争鸣之三十沥青路面碾压工艺控

引言

《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-)指出:我国沥青路面发生早期损坏,经常是由于压实不足造成的。改善压实工艺,保证混合料充分压实是提高路面建设质量的关键。

美国《热拌沥青混合料铺面手册》指出:如果混合料设的所有设计指标都满足要求,但压实度达不到要求时,在交通荷载作用下路面性能仍然很差。事实上,材料性能稍差但压实充分的混合料,通常比材料性能良好但没有充分压实的混合料的使用性能要好。沥青路面碾压工艺的重要由此可看一斑。

沥青路面压实重要性已经成为行业共识。沥青路面碾压工艺控制目标为本文讨论的内容。

压实度

现阶段,压实度指标为沥青路面碾压工艺的验收指标。典型沥青路面设计图纸关于压实度的规定如图所示,交工检测必须符合。

现场压实度可与现场芯样的空隙率可以直接换算,为讨论方便,下文直接使“现场空隙率”。

辨析

压实度的较大容许空间,使现场空隙率产生了一个波动范围;导致现场空隙率往往达不到配合比设计时最佳油石比确定的空隙率指标;为沥青路面长期使用性能带来隐患。确保现场空隙率不过度超出设计空隙率,成为沥青路面碾压工艺控制目标。原因分析如下:

抗水损害

现场空隙率过度超过设计空隙率,将带来水损害的潜在隐患。重车轮胎的抽吸作用明显,在多雨地区,经常性驶过现场空隙率偏大的区域,可能会造成沥青混合料的油膜剥落。当然,开放交通后行车荷载会对沥青路面进行补充压实,但对于过大的现场空隙率区域,可能补充压实来不及产生效果,就已经发生了破坏。

粘弹塑性

粘弹性是指沥青混合料在外力作用下,既产生弹性变形又产生粘性流动的性质。这种两性同时并存的性质使得问题的研究变得相当复杂。在温度高、时间长时,沥青材料的弹性成分逐渐减小而粘性成分会逐渐增加。沥青材料在较高温度下产生的不可恢复的永久变形即所谓的塑性流动变形。沥青混合料在使用期限内即是综合的粘弹塑性体。现阶段,高等级沥青路面中、上面层普遍采用改性沥青或高性能沥青,沥青混合料模量不断提高;不可恢复的塑性流动变形范围可控。从某种意义上讲,使用高性能改性沥青混合料后,经过充分碾压的、不过度超出设计空隙率的现场空隙率,大概率可以减少压密型车辙的产生。

现场

沥青路面为野外现场作业,整个施工过程中,受原材料变异、摊铺离析、温度离析等影响,现场空隙率处于较大的波动范围。使用无核密度仪检测某高速公路中面层现场空隙率如图所示,这一检测结果具有代表性。其中,现场空隙率过大的位置往往成为沥青路面病害的发端;从所占比例来看,往往不是零星与散发的。

马歇尔试验

马歇尔试验法最早由马歇尔(BrueMarshll)提出,年美国陆军工程兵部队对马歇尔试验方法加以改进,并添加了一些测试性能,最终发展成为沥青混合料配合比设计标准。我国一直沿用马歇尔试验方法。经过几十年的发展,沥青路面施工设备长足发展,提供的压实能力远超前辈的想象。施工工艺精心组织,沥青路面现场空隙率达到设计空隙率并非难事。

措施

根据理论与实践,一般气候条件下,绝大多数密级配沥青混合料的设计空隙率范围4~4.5%。一般来说,对传统非超薄沥青路面结构体系,现场空隙率处于6~15%范围,沥青路面容易涵水:沥青混合料连通空隙易吸附水分而又不易排出,带来较大水损害风险。基于此,沥青路面碾压工艺控制目标为:对于表面层,现场空隙率≦设计空隙率+0.5%;对于中、下面层,现场空隙率≦设计空隙率+1%。严格遵守以上现场空隙率目标碾压工艺,必将为沥青路面施工质量奠定坚实基础。

小结

由于现场压实度可与现场芯样的空隙率可以直接换算,现场空隙率成为沥青路面碾压工艺的控制目标。为确保现场空隙率不过度超出设计空隙率,将控制目标定为:对于表面层,现场空隙率≦设计空隙率+0.5%;对于中、下面层,现场空隙率≦设计空隙率+1%。

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全文完。徐科,江苏宜兴人,工学博士,“沥青路面”


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