大粒径沥青混合料在高速公路建设中应用

浅议大粒径沥青混合料在高速公路建设中的应用内容摘要：大量研究证明，采用大粒径透水性沥青混合料（柔性基层）能够有效地防止反射裂缝的发生，并且能够排出路面结构内部的水分，避免水分对下层或沥青面层的破坏。

关键词：大粒径沥青混合料、高速公路、建设、应用
1、高速公路基层现状
目前我国公路通车总里程已突破200万公里，其中沥青路面道路占了大多数。

由于经济、技术等原因，以石灰稳定类和水泥稳定类为主的半刚性基层沥青路面是目前已建沥青路面的主要结构形式。

半刚性基层由于其整体强度高、板体性好，使沥青路面具有较高的承载能力，而且材料容易获得，经济性好，对提高我国公路交通的整体水平发挥了重要作用。

已建半刚性基层沥青路面经过一段时间的使用后，会出现不同程度的损害，必须进行加铺改造，以恢复路面的使用功能，尤其当路面出现早期损害后，加铺改造往往提前。

旧沥青路面改造常用的加铺方案是在其上铺设半刚性基层，再铺设沥青面层。

此种加铺方案具有结构承载力强、结构层材料设计简单等优点，但同时也存在工程量大、高程增加多，以及未能充分利用旧路面的面层材料等缺点，特别是不能避免反射裂缝及无法排水的缺陷，使加铺后的路面重新面临早期损害的可能。

甚至，有专家认为在旧的沥青路面上加铺半刚性基层，由于旧路面的裂缝会反射上来，新沥青层可能比原来损害得更快。

随着对半刚性基层认识的不断深入，我们认识到对半刚性基层进一步扩大应用的趋势因其自身弱点而受到制约。

首先，半刚性基层的收缩裂缝及引起的反射
裂缝难以避免；其次，由于半刚性基层的致密性，无法排除沥青层和反射裂缝中渗入的水分，而水分的积存会造成基层表面的冲刷、唧浆及沥青混合料的水损害。

在建项目日照疏港高速公路采用了12cm大粒径沥青混合料作为柔性基层，我们通过试验段铺设从排水系统的布设、混合料的组成设计、生产与施工的工艺等方面对大粒径沥青混合料的性能和工艺进行了摸索与研究，学习并总结经验，为下一步施工打下良好基层。

2、排水系统的布设
柔性基层设在沥青面层与基层之间，由于多孔隙沥青碎石的回弹摸量值低于沥青面层，设排水基层以后有可能使沥青面层底面出现拉应力，为此，须对多孔隙沥青碎石混合料的回弹摸量规定最低要求值。

为汇集和排除沥青排水层内的渗入水，在全路面设排水基层的路缘石处应设置缺口和急流槽，间隔距离应根据路面坡度确定，一般不超过20米，以保证渗入水顺利排出路面。

在排水基层与半刚性基层混铺路段，还应在搭界处设置纵向盲沟和横向导管。

3、大粒径沥青混合料的组成设计
3.1 设计步骤
3.1.1检验原材料的性质是否符合要求；
3.1.2按使用要求规定混合料的技术指标；
3.1.3拟订三种符合技术要求的配比方案；
3.2 对原材料的要求。

该沥青混合料属骨架嵌挤结构，为避免在压实过程中集料间接触点因应力集中而被压碎导致空隙率下降，因而所选用集料应压碎值不大于20%，针片状含量不大于10%，含泥量不大于1%。

为保证其水稳定性，集料与沥青的粘附性应不低于4级。

因此应该采用碱性集料和矿粉，严禁使用回收粉。

由于该混合料中细集料含量少故而沥青用量相对较少，为增加沥青用量提高其使用性能，建议使用mac-70#改性沥青。

3.3混合料的技术指标
3.3.1、空隙率指标。

按国内经验计算，空隙率在13%~18%之间，既能保证渗入水分的顺利排出，又能满足回弹摸量的要求。

由于试件含有较大空隙，密度测试允许采用体积计算法计算试件的毛体积密度。

当采用此法时，空隙率宜控制在14%~18%。

3.3.2、析漏值。

为防止沥青含量过高发生流淌而影响空隙率和路用性能，混合料要求进行析漏试验，并且要求析漏值小于0.2%。

3.3.3、沥青膜厚度指标。

为保证混合料有足够的耐久性，必须控制沥青膜厚度大于12μm，沥青膜厚度采用混合料集料比表面积计算。

比表面积(sa)采用下列公式计
算:sa=0.41+0.0041p4.75+0.0082p2.36+0.0164p1.18+0.0287
p0.6+0.0614 p0.3+0.1229 p0.15+0.3277 p0.075 (m2/kg)式中
pi-----各对应筛孔的通过百分率,%。

3.4 拟订试配方案。

根据各组成集料的筛分结果，初步设计粗、
中、细三组不同的级配设计方案，再依据马歇尔试验结果确定一种较为科学合理的设计方案。

三组不同的级配设计方案见表2：表2：混合料试配方案
方案通过下列筛孔（mm）的质量百分率
37．5 31．5 26．5 19 16 13．2 9．5 4．75 2．36 1．18 0．6 0．3 0．15 0．075
粗 100 99．5 95．8 70．9 54．8 46．6 30．3 10．8 7．5 6．0 4．7 3．1 2．1 1．2
中 100 99．6 96．4 74．7 60．4 50．3 35．5 16．3
11．2 8．1 6．1 5．2 4．1 2．3
细 100 99．6 97．1 79．8 68．9 60．7 40．8 24．6
15．6 11．0 9．7 6．5 5．6 3．7
根据沥青膜厚度(h)假定为13μm，计算每一组混合料的初试沥青用量。

初试沥青用量采用下列公式计算：pb=（h×sa×γb）/10式中pb-----每一组混合料的初试沥青用量。

γb-----沥青的相对密度（25 oc /25 oc），无量纲。

通过计算，三组级配应分别采用2.2%、3.3%、4.5%的沥青用量。

按照上面三组试配方案做室内大型马歇尔试验（双面各击112次），测试空隙率、析漏值试验结果见下表3：
表3：试配混合料性质测试结果
方案空隙率（%）析漏值（%）
粗 22．2 0．11
中 16．4 0．17
细 10．8 0．31
根据上述试验结果，沥青大碎石排水层选用中级配方案。

按照所选用的中级配方案以3.3%沥青含量为中心，分别取2.9%、3.1%、3.3%、3.5%、3.7%五个沥青含量做室内大型马歇尔试验，测其各项指标见下表4：
表4：试配混合料性质测试结果
沥青含量（%）空隙率（%）析漏值（%）
2．9 21．2 0．12
3．1 18．6 0．15
3．3 17．2 0．17
3．5 14．8 0．19
3．7 13．2 0．21
根据上述结果，综合考虑各项路用性能及拌和站对沥青含量的控制能力为上下浮动0.2%，最终确定沥青含量为3.4%。

4、生产与施工的工艺
因采用改性沥青，拌和站混合料的装车出厂温度宜控制在
170~185oc，废弃温度为190 oc。

因此生产过程中沥青加热温度为170~175 oc，集料加热温度为180~190 oc，混合料在运输过程中应当覆盖以保持温度。

由于排水层材料对细集料的用量的敏感性比较高，所以应对除尘装置紧密监视，对4.75、0.3、0.075的筛孔应该严格控制,特别是对0.075的筛孔，其偏差不允许超过1%，如果
发生超标现象，应及时纠正。

为保证正常压实，混合料的摊铺温度应不低于160 oc，初压温度应不低于150 oc，终压完毕表面温度应不低于90 oc。

为减少混合料离析，摊铺机绞笼中混合料不得少于2/3，而且摊铺应保持合理速度，不允许出现停机待料现象。

根据经验，摊铺速度不宜大于2m/min。

由于该料是一种完整的粗骨料骨架结构，施工时既要保证压实度又要防止过辗而导致骨架棱角的破坏，减小空隙率，应采用合理的压实机械组合和适当的压实功。

我们采用基本配置如下：英格索兰dd130双钢轮压路机两台
bmg双钢轮压路机一台
26t胶轮压路机一台
根据现有配置，具体压实工艺如下：
初压首先采用dd130前进静压，后退振动；然后采用dd130前进后退均为振压两遍，压实速度宜为1.5~2km/h，为防止过振，采用高频低幅3档。

相邻辗压带轮迹重合为20cm左右。

振动过后，采用胶轮压路机在辗压1~2遍，随后即采用dd130或bmg赶光，速度宜控制在3~4km/h。

该基层施工完毕应在允许条件下紧跟上覆层施工，若两层施工存在间隔时间，应避免车辆和人员通行，以保证该层不受泥土和杂质的污染，并能与上覆层紧密粘结。

5、结论
经过对试验段的检测，该基层的排水能力和结构承载力均符合
设计要求。

在以后的同类施工中应注意下列问题：
5.1排水设施应与排水基层的施工紧密配合，相互协调，保证渗入积水的顺利排出。

5.2沥青大碎石排水层的组成设计，应综合考虑透水能力，承载能力，和耐久性的要求。

5.3在生产和施工中应特别注意温度的控制、摊铺速度和压实功等方面与普通沥青混凝土的不同之处，不断积累和改进工艺，提高质量和效率。

[参考文献]：
1、公路沥青路面设计规范（jtgd50-2006）.北京：人民交通出版社，2006
2、公路工程集料试验规程（jtj058-2000）. 北京：人民交通出版社,2000
3、高速公路沥青路面材料与结构.辛德刚、王哲人、周晓龙著，人民交通出版社，2001
4、山东省交通厅公路局，山东省交通科学研究所，东南大学.大粒径沥青混合料柔性基层在老路补强中的应用研究，2004 注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。