谈沥青路面施工的质量管理

任 敏 王修山

(1.云南交通职业技术学院公路学院，云南昆明 650101;2.浙江理工大学建筑工程学院，浙江杭州 310018)

0 引言

自1988年沪嘉高速公路和沈大高速公路建成通车以来，我国加大了高速公路的建设投资，高速公路得到了极为快速的发展。截至2010年年底，我国高速公路由“十五”期末的4.1万km发展到7.4万km，居世界第二，仅次于美国的10万km。沥青路面具有行车舒适、维修方便等优势，据统计，在我国已修筑的高速公路路面中绝大部分是沥青路面。

然而，我们也清楚地认识到，我国沥青路面出现的早期破坏和耐久性差已成为一个突出问题，严重影响了我国公路健康发展。和其他国家相比，我国高速公路沥青路面的实际使用寿命远远低于设计年限，一般使用5年～8年或3年～4年后便出现显著的破坏，严重影响了行车舒适性和安全性，不得不进行大面积的维修。按照研究者的分类，沥青路面的早期破坏类型主要包括由软土地基持续沉降产生的路面(含桥头)沉陷，由路基压实不足导致的路面损坏，水损坏，车辙，泛油，表面松散，横向开裂，平整度快速衰减等。适当归纳高速公路沥青路面早期破坏的原因[1]，主要存在的问题包括以下几方面:

1)由软基处理不当、路基碾压不足、路基填土不符合设计要求等路基承载力不足的原因引起的路面损坏。

2)半刚性基层开裂引起的沥青面层反射裂缝，以及由此产生的土基弱化、路面唧泥及碎裂等病害。

3)沥青面层材料选择或设计不当引起的车辙、水损坏、低温开裂、泛油、松散等病害。

4)路面各结构层材料的生产质量变异及摊铺碾压不均匀，在路面最薄弱环节发生的车辙、坑槽、泛油等病害。

路面的早期破坏，不仅对交通、社会造成了很大的影响，在经济上也造成了巨大的损失。运输车在这样的路面行驶时不仅容易造成交通事故，而且燃油消耗率也大幅度增加，车辆行驶速度降低，从而造成运输成本的提高。针对以上存在的问题，提出以下施工质量控制措施。

1 施工过程的质量控制

沥青混合料生产和路面施工是控制沥青路面施工质量的保证，其中沥青混合料的生产控制主要是确保其生产成品[2-4]。

1.1 原材料的准备

通过对国内外沥青路面的比较，发现我国在沥青混合料施工质量的控制方面存在着不足，主要是在原材料方面。在国外，特别是欧美国家，集料和沥青混合料的施工在逐渐转向商品化，这在提高施工的一致性和均匀性上对我们来说有相当的借鉴意义，这也充分说明了集料和混合料在施工质量控制上有其重要的意义。关于原材料的质量控制，主要考虑以下几个方面。

1.1.1 粗、细集料的选取

集料在沥青混合料的组成中起到了支架作用，是沥青混合料力学性能的主要来源，因此也是影响沥青路面质量的重要因素，主要可分为粗集料和细集料。粗集料是通过颗粒间的相互嵌挤作用和骨架间作用在混合料中起到提供结构自身稳定性和抵抗因外力而产生变形的作用。粗集料通常要求采用石质坚硬、清洁且形状接近于立方体颗粒的碎石，选取时要注重强度、耐磨性和粘附性指标，保证石料软弱颗粒、针片状颗粒的含量控制在合理的范围之内。细集料是通过增加颗粒间的嵌挤作用和减少集料间的空隙来增加沥青混合料抗变形的整体稳定性。选取细集料时，应严格控制砂当量(或0.075含量)和粘附性等指标。

选取集料时，还要考虑到集料的级配。通过对近年来我国诸多工程的实践经验总结得知，集料级配的变异性直接影响到混合料级配的组成，从而影响沥青路面的质量。仔细分析集料合成级配的变异性规律并选取合适的集料，对提高施工质量有着至关重要的作用。为了减少集料的变异性，生产集料规格必须明确且集料分档要均衡、清晰，即每种集料间交叉颗粒要少，颗粒粒径要逐渐变化，控制筛孔均匀分布。在生产集料时，建议按表1选用集料规格。

表1 沥青面层用集料规格选用表

1.1.2 粗、细集料洁净质量控制

沥青路面所用的集料要求是干燥、洁净的。粗集料的洁净质量控制一般采用0.075 mm通过率指标，而细集料则采用砂当量或亚甲蓝指标，同时控制合成级配的0.075 mm通过率。通过对工程使用材料的大量数据进行分析和研究，为了减小集料含泥量，应严格控制块石的洁净程度，控制喂料口的土石分离，喂料口的过滤网必须要保持畅通;使用水洗法加工碎石时，必须增加水冲洗量、水压和次数;生产集料的破碎机必须配备除尘设备，并且在集料生产过程中，要确保除尘设备处于工作状态。此外，要加强排水设施建设，必须要设置污水沉淀池，细集料宜采取覆盖措施，避免在加工料场内的集料受到粉尘的污染。集料场地要硬化，这样可以避免铲车在装料时，将软层泥土混入集料料堆中。

1.1.3 集料的堆放、存储及处理

进场的原材料必须经过严格的验收，由专人负责按批或按量进行抽查，每天作好检查记录。集料应堆放在坚硬、清洁的场地上，不同材料必须要严格分开存放，坚决不能混杂，并保持进出场道路的畅通。堆放的场地要避免雨天场地泥泞、泥土带入集料中。此外，还应从以下几个方面控制:

1)注意集料堆放中的离析问题;2)矿粉存储时要防止受潮和结块;3)各种集料都应分别搭篷保护，防止细集料遭雨淋和潮湿。

1.2 沥青混合料生产控制

1.2.1 配合比设计控制

沥青混合料的配合比是决定混合料品质和性能的关键因素，这也在很大程度上决定了沥青路面的高温稳定性、低温抗裂性、水稳性及耐久性，从而直接影响到整个施工路段的使用质量。首先根据当地的交通量、工程所在区域的地理环境、气候条件、原材料等使用马歇尔试验方法制定一个“工程级配范围”来指导施工单位进行生产的级配。目前很多沥青路面建设是采用第三方进行质量监控，由第三方根据实际材料进行配合比优化设计。进行配合比设计时，要注意目标、生产配合比实际级配曲线为S形，且均应在级配范围内，各性能指标要满足要求。确定沥青混合料最佳沥青用量时，应考虑空隙率指标。选定的最佳沥青用量应使试件空隙率在3.5%～4.0%之间。室内试件空隙率过高，将使实际路段的空隙率过高，降低沥青路面的耐久性。在沥青混合料配合比设计时，还应采用正确的密度指标，粗集料应采用毛体积相对密度，试件密度测试应采用表干法。

根据不同的地形、气候特征和交通量条件，配合比设计时要作适当的调整，在配合比设计时可以采用以下方法[5，6]:

1)对所修建的整段高速公路进行高温、重载和长大纵坡路段的界定，对于这些特殊路段进行重点控制和专门设计。

对上坡路段按照重型货车超载50%以下的车速模拟，车速低于40 km/h、长度大于1 km的路段划分为长大纵坡路段。对于下坡路段，则采用图1模型。模拟某一典型货车在高速公路不同路段的车速，目标车速为80 km/h，极限车速为100 km/h，当车速达到100 km/h时，则车速自动下降到80 km/h(模拟刹车的车速降低)，如果该路段能够连续出现多个锯齿图形，说明在该路段需要经过多次刹车才能使得货车速度不至于达到极限而出现失控，锯齿越多或者锯齿间隔越小则这种制动距离越小，车辆制动越频繁，这些路段由于车辆不停制动，产生病害的可能性会急剧增加，由此划分为长大下坡路段。

图1 模拟车辆在不同纵坡上刹车的车速变化

2)对于超载、重载、高温或长大纵坡路段，要提高沥青胶结料的性能。

根据许多调查发现很多地方的高速公路沥青路面不仅表面层产生了车辙，中面层的车辙也非常严重，通过仔细的分析发现最大剪应变出现在中面层，而且车辙预估表明中面层是发生车辙最严重的层位，因此提高中面层，特别是提高重载、长大纵坡路段中面层的抗车辙性能非常重要。提高沥青混合料抗车辙性能的有效方法就是提高胶结料的性能。

表2 不同沥青胶结料的AC-20车辙试验

表3 不同沥青胶结料的AC-20APA试验变形量(65℃)mm

由表2，表3实验数据可知，不同沥青的胶结料其抗车辙性能有着较大的差距。高温炎热、重载、超载的长大坡路段的各层胶结料宜按以下原则选择:

a.表面层，建议采用SBS改性沥青，同时适当增加其粘度，降低针入度。

b.中面层，可根据情况选择采用SBS改性沥青等。中、轻交通的长大坡路段可选择50号(或30号)沥青;而重交通的长大坡路段宜选择SBS改性或抗车辙剂改性沥青;对于特重交通的长大纵坡路段的中面层可选择复合改性等技术。

c.下面层或ATB-25柔性基层可选择50号(或30号)沥青。

3)合理设计空隙率，选用合适的沥青用量。

不同的沥青含量，对混合料的抗车辙性也有着较大的影响，如表4所示。

表4 降低沥青用量0.3%对不同沥青胶结料的沥青混合料性能影响

通过室内外的试验表明，适当减少油石比，各种胶结料的混合料动稳定度都有明显提高，一般增加25%～61%;同时相应变形量则显著降低，一般降低20%～43%，这说明，适当降低油石比有利于提高其高温抗车辙性能。但是降低油石比后对室内试验的条件或现场施工的工艺应作适当调整，否则某些指标将达不到要求。

1.2.2 拌合楼的选用

拌合楼必须具备全过程自动控制，能够分析数据、核定生产量、能够进行成本和质量分析，最好具备匹配的二级除尘装置。沥青拌合楼计量装置在使用之前，必须进行标定，以保证沥青混合料集料级配的准确性。沥青拌合楼热仓筛板要经常检查。主要检查筛板是否断裂、筛孔是否有破损及细集料糊网现象，这些现象都会导致沥青混合料级配出现异常变化。

选好了拌和机，再优选沥青加热设备，矿粉的外加剂添加设备及装载机等附属设备，从它们的性能和供需能力确保与拌和机配套，以满足拌和机生产要求为准。要保证冷热料供应平衡，拌合楼不待料、溢料少，就要处理好冷料转速与流量关系、筛网孔径选择、热料仓供料比例确定等方面。

1.3 温度的控制

沥青路面在施工过程中，施工温度的严格控制是保证施工质量的一个关键因素，沥青路面施工温度包括沥青混合料出场温度、到场温度、摊铺温度、碾压温度等具体参数。过高的施工温度将会引起沥青的过度老化与挥发，使沥青变质，同时可能产生沥青胶泥从石料表面析漏，这些都会直接危害沥青路面的品质与性能。湖北汉宜高速公路沥青加铺层工程指挥部曾介绍了温度离析对混合料压实度的影响，介绍了温度离析对路面结构层不同部位压实变异和计算空隙率的变异，其结果如表5所示。

表5 温度对压实后空隙率的影响

由表5数据所知，温度对混合料的压实度有着举足轻重的影响，合理地控制施工温度显得至关重要。另外，要尽量减少施工中的温度损失，保证整个过程的温度在合理的变动范围内。

1.4 路面施工质量控制

1.4.1 混合料摊铺时质量控制

混合料摊铺是保证沥青路面平整度与厚度的关键工序，必须认真做好。

1)混合料运输过程的质量控制。在车辆安排上必须满足运力要求，车辆载重量应大于15 t，运料前打扫干净车槽，并涂1∶3油水混合液，车槽侧面打温度检查孔，备覆盖成品混合料的油毡布。在混合料装车时指挥驾驶人员前后移动车辆，分三堆装料以减少混合料离析。在混合料摊铺时，运输车要在离摊铺机30 cm处停车，停车时不能撞击摊铺机。

2)摊铺前的准备。摊铺时的质量控制，从摊铺机性能抓起。全套摊铺设备尽量用相同品牌，型号尽量相同，新旧差别要小，现场工程技术人员要懂得摊铺机的主要构造并能作相应的调整。设置适当的料门高度，使得板条式传送带器能将充足的混合料运输至螺旋布料器，使螺旋布料器能在90%的时间内保持运转，并使混合料高度不小于螺旋高度的50%，但小于螺旋高度的2/3。

3)混合料摊铺时的质量控制。选择合适的料斗阀门开度，使其与供料速度恰当配合，进而达到刮板输料器连续、均匀地供料。在预压整平系统上，如振捣梁预先捣实、熨平装置整面熨平，则密实度低;要利用摊铺机自动找平系统调平路拱;及时调整熨平板和拱度等结构参数，确定松铺系数，调整布料器高度、夯锤频率及供料系统。摊铺时恒定连续好，不能时停时开，防止混合料冷凝及产生台阶状不平。在摊铺机速度的选定上一般不得小于1.5 m/min，以保证碾压温度不致降至低于完成碾压充分的时间。但是如摊铺速度过快，则混合料疏度不均、预压密度不一、表面出现拉钩，直接造成预压效果差，所以上面层最好小于3 m/min，中下面层小于4 m/min。为保证摊铺混合料密度的均匀性，表6给出了摊铺机设置各指标的推荐值。

表6 夯锤行程及频率调整推荐值

1.4.2 混合料碾压时质量控制

混合料碾压是沥青路面施工的最后一道工序，碾压工序不仅可以将沥青铺层压实到规定的密实度，同时也将通过碾压工艺消除施工过程中的材料变异、摊铺不均匀等现象。没有充分的压实，再好的结合料、集料与混合料都无法使路面具有所期望的力学强度与耐久性。影响压实度的因素主要有碾压工艺、碾压温度、环境条件等。不同结构类型的沥青混合料应采取不同的碾压工艺。

碾压分为三种，分别为初压、复压和终压。初压要求整平、稳定;复压要求密实、稳定、成型;终压则要求消除轮迹。在实际施工过程中，根据摊铺厚度、材料性能、环境条件等因素，确定机型搭配、碾压顺序、碾压速度和碾压流程的均匀性。应根据碾压实效确定碾压流程和压实工艺，推荐的碾压流程与压路机配置如表7所示。

表7 碾压流程与压路机配置

混合料碾压时要掌握好碾压时间，碾压有效时间是从开始摊铺到温度下降到80℃之间的时间。混合料开始摊铺后温度下降最快，大约每分钟4℃～5℃，所以在摊铺开始后要紧跟摊铺机作业，争取有足够的压实时间。施工时，往碾压轮上喷洒水时，要注意控制喷洒量，以防降低混合料温度，要采用雾状喷洒器。在混合料接缝处或冷热搭接处，要采用横缝横压。

2 结语

本文主要从原材料、配合比、混合料拌合时拌合楼的选定和温度的设置、混合料的摊铺和碾压方面着手来提高施工质量。然而，沥青路面施工质量控制是一个系统的过程，施工质量受多种因素影响，合理控制道路施工时成本管理、安全管理、提高施工人员的管理意识和施工技术、建立合理的施工管理程序及管理制度，才能全面保证公路施工的质量。

[1] 张肖宁.沥青路面施工质量控制与保证[M].北京:人民交通出版社，2009.

[2] 王 勇.试论高速公路沥青路面施工质量管理[J].中国水运，2010，10(4):179-180.

[3] 王修山.煤矸石填筑高等级公路路堤的应用研究[D].西安:长安大学，2006.

[4] 张 辉.高速公路沥青路面铺筑技术与质量管理[J].公路交通科技，2011(2):26-31.

[5] 李 博.沥青路面施工的质量控制[J].北方交通，2006(15):4-5.

[6] 任美龙.路面施工中的沥青质量控制要点分析[J].中外公路，2005，25(2):20-24.