基于指标要求的沥青面层施工质量控制

(武汉工程大学邮电与信息工程学院 湖北 武汉 430074)

施工技术是能否实现设计意图、保证道路质量的关键环节，目前，我国的总体施工水平不高，虽然近年来引进了大批国外先进设备，但是由于人员素质、施工技术配套等原因，提高的只是施工效率，道路的质量水平并没有得到真正明显的提高。本文针对施工各环节所需要注意的指标要求进行描述，以促进施工质量控制。

一、原材料的质量控制

原材料的控制指标，目前我国规范中已有很明确的描述，这里只是对特别需要注意的事项进行强调。

(一)沥青

一方面，沥青结合料性能的直接影响到沥青路面的车辙、疲劳破坏以及低温开裂。另一方面，沥青与集料的黏附性直接影响着沥青混合料的水稳性、透水性以及混凝土的强度等。因此，严格控制沥青的质量尤为重要。

(二)集料

对压碎值，由于目前压实机械基本是重型压实，加上国内对此缺少充分的研究，从研究实际考察结果来看，目前规范值太高，应进一步降低指标要求值；集料的灰泥含量，虽然规范中有明确要求，但从全国范围内的施工现场来看，绝大多数没有对此引起足够重视。集料表面的不洁净，直接影响沥青胶浆与其黏附性能，从而大大降低沥青混合料的抗水损能力和抗剪切能力。

二、 材料的运输

(一)材料运输中的离析

材料的运输，不管是堆放、转移、装载，还是运输过程，都会产生一定程度的离析，因此，需对材料的运输、装卸过程，比如，堆料高度、堆放方式、装料方式等，都予以严格控制，以减少这种离析现象的发生。

(二)运输车辆对建设中路面质量的影响

为了节省开支，不采用施工便道施工，对在建路面产生两方面的影响：一是造成污染。二是会对所建路面造成应力破坏，尤其是，我国公路建设中，几乎所有的运输车辆都是超载运输。笔者经实地调查。调查车辆为额定负荷10～15吨的普通运输车。实际结果显示运输车平均负荷达36.3吨，超载量达到200%还要多。如此大的超载量，对路面各结构层，尤其是处于养生阶段、强度还没有达到最大时的水稳层来说，可能是致命的。在标准荷载(10吨)作用下，水稳基层层底拉应力计算为0.115MPa，而在超载100%(20吨)作用下，计算水稳基层层底拉应力已达0.202MPa，而按规范计算水稳层层底弯拉应力容许值为0.16MPa(考虑了疲劳效应)。

三、 沥青层的摊铺

(一)分层摊铺的影响

我国沥青面层一般分层施工，分层的原因一方面考虑施工压实的需要，另一方面，这样分层可以略微降低造价。然而调查发现，实际层间接触面上发生了非常严重的剥落，造成层间剥落的原因非常复杂，一方面是因为动水压力的作用，另一方面与面层的层次过多有关：

① 每个沥青层的厚度较薄，摊铺层温度很高，而下卧层的温度很低。巨大的温度差异，使摊铺的混合料在接触面上热量迅速散失，摊铺层下部温度迅速降低，沥青的稠度因此迅速升高，使摊铺层底部难以压实；

② 每个摊铺层的厚度较薄，碾压时沥青层很难在厚度方向上形成均匀的揉搓和碾压，往往造成上部相对密实，而下部相对疏松。

因此，每一摊铺层厚度方向上的压实度都是不均匀的，在沥青面层的层间接触面上形成了密度较小的薄弱带，当外界水侵入时，这些薄弱带成为了最好的蓄水层，在各种因素的综合作用下，损坏往往首先从这些薄弱带开始发生、扩展，所以调查中发现的中、底面层损坏严重就不足为奇了。

(二)摊铺的技术改进措施

要有效减弱沥青分层摊铺所产生的不利影响，除了常规的摊铺技术，研究者经验认为，还有如下几个方面可以进行沥青层摊铺技术的改善或改进：

1)合理摊铺时机的选择

摊铺时，环境温度、风速、下卧层表面温度、摊铺厚度，很大程度上影响摊铺效果，因此，必须合理把握摊铺时机。比如，即使环境温度满足规范规定的要求，但如果风速过大，或者下卧层温度过低(比如，低于30℃)时，就应该停止作业或者采取其他的改善措施。同时，应避免夜间施工。

2)实时调整摊铺机的摊铺速度。一方面，上午和夜间的摊铺速度应低于中午、下午的摊铺速度；另一方面，当风速偏大时，也应适当降低摊铺机的摊铺速度。

四、 沥青混合料的均匀性保证

沥青混合料的均匀程度直接关系到沥青路面的力学性能和使用寿命。在许多潜在引起路面初期破坏的因素中，最严重的是沥青混合料的不均匀性。不均匀的沥青混合料中集料的级配和(或)沥青含量与最初的设计配合比中的要求不相符，造成混合料的密度和空隙率变化很大。研究已经表明：沥青混合料发生不均匀时，混合料的劲度、拉伸强度和疲劳寿命下降，路面的服务寿命降低，从而加速路面的早期损坏。

沥青混合料是由沥青、粗细集料、添加剂和空隙四成分组成。沥青混合料的不均匀性是沥青混合料中组成成分不均匀性的综合反映，其中最主要表现在沥青混合料中集料分布的不均匀性上，表现为一些局部的粗集料或细集料集中。一般来说，不均匀的路面，粗集料相对集中的地方空隙率大，沥青含量少，雨水易于渗透而容易造成剥落和坑洞；反之，细集料相对集中的地方空隙率小，沥青含量多，易造成局部的永久变形和泛油。

改善沥青混合料的均匀性，可以从以下几个方面入手：

1)沥青混合料均匀性随其集料公称最大粒径的变化而变化。集料公称最大粒径增大，一般其混合料的均匀性较差。因此，在不影响路面结构力学性能和结构功能的前提下，应适当降低集料的公称粒径。

2)集料中4.75mm这档集料比2.36mm这档集料对沥青混合料均匀性影响要显著得多，故在集料级配设计过程中要严格控制4.75mm这档集料。

3)含油量的变化会对沥青混合料均匀性产生显著的影响。在最佳含油量时，沥青混合料均匀性是最好的。含油量在最佳附近变化，无论是增加还是减少，对应的沥青混合料均匀性都会变差。含油量较小时，沥青混合料中包裹集料的油膜厚度比较薄，集料间的摩擦阻力较大，在压实功作用下，集料很难在混合料中产生位移；而含油量较大时，沥青混合料中包裹集料的油膜厚度比较厚，集料间的摩擦阻力较小，在压实功作用下，集料很容易在混合料中产生位移。这些都会造成沥青混合料均匀性变差。在最佳含油量时，沥青混合料中包裹集料的油膜厚度和集料间的摩擦阻力适中，在压实功作用下，集料朝均匀性有利的方向上进行了一定的重新分布。

4)控制原材料的堆放、装载和运输过程。

5)要保持摊铺机的工作状态。当摊铺机已经使用了一定年限时，应更换关键部件以保证摊铺混合料的均匀性，同时，还应给以经常性的检修。

6)摊铺作业时，即使环境状况很好，路表温度很高，也不能摊铺过快。同时，应尽可能降低单个摊铺机的摊铺宽度。

7)摊铺过程中，避免每车料收斗一次。尽可能每一个或者每半个工作日收斗一次，每次收斗摊铺出来的混合料应尽可能清除。

五、沥青层的压实及压实度保证

沥青层的压实是沥青混合料施工过程中最重要的环节之一。沥青混合料压实与否，直接影响到其强度、耐久性、抗变形能力、抗水损能力、渗水性能以及抗滑性能等各方面。

影响沥青压实的因素有很多，除了压实功外，还有沥青混合料本身的特性比如沥青是否改性、含油量，混合料的温度，气温，风速，下卧层温度，摊铺层厚度等等。一般说来，沥青层的变形分压密固结变形和塑性变性2种。压实可以大大减小压密变形，同时又能降低塑性变形产生的可能性。

(一)压实度标准研究

目前国际上的压实标准一般定在92%理论密度的水平。传统的压实理论认为，施工期间的压实为一次压实，通车后(夏天)在行车的作用下进行二次压实，进而达到最终的压实度。这种在理论在重交通路面上是不合适的：如果能够产生二次压实，则会过早产生车辙，这是显然是不能接受的；实际上，目前的沥青和集料的质量都很好，在经过压路机压实后由车辆在低温进行二次压密的可能性是极小的，尤其是中、下面层。路面施工完成后，路面的空隙率在8%左右。这么大的空隙率将一直保留在沥青混合料中，造成沥青混合料的强度比室内设计值降低40%左右。所以，即便达到规范要求的压实度，沥青混合料的强度依然是很低的，没有达到设计要求。所以，对重交通沥青路面而言，其压实度应该达到或接近100%(Marshall标准)，使路面结构中混合料的抗力达到设计标准，而不是目前采用的96或97%的标准，这比采用改性沥青更为重要。按照目前的施工机械，达到这个压实度是没有困难的，如果集料的形状和均匀性均保持较好的话。

如果我们采用空隙率而不是密度来定义压实度，则更容易暴露出目前压实的不足，即定义：

(5-1)

式中，AVMa——Marshall试件空隙率；AVPa——路面实际空隙率。

按此定义，达到规范要求压实度时，C值仅在50-60%之间。已有的研究成果表明，相对目前的交通而言，Marshall击实标准已经是偏低的，即便这样，在实践中也没有达到。因此，将压实度标准确定为按式(5-1)定义式的96%(接近目前定义的100%)是必要的。

(二)改进压实效果的方法

1)增加胶轮碾压。目前在路面压实的过程中，对采用轮胎压路机的重视程度不够。在不增加压实功的前提下，采用轮胎压路机时路面压实度可以提高1～2个百分点。更重要的是，轮胎压路机的压实机理是揉搓和剪切作用，所压实的路面空隙率均匀性较好，这是钢轮压路机所无法达到的效果。所以，路面复压时采用轮胎压路机，并尽可能增加其碾压遍数是有效的工序。

2)适当提高混合料的出厂温度和摊铺温度。

3)在适宜的环境条件下(气温、风速等)作业，尤其要注意下卧层层表的温度。

六、结论

本文基于沥青路面现场施工状况及实测数据，针对目前我国沥青路面施工过程中存在的一些问题，阐述基于指标控制的一些改善措施，对以后沥青面层施工过程中质量控制提供参考。

[1]姚祖康. 公路设计手册——路面. 北京：人民交通出版社, 1992

[2]孙立军 等著 沥青路面结构行为理论. 北京：人民交通出版社，2005.

[3]胡小弟 轮胎接地压力分布实测及沥青路面力学响应分析. 同济大学博士学位论文，2003.