[12-11 16:59:19] 来源：http://www.tmgc8.com 公路工程 阅读：3717次
摘要 讨论了当前沥青路面施工工艺存在的系统性技术缺陷，以及由此导致沥青路面产生的病害和成因,提出了改进工艺的措施与控制技术。
关健词 沥青路面 病害 施工离析 温差离析 实际孔隙率
沥青路面被我国大多数干线公路所采用，特别是半刚性基层沥青路面更成为我国高等级公路的典型路面结构。随着经济的快速发展，交通量及其轴重越来越大，对沥青路面的结构要求和施工质量水平提出了更高的要求。
近年来我国的沥青路面结构设计和施工控制技术水平取得了长足的发展，但由于研究领域更多的局限于结构和材料范畴，对施工工艺的研究重视不够，仍停留在依靠经验和引进设备的阶段。根据多年来对施工过程和建成路段路况变化的观测，我们认为当前沥青路面便用质量频频出现问题，与施工工艺其控制技术是否科学合理的密切关系。本文针对施工过程中存在的这两方面工艺技术问题进行探讨。
1、沥青路面施工离析控制技术
沥青混合料离析的广义概念应该是沥青混合料性能的不均匀性变化,在施工中离析的表现是多种多样的,如集料粗细颗粒的离析、混合料温度不均匀导致的离析、混合料拌和不均匀产生的离析等等。我们经常称为的沥青混合料离析是指沥青混合料施工过程中粗细集料的不均匀分离变化。根据多年的跟踪调查，在运输过程中由表及里沥青混合料温度发生不均匀变化，直接摊铺后温度较低的料团不易压实，是路面发生早期破坏的重要因素之一。因此，研究温度差异导致的离析是很有意义的。
1．1 沥青混合料集料离析控制
半刚性基层沥青路面是高速公路的典型路面结构，使用率达95%。其中，AC-16Ⅰ型沥青砼路面经常被作为上面层使用。一般认为，AC-16Ⅰ混合料不易离析，用肉眼观察表面集料分布，几乎看不出离析现象。近年来，我们对几条高速公路沥青面层的施工进行了抽查，宽幅摊铺AC-16Ⅰ型沥青混合料的离析情况相当严重，改变了我们的习惯看法，在10.5米摊铺机后尚未碾压的段落,分左、中、右3个位置对称取样，其抽提试验结果如表1
尚未碾压沥青混合料抽提试验 表1
孔径(MM) 19 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
规范范围 100 95~100 75~90 58~78 42~63 32~50 22~37 16~28 11~21 7~15 4~8
左 100 90.45 76.82 55.99 35.44 32.31 23 20.35 12.66 7.38 5.59
中 100 97.76 87.99 81.33 62.97 34.27 24.16 21.38 13.25 7.88 5.86
右 100 89.29 77.13 56.66 37.14 33.13 23.56 20.85 12.95 7.59 5.83
平均 100 93.81 82.48 68.83 49.63 33.5 23.72 21 13.03 7.68 5.79
从抽检结果我们可以得出以下结论：
（1）、左、中、右三点的综合平均通过率与未摊铺同批摊铺混合料的级配相符；
（2）、左、中、右三点≦2.36MM筛孔的通过率基本相同，证明≦2.36MM的集料未发生离析;
(3)、大于4.75MM以上筛孔的3 点通过率差异较大，证明集料颗料的离析严重，左右两侧的粗集料通过率基本相同，说明离析对称发生；
（4）、粗集料向两侧分布，左右两侧大于4.75MM的粗骨料含量为64%，中间为36%，均超出规定的级配范围。即摊铺中心混合料明显偏粗，两侧偏细。
宽幅摊铺离析导致结果是严重的，他不仅影响了路面的使用性能，也促使了路面早期破坏，耐久性大打折扣。从现有调查结果看，其主要后果表现以下三个方面:：
（1）、由于离析，中部混合料偏细导致路面热稳定性严重下降。标准四车道高速公路一幅路面宽度为10.5米，施工摊铺中心位于行车道左轮迹处，行车道左轮迹车辙比右轮迹严重，行车结果恰恰相反。由此看，因为离析使中部的热稳定性下降较为严重。
（2）由于离析，中部混合料偏细导致路面中部抗滑能力明显比两侧弱。如高速公路行车道，经过一年运营后其磨擦系数和构造深度均比超车道要差得多，排除渠化交通因素外，行车道混合料偏细是主要因素，从表面纹理就可以直观看出这一点。
（3）由于离析，两侧混合料较粗空隙率较大，渗水现象严重。高速公路超车道路面渗水后缓慢向行车道渗透，因行车道左轮迹处混合料细而密实，导致该处水分聚集，易发生破坏。调查结果显示，行车道发生的路面损坏，一般占95%以上，其中行车道左轮上发生的破坏占85%以上。事实上，大于7M的摊铺宽度对于中粗粒径的混合料来说，无法回避离析问题，解决问题的最基本方法就是不要宽幅摊铺。许多工业化国家对大于11MM粒径的混合料的摊铺宽度均有比较严格的限制。而我国高等级公路沥青层的粒径均大于此，摊铺宽度应严加控制。高速公路一幅路面宽度≥10.5M，采取并机梯形热接缝施工完全可以保证施工质量，这在国外是通行的做法。但由于我国的施工管理粗放，使接缝平整度处理不好。所以，近年来大部分建设单位几乎不加考虑的要求宽幅一次摊铺。针对这种需要，国外设备厂家特为中国市场开发了摊铺宽度达16M的摊铺机，对于诸如此类的宽幅摊铺机，在选择时必须谨慎，应考虑我国混合料集料的使用特性分析采用。www.tmgc8.com
1.2 沥青混合料温差离析控制
沥青混合料拌制完成后，从拌和厂向摊铺现场运输的过程中，空气与混合料之间的温差一般大于120℃。加上因速度形成的相对风速较高，会导致混合料温度在到达现场前有较大的下降。降温幅度由表及里逐渐减少，最严重的降温区发生在料堆表面和与轩厢的接触面。降温严重程度取决于运输时间、速度、气温、保温措施等因素。
接触面到内部核心区降温幅度在正常气温下平均可以达到15℃~45℃。接触面15CM深度范围内的平均降温幅度可达到45℃~65℃，使表面混合料的粘度明显增大。高温季节表面混合料形成“软”壳，低温季度形成“硬”壳。
在现场我们以观察到，混合料从运输车向摊铺机喂料斗卸料到刮料板输料的过程中，接触面表层料，特别是两侧车厢接触面的表层料，在每车料中最后被刮料板送到螺旋布料器，即每一车料降温幅度最大的表层“冷”料是集中被铺出的。这样的现象以每车料为单位周期性发生，在国际上被称为“温差离析”。当表面料降温幅度较大，在正常的碾压过程中压实度难以达到要求，在气温低、风速大的气候条件下施工，情况更为严重。在该处的压实度低、表面纹理粗、空隙率大，是路面发生松散、坑槽和渗水破坏的薄弱点。
近年来，我们对高等级公路半刚性基层沥青路面时期局部破坏情况进行长期的跟踪观测和调查，对早期破坏产生的看法从初期到现在有了很大的转变。原来，普遍认为半刚性基层成型不好或基层下存在“素土” 层或局部层厚度不够等施工缺陷是破损发生的直接原因。但后来发现，这种分析的局限性很大，不能从本质给予合理解释，主要原因为：
（1） 这些施工缺陷在局部破坏处出现的比例很低；
（2） 我们把这些存在施工缺陷的路面假定为“柔软路面”，也不应该在累计轴载很小的情况下发生破坏；
（3） 破坏很明显与水有直接的关系，都经历了渗水—唧浆—局部缺陷—松散—坑槽的过程，那么为什么在这些地方水下渗如此严重。经过对局部破坏形成过程的长期观测，我们发现破损位置的沥青表面纹理一般较粗，雨后表面湿润状况与周围路面不同，渗水明显，破损前有唧浆现象。取样分析表明，这些地方的沥青层密度低空隙率大，在摊铺时混合料已经结块，施工温度越低混合料结块发生的程度越严重，局部破坏产生的数量较大，温差离析是导致这一结果的直接原因。因此，我们认为半刚性基层沥青路面早期局部破坏发生的主要原因是温差离析。
这一现象在国际上引起高度重视。1996年华盛顿大学的一位研究生，用红外感温成像仪对混合料运输、摊铺、路面成型和路面破损，进行了全面跟踪检测，发现“温差离析”是沥青路面发生早期局部破损的一个重要原因。当时，这一结论没有引起运输当局的注意，后在州运输部的资助下，该研究生在更大范围内开展了调查，最终确认了“温差离析”的严重危害，在国际学术界引起了很大的反响。目前，日本、欧洲等国已全面开展了对这一现象的调查研究。德国已开发投入使用。对于我国的施工组织水平和混合料性质来说，采用这种工艺措施是必要的，特别是在春秋季节和赶进度施工中应用，可消除温差离析，提高平整度和压实度的均匀性，消除早期局部损坏。
2 沥青路面碾压控制技术
2.1 施工温差控制
在《公路沥青路面施工技术规范》（JTJ 032—94）表7.2.4中，规定了沥青混合料的碾压温度，以保证在适当的温度下，沥青混合料能够压实到规定的密度。事实上，规范规定压实度的本质是保证沥青混合料的施工和易性，使其具有可压实性。很明显，规范没有按沥青混合料的级配类型、碾压层厚、沥青性质和施工环境温度等因素分类制定，需要地施工过程中根据项目情况具体分析。但大部分项目上在这上点上没有实现。包括业主和监理。例如，有些高等级公路沥青路面各层使用的沥青标号不同，但要求的碾压温度却相同；有些3CM厚的抗滑表层因降温快，比4CM甚至5CM厚的中粒式AC层要难以压实；春、夏、秋三季的温度差异明显，但在这三季铺筑沥青路面的温度却执行相同的标准。
这些问题涉及到一个共同的技术关键——沥青的等粘温度。不同标号的沥青在粘度相同时的温度不同；不同级配类型的混合料施工和易性不同；不同季节，下承层温度和气温不同，会明显地影响混合料的散热速率。不同温度下或相同温度下沥青的粘度是影响压实难易程度的重要因素，因此，直接针对沥青粘度进行施工温度控制是最有效的途径。有些国家直接用沥青粘度对施工温度进行控制，如美国沥青协会2号手册（MS—2）指出，沥青混凝土的最佳拌和温度应是沥青粘度（运动粘度）1.7±0.2P相应的温度，沥青混凝土的最佳压实温度应是与沥青粘度2.8±0.3P相应的温度。我国《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ052—93表4.2.3对击实试验的温度也做了同样的规定。www.tmgc8.com
当前，改性沥青被广泛应用，改性剂使沥青的针入度软化点均有提高，甚至沥青抗剥落剂的加入也会使常规摊铺温度下的混合粘度提高。空隙率大或层厚较薄的混合料见感温速度快，难以碾压的现象比比皆是。只有缩短碾压路段的长度或提高初压温度，才能保证充分压实。
SMA沥青混和料添加了纤维，使等粘温度大大提高，与此同时，马歇尔实验的各种温度必须相应提高，如某特大桥桥面铺装层使用 了高粘度改性沥青SMA混和料，其马歇尔实验的击实温度由常规的110℃~130℃提高到170℃~180℃，出厂温度从140℃~165℃提高到180℃~210℃，摊铺温度由120℃~160℃提高到170℃~190℃，碾压终了温度由大于70℃提高到大于135℃。
