淺談瀝青路面原材料技術標準及其質量控制

【摘 要】瀝青和集料是鋪筑瀝青路面的兩大主要原材料，其性能好壞直接關系到路面施工質量。本文針對瀝青和集料兩大原材料的技術特點及關鍵指標進行了探討，結合我國瀝青路面施工實際情況，提出了相應的質量控制措施與建議。

【關鍵詞】 道路工程;瀝青路面;瀝青;集料;加工特性;評價指標

Shallow talk asphalt road noodles original standard and its quality of the material technique control

Tang Zhi-feng

(Great Highway Engineering Co.， Ltd. Guangdong governor Guangzhou Guangdong 511431)

【Abstract】Asphalt with gather to anticipate is spread to build asphalt road noodles of two big main original material， its function quality direct relation arrive road noodles construction quality.This text aim at an asphalt and gather to anticipate two big original technique characteristics and key index sign of material carried on study and combine our country the asphalt road noodles construction actual circumstance， put forward correspond of quality control measure and suggestion.

【Key words】Road engineering;Asphalt road noodles;Asphalt;Gather to anticipate;Process characteristic;Evaluation index sign

1.概述

近年來，我國各地高速公路建設蓬勃發展，如此同時，交通量迅猛增長、超載現象十分普遍，這些都對瀝青路面修筑質量提出了更高的要求。為了提高瀝青路面施工質量，在近幾年新建的高速公路中，都采用了先進的拌和、攤鋪和碾壓設備;對于原材料，則結合各地區實際情況，均提出不低于國家規范的技術指標要求，并且，為了更好的控制原材料質量，制定了相應的原材料質量保證措施，如:瀝青監管制度、集料準入制度等。然而，由于各地瀝青路面施工水平存在差異，對規范的理解和認識也存在分歧，尤其是對一些一直以來都存在爭議的指標，更是琢磨不定。如:改性瀝青的選用及技術標準、改性瀝青的穩定性評價，集料針片狀指標的取值、細集料棱角性指標及其測試方法、礦粉的技術要求及質量控制等等。這些看似不是問題的問題，在實際工程中卻往往困擾著廣大路面施工技術人員。筆者結合自己多年來從事瀝青路面的施工經驗，淺談在瀝青路面施工過程中如何把握瀝青和集料的相關技術指標及如何進行原材料的質量控制。

2. 關于瀝青膠結料

國際上針對瀝青的分級主要有兩種，一種是基于針入度和粘度的分級方法，一種是基于PG等級的分類方法，后者主要是源于Superpave技術的膠結料評價方法和體系。之所以要對瀝青進行分級，主要是考慮到交通荷載及氣候對瀝青膠結料的性能要求。在我國，瀝青是按照針入度指標進行分級的，如通常說的70號瀝青，即表示該瀝青的針入度滿足60-80的范圍要求。實際施工過程中，通常針對到場的瀝青進行針入度、軟化點、延度三大指標的檢測，檢測符合要求后，方可用于路面施工。采用針入度或針入度指數PI作為瀝青的分級指標，輔以延度、軟化點等指標的檢測。實踐表明，這些指標與瀝青路面的實際使用性能相關性并不好，不能很好的體現氣候及交通荷載條件對瀝青膠結料的要求。在實際工程中選擇瀝青時，往往缺乏可操作性，針對性不強。在美國，SHARP計劃提出了基于路用性能的瀝青分級方法，即PG分級，PG等級根據瀝青的高、中、低溫粘彈特性，標準不變，改變試驗條件(溫度)得到瀝青的高、低溫等級。實際應用時，根據項目所在地氣候及交通條件，計算路面的最高與最低設計溫度，綜合考慮交通條件后進行瀝青膠結料的選擇。因此，建議在瀝青路面施工過程中，對瀝青除了進行常規的三大指標測試之外，還應結合項目所在地氣候及交通條件，對所選用的瀝青膠結料進行PG等級的測試，了解所選用的瀝青是否滿足PG等級的要求。對于改性瀝青，按照改性劑(聚合物)的不同，我國將其分為三類:(1)橡膠類:SBS;(2) 熱塑性橡膠類:SBR、SIS;(3) 熱塑性樹脂類:PE、EVA。美國superpave中，按高、低溫6℃溫差為一等級進行劃分。溫度計算方法如下:

設計高溫等級:

T20mm=(Tair-0.00618Lat+0.2289Lat+42.2)×0.9545-17.78

T20mm——路面設計高溫;

Tair——15～20年每年連續7天高溫平均按98%概率的統計;

Lat——地理緯度。

設計低溫按最低平均氣溫的統計值計取。對于改性瀝青，應重點關注其均勻性，也叫存貯穩定性。改性瀝青的存儲穩定性與改性劑種類、添加量、改性劑與基質瀝青配伍性等因素有關。改性瀝青的存儲穩定性可取不同部位的瀝青，進行軟化點、針入度、延度等試驗，用指標差值來分析其存儲穩定性。目前，我國改性瀝青儲存性能指標主要檢驗軟化點差。有研究表明:改性瀝青存儲第4天，軟化點差值達到規定極值，第9天已超過允許值。因此，在工地現場，改性瀝青貯存時間不宜超過4天，若超過4天，需對改性瀝青主要指標重新進行檢測，當貯存時間超過9天，改性瀝青應廢棄，或降低等級使用。

3. 關于集料

在我國，瀝青路面早期破壞形式主要表現為二類，一類為雨季后出現的水損害，一類為高溫季節出現的車轍。瀝青路面早期破壞發生的原因是多方面的，但是路面集料的質量管理失控是其主要原因之一。集料質量差是目前路面建設中比較突出的問題，主要表現為:材料不潔凈、粉塵多、針片狀含量超標、級配不穩定等。我國高速公路建設中的路面集料大多取自社會料場，各料場質量、規格參差不齊，級配波動較大，造成混合料質量不穩定。因此，加強集料加工質量的控制是提高和保證路面使用性能的重要措施。現行規范關于集料指標的技術要求中，按其性質可分為二類:一類是反映材料來源的“資源特性”，即材料的天然特性，它是石料產地所決定的，如密度、壓碎值、磨光值等。另一類是反映加工水平的“加工特性”，如石料的級配組成、針片狀含量、棱角型、砂當量、亞甲藍值、粉塵含量等。屬于“資源特性”的指標往往受到產地和成本的制約，可選擇和變更的余地不大。因此，要正確理解和合理選擇集料的加工性指標，且在施工現場從嚴控制，這是加強路面集料質量管理的重要內容。

3.1 粗集料針片狀指標的取值與試驗。集料中的針片狀顆粒對瀝青混合料的性能有較大影響。由于針片狀顆粒很容易在施工過程中被剛性輪碾壓和振動碾壓所粉碎、折斷，施工性能極差，而且在瀝青混合料內部遺留下相當數量沒有被瀝青膜裹覆的折斷面，成為混合料內部的微裂縫。這些微裂縫將使瀝青路面在受力作用時產生應力集中而導致裂縫擴展開裂。集料的針片狀顆粒含量與石質有關，越堅硬的石料越容易產生針片狀顆粒。而針片狀顆粒的數量更取決于破碎設備的類型。壓碎式的顎板式破碎機生產的碎石中針片狀顆粒含量較多，撞擊破碎的沖擊式破碎機、錐式破碎機則要少得多。即使同樣為打擊式破碎機，但錘重、錘的數量、打擊頻率對針片狀顆粒的數量也有較大影響。因此，粗集料針片狀顆粒含量是集料的一個重要指標，試驗結果表明，針片狀顆粒在施工中和在交通荷載作用下容易破碎，路面集料的破損情況與粗集料的針片狀顆粒含量關系密切。關于測定方法，我國《公路工程集料試驗規程》(JTJ058-2000)已明確規定，對于瀝青混合料及基層、底基層集料統一采用游標卡尺量取，這與美國ASTMD4791-95規定的針片狀顆粒含量測試方法和測定機具基本上是相同的。而規準儀適用于水泥混凝土集料。

關于采用什么樣的指標標準來評價粗集料針片狀顆粒含量問題，在美國，SHAP的SUPERPAVE僅規定1:5一個標準，要求在交通量大于100萬輛的路段不得超過10%。但實際上小于1:5的顆粒含量很少，所以NCAT(美國國家瀝青技術中心)的研究認為以1:3或1:2來評價針片狀顆粒含量比1:5要好。盡管NCAT對粗集料的規定中有1:3和1:5兩個不同標準的要求，但實際上只有1:3的有用，并且要求針片狀顆粒含量小于20%。上世紀90年代，在我國，采石場集料破碎機械仍比較落后，針片狀顆粒含量超標的問題非常突出，所以在制定規范時對此指標的爭議較大，當初在制訂《公路瀝青路面施工技術規范》(JTJ032-94)時要求不大于15%，是出于促使我國集料加工水平的目的從嚴要求，為了達到此要求，必須改變破碎設備有顎板式破碎為錘擊式才有可能。后來《公路瀝青路面設計規范》(JTJ014-97)的條文說明中又提到要求粗集料的針片狀顆粒含量應不大于10%，據施工單位反映，此要求有時實在難以達到，即使達到要求，但粗顆粒的棱角性損失較多，因此根據國外標準和我國的具體情況，目前仍維持要求小于1:3比例的顆粒含量必須不大于15%的要求是合理的。

3.2 細集料棱角性評價指標與試驗方法。細集料棱角性指標對于瀝青混合料施工性能和使用性能起著至關重要的作用。如何評價細集料的表面粗糙程度、棱角性、以前沒有標準方法。美國在戰略性公路研究計劃(SHRP)研究過程中特別強調了測定砂的棱角性指標的重要性，提出了標準試驗方法AASHTO TP33“細集料未壓實空隙率試驗方法”。棱角性試驗方法是將干燥細集料試樣通過一個標準漏斗，漏入一個經標定的圓筒，由圓筒體積V、細集料質量m、細集料的毛體積密度ρ，可以計算細集料的空隙率:未壓實細集料空隙率=(V-m/ρ)/V×100%。此空隙率即作為棱角性指標。通過砂的粗糙程度試驗方法，可以評定天然砂、人工砂、石屑等細集料顆粒的棱角性、表面構造，預測細集料對瀝青混合料的內摩擦角和抗流動變形性能的影響。所以是描述細集料性能的重要指標。在第十七屆道路工作會議上，法國標準AFNOR NFP18-564/1981規定的流值試驗方法得到了肯定，并建議各國采用此法。流動世間法試驗步驟為:細集料試樣按最大粒徑不同選擇2.36mm(適用與天然砂或0~3mm石屑)或4.75mm(適用于0~5mm石屑或人工砂)的標準過篩，烘干后取1Kg試樣從圓筒中央開口倒入漏斗，表面刮平。打開漏斗開啟門，記錄細集料從漏斗中全部流完的時間，即為細集料的粗糙度。此時間歐美通常直接稱為砂的流值(Flow)。

以上兩種細集料棱角性試驗方法的本質是一樣的，并且都已收入我國的集料試驗規程。我國現行規范推薦歐洲的流動指數作為細集料棱角性評價指標。結合我國公路建設實際情況，筆者認為以上兩種方法均可用于細集料的棱角性評價。

3.3 礦粉填料指標與使用質量控制。在瀝青混合料中，礦料填料(Mineral Filler)通常是指礦粉。礦粉在瀝青混合料中的作用非常重要。瀝青只有吸附在礦粉表面形成薄膜，才能對其他粗、細集料產生粘附作用。所以，礦粉的作用就是吸附瀝青。缺乏礦粉，就如瀝青碎石混合料，瀝青加多了，必然會產生流淌現象，故它的瀝青用量很小。真正起到膠結料作用的，不是瀝青混合料，而是瀝青礦粉膠漿。粗、細集料是通過瀝青礦粉膠漿結合成為一個整體的，這便是礦粉的最基本的作用。因此，礦粉與瀝青的粘附性好壞是評價礦粉質量的首要因素。普通瀝青混合料使用的填料，除了磨細石灰粉之外，有時還采用水泥、消石灰、粉煤灰代替礦粉。在這些填料中，玄武巖粉與瀝青的粘附性要比石灰巖粉差得多，是不宜作瀝青混合料填料的，水泥廠熟料和消石灰有相當數量的可溶成分，并有一定的活性，易形成水泥石和碳酸鈣，過度使用會使瀝青混合料變脆，所以應限制使用。另外，我國粉煤灰質量因電廠不同及排放管理原因，差別很大，所以，在高等級公路中的填料不宜使用。

對干法除塵的集塵布袋所回收的粉塵使用問題，美國和德國規范并沒有規定，但歐洲Scherocman指出，在歐洲SMA不得使用回收粉塵，其理由是回收粉中含有不少的塵土，同時粗、細集料的石粉經過明火燃燒，高溫處理，會變得發脆。我國北京地區在路面的大修工程中，對礦粉與回收粉的使用效果進行了對比試驗。試驗表明:由于使用了回收粉，車轍試驗的動穩定度和馬歇爾穩定度都比使用礦粉的要低得多，因此，在瀝青混合料填料使用回收粉時要慎重，現行規范也對使用回收粉作出了限制，即每盤用量不得超過填料總量的25%，摻有回收粉的填料塑性指數不大于4%。

4. 加強集料質量管理的建議

目前，瀝青路面集料基本上是由路面施工單位在沿線購買或與沿線已有的碎石場合作開采。由于地方料場的設施簡單，路面施工單位在這方面的資金和設備投入不足，所以，合格的路面集料大規模供應難以保證，尤其到了路面施工后期，集料的供應計劃往往無法落實，只好采取大量收購，這就導致了集料質量波動較大，在施工進度的壓力下，質量檢測工作嚴重失控，這種現象目前在大型公路建設項目中是較為普遍存在的。為此，必須在料場管理模式和合同管理方面采取切實可行的措施來確保路面集料質量和穩定供應:

(1)在項目施工圖設計階段，設計單位應加大沿線筑路材料調查深度，同時提交路面集料料場調查試驗專項設計成果，為項目業主單位制定整個項目路面集料生產供應規劃提供可靠依據。

(2)項目業主單位與沿線地方公路管理部門共同協商，采取路面集料加工與供應共同管理模式，施行料場準入制度。對各個集料加工場的生產設備、生產能力、集料規格質量等進行考核，并簽訂相關質量協議，確保整個項目路面集料的穩定供應。

(3)加強料場及拌和站堆料場的場地建設，做好隔離、排水、覆蓋、硬化措施。避免集料二次污染和串料。對于細集料、礦粉，還要注意做好防潮措施。

5. 結語

原材料質量直接關系到路面施工質量的好壞，必須引起足夠的重視。從我國高速公路瀝青路面建設實際情況來看，瀝青和設備存在的問題較少，原材料的問題主要集中在集料上，表現在級配不滿足要求、針片狀含量超標、粉塵含量超標、礦粉不滿足技術要求等。本文針對以上問題，進行了深入細致的分析和探討，希望本文對于我國高速公路建設能起到拋磚引玉的作用。

[文章編號]1619-2737(2010)06-20-188

[作者簡介]唐志峰(1970.1-)，男，職稱:工程師;工作單位:廣東長大公路工程有限公司三分公司;研究方向:路面施工技術。