大粒径沥青混合料路用性能浅析-建筑设计论文

　　大粒径沥青混合料路用性能浅析

　　刘庆颖

　　【摘　要】随着交通量的快速增长和轴载的加重，沥青路面过早地出现了承载力不足和车辙等早期破坏增多的现象，大粒径沥青混合料具有很好的路用性能，提高路面抗车辙能力和耐久性。

　　【关键词】公路;大粒径沥青混合料(LSAM);路用性能

　　一、概述

　　近年来，随着交通量的增加，重载和轮压不断增大，沥青路面过早地出现了承载力不足和车辙等早期破坏增多的现象，养护和维修费用较高，为了提高路面抗车辙能力和耐久性，在陕西省禹阎路C08标k41+604~k42+494段共890m长右幅试铺13cm厚密级配LSAM大粒径沥青混凝土(ATB-40)下面层。根据试铺路段研究大粒径沥青混凝土路用性能和配合比设计方法，为大粒径沥青混凝土推广使用提供科学依据。

　　二、大粒径沥青混合料基本概况

　　大粒径沥青混合料(简称LSAM)一般是指含有矿料的最大粒径>26.5mm的热拌热铺沥青混和料，级配良好的LSAM可以抵抗较大的塑性和剪切变形，承受重载交通的作用，具有良好的抗车辙能力，提高了沥青路面的高温稳定性和低温抗裂能力，特别是对重载路段需要持荷时间较长，与传统的沥青混凝土相比，LSAM抗永久变形能力显示得十分明显。

　　大粒径沥青混和料LSAM起源于二十世纪初的美国，但由于种种原因，并没有得到广泛应用，只是近几年来在国际上才得以重视，国外研究主要集中在美国、英国、加拿大，日本等国，我国在京津塘高速公路河北省也有应用和试验，他们主要是利用开级配沥青稳定碎石ATPB及密级配沥青稳定碎石ATB作为柔性基层，作为路面面层结构研究较少，而我方此次试验是将ATB沥青混合料用作路面面层，替代中、下面层作为路面结构层进行研究。

　　三、原材料的质量要求

　　(1)沥青：由于大粒径沥青混凝土有较好的骨架结构，从级配本身就较普通沥青混合料有较好的力学性能，能较好满足路用指标，通过多方面试验在采用普通基质沥青时，也都能满足混合料的各项技术指标，特别是动稳定度，在采用基质沥青时，较传统的密级配普通沥青混凝土可提高2倍以上。同时大粒径沥青混凝土的热敏性方面指标也非常好，因此在作大粒径沥青混凝土时，沥青选择方面比普通沥青混凝土要求可适当放宽，在采用大粒径作中下面层时，完全可采用基质沥青或符合规范的国产沥青，就能满足重载交通对沥青混凝土性能的要求，可以不采用改性沥青，这样就可节约大量投资。本试验段采用的是韩国SK-A90基质沥青。

　　(2)粗集料：在大粒径沥青混合料，粗集料起到骨架作用，粗集料的质量和其物理性能严重地影响着混合料的使用性能，因此混合料中粗集料应使用轧制的坚硬岩石。细长及扁平颗粒含量不应超过15%，集料压碎值应不大于20%，粗集料与沥青应有良好的粘结力，根据目前高速公路水损害出现的频率较高，要求粗集料与沥青的粘结力为5级，小于5级时应当采取抗剥落措施，以保证混合料达到水稳定性指标要求，未列出指标应满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中对热拌沥青混合料集料的要求。

　　(3)细集料：包括人工砂、石屑和天然砂。采用反击式或锤式破碎机生产的硬质岩集料经过筛选的小于2.36mm的部分具有较好的角砾性，可以作为人工砂使用，使用人工砂和石屑作为细集料，但不准采用天然砂。细集料棱角性必须大于42%，砂当量值不小于65%。

　　(4)矿粉：矿粉必须采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉。不能采用拌和机回收的粉尘。矿粉必须干燥、清洁。

　　四、LSAM沥青混和料组成设计

　　(1) 组成设计控制要点

　　LSAM沥青混合料具有良好路用性能的重要条件是大粒径骨料形成骨架密实结构，主骨架相互充分嵌挤，保证良好的内摩阻力。

　　①骨架稳定性基本条件是在压实状态下，沥青混合料中粗集料的骨架间隙必须小于或等于没有其他集料、结合料存在时粗集料集合体在捣实状态下的间隙。

　　②骨架接触度是指混合料中集料之间接触的密实程度，用压实成型的混合料粗集料毛体积相对密实与纯粗集料干捣的相对密实之比来表示形成主骨架密实性，骨架接触度与动稳定度之间具有很好的相关性，骨架接触度越大，动稳定度则越高;骨架稳定度越大，动稳定度也越大，骨架稳定程度、骨架接触度，直接影响骨架密度结构。骨架接触度和动稳定度值这两个指标越大，沥青混合料路面车辙值则越小。

　　③矿粉在沥青混合料中起重要作用，其含量要适当，少了不能形成足够的比表面吸附沥青，过多又会使胶浆成团，致使路面胶泥离析，造成沥青路面破坏。故此矿粉选用2%的掺量，来保证沥青混合料的整体稳定性。

　　(2)目标配合比的确定：

　　①选择优质的原材料，检验各项技术指标之能够满足生产施工要求。

　　②根据级配范围确定合理级配曲线，通过分析，选择“S”型级配曲线合理，它的整体稳定性好，抗车辙能力强，能够提高路面承载能力。

　　③最佳沥青用量确定：计算骨料表面积，沥青膜厚度以最小沥青用量采用3.0%、3.4%、3.8%、4.2%、4.6%，五种油石比进行试配，选出最佳油石比OAC=3.8%。

　　④通过配合比试验及参照有关现有资料，确定LSAM技术指标见下表：

　　LSAM与普通沥青混合料技术指标对比表

　　试验指标 单位 标准马歇尔试验 ATB大型马歇尔试验

　　公称最大粒径 mm 26.5 ≥31.5

　　马歇尔试件尺寸 mm φ101.6mm×63.5mm φ152.4mm×95.3mm

　　击实次数(双面) 次 75 112

　　空隙率VV % 3—6

　　稳定度不小于 KN 7.5 15

　　流值 mm 1.5—4 实测

　　沥青饱和度VFA % 55—70 40—70

　　动稳定度

　　SK基质沥青实测 次/mm AC-25 ATB—40

　　1100 2723

　　由于LSAM粒径较大，细集料较少造成骨料及所测流值离散性都很大，所以这个指标在国内外都以实测值作为检测指标，有关流值这一参数的控制指标以及试验方法还有待各国科研工作者研究。

　　(3)生产配合比确定：根据目标配合比合成级配，确定热拌仓筛孔尺寸及矿料比例。

　　热料仓尺寸(mm) 22-50 11-22 5-11 0-5 矿粉

　　比例(%) 36 24 11 27 2

　　通过马歇尔试验确定最佳油石比为3.8%。

　　五、施工工艺

　　1.混合料拌和

　　大粒径沥青混合料拌制过程和普通沥青混凝土的拌制过程基本相同，但因矿料粒径大，沥青用量较小，不易拌和均匀，拌和时间短时会出现花白料，沥青裹附集料不均匀，沥青膜厚度难以达到全部裹覆粒料，因此大粒径沥青混合料拌和时间要适当延长一些，采用干拌5s，湿拌35s。要使混合料拌和一致，无花白料，乌黑不发亮，无明油，无结团或成块。

　　2.运输注意事项

　　在拌和楼的储料仓储有足够料时，方可开始给运输车辆集中装料。在装料时，一定要按前、后、中的顺序装料，以减少装料过程中产生的骨料离析。加强驾驶人员的规范操作，安排责任心强、有经验的同志负责装料，同时还应作好运输途中的保温工作等。

　　3.摊铺

　　大粒径沥青混合料摊铺过程中，较普通混合料施工最难控制的有三个方面：一是离析问题;二是平整度问题;三是压实度问题。其中最难解决好的是前两个问题，所以一切准备工作，应以改善提高前两个方面路用指标为着眼点。

　　4、大粒径混合料碾压

　　大粒径沥青混合料的压实也是非常重要的关键工序，压实直接影响路面的综合性能，压实组合特别重要。

　　5、大粒径沥青混凝土路面后序施工及注意事项

　　离析面的处理：由于大粒径混凝土，容易产生骨料离析问题，在施工中不仅要从设备管理和使用方面来减少离析、从级配及工艺本身来控制离析、在碾压前，用人工筛分细料、人工二次布料来消除离析，但也总是难以避免局部离析透水面的产生，这也是大粒径沥青混凝土推广较慢的一个重要原因之一。从目前施工实际来看，ATB-30以下型号大粒径密级配沥青混合料摊铺可以从工艺、材料、设备等各方面保证不产生离析透水面，但ATB-40及以上型号的密级配沥青混合料摊铺时很难避免离析透水面的产生。因此，在大粒径沥青路面施工时必须注意以下几方面：

　　(1)基层防水处理，建议采用沥青封层封水，以防透水后损害基层、底基层和路基。

　　(2)大粒径沥青混合料作柔性基层用时，表面最好作稀浆封层防水处理后，铺筑面层。若用作路面结构层时，在大粒径表面洒改性乳化沥青作粘层和防水，可比通常粘层每平方多洒0.3-0.5kg，或者进行两遍喷洒处理，也可在局部离析面上加量处理(二次处理)，其他正常段落和通常粘层施工一样处理。

　　六、推广应用分析

　　(1)路用性能

　　大粒径沥青混合料较常规沥青混合料易形成良好的骨架结构，具有良好的抗车辙能力，同时路面具有很好的高温稳定性、低温抗裂性能和水稳定性，可加大路面的维修周期。

　　(2)压实性能

　　由于大粒径沥青混合料施工摊铺厚度大，具有良好的保温性能，使压实时间充裕，具有较好的可压实性，特别是环境温度较低时，路面仍可正常进行施工，延长了可以施工作业的时间。同时由于大粒径骨架结构的承重较好，在其上作沥青面层封面时，封面层较三层沥青结构状况下的上面层沥青混凝土易压实，封面层的平整度和压实度都好保障。

　　(3)从材料及设备保障方面，目前无论从材料、沥青混凝土拌和、摊铺到碾压，只要注意防止混合料离析和透水、认真组织就能满足大粒径混凝土施工需求。

　　(4)大粒径混凝土的试验仪器及检测手段已具备，就是流值等参数的试验方法还有待改善，从试验手段来讲，基本能满足日常施工和监控的需要。

　　(5)经济性分析

　　由于大粒径沥青混合料摊铺厚度较大，减少了摊铺层数，大大的降低了摊铺和碾压成本，另外，大粒径沥青混合料沥青用量只有3.4%~3.7%，可比普通沥青混凝土降低0.2%~0.4%，即每吨沥青混合料节约沥青2-4kg，按单价3000元/吨计算，则材料成本可降低6-12元/吨。

　　从摊铺结果来看，用基质沥青施工就能满足抗车辙及技术规范的其它要求，这为今后大面积推广采用国产基质沥青施工高速公路中下面层也打下了好的基础，如果能大面积推广，必将节约大量投资。

　　七、结束语

　　通过大粒径沥青混合料试验段的铺筑和检测，感到大粒径沥青混合料具有良好的承载能力和路用性能，具备良好的发展空间，较普通沥青混凝土在机械费用、材料费用及人工费都有所下降，但最终结果须经通行一段时间以后验证。