公路施工中高模量沥青混凝土基层施工技术分析

雷国华

（吉安市公路建设和养护中心新干分中心，江西 吉安 331300）

0 引言

公路的使用寿命是有限的，原因在于，由沥青、混凝土等原材料混合摊铺形成的路面，长时间承受过往车辆的压力，路面结构不断受到冲击，进而使原本稳定的性能不断下降，最终出现结构断裂的情况。不仅会在路面上留下大量车辙，还有可能出现裂缝、凹凸不平等现象，从而大幅度降低行车的安全性。为了尽量提高路面的使用寿命，可在公路工程施工期间采用高模量沥青混凝土基层施工技术。

1 公路施工中高模量沥青混凝土基层施工技术内涵分析

1.1 公路施工中高模量沥青混凝土基层施工技术应用分析

1.1.1 传统沥青混凝土路面的劣势分析

早在2005年，我国便有学者发布研究报告，认为在公路路面结构中，基层中的中面层对路面是否容易留下车辙病害方面产生的影响最大[1]。以我国全年平均气温相对较低的北方为例，夏季环境温度有可能达到35℃以上。在阳光直射以及环境温度的“双重加持”下，沥青路面表面的温度极有可能超过环境温度30℃以上，最高可能达到60～70℃。即使在距离路面表层10cm 厚度的区域，温度也不会明显降低，依然保持在50～55℃。即使在北方地区，夏季的沥青路面都处于如此高温的环境下，在南方地区路面温度只会更高。当沥青路面长时间处于高温状态时，加上行驶车辆的作用力，路面结构从“稳定”状态向“稳定被破坏”状态的转变速度大幅度增加，最终导致路面出现车辙病害，逐渐形成裂缝。

1.1.2 高模量沥青混凝土施工技术的优势分析

应用高模量沥青混凝土施工技术，既能够有效降低路面的厚度，又可以延长路面的使用寿命，总体可行性较高。

1.2 提高沥青混凝土模量对路面车辙现象造成影响的力学分析

针对沥青混凝土模量与路面车辙病害的关系进行分析时，应以力学分析作为切入点。具体的分析方法为：基于ANSYS 有限元软件完成不同模量沥青路面模型的建立。所有模型的尺寸大小完全一致——路面模型高度均为10m，长度（沿着公路前进的方向）10m，路面宽度10m。分析单元选择方面，应使用8 节点3D 单元SOLID45 有限元。在此基础上，提高沥青混合料的模量，之后基于DSR 测试，对沥青胶结料的流变参数进行分析——既有复数剪切模量（G*）、相位角（δ）、车辙因子（G*/sinδ）对胶结料的改性机理进行分析。将改性剂的质量与沥青混合料的质量比分别设置成0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，进行DSR 试验时，将温度控制在64℃、70℃、76℃、82℃，分析高模量改性剂掺量、温度对胶结料高温流变性能的影响。测试载荷保持100Pa 不变。动力学分析结果显示，在沥青混合料中的高模量改性剂含量不断增加的同时，复数剪切模量（G*）值不断上升；特别是在改性剂含量超过0.3%时，G*值增加速度进一步提升。这一结果表明，当沥青混合料中的高模量改性剂含量增加之后，混合料的抗变形能力也会随之增强。而在温度相同的情况下，改性剂含量越高（模量越高）的沥青混合料的抗变形能力也会越高。另一项结果显示，混合料相位角随着改性剂含量增加不断降低，在改性剂超过0.3%之后，相位角下降速度加快。表明在模量提高的同时，沥青混合料的黏性越来越低，刚度越来越大，抵抗车辙病害的能力越来越强。

2 公路施工中高模量沥青混凝土基层施工技术的具体应用

2.1 公路工程概况

某公路工程全长75.09km，属于城市一级主干道，为双向6 车道。最大行车速度为100km/h，设置的路基净宽达到30.1m。该工程所在地年平均气温较为温和，年均降雨量介于1085.48～1127.52mm 之间，多集中在每年5月—9月。现拟定的施工方案如下：采用底基层+柔性基层的方式，不再设置中面层。如此一来，在路基结构中只剩下上面层和下面层。柔性基层的设计方案为：厚度18cm，使用的高模量沥青混凝土在现场配制。

2.2 公路施工中高模量沥青混凝土基层施工技术

2.2.1 高模量沥青混凝土原材料及配合比

（1）高模量沥青混凝土原材料选用

（a）粗集料选择。粗集料均使用石灰岩破碎后生成，根据粒径分为两种[2]。一种介于5.5～16.5mm 之间，另一种介于16.5～32.0mm 之间。

（b）细集料选择。细集料选择机制砂，从破碎石灰岩生成的不符合相关要求的粗集料中选取一部分，使用专用的设备磨成细砂。经过检测后发现，细集料中的砂含量达到88.3%，高于60%的标准要求。

（c）调和沥青选择。为了确保沥青混合料具有较强的抗疲劳性能。拟选用的调和沥青品牌包括欢喜岭、绥中36-1、中东沥青3 种。为确定3 种调和沥青的质量，施工人员分别从3 种沥青中选择一部分，制作成标准试样后进行性能比对，最终结果见表1。综合针入度、软化点、脆点在内的8 项比对结果后，最终判定中东沥青品牌的调和沥青的性能是3 种沥青中的最优项，故选用。

表1 3 种调和沥青性能对比

（d）外加剂选择。拟选择的外加剂包括法国PRM 外加剂、法国PR-S 抗车辙外加剂、德国DUROFLEX 外加剂。3 种外加剂加入中东调和沥青试样之后，劈裂强度、冻融劈裂强度、残留强度的比对结果见表2。由于法国PR-S 抗车辙外加剂的残留强度最低，故决定使用。

表2 三种外加剂比对结果

（2）配合比设计

最终确定的矿粉比例达到3.5%，油石比为4.8%。按照上述配合比，加入调和沥青、混凝土、外加剂之后，配制成的沥青混凝土混合料模量较高，达到相关要求。

2.2.2 高模量沥青混凝土基层施工要点分析

（1）施工前的准备工作

由于材料均为袋装，故在运输、进场、存储期间，应确保环境干燥、通风。除此之外，不可直接将材料放在地面上，应该放在金属材料制成的隔板之上。此外，在完成级配碎石的铺设作业，尚未开始沥青混凝土混合料摊铺作业时，应该在碎石层上均匀喷洒透层油，从而达到清洁碎石层表面、隔绝水分的目的。喷洒透层油的剂量应该控制在1.0～2.0L/m3，使用智能洒布车完成相关作业。在此期间应注意，透层油洒布作业完成后48h 内，必须完成其他所有准备工作，时间一到立刻开始高模量沥青混凝土混合料的摊铺作业，否则透层效果下降，容易影响后续施工。

（2）高模量沥青混凝土混合料的拌制

拌制高模量沥青混凝土混合料的注意事项如下：

（a）责成专人对各种原材料的使用剂量、拌和温度进行监控，务必确保各项参数处于合理范围之内。

（b）应使用相关机械投放外加剂，目的是与控制系统形成联动，将外加剂和热料同时投入拌和设备。

（c）考虑到在拌制过程中，加入外加剂可能影响拌制效果，故需适当增加拌和时间（控制在7～10s）。这样做的目的是，加快物料熔化速度，提高拌和的均匀性[3]。

（3）高模量沥青混凝土混合料的运输

运输高模量沥青混凝土混合料的注意事项如下：

（a）运输车辆吨位必须充足且具备自卸式功能。

（b）在拌和料装车的过程中，相关作业不能连续进行，每装入一部分材料之后，应将车辆前后移动一段距离。这样做的目的是，大幅度降低混合料出现离析现象的概率。

（4）高模量沥青混凝土混合料的压实

在公路工程建设中，压实作业是高模量沥青混凝土混合料基层施工的重要组成部分，保障公路建设质量，延长使用年限。在完成高模量沥青混合料摊铺之后，压实作业的注意事项如下：

（a）所使用的设备为当量达到11t 的双钢轮压路机2 台、当量达到25t 以上的胶轮压路机1 台。

（b）初压作业时，应使用双钢轮压路机，在沥青混合料摊铺后路面温度处于140℃左右时，以3km/h 的速度静压第一遍；待路面温度下降至130℃左右时，使用胶轮压路机以4km/h 的速度静压第二遍；待路面温度下降至120℃左右时，使用双钢轮压路机以3km/h的速度振压第三遍；最后，依然使用双钢轮压路机，在路面温度下降至100℃左右时，以5km/h 的速度进行终压作业，务必确保将路面光滑、平整。为确保压实作业质量，应合理确定压实长度。比如，在摊铺作业长度达到50m 之后，便需进行压实作业。

（5）高模量沥青混凝土基层施工后的路面基层接缝处理

当前，高模量沥青混凝土施工环节较多，但各项工序都极为重要，对于保障公路质量都有着重要影响。例如，某公路工程建设中，在高模量沥青混凝土路面基层接缝环节，所需的技术手段较复杂。主要表现在以下几个方面：

第一，企业工程技术人员通过技术交底，要求施工人员在进行高模量沥青混凝土基层接缝作业中使用平接缝技术手段。该方式是在接缝部位涂刷黏层材料，在涂刷方式上与传统方法不同，必须保证高模量沥青混凝土与黏层材料的平整度。并在涂刷过程中，对黏层材料的配置进行控制，严格按照国家标准与企业内部的要求。同时，在黏层材料配置中，对温度要求也较为严格，将其控制在适宜的温度对材料损失较小，进而为建筑企业减少经济成本。

第二，在涂刷方式上，根据高模量沥青混凝土压路机的碾压方式进行调整。采取纵向接缝的方式，并在涂刷中尽量避免与压路机的轨迹接触。

第三，为保证路面基层接缝处理工作的顺利完成，要进行技术细节设计。需要压路机在进行高模量沥青混凝土压实工作中留出少许面积，一般为面积20cm2左右。方便层层碾压，进而达到路面基层完美接缝的目的。

3 结语

提高沥青混凝土的模量，混合料的力学性能会在一定程度上得到提升，将其应用于路面基层摊铺，路面整体结构的稳定性会随之提升。这样的路面能够在更长的时间内承受过往车辆的重力作用，有效延后路面出现车辙并最终形成病害的时间，对提高公路的使用寿命具有积极意义。在具体施工期间，高模量沥青混凝土基层施工的复杂程度较高，故为了提高施工质量，必须做好施工前的准备工作，确保高模量沥青混凝土混合料按照标准流程完成拌制。在施工期间，还应考虑高模量沥青混凝土混合料相较于普通沥青混合料的差异，以实现相关目标。