高模量瀝青混合料在公路工程中的應(yīng)用

楊勇

摘 要：本文通過對(duì)高模量瀝青混合料的特點(diǎn)和使用范圍進(jìn)行簡(jiǎn)單的闡述，分析了配合比設(shè)計(jì)，希望可以為公路工程施工提供理論方面的幫助。

關(guān)鍵詞：公路工程;高模量瀝青混合料;配合比設(shè)計(jì)

1 高模量瀝青混合料在公路工程中的應(yīng)用背景

我國(guó)在高等級(jí)公路施工建設(shè)中，超過70%的公路都采用瀝青混合料作為路面攤鋪材料，這是因?yàn)闉r青混合料具有粘結(jié)力大、強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)秀的路面材料特點(diǎn)，極大的提高了公路通行的質(zhì)量。可是隨著人們生活水平的提高，出行基本都會(huì)選擇乘坐交通工具，這導(dǎo)致我國(guó)的交通量急劇增加，并且由于對(duì)公路維護(hù)工程不夠重視，各地都在搞建設(shè)，超載和重載的情況頻繁發(fā)生，再加上我國(guó)幅員遼闊，某些地區(qū)的氣候十分惡劣，導(dǎo)致公路過早就出現(xiàn)裂隙、坑槽等嚴(yán)重?fù)p害公路質(zhì)量的病害，公路的路面性能急劇下降，影響了人們的安全出行，公路使用壽命減少。瀝青混合料是十分常見的粘性材料，它的性能嚴(yán)重受到溫度等外界性能的影響，在高溫度情況下十分容易發(fā)生形變，并且形變后不可逆轉(zhuǎn)，在低溫環(huán)境中，容易發(fā)生開裂和沉降。

為了進(jìn)一步的提高公路路面的質(zhì)量，解決上述的問題，人們進(jìn)行了大量的研究，針對(duì)性的采取了各種措施，常見的措施有改善瀝青混合料中的礦料級(jí)配，使用質(zhì)量更佳的粗細(xì)集料，可是取得的效果并不理想，付出和收入不成正比。因此在科學(xué)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的社會(huì)背景下，人們將目光投向了研究新型路面材料的方向，公路工程領(lǐng)域的眾多專家學(xué)者紛紛開始研究，不斷的提出新的材料，由此高模量瀝青混合料應(yīng)運(yùn)而生，成為了高等級(jí)公路工程建設(shè)的常用材料。高模量瀝青混合料作為新型的路面材料，相較于一般的瀝青混合料，它具有耐疲勞、抗低溫開裂、高模量等更為優(yōu)秀的路面材料特點(diǎn)，極大的提高了路面的抗車撤能力。

2 高模量瀝青混合料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和適用范圍

2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

通過對(duì)改性瀝青的使用，極大了提高了瀝青混合料的模量，路面的車輛荷載得到有效增加，在高溫環(huán)境下，穩(wěn)定性更好，不容易發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的形變，在低溫情況下，具有力了強(qiáng)抗裂性能，有效的增加了路面的使用壽命，降低了路面維護(hù)施工的難度，節(jié)約了維護(hù)成本。同時(shí)因?yàn)樗鼜?qiáng)大的抗疲勞性和高荷載能力，可以在路面設(shè)計(jì)時(shí)，在保證路面強(qiáng)度的前提下，合理的降低路面的厚度。高模量瀝青混合料的模量還要高于改性瀝青，在15℃、10 Hz的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，動(dòng)態(tài)模量超過了14 000 MPa。使用高模量瀝青混合料作為路面攤鋪的材料，瀝青混合料的拌和、攤鋪和碾壓施工環(huán)節(jié)中，溫度要求都比一般的瀝青混合料要高，在拌和過程中，還需要加入外滲劑，防止瀝青混合料出現(xiàn)外滲的情況，所以在進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮到添加外滲劑后對(duì)配合比的影響。

2.2 適用范圍

高模量瀝青混合料的性能十分的優(yōu)越，可以用于各個(gè)等級(jí)的公路施工建設(shè)當(dāng)中，作為各面層主要材料，考慮到公路工程的建設(shè)成本，高模量瀝青混合料最適合用于各種特殊環(huán)境的公路建設(shè)當(dāng)中，下面總結(jié)幾類常使用高模量瀝青混合料的場(chǎng)景。（1）高輪壓荷載道路。這類公路的通行的基本上屬于大型車輛，對(duì)路面施加的輪壓較高，例如在港口通行的路面。（2）重載交通道路。這類公路的通行的基本上屬于重載貨車，需要要求路面具有更強(qiáng)的承載力，例如工程建設(shè)頻繁的地區(qū)。（3）慢速交通道路。這類公路通常具有非常長(zhǎng)的陡坡，或者經(jīng)常發(fā)生堵車，例如市內(nèi)高橋公路。

3 高模量瀝青混合料在公路工程中的應(yīng)用分析

3.1 工程概況

在進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)的過程中，實(shí)驗(yàn)所參考的對(duì)象為某實(shí)際的公路工程建設(shè)。在某公路工程當(dāng)中，公路所處的位置氣候惡劣，晝夜溫差較大，并且降水量主要集中在夏季，公路等級(jí)設(shè)計(jì)為二級(jí)公路，路基和路面的寬度分別設(shè)計(jì)為8.5 m和7 m，平均縱坡 5%，為了保證公路質(zhì)量，決定采用高模量瀝青混合料作為施工的主要材料，根據(jù)此公路工程的特點(diǎn)和需求，進(jìn)行配合比的設(shè)計(jì)。對(duì)于不用類型的瀝青混合料，配合比都有著明確的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，有關(guān)的專業(yè)技術(shù)人員需要做好配合比設(shè)計(jì)，根據(jù)實(shí)際的公路工程施工情況，在各個(gè)方面優(yōu)化配合比，保證高模量瀝青混合料的質(zhì)量，在對(duì)配合比進(jìn)行優(yōu)化的過程中，必須要保證其科學(xué)合理性，所以需要進(jìn)行大量的馬歇爾試驗(yàn)，最終得到配合比設(shè)計(jì)結(jié)果。在對(duì)瀝青混合料拌和時(shí)，施工人員需要根據(jù)要求控制拌和時(shí)瀝青混合料的溫度，做好有關(guān)防治措施。若發(fā)現(xiàn)所用的瀝青材料達(dá)不到指標(biāo)要求，則需要禁止將材料運(yùn)到混合料生產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)，因?yàn)闉r青材料均具有極高的相似度，用肉眼根本難以分辨，很可能將會(huì)導(dǎo)致材料用錯(cuò)的情況發(fā)生，進(jìn)而導(dǎo)致所生產(chǎn)的高模量瀝青混合料不符合要求。

3.2 高模量瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)

在使用高模量瀝青混合料作為公路工程施工的主要材料的時(shí)候，集料級(jí)配的科學(xué)合理性，將會(huì)直接影響公路工程施工的質(zhì)量。所謂的高模量瀝青混合料的集料級(jí)配，從字面上的意思就能看出，它是指高模量瀝青混合料所用料集料的粒徑顆粒的分配。考慮到公路工程路面強(qiáng)度和穩(wěn)定性的需求，進(jìn)行計(jì)算后進(jìn)行集料級(jí)配，最終所得的級(jí)配結(jié)果如下圖。

在進(jìn)行干拌的過程中，隨著干拌時(shí)間的增加，各種添加劑均勻的分散到瀝青混合料當(dāng)中，制成標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)高模量瀝青混合料的空隙率在減少，干拌時(shí)間達(dá)到20 s后漸漸趨于穩(wěn)定。至于馬歇爾模數(shù)，則是同空隙率相反，它是隨著干拌時(shí)間在增加，不過同樣在20 s后漸漸的穩(wěn)定。從這次馬歇爾試驗(yàn)當(dāng)中，綜合下來干拌時(shí)間最好控制在20 s，并且當(dāng)添加劑加入拌和后，需要及時(shí)進(jìn)行拌合，這樣可以避免添加劑和集料結(jié)合成粘稠團(tuán)狀物，這樣添加劑就不能充分的發(fā)揮出該有的功效，嚴(yán)重影響高模量瀝青混合料的質(zhì)量，導(dǎo)致路面質(zhì)量受到影響。

在高模量瀝青混合料拌和的過程中，對(duì)拌和溫度的控制也十分重要。因?yàn)楦吣Ａ繛r青混合料所用材料的因素，它的拌和溫度要較高于一般的瀝青混合料，如果拌和溫度過低，那么所得到的瀝青混合料的性能就會(huì)出現(xiàn)問題，在用于公路工程施工建設(shè)中，會(huì)發(fā)現(xiàn)瀝青混合料難以壓實(shí)，嚴(yán)重的影響路面的質(zhì)量，可是溫度也不能過高，溫度過高會(huì)導(dǎo)致瀝青老化，粘結(jié)力大大降低。在進(jìn)行最佳拌合溫度確定的過程中，從165℃開始進(jìn)行，發(fā)現(xiàn)瀝青混合料的空隙率在拌和溫度增加后，它也慢慢的減少，當(dāng)溫度達(dá)到175℃，空隙率來到最小值，隨后又慢慢的增加，而馬歇爾模數(shù)和穩(wěn)定度是隨著溫度的升高先是增加，然后慢慢的減少，也是大致在175℃出現(xiàn)最大值，因此在綜合多項(xiàng)因素的考慮后，確定高模量瀝青混合料最佳拌和的穩(wěn)定為175℃，這跟設(shè)計(jì)時(shí)的預(yù)期大體相似，拌和溫度的確比一般的瀝青混合料要高，大約高10℃～15℃。

在采用馬歇爾試驗(yàn)方法確定最佳油石比后，得到的高模量瀝青混合料的目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)結(jié)果檢測(cè)如下表所示。

3.3 高模量瀝青混合料的運(yùn)用

當(dāng)高模量瀝青混合料生產(chǎn)完成后，將其運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，這個(gè)過程也十分的講究。根據(jù)對(duì)施工經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，在運(yùn)輸混合料之前，需要提前對(duì)路況進(jìn)行了解，甚至需要考慮到當(dāng)天的天氣情況，并且為保證攤鋪的效率，運(yùn)料車的數(shù)量也要保證，一般來說需要5輛左右的運(yùn)料車才能滿足攤鋪時(shí)的需求。除此之外，在運(yùn)輸?shù)倪^程中，因?yàn)楦吣Ａ繛r青混合料的攤鋪和碾壓溫度要比一般的瀝青混合料較高，為了保證瀝青混凝土的溫度達(dá)到攤鋪時(shí)的溫度要求，一般會(huì)在車頂覆蓋篷布，同時(shí)在進(jìn)行連續(xù)攤鋪施工時(shí)，控制好攤鋪機(jī)之間的距離，卸料時(shí)運(yùn)料車掛空擋，依靠攤鋪機(jī)施加的動(dòng)能前進(jìn)，配合攤鋪機(jī)完成卸料。

在攤鋪時(shí)要做好路基的處理工作，需要控制攤鋪時(shí)的溫度，攤鋪溫度是影響攤鋪質(zhì)量的關(guān)鍵，在攤鋪過程中需要由專門的施工人員檢查記錄攤鋪溫度，嚴(yán)格控制好上下限溫度，不能超過上限，也不能低于下限。

當(dāng)攤鋪施工完成后，就要開始進(jìn)行碾壓施工，這個(gè)環(huán)節(jié)也非常重要根據(jù)碾壓標(biāo)準(zhǔn)的不同，可以將分為三個(gè)環(huán)節(jié)初壓、復(fù)壓和終壓，每個(gè)環(huán)節(jié)都存在相互影響，施工順序要十分明確。初壓時(shí)在攤鋪完成后就開始，對(duì)環(huán)境具有較高大的要求，初壓完成后的復(fù)壓需要進(jìn)行兩三次，碾壓速度相對(duì)初壓時(shí)需要有一定程度的提升，通過復(fù)雜消除在初壓過程中所導(dǎo)致痕跡，最后的終壓環(huán)節(jié)是為了進(jìn)一步的提高路面的平整性，碾壓過程中保持勻速，對(duì)復(fù)壓過后平整度依然存在問題的路面進(jìn)行處理。在進(jìn)行碾壓的過程中，施工人員需要控制碾壓的溫度，當(dāng)最后一次的碾壓完成后，需要專業(yè)人員對(duì)路面的平整度進(jìn)行檢測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)存在問題，需要及時(shí)進(jìn)行處理。

4 總結(jié)

為了延長(zhǎng)環(huán)境惡劣的公路路段的使用壽命，保證路段的通行質(zhì)量，對(duì)施工技術(shù)和材料質(zhì)量的要求極高，使用高模量瀝青混合料可以提高路面各方面的性能，因此在公路工程建設(shè)過程中，需要考慮實(shí)際需求，注重對(duì)高模量瀝青混合料的運(yùn)用，確保我國(guó)公路工程施工的質(zhì)量，為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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