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SUPERPAVE沥青混合料在寒区应用施工工法

龙建路桥股份有限公司  三分彩平台

王大桅      苗海龙  田玉龙  杨士杰

前言

我国寒冷地区面积广泛较大温差所产生的温度应力是沥青混凝土路面产生裂缝的主要原因。沥青混凝土路面由于温缩而产生的低温开裂以及沥青在使用期限里发生老化产生的疲劳开裂现象在寒区较为普遍,加之降水的影响,雨水由沥青混凝土路面上的裂缝渗入沥青混凝土里面而产生的冻涨现象在寒区特别严重,对沥青混凝土路面损害极大。Superpave沥青混合料的设计理念是通过沥青混合料配合比设计使集料形成集料间的嵌挤形态,从而使集料间获得较大的内摩阻力,加强沥青混凝土路面的稳定性。在使用的沥青材料上,Superpave沥青混和料采用沥青胶结料的PG分级方法,选择适合当地气候施工环境的沥青材料,能够减少产生沥青混凝土路面低温开裂、疲劳开裂、车辙现象的发生。

龙建路桥股份有限公司会同浙江省交通科学研究院及哈尔滨工业大学联合对Superpave沥青混合料在寒冷地区的应用进行研究,确定了寒冷地区Superpave沥青混合料施工工法。

本工法经科技查新处于国内领先水平。本工法获得龙建路桥股份有限公司2007年度技术革新一等奖。

工法特点

 本工法具有克服寒冷地区沥青混凝土路面常现的低温开裂、疲劳开裂、车辙等病害现象的产生,能够延长沥青混凝土路面的使用寿命,减少沥青混凝土路面的早期损害。

适用范围

适用于寒冷地区高等级公路、城市干道、桥梁隧道、各等级公路、机场跑道等沥青混凝土路面。

工艺原理

4.1  Superpave沥青混和料的工艺原理

是以集料间的密集型的嵌挤结构来加强沥青混凝土的抗剪强度,增强抵抗永久变形的能力。使沥青混凝土具有足够的抗拉强度,能够抵抗施加的拉应力。在克服高温车辙、低温开裂、疲劳开裂上,充分考虑在使用期限内温度对路面的影响。对于此我们把沥青胶结料进行PG分级。在PG分级体系中,用路面最高设计温度下的动态剪切模量表征沥青的高温性能,用最低路面设计温度下的劲度和劲度随变形的变化速率表征沥青的低温性能,用旋转薄膜烘箱试验和压力老化罐试验分别表征沥青的短期老化和长期老化性能,在疲劳温度下的动态剪切模量表征沥青的抗疲劳性能。所以沥青PG分级试验具有明确的力学概念,各项指标与各项路用性能直接相关,动态剪切流变仪运用粘弹力学理论检测沥青高温抗车辙性能及抗疲劳性能,弯曲梁流变仪运用小梁低温蠕变来评价沥青的低温抗裂性能,通过旋转薄膜老化来模拟施工短期老化,通过压力老化试验来评价沥青的长期耐久性能。所以Superpave的沥青PG分级更具有科学性。

4.2         Superpave沥青混合料设计原理

Superpave沥青混合料是采用旋转压实仪对沥青混合料体积指标进行测定。旋转压实仪能够模仿压路机对沥青混合料的压实情况,它的体积指标测定能够真实的反应沥青混合料空隙率。Superpave沥青混合料规定在达到设计旋转压实次数下空隙率为4%,它的矿料间隙率、沥青饱和度、粉胶比还要满足技术要求,并且初始压实度和最终压实度要符合Superpave沥青混合料通过旋转压实仪所达到规定压实度的要求。

施工工艺流程及操作要点

5.1工艺流程










































5.2  Superpave沥青材料的PG分级应符合PG所在气候分区的要求,沥青材料PG分级可按以下步骤进行:

5.2.1 收集工程项目所在地30年的气象资料,收集的资料内容有:

5.2.1.1 施工当年以前30年的年降雨量。

5.2.1.2 年极值最高、最低气温。

5.2.1.3 每一年连续7天的平均最高气温。

5.2.2 根据收集的气象资料,计算出全年平均7天最高路面设计温度和最低路面设计温度。

5.2.3根据计算出的最高路面设计温度和最低路面设计温度,结合交通情况,经分析论证调整,确定出适宜的沥青胶结料PG设计等级。

5.2.4  PG分级检测试验指标:

5.2.4.1 原状态沥青:做闪点,粘度,动态剪切试验。

5.2.4.2 旋转薄膜烘箱残留沥青损失,动态剪切试验。

5.2.4.3 压力老化试验残留沥青:做动态剪切,蠕变劲度,直接拉伸试验。

上述试验温度按最高路面设计温度和最低路面设计温度确定。根据试验结果,评定沥青是否符合PG等级的要求。再依据沥青的粘温曲线确定符合当地施工环境的沥青材料。

5.3  Superpave沥青混合料配合比设计

5.3.1 目标配合比设计

根据工程实际使用材料和Superpave沥青混合料配合比设计要求,经过筛分试验确定满足Superpave沥青混合料级配要求的集料掺配比例, Superpave沥青混合料在目标配合比设计上,对集料的筛分结果是在0.45次方级配图上进行配合比的组成设计。Superpave沥青混合料设计的级配曲线必须在控制点内并避开限制区。并要控制0.3mm-0.6mm集料的用料不宜过多,避免出现驼峰级配曲线。因为驼峰级配会使沥青混凝土较软。试验室通过对集料的筛分结果,计算出满足级配要求的各集料掺配比例。确定Superpave沥青混合料级配组成。并在试验室内按确定的Superpave沥青混合料集料掺配比例拌制沥青混合料。沥青混合料经过老化2小时后,用旋转压实仪成型沥青混合料试件,计算沥青混合料的各项体积指标并满足Superpave沥青混合料各项技术指标要求。就此再进行马歇尔试验及检验,并应满足沥青混合料马歇尔试验技术标准的要求。以此作为目标配合比,供热拌站伴和楼确定冷料仓的供料比例,进料速度及试拌使用。Superpave沥青混合料根据道路环境情况、交通量情况一般应进行粗、中、细三条Superpave沥青混合料集料级配曲线的组成设计,选出适合施工要求和满足Superpave沥青混合料技术指标的Superpave沥青混合料的配合比用予确定生产配合比。

5.3.2生产配合比设计

生产配合比的组成设计是将热伴站二次筛分后进入热料仓的材料取出筛分,再次确定各热料仓的材料比例,单集料的冷料上料比例按照选定的Superpave沥青混合料目标配合比调整各单集料的冷料上料速度,按照热拌站的生产能力确定热拌站25%、50%、75%的生产效率。制定各单集料的冷料上料速度工作曲线,使我们能在任何生产效率下可以与之生产配合比相匹配,保证施工生产时生产配合比的稳定性,达到供料均衡的目的。以目标配合比设计的最佳沥青用量,-0.3%--+0.3%三个沥青用量。同样老化2小时后进行旋转压实仪成型沥青混合料试件,测定沥青混合料的各项体积指标。满足Superpave沥青混合料的空隙率为4%及各项体积指标后,然后进行马歇尔稳定度试验。马歇尔稳定度的技术指标要满足表5.3.2的要求。通过以上的分析验证确定生产配合比。

密级配沥青混凝土混合料马歇尔试验技术标准               表5.3.2

试验指标

单位

夏炎热区

(1-1、1-2、1-3、1-4区)

夏热区及夏凉区

(2-1、2-2、2-3、2-4、3-2区)

中轻交通

重载交通

中轻交通

重载交通

击实次数(双面)

75

试件尺寸

mm

F101.6mm*63.5mm

空隙率VV

深90mm以内

%

3-5

4-6

2-4

3-5

深90mm以下

%

3-6

2-4

3-6

稳定度MS不小于

KN

8

流值FL

mm

2-4

1.5-4

2-4.5

2-4

矿料间隙率VMA(%)不小于

设计空隙率(%)


相应于以下公称最大粒径(mm)最小VMA及VFA技术要求(%)


26.5

19

16

4

12

13

13.5

沥青饱和度VFA(%)

55-70

65-75










5.3.3 生产配合比验证

按照生产配合比设计确定的比例进行试拌、试铺,并抽取试验段混合料按要求进行各种试验和施工质量检验,验证生产配合比设计确定的各种指标是否符合规定。同时观察芯样空隙率大小、试验路的渗水情况,和评价压路机碾压的难易程度,由此确定生产配合比。

确定施工级配容许波动范围,制定施工用的级配控制范围,用于沥青混合料的生产质量检查控制。

5.4  Superpave沥青混合料配合比设计方法

5.4.1 Superpave沥青混合料配合比设计要求级配曲线在控制点范围内通过且不得通过限制区,级配的控制点及限制区依据公称最大粒径而有不同的规定。控制点分别设置于公称最大粒径筛、中等筛(2.36mm)和最小筛(0.075mm)处。限制区处于沿最大密级配线中等筛和0.3mm筛之间,限制区形成一个级配原则上不能通过的三角带。

Superpave设计方法的沥青混合料矿料级配控制点见表5.4-1,限制区见表5.4-2。按表5.4-1、表5.4-2控制点和限制区对目标级配进行检验,判断是否满足Superpave设计要求。

5.4.2用贝雷法标准检验(检验集料嵌挤程度)

作贝雷法粗集料的粗料率(CA)比与细集料的细料率(FA)比检验。要求CA=0.4—0.8,小于0.4沥青混合料容易发生离析,大于0.8沥青混合料容易发生推挤,FA值应小于0.5,否则不能形成多级嵌挤,但是太小也不行,最好控制在0.25—0.5间。贝雷法检验筛孔见表5.4.2。

    Superpave设计集料级配控制点界限               表5.4-1 

筛孔尺寸

公称最大粒径-控制点(通过百分率)

25mm

19mm

12.5mm

9.5mm

最小

最大

最小

最大

最小

最大

最小

最大

25mm

90

100

100

——

——

——

——

——

19mm

——

90

90

100

100

——

——

——

12.5mm

——

——

——

90

90

100

100

——

9.5mm

——

——

——

——

——

90

90

100

4.75mm

——

——

——

——

——

——

——

90

2.36mm


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