高模量瀝青混凝土路面施工方法研究

周慶華

（陜西交通職業技術學院，公路工程系，陜西 西安 710018）

高模量瀝青混凝土是一種新型路面結構，因其整體模量較高，抗疲勞性能良好等特點，正在逐漸受到重視。高模量瀝青混凝土在國外的使用已經比較成熟，但是在中國，針對高模量瀝青混凝土的研究還處于初期階段，對于施工過程中各項環節的控制還缺乏成熟經驗。本文結合扶項高速公路實體工程，通過鋪筑高模量瀝青混凝土試驗路，系統地研究了高模量瀝青混凝土配合比設計以及施工環節的控制方法，對高模量瀝青混凝土的施工工藝進行分析和總結，為今后高模量瀝青混凝土路面的推廣應用提供基礎。

1 原材料

在法國主要通過兩種途徑來提高瀝青混凝土的模量：一種是使用低標號瀝青，即30＃以下的瀝青，主要采用的是20＃瀝青；另一種是使用高模量添加劑。使用第一種途徑的比例約為高模量瀝青混凝土總產量的70%左右，第二種途徑約占30%，而隨著高模量專用添加劑產品的日益成熟，其所占的比例也在逐漸提高。鑒于現階段中國低標號瀝青產品并不十分成熟的現狀，確定選用高模量專用外摻劑作為提高模量的途徑。所用各種原材料的情況如下:

1.1 礦料

采用干凈、堅硬、耐磨的滎陽石灰巖礦料，其各項技術指標滿足規范標準的要求。礦粉為石灰巖加工而成，礦粉采用礦粉罐車直接將礦粉打入拌和樓礦粉罐，以備生產時使用。

1.2 外摻劑

選用法國PR公司的PR Module專用外摻劑，外摻劑的技術指標見表2，按照使用要求，外摻劑的推薦用量為瀝青混合料的0.6%～0.8%，本研究采用的用量為0.7%。

1.3 瀝青

高模量瀝青混凝土主要用于交通量較大、受力環境較為惡劣的路段，因此選用規范中的A級瀝青作為高模量瀝青混凝土的瀝青材料。根據氣候條件，采用SK－70＃瀝青。其主要技術指標見表2。

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2 配合比設計

依據道路設計要求,試驗路段面層結構型式為：4cm細粒式SBS改性瀝青混凝土AC-13+6cm高模量瀝青混凝土HMAC-20+8cm粗粒式瀝青混凝土AC-25。試驗路采用的是該路段原中面層結構的生產級配，根據前期的室內性能試驗結果來看，此級配能夠滿足路用性能要求，其合成級配配合比見表3。

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外摻劑在混合料中熔化后一方面形成加筋作用，另一方面也會裹覆一定量的瀝青，所以使用外摻劑的高模量瀝青混凝土比普通瀝青混合料的最佳瀝青用量有所提高。試驗中高模量外摻劑摻量為瀝青混合料總質量的0.7%，根據前期試驗成果，并在施工方前期試驗和實踐的基礎上，采用4.08%、4.38%、4.68%三種油石比進行平行試驗，按馬歇爾試驗方法確定最佳油石比。試驗結果見表4。

按照《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004）中的馬歇爾試驗技術要求，并考慮瀝青混合料工作性以及經濟性，確定試驗路的最佳油石比為4.38%。

考慮到高模量瀝青混凝土的特殊性，其力學性能是否得到改善是配合比設計結果是否可行的重要因素，因此在配合比設計驗證試驗中首先增加了力學性能測試。作為對比，同時對使用外摻劑和不使用外摻劑的兩種瀝青混凝土的20℃抗壓回彈模量進行測試，結果見表5。

試驗結果顯示，對兩種不同級配瀝青混合料而言，外摻劑的應用使得混合料的抗壓回彈模量平均提高約40%左右。這說明PR Modulus外摻劑對HMAC的抗壓回彈模量有顯著提高。

混合料其它驗證試驗結果見表6，表中數據顯示，高模量瀝青混凝土抵抗高溫車轍、低溫變形和水損害的性能均能滿足技術規范中的相關要求。尤其是混合料的高溫性能，遠遠超過規范要求，外摻劑的使用在提高混合料力學性能的同時，也相應改善了混合料抵抗高溫變形的能力，說明這種高模量瀝青混凝土具有較強的承載能力和抵抗高溫變形能力。

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3 混合料生產

在高模量瀝青混凝土的生產過程中，如何準確快捷地投放外摻劑、控制混合料的拌和時間以及拌和溫度是關鍵性的環節。其中拌和時間主要指外摻劑與集料的干拌時間，由于外摻劑是顆粒狀，既要保證其能夠在有限的時間內完全熔化，又不過多延長拌和周期；另外，外摻劑的加入使得混合料的粘度增加，溫度控制不當，則會造成混合料拌和不均勻，結團等現象。

3.1 外摻劑的添加

外摻劑加入的時機和方式對于拌和效果至關重要。由于拌和樓每盤拌制瀝青混合料3噸，根據外摻劑摻量為瀝青混合料的0.7%的要求，計算得每盤料中外摻劑添加量為21kg。在試驗路鋪筑前先將外摻劑全部分裝成21kg的小袋，根據外摻料的技術要求和現場的施工條件，決定將分裝好的外摻料放置于拌和倉附近，通過人工方式從拌和樓的進料口添加進去。采用外摻劑事先分裝、人工投放的方式雖然較好地完成了混合料的生產，但是考慮到今后高模量瀝青混凝土大規模生產的需要，建議改裝現有拌和倉，增加外摻劑的計量裝備，實現外摻劑添加的自動化。

3.2 外摻劑干拌時間確定

為了保證外摻劑的充分熔化，外摻劑加入拌和倉后需要與熱集料進行一段時間的干拌過程。確定干拌時間經歷了兩個階段，首先在試驗室內初步確定干拌時間，再通過拌和樓試拌調整干拌時間。

試驗中分別用 0秒、5秒、10秒、15秒、30秒進行干拌后，用肉眼進行觀察，發現0秒和5秒均有不同程度的結團現象，15秒及30秒PR Module顆粒分布均較為均勻，摻加瀝青拌和后能夠充分熔化且無結團，同時考慮到過長的干拌時間會造成拌和周期變長，大規模生產時拌和樓的生產效率會顯著降低，因此選取15秒作為外摻劑的干拌時間。

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拌和樓試拌時，對前幾盤試拌的瀝青混合料一一進行仔細觀察，結果發現有少量PR Module未融成扁平狀，仍然表現出較硬的特性。經研究決定把集料與外摻劑的干拌和時間延長2秒，即干拌時間設置為17秒。經過連續觀察，延時后拌出的混合料中無外摻劑不熔情況，滿足技術要求。

3.3 拌和溫度控制

通過室內試拌試驗發現，PR Module添加劑在175～180℃與集料干拌17s，能使添加劑迅速軟化成不規則的扁平狀，與集料具有很好的相融性，分散均勻、無凝結成團現象?？紤]到高溫拌和有利于添加劑迅速軟化，可減少HMAC混合料的拌和時間，因此高模量瀝青混凝土拌合溫度應該高于普通瀝青混合料，在考慮到室內拌合會有較多的熱量散失，最終確定HMAC的拌和溫度為170℃～175℃。

3.4 試驗路鋪筑

由于高模量瀝青混凝土具有瀝青含量高、粘性大的特點，施工過程中要求嚴格控制攤鋪和碾壓溫度，施工溫度控制范圍見表7?；旌狭线\輸采用大噸位自卸汽車，每輛運輸車到現場均測量混合料溫度，溫度低于攤鋪溫度時，混合料不得卸車。瀝青混合料攤鋪由兩臺攤鋪機聯合作業，攤鋪寬度為13米，因為高模量瀝青混凝土拌和產量相對較低，為避免拌和樓料供應不上，攤鋪機速度控制在1.0-1.5m/min。為了防止高模量瀝青混合料溫度降低時變硬，宜在兩臺攤鋪機后緊跟兩臺壓路機同時進行碾壓，以確保路面壓實效果。具體碾壓方式組合如下：雙鋼輪靜壓一遍＋輪胎壓路機碾壓7遍＋雙鋼輪壓路機靜壓2遍?？刂茐簩崪囟仁沟贸鯄簽?60℃～170℃，碾壓速度為 1.5～2.0 km/h，復壓 140℃～160℃，碾壓速度為 2.0～3.0km/h，終壓在 120℃～140℃,碾壓速度為3.0～4.0 km/h，碾壓終了溫度要求在120℃以上。

4 試驗路檢測

高模量瀝青混凝土試驗路施工后，為檢驗施工質量，對試驗路的壓實度、平整度、滲水系數、彎沉等指標進行檢測，檢測結果見表8。

檢測結果顯示，高模量瀝青混凝土試驗路的壓實度、平整度、滲水系數和彎沉均能滿足規范要求，且水平較為穩定，說明施工中采用的碾壓組合以及對溫度的控制范圍適合高模量瀝青混凝土的施工。

在試驗路通車后八個月，分別對高模量瀝青混凝土試驗路段進行跟蹤檢測，發現路面無明顯車轍和開裂現象。采用落錘式彎沉儀對試驗路段和正常路段進行彎沉檢測，并反算出路面結構綜合模量，檢測結果見圖1和圖2。

圖1 落錘式彎沉儀（FWD）測試結果

圖2 結構的瀝青面層動態模量對比

從圖2中可以看出，用FWD檢測三個車道的反算模量比正常路段的要高，雖然反算出來的模量屬于瀝青面層的綜合模量，但由于其他結構層相同，綜合模量的差異也能反映HMAC中面層和SBS改性瀝青混凝土中面層力學性能的差異，結果說明高模量瀝青混凝土路段比SBS改性瀝青混凝土路段的整體承載力好，通車八個月后未出現明顯的病害，整體性能良好。

結論

高模量瀝青混凝土是一種具有良好的承載能力和抗變形能力的路面材料，本文通過系統地研究高模量瀝青混凝土配合比設計以及施工環節的控制方法，根據高模量瀝青混凝土的特點調整現場施工的各項技術要點，提出了適用于高模量瀝青混凝土路面的施工工藝。

檢測數據顯示，高模量瀝青混凝土試驗路的各項性能指標均滿足施工要求，試驗路具有明顯的整體性強、承載能力高等特點，表明本研究所采用的施工方法較為合理，施工效率高、組織嚴密，降低了道路的建設成本，適合于國內施工條件。

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