瀝青混合料施工過程級配變異性研究

摘要 瀝青路面施工工序復雜、環環相扣，任意環節級配變異均可能會對混合料路用性能產生嚴重影響。在現行施工技術規范中主要針對拌和后的混合料級配進行檢測，實際工程中級配檢測耗時耗力，且檢測結果無法及時反饋到施工過程。文章主要通過實體工程項目對施工過程級配變異性進行了研究，同時通過對施工項目現場調研，分析了瀝青混合料級配變異性的影響因素。

關鍵詞 瀝青混合料;施工過程;級配變異

中圖分類號 U416.217文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2022）11-0064-03

引言

為了解不同施工水平下瀝青路面施工過程級配的變異情況，以瀝青混合料施工全過程混合料級配變異為研究對象，分別從級配變異敏感過程與連續施工過程中級配變化對級配變異性進行研究，研究周期為5天，每日對混合料進行取樣、試驗，獲取數據。級配變異敏感過程主要研究拌和、運輸、攤鋪、碾壓四個施工步驟中級配隨時間的波動情況[1]，通過對各階段施工級配數據進行監測，了解不同施工工序中混合料級配數據隨著時間的變化情況，以確定施工中級配變異的敏感過程。連續施工過程中級配變化以高速項目為例，對拌和、運輸、攤鋪等施工全過程級配數據進行了跟蹤觀測，考慮到一定時間內混合料拌和樓調控參數相對穩定，確定研究對象為同一拌鍋內瀝青混合料，對其拌和、攤鋪、運輸過程進行級配跟蹤觀測，分析級配隨工序推進中的變化情況。

1 級配變異敏感過程分析

為保證施工項目具有代表性，選擇各項目分布區域較廣，且施工方來自不同施工企業，可代表當地高等級公路施工的總體水平。其中甲高速按雙向四車道高速公路標準建設，在SUP-20中面層混合料生產過程中共用到5種不同粒徑規格集料。乙高速SUP-25項目因公稱粒徑大，利用六種不同粒徑規格冷集料進行混合料的拌和生產，SMA-13上面層施工階段共用到三種集料。丙公路項目為一級公路改擴建項目，對上面層SMA-13混合料施工項目數據進行統計分析，該項目在混合料生產時共用到三種集料，分別為10～16 mm、5～10 mm、0～3 mm三種粒徑規格。丁公路項目為一級公路新建項目，在上面層SMA-13混合料施工時對該項目所用三種粒徑規格集料各篩孔通過率、施工過程混合料級配變異性進行研究。

以以上高速公路路面施工項目為依托，采取現場試驗的方式，對拌和、運輸、攤鋪、碾壓過程級配數據進行統計分析，按照四分法對各施工過程中混合料取樣，進行抽提、烘干、篩分、測算級配。為了解一定時間內同種工序中級配隨著時間變化情況與穩定性，對各項目不同施工過程級配數據進行分析，并對各施工過程級配變異程度進行對比，獲取施工過程中級配變異的敏感過程。

1.1 拌和過程

以甲SUP-20高速公路項目為例進行研究。該項目采用ACP-4000型拌和樓，冷料進料速度采用轉速比控制，包括單倉轉速比、統一轉速比控制。為了解拌和過程中各熱料倉是否穩定，隨機選取Day3中拌和站的200次拌和數據，對各熱料倉數據進行處理、分析，結果見表1所示。

由表1可知，在拌和過程中對熱料的控制較好，各料倉質量變異性小，拌和質量穩定。ACP-4000型拌和樓裝有“二次計量”的電子稱量系統以及“二次篩分”的振動篩裝置，且甲項目每天對裝置進行檢測，保證裝置的正常運行，大大提高了各熱料倉內分段級配的穩定性。

1.2 運輸過程

對甲、已兩個項目研究了運輸過程對級配離析的影響發現，甲高速SUP-20項目在運輸過程中具體表現出粗料出現較嚴重離析現象，與設計級配的最大偏差出現在19 mm、13.2 mm篩孔處，分別為7.2%和10.3%，且13.2 mm通過率值已低于級配的下限值4.5%左右。對于細料（2.36 mm以下），則與設計級配相差不大，波動幅度1%左右。對施工過程進行現場調研，發現該項目在運輸過程中，車輛速度較快且容易發生顛簸，粗料由于質量較大，對振動、顛簸等反應更為敏感，發生位置移動、造成離析的可能性遠遠大于細集料。

乙SUP-25項目在觀測期內，13.2 mm、9.5 mm處通過率與設計級配偏差最大，偏差值分別為13.9%和11.3%，超過施工允許的波動上下限。細集料超出允許范圍僅有2.36 mm處超過1%左右，離析程度較粗集料低。與甲高速SUP-20項目比，該項目在運輸過程中離析程度更高，反映出隨著公稱最大粒徑的增大，混合料顆粒變粗，在運輸過程中受到的影響也更大。另一方面，隨著篩孔的增加，對級配的控制難度也變得更高。

經過車輛運輸后，乙SMA-13項目為期五天的觀測期內，第四天中13.2 mm、9.5 mm處通過率與設計級配偏差最大，偏差值分別達到為5.3%和6.5%，分別超過施工允許下限1.3%、2.5%。細集料超出允許范圍僅有2.36 mm處超過1%左右，離析程度低。在觀測期內第三天時0.075 mm通過率低于設計下限值1%左右。由分析知，在運輸過程中級配主要表現出粗集料離析。

1.3 攤鋪過程

針對攤鋪過程的影響，對甲和丙項目進行了研究。發現：甲高速SUP-20項目攤鋪過程最大偏差值發生13.2 mm和9.5 mm處，分別為6.9%和4.9%。拌和過程相對于運輸過程離析情況得到了改善，主要是經過螺旋布料器的二次拌和作用，對粗料的離析有一定改善作用。另一方面，車斗內部混合料在卸料過程中主要以整體形式下落，發生滾動可能性小。

丙公路SMA-13項目篩分曲線結果顯示攤鋪過程對混合料級配的影響較小，該過程中級配的變異情況小于運輸過程，與設計級配的最大偏差值發生9.5 mm和1.18 mm處，分別為4.8%和3.8%。相對于運輸過程離析情況得到了改善，再次驗證螺旋布料器的二次拌和過程對集料的離析有改善作用。

1.4 碾壓過程

對碾壓后的路面進行鉆芯取樣、抽提、篩分，獲取級配數據以評價碾壓過程中級配的變化情況。碾壓過程由于受到現場條件限制，未能對該所有項目施工過程級配變異性進行研究與分析，僅對丙公路SMA-13項目碾壓后的混合料進行了三天的級配監控。碾壓過程級配變異主要發生在1.18 mm和0.6 mm處，與設計級配的最大偏差值分別為4.1%和3.7%，其他篩孔通過率均在合理范圍內。BAAD8876-DD12-41F3-93D0-669D613B6B1A

綜合以上所有項目中對施工過程級配變異性的研究，施工過程中級配變異性受到多種因素影響，級配離析程度從大到小依次為：乙高速SUP-25項目>甲高速SUP-20項目>丁公路SMA-13項目>丙公路SMA-13項目>乙高速SMA-13項目。拌和、運輸、攤鋪、碾壓四個施工過程中，運輸過程對級配變異敏感，在運輸過程主要表現在粗集料的離析，且超出級配允許波動范圍的概率與數值均高于攤鋪與拌和過程，五個項目所得出的結論一致。

2 施工過程級配變異影響因素

2.1 道路等級

乙高速項目、丙公路項目、丁公路項目混合料類型均為SMA-13，通過對項目施工過程級配分析，研究道路等級對施工過程級配變異性的影響，3個項目混合料施工過程各篩孔的變異系數如表2所示。

由表2知：對于相同混合料類型，乙高速項目變異系數最低，丁公路項目次之，丙公路項目變異系數最大，且最大變異系數主要發生在0.3～2.36 mm區間內。

2.2 公稱最大粒徑

通過對甲、乙項目對比分析，發現公稱最大粒徑是影響混合料級配變異的重要因素。甲高速混合料類型為SUP-20，乙高速采用SUP-25型瀝青混合料作為下面層，二者混合料類型一致，且施工隊伍水平能力相近，該項目差別主要體現在混合料公稱最大粒徑不同，計算各篩孔變異系數見表3。

由表3可知：同一篩孔通過率的變異系數，乙高速項目遠大于甲高速項目。隨著篩孔減小，變異系數比值超過2倍。對于同種混合料類型，隨著公稱最大粒徑的增大，級配整體變異性也隨之增大。公稱最大粒徑是影響混合料級配的重要因素，公稱粒徑越大，相同質量混合料組成更為復雜，集料顆粒類型更多，導致顆粒增加或減少均變動引起級配顯著變化，從而對混合料級配產生重要影響。

2.3 施工工序

在對施工過程級配變異性研究內容中，了解到不同工序中，混合料級配變異性不同。級配變異性從小到大排序為：拌和過程<攤鋪過程<運輸過程。運輸過程中車輛的顛簸導致的粗顆粒的滾動、混合料溫度的冷卻等是導致混合料離析的重要原因。拌和過程由于國內均采用間歇式拌和設備，通過實施監控熱料倉質量、對拌和的混合料進行抽提檢驗等手段，有效避免了混合料級配離析的產生。攤鋪過程作為混合料與成品路面的重要中間步驟，螺旋布料器的轉動，對級配離析有一定的改善作用。

2.4 運輸條件

以乙高速SMA-13項目、丙公路SMA-13項目、丁公路SMA-13項目為對象，研究了同種混合料在不同運輸條件下級配的變異差別。乙高速項目以新建道路為運輸道路，拌和站位于主線標段中間位置，最遠運輸距離不超過20 km，運輸道路距離較小，運輸路況好。丙公路項目拌和站位于某空曠地帶，車輛出后場時經過一段3 km左右的便道，路面坎坷不平，車輛行駛時晃動較大。經過該段后行駛路況良好，但運距長，行駛總時長約55 min。丁公路項目公司采用以拌和站為中心、項目輻射的經營形式，運輸道路較好，但距離較長，整體運輸時間約為70～80 min。乙、丙、丁三個項目運輸過程中各篩孔的變異系數如表4所示。

由表4數據分析結果知，乙項目在運輸過程中級配變異程度低于其他兩個項目，從而也表明了運輸條件對級配變異性影響。丙公路項目盡管變異系數略低于丁公路項目，但在之前分析中可知，丙公路項目較多篩孔低于設計級配值，盡管變異性小，但總體離析較丁公路更為嚴重。運輸路況與運輸時間是影響混合料級配離析的兩個重要因素，運輸路況越差、運輸時間越長，混合料離析的概率與程度均會提高。

2.5 混合料類型

以SMA型與AC型混合料類型為對象，比較不同混合料類型對施工過程中級配變異的影響程度。為避免公路等級等其他因素對結果影響，均選擇高速公路施工項目進行對比。各項目混合料在施工過程中級配的變異情況如表5所示。

由表5計算結果知：當公路等級均為高速公路時，SMA-13型混合料變異性略低于AC-13型瀝青混合料，當篩孔尺寸在0.6～13.2 mm時，二者差異較小;當篩孔尺寸小于0.3 mm時，變異性差距明顯。混合料類型是影響混合料級配變異性的重要因素，不同類型混合料內各粒徑顆粒組成不同，進而影響到混合料生產過程中的級配變異性[2]。總體而言，SMA型混合料優于傳統的AC型瀝青混合料。

3 結論

綜上所述，現有施工水平下拌和過程對混合料級配影響小，運輸過程中級配變異性較大，攤鋪過程對離析混合料有一定的改善作用。級配變異受到道路等級、混合料類型、最大公稱粒徑、運輸路況與運輸時間等因素的影響，在施工水平類似的情況下，工程粒徑大、道路等級低、運輸路況差、運輸時間長的混合料級配發生變異的可能性越高，且AC型瀝青混合料變異性高于SMA混合料。

參考文獻

[1]丁凡. 瀝青路面施工過程級配變異性分析與控制[D]. 南京：東南大學， 2020.

[2]王德璽. 熱拌瀝青混凝土路面施工質量變異性研究[D]. 烏魯木齊：新疆大學， 2020.

收稿日期：2022-04-13

作者簡介：顧銘（1981—），男，本科，中級工程師，研究方向：道路與橋梁。BAAD8876-DD12-41F3-93D0-669D613B6B1A