排水瀝青混凝土路面在廣西高速公路中的應用

劉國華，唐江龍

(廣西交通規劃勘察設計研究院有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

目前我國大部分高速公路采用瀝青混凝土路面結構，在運營一定時間后，其抗滑性能逐漸變差，由此引起雨天交通事故頻發。隨著人們對高速公路舒適性、安全性、耐久性的要求不斷提高，排水瀝青混凝土路面應運而生。它具有降噪、抗滑、降低汽車炫光、減少路面濺水等諸多優點，有效地提高了高速公路的行車舒適性及安全性。本文結合廣西某工程實例，對排水瀝青混凝土路面設計與施工工藝進行闡述，為類似工程建設及排水瀝青路面技術的推廣提供經驗借鑒。

1 工程概況

廣西某高速公路，設計速度120 km/h，路基寬26 m，為特重交通等級，項目經過一處一級水源保護區。基于水源保護區對環境保護、行車安全的相關要求，為減少交通事故，在一級水源保護區范圍K102+000～K112+000段鋪筑4 cm PAC-13排水瀝青混凝土路面。排水瀝青混凝土路面結構見表1。

表1 排水瀝青混凝土路面結構表

2 原材料要求

2.1 排水瀝青路面專用改性瀝青

排水瀝青混合料須采用專用改性瀝青，且經工程驗證成熟可靠。專用改性瀝青可由專用改性劑(HVA)與相容性良好的特種基質瀝青復合改性生產而成。專用改性瀝青使用方法分為兩類：(1)施工時將專用改性劑直接添加到拌缸中，與集料和特種瀝青拌合，即“干法”；(2)專用改性劑與特種瀝青預先通過特定的配方和加工工藝，生產成專用改性瀝青成品，再添加到拌缸中拌合，即“濕法”。根據目前技術成熟可靠度，本項目推薦采用“干法”進行生產。

特種瀝青必須與專用改性劑(HVA)具有良好的配伍性，使用前要進行相容性試驗驗證。特種瀝青、排水路面專用改性劑、排水路面專用改性瀝青技術指標見表2～4。

表2 特種瀝青質量技術要求表

注：[1]表中測力延度(5 cm/min，4 ℃)采用美國道路管理者協會標準《瀝青材料測力延度試驗法》(AASHTO T 300-00)，可采用帶有記錄力值功能的延度儀進行測定。
[2]表中135 ℃運動黏度可采用《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTG E20-2011)中的“瀝青布氏旋轉黏度試驗方法布洛克菲爾德旋轉黏度計(Brookfield型)”進行測定。有條件時應測定改性瀝青在60 ℃時的動力黏度。
[3]表中瀝青體系相容性Ic采用《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTG E20-2011)中的T0618-1993 瀝青化學組分試驗(四組分法)測試得到四組分含量后，通過公式Ic=w(As+S)/w(R+Ar)計算得到

表3 排水路面專用改性劑質量技術要求表

注：帶有*號的指標，有懷疑隨時檢測評價；其他指標每批檢測2個樣品評價穩定性

表4 排水路面專用改性瀝青技術要求表

2.2 粗集料

采用潔凈、干燥、無風化、無雜質的輝綠巖母巖軋制碎石，要求采用大型反擊式多級聯合碎石機加工，破碎后顆粒的形狀應接近立方體，并具有足夠的強度和耐磨耗性。建議粗集料在反擊破碎和振動篩過程中采用真空吸塵裝置，以減少碎石表面的粉塵含量。對于排水瀝青混合料，為維持排水瀝青路面的大孔隙結構，不采用粒徑為3～5 mm的集料。質量技術要求見表5～6。

表5 粗集料質量技術要求表

注：按照T0316試驗的標準進行高溫壓碎值試驗步驟。將裝有試樣的壓碎值試驗儀和壓柱一起放入192±2 ℃的烘箱內保溫2 h后，取出試樣立即按試驗方法進行試驗，所有試驗操作應在5 min內完成

表6 粗集料級配范圍表

2.3 細集料

瀝青面層細集料采用機制砂，應潔凈、干燥、無風化、無雜質，粒徑15 mm以上的硬質石灰巖軋制。細集料在加工過程中應安裝有效除塵設備，嚴禁用廢粉替代機制砂，細集料中不得含有雜物。細集料質量技術要求與級配范圍見表7～8。

表7 細集料質量技術要求表

表8 細集料級配范圍表

2.4 礦粉

排水瀝青路面應采用石灰巖和巖漿巖中的強基性巖石等憎水性石料磨細的礦粉，必須保持干燥、潔凈、無風化、無雜質。礦粉中嚴禁摻加拌合機或碎石機除塵裝置回收的粉塵，礦粉必須貯放在室內，被雨淋濕的和已結塊的礦粉不得使用。其中<0.075 mm的顆粒含量宜>90%。礦粉質量技術要求見表9。

表9 礦粉質量技術要求表

2.5 纖維

本項目屬特重載交通，在排水瀝青混合料中添加使用纖維作為增塑穩定劑材料。采用聚合物纖維，摻量為瀝青混合料質量的0.1%±0.02%(外摻)。纖維技術指標見表10。

表10 聚酯纖維技術要求表

3 排水瀝青混合料配合比設計

本項目結合當地原材料特點、氣候條件以及交通量等客觀情況，進行排水瀝青路面配合比設計。

3.1 PAC-13級配范圍

本工程中所采用的排水瀝青混合料級配類型為PAC-13，其級配范圍詳見表11。

表11 級配范圍表

3.2 配合比設計方法及指標

排水瀝青混合料配合比設計是以滿足空隙率的要求為標準(以析漏-飛散確定最佳瀝青用量，一般在4.3%～4.8%之間)，同時保證混合料的強度、高溫穩定性和耐久性。排水瀝青混合料質量技術要求見下頁表12。

4 施工工藝

4.1 溫度要求

排水瀝青混合料拌合設備宜采用間隙式瀝青混合料拌合機，施工溫度詳見下頁表13。

4.2 混合料拌合

(1)采用間歇式拌合機時，排水瀝青混合料的拌合工藝為：“集料+纖維”干拌10～15 s后，投放專用“特種瀝青+高黏度添加劑”拌合10～15 s，隨后投放礦粉拌合35 s，整個循環周期一般為60～65 s，可根據實際拌合效果，適當調整順序和時間。傳統瀝青混合料的生產周期不宜≤45 s。

建議采用拌合站動態監控系統，對混合料的拌合時間、溫度、級配、瀝青用量等關鍵指標進行過程動態監控，發現問題及時報警糾正，以保證排水瀝青混合料及普通混合料的生產質量。

(2)排水瀝青路面專用改性劑投放設備

功能要求：通過自動化控制代替人工向間歇式瀝青拌合設備中及時準確地把定量的添加劑加到瀝青混合料中，拌合后均勻地分散至混合料中進行投料。

設備組成：設備應配備料斗、螺旋提升輸送機、稱重料倉、送料鎖壓器、進給閥門、氣動執行器、高壓風泵、微電腦電控系統、室內控制器、報警裝置等。除室內控制器外，其余設備零件均應裝在一個機座上，以方便起吊及現場安裝。

工作原理：生產時將添加劑倒入料斗中，料斗關閉后，生產過程由程序控制，在控制器接到投料信號后，加料螺旋自動把料斗中的添加劑輸送到稱重料倉中進行稱重，待精確稱重后，等待送料指令；指令信號接通時，風泵、氣動執行器及送料器將添加劑輸送至拌合缸內進行拌合。料倉中始終保持一定量的添加劑處于等待狀態，及時補充至計量系統中。

設備要求：儲料倉容積≥0.8 m3；每次可投料質量1～40 kg；輸入拌合缸流量≥2 kg/s；風送管內徑≥150 mm。

4.3 混合料運輸、攤鋪

排水瀝青混合料運輸、攤鋪與傳統瀝青混合料基本相同。

表13 施工溫度范圍表(℃)

4.4 混合料碾壓

初壓與復壓采用鋼輪壓路機，終壓宜采用膠輪壓路機。初壓采用鋼輪壓路機靜壓1～2遍；復壓采用與初壓相同的雙鋼輪壓路機，緊接初壓進行，靜壓2～4遍；終壓采用膠輪壓路機壓實1～2遍。建議采用瀝青路面智能壓實系統，對瀝青路面的碾壓溫度、遍數、速度等指標進行全程動態監控，以保證路面的壓實質量，避免欠壓或過壓現象。

4.5 交通控制

(1)排水瀝青路面施工結束后，應封閉交通24～48 h，方允許開放。緊急情況或施工車輛必須通行時應待攤鋪層完全冷卻，表面溫度<50 ℃方可開放，并嚴禁急剎或急轉。

(2)傳統瀝青混合料路面應待攤鋪層完全自然冷卻，混合料表面溫度<50 ℃后，方可開放交通。需要提前開放交通時，可灑水冷卻降低混合料溫度。

5 結語

排水瀝青路面技術要求較高，集料的選擇、專用特種瀝青技術方案、混合料的配合比設計、施工拌合和碾壓等環節都是直接影響排水瀝青路面耐久性的關鍵因素，而廣西地區相關技術經驗積累較少。本文主要對排水瀝青混凝土路面的設計與施工工藝進行闡述，為類似工程建設及排水瀝青路面技術的推廣提供經驗借鑒。