結構自診斷瀝青混凝土的施工工藝研究

孫長軍，黃少旭，唐 寧

（1.武漢理工大學硅酸鹽建筑材料國家重點實驗室，武漢 430070；2.唐山曹妃甸發展投資集團有限公司，唐山 063210）

結構自診斷瀝青混凝土是一種具有應變和損傷自感知的功能性瀝青混凝土。普通瀝青混凝土中加入石墨等導電相材料后便具有了優異的導電性能，可以通過某些特性（如電阻）變化，來感知環境的溫度、壓力及濕度，結構的位移、速度、加速度、應力和應變；材料內部的損傷、裂紋、光、電和磁信號的變化等。可用于建筑結構的振動控制、交通管理、載重測量和建筑安全等。

通過結構自診斷瀝青混凝土試驗路段的鋪筑，結合其自診斷特性要求和路面結構，進行了結構自診斷瀝青混凝土的施工工藝研究，為今后自診斷瀝青混凝土施工提供參考。結構自診斷瀝青混凝土試驗路段位于河北省唐山市曹妃甸綜合保稅區卡口東側B4路主線右幅，全長約130m。路面結構采用下面層AC－25普通瀝青混凝土，中面層6cm AC－20C結構自診斷瀝青混凝土，上面層4cm AC－13普通瀝青混凝土的結構形式。

1 電極埋鋪

結構自診斷瀝青混凝土有別于普通瀝青混凝土路面，需要在施工前預置自診斷用的電極。該試驗段采用電極為1cm×1cm網孔的不銹鋼網，裁剪成大小不同網片，電極網埋設位置如圖1所示。上部電極網位于AC－13上面層結構自診斷瀝青混凝土層AC－20C之間，下部電極網位于結構自診斷瀝青混凝土層AC－20C和下承層AC－25之間。

合適尺寸的電極網在固定好之后，瀝青撒布車噴灑粘層油后，對電極網片進行界面處理涂抹一定量200目導電石墨，避免其與自診斷混凝土層接觸不良。電極布置后路面效果圖如圖2所示。

自診斷層與面層之間的電極布置方式與下部電極網略有不同。上層電極的埋鋪在攤鋪碾壓之前進行，用鐵鍬鏟除一定量熱料，放置電極網，均勻覆蓋熱料，使電極與混合料嵌擠良好。埋設過程如圖3所示。熱料覆蓋不均勻，碾壓之后易出現裂縫。

2 拌合工藝

該結構自診斷瀝青混凝土試驗段的拌合設備為吉公3250間歇式拌和機，生產能力在3000型以上，冷料倉的數量為5個，熱料倉數量5個。設置冷料倉之間的隔板高度不宜低于70cm，避免在生產過程中造成料倉中原材料的混雜。拌和機設有二級除塵裝置，一級除塵部分可直接回收使用，二級除塵部分可進入回收粉倉使用。在正式生產前要對設備進行調試，對各集料裝置進行標定。

結構自診斷瀝青混凝土需要一定的導電性能，這就需要導電石墨顆粒裹覆瀝青膜厚適宜。瀝青膜太厚，石墨顆粒之間導電通路降低；瀝青膜太薄，混合料的力學性能降低。在試拌過程中，根據加入瀝青和石墨的先后順序設計3種不同的拌合方案（a）、（b）、（c），3種拌合方案如圖4所示，分別拌合混合料，取樣成型馬歇爾試件，檢測電學參數和力學性能。

按上述方案拌合自診斷瀝青混合料并取樣成型馬歇爾試件，檢測其電阻值以及穩定度。實驗結果見圖5。

由圖5可知，先加入石墨后加入瀝青，拌制出來的混合料電阻較其他兩者偏大，穩定度居中。先加入瀝青后加石墨，拌制出來的混合料電阻較小但穩定度也隨之降低。考慮到較小電阻情況下要具有較好的穩定度，確定方案（b）為最佳方案。

為方便操作和節約成本考慮，石墨經由一級除塵管道抽入廢粉倉定量投放使用。結構自診斷瀝青混合料拌合的溫度制度沿用普通瀝青混合料拌制的相關規范要求。另考慮到加入石墨后，混合料的導熱系數增加，故在運輸過程中需要加蓋雙層保溫布進行保溫。

3 攤鋪工藝

在試驗路段施工時，攤鋪機采用的是兩臺VOGELE2100型攤鋪機。結構自診斷瀝青混凝土層攤鋪厚度為6cm，松鋪系數1.2。

在攤鋪過程中，應注意以下幾點：1）根據攤鋪寬度組裝熨平板時，應左右對稱、底面平整無錯臺、連接緊固；2）螺旋布料器的高度應依攤鋪層的厚度而調整。其下緣宜高于松鋪層頂面10～20mm，可保布料均衡，布料器的長度應適當，其端頭宜距熨平板邊緣以內15～20cm；3）前夯振幅選擇6mm，后夯振幅選擇5mm，振動頻率為30Hz；4）熨平板的初始工作仰角刻度為20°；5）攤鋪機的攤鋪速度應根據拌和機的產量、施工機械配套情況及攤鋪厚度、攤鋪寬度，按2～4m/min予以調整選擇，對結構自診斷瀝青混凝土宜按1～3m/min的速度攤鋪，做到緩慢、均勻、不間斷地攤鋪；6）采用非接觸式平衡梁控制攤鋪厚度；7）攤鋪機熨平板應提前0.5～1h預熱至不低于130℃；8）螺旋布料器內混合料表面以略高于螺旋布料器2/3高度為度，減少攤鋪層出現離析現象。

在攤鋪過程中還要格外注意防止電極網片移位。施工中還應注意天氣變化，在雨天、大風天氣或氣溫低于10℃不得進行瀝青混合料攤鋪作業。

4 碾壓工藝

瀝青混合料的壓實應盡可能采用重型壓路機，并選擇合理的壓路機組合方式及碾壓步驟。初壓應在混合料不產生推移、開裂等情況下盡量在較高溫度下進行。對粗集料為主的較大粒徑的混合料，宜采用振動壓路機碾壓，振動壓路機以遵循“緊跟、慢壓、高頻、低幅”的原則，即緊跟在攤鋪機后面，采取高頻率、低振幅的方式慢速碾壓。振動壓路機的振動頻率宜為30～50Hz，振幅宜為0.3～0.8mm。

為了研究結構自診斷瀝青混合料合理的壓實工藝，選用兩組不同壓實工藝機械組合。兩組不同機械組合見表1。對應于不同碾壓遍數，測量現場壓實度，并以碾壓變數為橫坐標，壓實度為縱坐標，繪制結構自診斷瀝青混凝土壓實度變化曲線，如圖6所示。

表1 兩組不同碾壓機械和碾壓組合

試驗段應按不小于最大理論密度的94%、現場空隙率3%～6%進行控制。由圖6可知，兩組碾壓方案無明顯區別，合理的壓實遍數為6次，即可達到相關規定要求。但結合后期電學性能的檢測結果，方案1的電阻測量結果離散性大，最終選用方案2為合理碾壓方案。

5 結 論

a.結構自診斷瀝青路面的自診斷模塊下部電極埋設采用提前固定的方式，上部電極埋設在施工現場碾壓前用熱料埋鋪。現場實際施工時要注意防止下部電極移位，要重點檢查上部電極是否均勻覆蓋有熱料。

b.兼顧考慮混合料電學和力學性能需要，拌合工藝采用先加入礦料拌合5s，然后石墨粉與瀝青同時加入，加入完成后拌合30s即可。

c.由于結構自診斷瀝青混凝土電極的埋設，攤鋪速度宜按照1～3m/min調整，做到緩慢、均勻、不間斷地攤鋪。

d.碾壓工藝上，達到壓實度要求的同時還要考慮電學性能要求，采用方案2作為最佳碾壓方案，總共壓實6遍即可達到壓實度要求。

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