高速公路瀝青混合料生產質量變異性特征及控制措施

□ 宋宗強 杜 鳴 朱 浩 梅 肖

瀝青路面作為高速公路建設的部分，具有無接縫、施工快、平整度高、舒適性好、噪音低等優(yōu)點。路面鋪筑質量直接影響通車后的行駛感受、安全性和養(yǎng)護成本。瀝青路面施工過程中的各項指標參數都有變異性，尤其是原材料的影響最大。目前，雖然許多工程項目實行了原材料準入制度，但沒有進行系統(tǒng)分析。瀝青路面使用的原材料種類多，市場原因導致料源不穩(wěn)定的現(xiàn)象也比較常見。另外，在建設過程中為了控制經濟成本，施工企業(yè)存在一些盲目趕工期的現(xiàn)象。加之檢測手段滯后和不足，日后可能導致瀝青路面早期發(fā)生各種病害，造成永久性創(chuàng)傷。鑒于此，在瀝青路面施工階段如何控制好施工質量是建設施工單位面臨的一個關鍵問題。

一、國內外研究現(xiàn)狀

20 世紀40 年代，美國A.M.Frendent開始了路面可靠度研究。20 世紀60 年代，美國學者Stephens運用統(tǒng)計分析法對瀝青混合料原材料變異性展開研究，提出了QC/QA規(guī)范綱要。1972 年美國德州在柔性路面設計中開始進行路面可靠性分析，指出路面系統(tǒng)需要在規(guī)定年限內達到預定功能。幾乎同時，交通運輸協(xié)會（AASHTO）提出了路面可靠度設計方法，引起了大批學者的重視和研究。到了90 年代，美國在不斷完善路面性能規(guī)范的基礎上，進行了QC/QA 規(guī)范推廣。進入21 世紀后，根據不同地區(qū)的建設特點，QC/QA 規(guī)范經過不斷完善，全面促進了路面質量的提升，并且能夠根據不同地區(qū)的外部環(huán)境、材料性質、施工工藝、配套機械設備等，通過工程設計階段和施工階段制定針對性較強的控制措施，形成了一套相對成熟、便于推廣使用的科學化管理程序。

相比之下，我國對高速公路瀝青路面施工質量變異性的研究起步較晚，研究方向也較單一，多數主要是偏向于定性分析，而缺乏定量分析，各項檢測指標缺乏科學有效的評價方法。國內許多科研工作者逐漸意識到瀝青路面施工質量過程控制的重要性，開始對影響瀝青路面施工質量的關鍵參數的變異性進行研究。從國內外研究現(xiàn)狀來看，多數研究主要從理論角度對瀝青路面施工質量變異性水平問題展開分析，其中一些研究結果并不完全適用于所有地區(qū)，還要結合工程實例加強對瀝青路面施工質量變異性研究。

二、工程概況、數據收集與分析方法

1.工程概況

寧鹽高速公路項目為南京至鹽城之間的高速公路。該高速公路線路起自南京六合新篁北，接南京繞越高速，向東經儀征陳集、大儀，高郵送橋、車邏、三垛，再向東在興化城區(qū)南側通過，止于興化荻垛，接鹽靖高速和擬建的興東高速，全長約126.6 公里，全線按雙向六車道高速公路標準建設，設計時速為120 公里/小時。

2.數據收集

在路面施工質量控制方面：首先，確定并選取對路面質量有關鍵影響的因素指標；然后，收集和整理這些因素指標的數據；最后，通過科學的分析方法對數據進行分析。在數據收集過程中，如對瀝青的數據收集需要對每一批次進場的瀝青罐車進行試驗檢測；對每一批次進場的集料按照規(guī)定的頻率進行檢測；對現(xiàn)場攤鋪的瀝青混合料隨機抽樣檢測并送回試驗室進行抽提、篩分等試驗，以獲取實時的檢測數據，因此必須保證數據的完整性、準確性和及時性。

3.分析方法

對所收集的數據進行分析主要用數理統(tǒng)計分析方法和質量控制管理圖法:數理統(tǒng)計分析方法是通過數學期望值、標準差、變異系數等方式分析說明數據的形態(tài)特征和離散程度;質量管理圖是通過利用質控圖中的計量值控制圖控制施工生產過程質量的穩(wěn)定性。

三、瀝青混合料生產質量變異性特征分析

1.瀝青含量的變異性特征及其相關性分析

瀝青含量是影響瀝青混合料密實度和強度的重要因素。如果瀝青含量低于設計值，混合料強度會降低；如果瀝青含量高于設計值，礦料之間的粘結力會增強，混合料強度會提高。但是，瀝青含量也不能過高，否則會導致混合料強度下降，因此要確定最佳瀝青用量。在瀝青混合料生產過程中，要按照設計階段確定的最佳瀝青用量進行生產，不得隨意更改。但由于主觀和客觀的原因，瀝青含量無法保持恒定，通過燃燒法和抽提法發(fā)現(xiàn)其有一定的變異性，見表1 所列。

表1 路面瀝青含量的檢測結果

可以看出，通過不同檢測方法，瀝青含量的變異系數也有一定的變化，主要分布在0.028 ～0.057區(qū)間內。

2.瀝青含量對瀝青混合料性能的影響

瀝青混合料生產過程中，瀝青含量的偏差會影響骨架的密實性和穩(wěn)定性，進而改變?yōu)r青混合料的結構強度。為了分析這一現(xiàn)象，對上面層AC-13型SBS 改性瀝青試驗不同含量的瀝青進行分析，見表2 所列。

表2 不同瀝青含量下形成的瀝青混合料試件的指標數值

瀝青含量的變化會導致空隙率、穩(wěn)定度、流值和VMA的變化。從表2 中可以看出，瀝青含量低于設計值時，空隙率較高，滲水系數會增加，容易造成路面水損害；瀝青含量高于設計值時，高溫穩(wěn)定性較差，容易出現(xiàn)車轍等病害。

瀝青含量的大小也關系到日后路面的使用性能，通常體現(xiàn)在耐久性方面。如果瀝青含量過低，整體結構穩(wěn)定性差，混合料強度降低，抗變形能力減弱，將加速瀝青的老化；如果空隙率過高，滲水系數也過高，水損害嚴重，最終將縮短路面的使用壽命。

3.瀝青混合料溫度變異性及影響因素

（1）溫度對瀝青混合料施工的重要性。溫度是瀝青混料生產過程中最敏感的技術指標，也是影響瀝青老化的主要因素。如果混合料溫度過高，瀝青會老化；如果混合料溫度過低，壓實成型會困難，進而影響路面的平整度和壓實度。因此，項目根據當地氣候變化復雜的特點提出了瀝青面層施工中溫度的要求。

（2）溫度的變異性分析。選取2023 年6 月中旬連續(xù)12 天的上面層施的各階段溫度數據，見表3 所列，期間平均氣溫約為21℃。可以看出，變異性主要集中在碾壓和攤鋪環(huán)節(jié)，碾壓溫度和攤鋪溫度的變異系數較大，說明溫度變異性主要受攤鋪階段和碾壓階段的影響。其中，天氣和周邊環(huán)境因素是重要的影響因素，導致溫度下降速率加快，變異性增強。

表3 路面標段上面層施工溫度變異結果

（3）溫度變異性的影響因素分析及控制措施。溫度變異性的影響因素：①集料的干濕程度潮濕的集料含水量大，加熱時間要延長，否則加熱不充分、不透徹會導致級配不穩(wěn)定，出場溫度會波動較大，變異系數也會增大；②瀝青和集料的加熱溫度瀝青混合料的出場溫度由瀝青和集料的加熱溫度共同決定。瀝青的加熱溫度設置一般是恒定的，而集料則要根據干濕程度調整加熱溫度。但為了防止瀝青老化，加熱溫度要控制在一定范圍內；③拌合設備的性能在瀝青混合料出場前，要確保干燥滾筒和燃燒器性能穩(wěn)定。

改善溫度損失或變異性的措施：①運輸車輛的包裹瀝青混合料從出料裝載到施工現(xiàn)場的時間段內，要用篷布對運輸車輛進行嚴密包裹，避免運輸過程中造成溫度損失；②出場溫度的調整。攤鋪碾壓前，根據當日氣溫情況適當地提高出場溫度，以此來抵消天氣的影響，但不宜過高，否則容易引起瀝青老化；③供料的連續(xù)性。瀝青混合料的運輸與拌合間要銜接順暢，保證供料的連續(xù)性，防止攤鋪機因供料不及時而停機等料，否則影響后續(xù)碾壓環(huán)節(jié)；④碾壓密實的及時性。攤鋪機攤鋪后馬上啟動碾壓設備，在溫度能夠保證的情況下盡快碾壓密實，同時縮短碾壓段落，防止溫度損失。

四、瀝青混合料生產過程控制措施

1.減小瀝青含量變異性特征的措施

（1）項目路面標段采用燃燒爐法測試瀝青含量是目前建筑工地常用的方法，其檢測數據變異性小。

（2）明確取樣間隔次數，通常每鋪一車料取一次樣。

（3）定期檢查拌合樓計量系統(tǒng)，如果出現(xiàn)偏差時，應立即進行標定，保證精度。

（4）保持瀝青溫度穩(wěn)定。在瀝青混合料生產過程中，瀝青含量要保持不變，加熱溫度盡可能恒定。

2.減小礦料級配變異性特征的措施

（1）集料級配變異性。①保持集料源穩(wěn)定性；②生產瀝青混合料前對集料抽檢后進行篩分試驗，確保礦料級配穩(wěn)定，不得擅自更改配合比；③提高料場日常管理水平，確保不同規(guī)格的集料分開堆放，各料倉之間設置一定高度隔墻并搭設雨棚，并在料倉口設置明顯的標識標牌，防止竄料。各料倉之間要設置隔墻，高度保持在2 米以上，但不宜過高。

（2）瀝青拌合樓的要求。①瀝青拌合樓熱料倉篩網的篩孔設置要合理且符合規(guī)范要求，確保每檔篩孔在工作時起到相應的控制作用；②定期對瀝青拌合樓進行檢查，特別是熱料倉，如果篩孔有破損或篩板有斷裂的情況應及時進行更換。

五、結論

（1）瀝青混合料級配的變異性由集料規(guī)格、尺寸、級配、拌合樓精確度以及篩孔尺寸等多方面因素引起，要根據規(guī)范要求計算出集料顆粒級配的波動范圍，其變異系數與篩孔尺寸有關。篩孔尺寸越小，變異系數越大。

（2）瀝青含量的變化會導致空隙率、穩(wěn)定度等變化；瀝青含量低于設計值時，空隙率較高，滲水系數也會增加，容易造成路面水損害；瀝青含量高于設計值時，瀝青的粘結力和潤滑作用逐漸凸顯，使穩(wěn)定度增大，空隙率減小。

（3）當瀝青混合料的出場溫度較穩(wěn)定時，在運輸距離相對固定的情況下到場溫度不會波動較大，變異性也比較小；而受當地惡劣氣候的影響，攤鋪階段和碾壓階段的溫度變異性較大，說明混合料在攤鋪和碾壓階段受環(huán)境因素影響較大，溫度下降速率加快，變異性增強，因此施工過程中要緊密銜接。