寬幅路基排水瀝青路面質量控制研究

李東毅,王燦升,彩雷洲

(1.廣西邕洲高速公路有限公司,廣西 南寧530022;2.中路交建(北京)工程材料技術有限公司,北京 100176)

0 引言

排水瀝青路面作為新一代環境友好型路面,尤其適用于高溫多雨氣候條件下高等級公路或城市道路建設,初步應用即獲得了道路建設者、使用者和管理者的一致好評,充分發揮其高抗滑、低噪聲、抑制水霧、防止水漂、減輕眩光等優勢[1-3]。但排水瀝青路面作為新型瀝青混凝土路面結構,其材料、技術、工藝及施工質量控制等方面仍缺乏足夠的經驗借鑒和耐久性考驗,如何保證排水瀝青路面質量和耐久性,充分發揮其自身獨特優勢和技術特點,尤其在寬幅路基路段上成功應用,需要加大對材料性能的研究以及施工作業各環節的細節把控。本文結合廣西南寧沙井至吳圩高速公路(以下簡稱“沙吳路”)排水瀝青路面工程實施案例,對排水瀝青路面技術和施工控制開展相關研究。

1 工程概況

沙吳路主線總長25.59 km,其中K線為雙向六車道,里程為20.9 km,路基寬度為34.0 m;SW線為雙向八車道,里程為4.6 km,路基寬度為43.0 m。項目地處廣西南寧市江南區,所屬區域內雨量充沛,多年年平均降雨量達1 304.2 mm,屬潮濕多雨地區,雨天行車安全性顯得尤為突出。為有效解決路面積水而引發的行車隱患問題,全面提升沙吳路的安全性能和服務水平,經技術論證及路面結構驗算,擬在K15+000～K20+978.27段、SWK0+000～SWK4+599.463段采用排水瀝青路面設計,路面結構為“4 cm PAC-13排水瀝青混凝土表面層+改性熱瀝青同步碎石粘結防水層+7 cm AC-20C改性瀝青混凝土+8 cm AC-25C瀝青混凝土+1 cm改性同步碎石封層”,面層總厚度為20 cm。

2 原材料的選定及質量控制

對排水瀝青混合料原材料的使用管理,主要是結合材料種類和性能,按照相應的國家行業標準嚴格管好材料的簽收、存儲和應用。本文主要討論高黏度改性瀝青現場管理工作。高黏度改性瀝青制備有兩種形式:(1)工廠直接加工好運輸到拌和樓的成品高黏度改性瀝青;(2)高黏度改性劑與瀝青直接現場改性,亦所謂的“干法”拌和工藝。鑒于廣西高溫多雨氣候條件,成品高黏度改性瀝青的儲存穩定性更為棘手,項目選擇高黏度改性劑“干法”直投工藝。高黏度改性劑采用專項庫房保存,做好防潮、防水、防受熱結塊等措施,保證在混合料拌和過程中投放方便,攪拌均勻。

2.1 專用改性瀝青

本項目排水路面專用高黏高彈改性瀝青是由SBS改性瀝青與專用高黏度改性劑復配制的,但瀝青與改性劑的配伍性是直接影響排水路面改性瀝青技術指標的關鍵因素。配伍性不佳會導致瀝青結合料指標不合格,進而影響排水路面混合料質量。項目前期重點對SBS改性瀝青體系相容性指標、排水瀝青路面專用改性瀝青60 ℃動力黏度等影響配伍性的技術指標進行重點控制,最終采用專用高黏高彈改性劑∶SBS改性瀝青=8∶92制得專用高黏高彈改性瀝青,其性能參數見表1。

表1 專用高黏高彈改性瀝青性能參數表

2.2 集料

排水瀝青混合料中粗集料含量一般超過80%,構成混合料的骨架結構,同時是影響排水瀝青混合料的強度與耐久性的關鍵因素;細集料主要用來吸附瀝青以增強集料間粘結作用,同時填充部分孔隙,構成穩定大孔隙結構;礦粉用來提高集料膠結強度,從而達到增加瀝青混凝土強度的影響。本項目使用潔凈、干燥、無風化、無雜質的5～10 mm和10～15 mm兩檔輝綠巖作為粗集料;0～3 mm輝綠巖機制砂作為細集料。

3 配合比優化設計及質量控制

排水瀝青混合料的性能受材料的影響更為敏感,配合比設計主要考慮材料的體積指標與混合料性能之間的匹配性,因此目標配合比設計的原則就是保證室內試驗的“最佳”,根據本項目寬幅路面的特征,通過試驗手段和技術經驗找到“最佳”合成配合比和油石比,控制關鍵篩孔,權衡目標孔隙率和性能的矛盾。擊實過多易造成集料破碎,因此室內成型采用小馬歇爾試件擊實50次來模擬現場碾壓情況。

經多次試驗驗證及經驗總結,本項目排水瀝青混合料配合比設計以孔隙率為目的,平衡好混合料的耐久性、強度、高溫、低溫及其他路用性能與孔隙率的矛盾。本項目排水瀝青路面采用設計孔隙率為20%PAC-13混合料,其目標配合比礦料摻配比例為:10～15 mm∶5～10 mm∶0～3 mm∶礦粉=1%∶36%∶10%∶3%。結合體積分析法,確定PAC-13瀝青混合料的油石比范圍選擇在4.3%～4.8%,并通過析漏試驗,確定最佳油石比為4.8%。具體合成比例見表2。瀝青混合料各項性能參數測試結果經試驗檢驗均符合工程和規范的要求。

表2 PAC-13目標配合比合成級配表

4 施工與質量控制

4.1 防水粘結層施工

為加強排水瀝青路面與下面層的層間防水效果[4],采用改性熱瀝青同步碎石防水粘結層,其施工過程中基本參數控制過程為:(1)全幅撒布改性熱瀝青,撒布量控制在1.5±0.1 kg/m2;(2)碎石需提前預拌,計劃將4.75～9.5 mm輝綠巖碎石和0.3%～0.5%(按照集料重量計)摻量的SBS改性瀝青進行預裹附(裹附溫度為150 ℃～180 ℃),經預裹覆試拌確定瀝青用量為0.35%～0.40%(按照集料重量計);(3)碎石撒鋪量為滿鋪的60%～70%。

同步碎石防水粘結層撒布結束后,若出現路緣兩側(下承層本身屬于碾壓薄弱路段)存在漏撒及碎石瀝青撒布不到位的情況,可采用人工噴壺均勻補撒多遍改性乳化瀝青,增加與中面層粘結作用、起到封水效果,防止雨水下滲。若運輸車輛進入施工作業面后,車輪粘起少量的碎石和瀝青,可對運輸車輛涂抹隔離劑,保證在進場的過程中不破壞同步碎石防水粘結層,避免出現早期的損壞。

4.2 排水瀝青施工過程質量控制

為使排水瀝青路面排水、低噪、抗滑等性能得到最大發揮,本項目對道路施工工藝、施工設備進行嚴格控制,施工時各環節溫度控制如表3所示。

表3 施工溫度控制范圍表(℃)

(1)拌和與運輸:本項目拌和采用兩套間歇式拌和機共同作業,確保混合料滿足攤鋪進度需求;拌和時先將集料、纖維與專用高黏高彈改性劑干拌10～15 s,噴灑SBS改性瀝青后投放礦粉拌和35～40 s。根據實際拌和效果,靈活調整拌和的順序與時間,但整個拌和過程的時間應控制在45～55 s。拌和過程要做好拌和均勻度和充分性的把控,避免排水瀝青混合料出現結團或者離析問題;重點對瀝青混合料的拌和溫度、時間、級配、油石比等關鍵指標進行動態監控,從源頭保證了排水瀝青混合料的質量。運輸工作與普通差別不大,重點是做好保溫、隔離工作[5]。

(2)攤鋪:由于排水瀝青混合料具有間斷級配、粗料多、孔隙率大等特性,排水瀝青混合料攤鋪過程中更易產生熱量散失,更易產生粗集料離析和溫度離析等問題。因此攤鋪過程中更應注重攤鋪的連續性、均勻性、穩定性。本項目屬于寬幅六車道/八車道,大部分路段采用一臺全幅攤鋪機可減少接縫問題;對于加寬段采用兩臺攤鋪機進行攤鋪,這期間采用梯隊方式同步攤鋪,前后錯開距離應盡量縮短至2～5 m內,減少縱向冷接縫的產生。排水瀝青混合料孔隙率大,攤鋪過程中溫度降低較快,攤鋪機的初始壓實度對最終孔隙率影響非常大,對于前述兩臺攤鋪機聯合攤鋪時應盡量選擇同一型號,且振動頻率和振幅等參數必須保持一致,以保證路面的初始壓實度和孔隙率的協調性。對于橫坡底部的一側略大于橫坡頂部一側的情況,在施工快要完成時,將攤鋪機正常攤鋪后移開,保留約5～10 m的松鋪厚度。

(3)碾壓:排水瀝青路面是石與石嵌擠的大孔隙結構,如果碾壓過多、過重都會導致集料中粗料部分接觸面破碎或結構穩定性降低[6];如果碾壓過少,可能引起平整度不足、孔隙率大、結構強度不足易松散等影響耐久性等問題;如果碾壓速度過快,質量難以提升。本項目路幅較寬,碾壓過程中面臨細節較常規復雜。根據工程經驗和理論支撐,整個碾壓過程采用靜壓,且保持緩慢、穩定、勻速;終壓采用鋼輪壓路機靜壓時控制路面溫度在80 ℃左右,可有效地將混合料內部粗集料進一步嵌擠提高其穩定性,緩解飛散病害的產生。為解決孔隙率與壓實度的矛盾關系以及保證壓實度和平整度,建議在試驗段期間進行多項方案調整,大規模實施過程中按標準進行動態監控,保證路面的壓實質量,避免欠壓或過壓現象。

5 沙吳路排水瀝青路面實施效果

根據項目現場施工情況顯示攤鋪效果良好,無明顯質量問題,壓路機碾壓有序,路面平整,整個工作面施工組織較好。同時,全段排水瀝青路面所檢壓實度、滲水等指標都基本滿足設計要求。施工路段總體質量在可控范圍內。其中現場滲水系數測試結果顯示均值達到6 542 mL/min,遠高于行業標準規定,具有良好的排水功能。具體測試結果見圖1。

圖1 PAC-13排水瀝青路面滲水系數測試結果圖

6 結語

沙吳路鋪筑里程長,對排水瀝青混合料的用量要求較大,施工要求也更加嚴格,從新瀝青的制備、配合比設計到施工控制都是一個考驗。本文首先針對瀝青進行制備,為項目配置了專門的高黏度改性瀝青、選擇合格的集料以滿足排水瀝青混合料自身路用性能的要求,并對施工的拌和、運輸、碾壓過程及同步碎石粘結層等配套設施進行嚴格管理,使整個項目達到了工程驗收的要求,為同類型排水瀝青路面工程提供參考借鑒。