合料拌制完成后，8、從拌和廠向攤鋪現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸?shù)倪^程中，空氣與混合料之間的溫差一般大于120。加上因速度形成的相對(duì)風(fēng)速較高，會(huì)導(dǎo)致混合料溫度在到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)前有較大的下降。降溫幅度由表及里逐漸減少，最嚴(yán)重的降溫區(qū)發(fā)生在料堆表面和與軒廂的接觸面。降溫嚴(yán)重程度取決于運(yùn)輸時(shí)間、速度、氣溫、保溫措施等因素。接觸面到內(nèi)部核心區(qū)降溫幅度在正常氣溫下平均可以達(dá)到1545。接觸面15CM深度范圍內(nèi)的平均降溫幅度可達(dá)到4565，使表面混合料的粘度明顯增大。高溫季節(jié)表面混合料形成“軟”殼，低溫季度形成“硬”殼。在現(xiàn)場(chǎng)我們以觀察到，混合料從運(yùn)輸車向攤鋪機(jī)喂料斗卸料到刮料板輸料的過程中，接觸面表層料，特別是兩側(cè)車廂接觸面的表層料，在每車料中最后被9、刮料板送到螺旋布料器，即每一車料降溫幅度最大的表層“冷”料是集中被鋪出的。這樣的現(xiàn)象以每車料為單位周期性發(fā)生，在國際上被稱為“溫差離析”。當(dāng)表面料降溫幅度較大，在正常的碾壓過程中壓實(shí)度難以達(dá)到要求，在氣溫低、風(fēng)速大的氣候條件下施工，情況更為嚴(yán)重。在該處的壓實(shí)度低、表面紋理粗、空隙率大，是路面發(fā)生松散、坑槽和滲水破壞的薄弱點(diǎn)。近年來，我們對(duì)高等級(jí)公路半剛性基層瀝青路面時(shí)期局部破壞情況進(jìn)行長(zhǎng)期的跟蹤觀測(cè)和調(diào)查，對(duì)早期破壞產(chǎn)生的看法從初期到現(xiàn)在有了很大的轉(zhuǎn)變。原來，普遍認(rèn)為半剛性基層成型不好或基層下存在“素土”層或局部層厚度不夠等施工缺陷是破損發(fā)生的直接原因。但后來發(fā)現(xiàn)，這種分析的局限性很大，不能從10、本質(zhì)給予合理解釋，主要原因?yàn)椋海?）這些施工缺陷在局部破壞處出現(xiàn)的比例很低；（2）我們把這些存在施工缺陷的路面假定為“柔軟路面”，也不應(yīng)該在累計(jì)軸載很小的情況下發(fā)生破壞；（3）破壞很明顯與水有直接的關(guān)系，都經(jīng)歷了滲水唧漿局部缺陷松散坑槽的過程，那么為什么在這些地方水下滲如此嚴(yán)重。經(jīng)過對(duì)局部破壞形成過程的長(zhǎng)期觀測(cè)，我們發(fā)現(xiàn)破損位置的瀝青表面紋理一般較粗，雨后表面濕潤(rùn)狀況與周圍路面不同，滲水明顯，破損前有唧漿現(xiàn)象。取樣分析表明，這些地方的瀝青層密度低空隙率大，在攤鋪時(shí)混合料已經(jīng)結(jié)塊，施工溫度越低混合料結(jié)塊發(fā)生的程度越嚴(yán)重，局部破壞產(chǎn)生的數(shù)量較大，溫差離析是導(dǎo)致這一結(jié)果的直接原因。因此，我們認(rèn)為半剛11、性基層瀝青路面早期局部破壞發(fā)生的主要原因是溫差離析。這一現(xiàn)象在國際上引起高度重視。1996年華盛頓大學(xué)的一位研究生，用紅外感溫成像儀對(duì)混合料運(yùn)輸、攤鋪、路面成型和路面破損，進(jìn)行了全面跟蹤檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)“溫差離析”是瀝青路面發(fā)生早期局部破損的一個(gè)重要原因。當(dāng)時(shí)，這一結(jié)論沒有引起運(yùn)輸當(dāng)局的注意，后在州運(yùn)輸部的資助下，該研究生在更大范圍內(nèi)開展了調(diào)查，最終確認(rèn)了“溫差離析”的嚴(yán)重危害，在國際學(xué)術(shù)界引起了很大的反響。目前，日本、歐洲等國已全面開展了對(duì)這一現(xiàn)象的調(diào)查研究。德國已開發(fā)投入使用。對(duì)于我國的施工組織水平和混合料性質(zhì)來說，采用這種工藝措施是必要的，特別是在春秋季節(jié)和趕進(jìn)度施工中應(yīng)用，可消除溫差離析，提12、高平整度和壓實(shí)度的均勻性，消除早期局部損壞。2瀝青路面碾壓控制技術(shù)2.1施工溫差控制在公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范（JTJ03294）表中，規(guī)定了瀝青混合料的碾壓溫度，以保證在適當(dāng)?shù)臏囟认拢瑸r青混合料能夠壓實(shí)到規(guī)定的密度。事實(shí)上，規(guī)范規(guī)定壓實(shí)度的本質(zhì)是保證瀝青混合料的施工和易性，使其具有可壓實(shí)性。很明顯，規(guī)范沒有按瀝青混合料的級(jí)配類型、碾壓層厚、瀝青性質(zhì)和施工環(huán)境溫度等因素分類制定，需要地施工過程中根據(jù)項(xiàng)目情況具體分析。但大部分項(xiàng)目上在這上點(diǎn)上沒有實(shí)現(xiàn)。包括業(yè)主和監(jiān)理。例如，有些高等級(jí)公路瀝青路面各層使用的瀝青標(biāo)號(hào)不同，但要求的碾壓溫度卻相同；有些3CM厚的抗滑表層因降溫快，比4CM甚至5CM厚的13、中粒式AC層要難以壓實(shí)；春、夏、秋三季的溫度差異明顯，但在這三季鋪筑瀝青路面的溫度卻執(zhí)行相同的標(biāo)準(zhǔn)。這些問題涉及到一個(gè)共同的技術(shù)關(guān)鍵瀝青的等粘溫度。不同標(biāo)號(hào)的瀝青在粘度相同時(shí)的溫度不同；不同級(jí)配類型的混合料施工和易性不同；不同季節(jié)，下承層溫度和氣溫不同，會(huì)明顯地影響混合料的散熱速率。不同溫度下或相同溫度下瀝青的粘度是影響壓實(shí)難易程度的重要因素，因此，直接針對(duì)瀝青粘度進(jìn)行施工溫度控制是最有效的途徑。有些國家直接用瀝青粘度對(duì)施工溫度進(jìn)行控制，如美國瀝青協(xié)會(huì)2號(hào)手冊(cè)（MS2）指出，瀝青混凝土的最佳拌和溫度應(yīng)是瀝青粘度（運(yùn)動(dòng)粘度）1.70.2P相應(yīng)的溫度，瀝青混凝土的最佳壓實(shí)溫度應(yīng)是與瀝青粘度2.8014、.3P相應(yīng)的溫度。我國公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程JTJ05293表4.2.3對(duì)擊實(shí)試驗(yàn)的溫度也做了同樣的規(guī)定。當(dāng)前，改性瀝青被廣泛應(yīng)用，改性劑使瀝青的針入度軟化點(diǎn)均有提高，甚至瀝青抗剝落劑的加入也會(huì)使常規(guī)攤鋪溫度下的混合粘度提高。空隙率大或?qū)雍褫^薄的混合料見感溫速度快，難以碾壓的現(xiàn)象比比皆是。只有縮短碾壓路段的長(zhǎng)度或提高初壓溫度，才能保證充分壓實(shí)。SMA瀝青混和料添加了纖維，使等粘溫度大大提高，與此同時(shí)，馬歇爾實(shí)驗(yàn)的各種溫度必須相應(yīng)提高，如某特大橋橋面鋪裝層使用了高粘度改性瀝青SMA混和料，其馬歇爾實(shí)驗(yàn)的擊實(shí)溫度由常規(guī)的110130提高到170180，出廠溫度從140165提高到180215、10，攤鋪溫度由120160提高到170190，碾壓終了溫度由大于70提高到大于135。因此，在實(shí)際施工當(dāng)中，我們要根據(jù)施工氣溫、下承層溫度、鋪層厚度、級(jí)配類型、瀝青性質(zhì)等，用等粘度這一概念，監(jiān)測(cè)推進(jìn)控制溫度，使瀝青混合料有良好的施工和易性，保證得到充分的壓實(shí)。2.2壓實(shí)機(jī)械的選型配置瀝青路面攤鋪后的碾壓過程一般分為初壓、復(fù)壓、終壓3個(gè)階段，在這三個(gè)階段碾壓設(shè)備有兩種基本的配置類型：“鋼輪+振動(dòng)鋼輪+鋼輪”與“鋼輪+膠輪+鋼輪”。長(zhǎng)期的工程實(shí)踐表明，這兩種配置方式的碾壓效果良好。為了盡可能在高溫下壓實(shí)混合料、縮短碾壓時(shí)間，減少熱量損失，有些高速公路采用了膠輪+鋼輪的設(shè)備組合，將三個(gè)階段碾壓縮成16、兩人階段“初壓（復(fù)壓）+終壓”盡管因級(jí)配和厚度合適混合料沒有推移，路面縱向平整度也能達(dá)到要求，但抽查發(fā)現(xiàn)，這種碾壓方式使粗集料壓碎率達(dá)到10%以上，遠(yuǎn)大于三個(gè)階段法。幾個(gè)工地的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)均證明“膠輪+鋼輪”法使集料壓碎率明顯增大，這一結(jié)論是否具有普遍性，還需經(jīng)時(shí)間證明，但這一結(jié)論卻提醒我們必須注意，碾壓設(shè)備的組合方式對(duì)施工質(zhì)量有很很大的影響，在確定碾壓方式時(shí)必須對(duì)此有充分的認(rèn)識(shí)。23壓實(shí)交果的評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)計(jì)規(guī)范和施工規(guī)范對(duì)瀝青路面的級(jí)配類型、壓實(shí)度及允許的空隙率均作了規(guī)定。在瀝青混合級(jí)配設(shè)計(jì)中，馬歇爾試件的空隙率必須在允許范圍內(nèi)，實(shí)質(zhì)上，馬歇爾試件的空隙率是作為壓實(shí)度達(dá)到100%的空隙率。對(duì)于常規(guī)17、瀝青路面壓實(shí)度在96100%之間變化時(shí)，壓實(shí)度每降低1%，空隙率增加11.5%。那么用壓實(shí)度一個(gè)指標(biāo)來控制瀝青路面的施工質(zhì)量，會(huì)導(dǎo)致空隙率超出規(guī)定要求。我國交通行業(yè)公認(rèn)，空隙率7%是瀝青路面是否滲水的界限值。空隙率小于7%時(shí)，可以認(rèn)為該鋪層基本不滲水，空隙率介于715%之間時(shí)，認(rèn)為該鋪層會(huì)發(fā)生滲水并存留水分現(xiàn)象，水蒸發(fā)的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)慢于滲水速度，對(duì)路面的破壞作用很大。因此，對(duì)于AC型鋪層來說，保持空隙率介于36%是至關(guān)重要的。當(dāng)AC層馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)的空隙率為5%，則施工壓實(shí)度一般必須達(dá)到98%左右，才能使鋪層空隙率小于7%，如果壓實(shí)度按97%作為控制低限，要達(dá)到鋪層空隙率小于7%，則馬歇爾擊實(shí)試件18、的空隙率一般應(yīng)小于4%。在瀝青質(zhì)量不斷提高和礦料級(jí)配范圍不斷改良的情況下，達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)不是很難，很多有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員在混合料設(shè)計(jì)中事實(shí)上把空隙率作為控制的關(guān)健指標(biāo)來對(duì)待。施工規(guī)范工程質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)鋪層的壓實(shí)度作了要求，但沒有空隙率控制標(biāo)準(zhǔn)。因此，使不少建成路段的壓實(shí)度雖然達(dá)到要求但空隙率超標(biāo)，雨后鉆孔發(fā)現(xiàn)路面滲水嚴(yán)重，半剛性基層表面被侵蝕，唧漿現(xiàn)象頻頻發(fā)生。因此，我們不僅要控制壓實(shí)度不能小于規(guī)范低值，同時(shí)不能小于用馬歇爾試件空隙率設(shè)計(jì)的壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)，并把路面實(shí)際空隙率指標(biāo)列入施工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。3結(jié)論以上分析計(jì)論的技術(shù)問題在現(xiàn)實(shí)當(dāng)中普遍存在，特別是壓實(shí)度指標(biāo)采用不當(dāng)和施工離析致不良后果還相當(dāng)普遍和19、嚴(yán)重，應(yīng)引起人們的高度重視，在解決問題中，應(yīng)注意以下原則：1、對(duì)于中、粗料混合料應(yīng)嚴(yán)格限制攤鋪寬度，避免集料離析，2、溫差離析是導(dǎo)致瀝青路面早期局部破壞的重要原因，特別是對(duì)于低溫下施工的路面，除了采取運(yùn)輸保溫措施外，攤鋪前工地二次拌和工藝是消除溫差離析的必要措施。3、應(yīng)以等粘溫度與攤鋪溫度相符作為基本標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)考慮瀝青性質(zhì)、混合料類型和施工環(huán)境溫度，確定碾壓溫度。4、碾壓機(jī)械選配不僅要考慮壓實(shí)度指標(biāo)，還要考慮對(duì)路面內(nèi)在的質(zhì)量影響。5、路面實(shí)際空隙率依賴于壓實(shí)度和設(shè)計(jì)空隙率，應(yīng)在不低于規(guī)范壓實(shí)度的前提下，設(shè)計(jì)計(jì)算工地壓實(shí)度指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，保證實(shí)際空隙率處于允許范圍之內(nèi)。參考文獻(xiàn)1、中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范（JTJ032-94）北京：人民交通出版社2、李小明關(guān)于瀝青路面施工質(zhì)量控制的幾個(gè)問題的分析。陜西路橋，1992（2）。