改性沥青混凝土路面施工要点分析

岳丽红

(上海浦公检测技术股份有限公司,上海 201399)

沥青路面结构因其独特的优势已成为公路路面的主要结构类型。目前,我国高速公路通车里程高达17.7万km,有60%已开通运行了10～12年的高速公路需要进行中修或大修,有17%已开通运行了6～8年的需要进行中修或大修[1]。改性沥青通过聚合物改善了沥青性能,为了使沥青分子与聚合物大分子结构之间产生纠缠并形成相互穿插的网络,需要在高温情况下进行高温剪切混溶,故聚合物使改性沥青具有更强的流变性及力学性能[2-4]。本研究以A高速公路为例,对施工技术优化进行分析,以提升高速公路整体施工质量。

1 工程概况

A高速公路主线全长11.597 km,其中包括15座大桥、11座现浇梁天桥及1座互通立交。对沥青铺设段落主线部分进行路面施工技术分析,共计27 741.502 m,路面结构主要为:4 cm细粒式改性沥青混凝土(AC-13C)+6 cm中粒式改性沥青混凝土(AC-20C)+8 cm粗粒式沥青混凝土(AC-25C)+34 cm水泥稳定碎石+18 cm低剂量水泥稳定碎石,其中改性沥青技术要求如表1所示。

2 改性沥青混凝土路面施工要点

2.1 前期准备

需从人员、图纸、机械、技术、现场等方面进行施工准备,确保实现协同建设施工[5]。对施工质量、安全、经济等方面进行联合把控,避免因施工问题造成经济损失。

人员准备。明确岗位人员及责任,对容易产生质量问题及隐患的施工部位进行技术交底[6]。对现场作业人员展开全面深入的岗前安全、技术培训。做好施工进度计划,以中面层改性沥青混凝土路面施工进度计划为例,如图1所示。

图1 中面层改性沥青混凝土路面施工进度计划Fig.1 Schedule of middle surface modified asphalt concrete pavement construction

施工图纸审查。施工图纸直接影响整个项目的质量控制,需对施工图纸进行审查。审查内容包括施工流程及建设竣工。由多方进行图纸会审,有针对性地提出建议,制定应急解决方案。

机械准备。为实现流水穿插施工,需保证施工机械配备科学,配齐所需配件,进行机械调试及保养。根据施工进度计划安排好大型施工机械的入场及出场时间。选用机械时,根据拌和生产率确定摊铺机数量及摊铺速率[7]。为满足施工要求,摊铺机与压路机主要包括以下几种类型:三一重工SSP185C-8和三一重工SMP90EC沥青摊铺机各1台,2台三一SPER300-5重型轮胎压路机,2台HDO138V双钢轮震动压路机,DD138HF和TQY-80双钢轮震动压路机各1台。前期准备阶段的设备测试及规划至关重要,应避免因设备施工穿插问题而影响工程质量[8]。

现场准备与技术准备。对图纸及技术规范等文件进行全面深入学习。对分项工程开工情况做出详细报告,报监理工程师审批。测量人员需仔细校准及重新校准参考点,进行细部施工放样。对场地进行平整,提供良好的施工现场。施工现场道路基本全部贯通,无制约施工的工序。满足用水用电需求,摊铺前需对各个施工班组进行书面交底工作。

2.2 摊铺要点

下面层。必须检查下封层作业面,保证下封层的完整性及基层表面的黏结性。对部分外露的局部基层及下封层两侧宽度不足的地方根据设计要求重新补铺。下封层表面漂浮的矿物材料必须清扫干净,刷掉表面碎屑,冲洗干净灰尘。

中面层和上面层。检查下承层的完整性,对下承层表面漂浮的矿物材料进行清扫,保持表面整洁。改性沥青混凝土中面层铺设前,采用0.4±0.1 L/m2快黏裂阳离子专用改性乳化沥青进行黏层油的铺设。

改性沥青混凝土拌制。为提高沥青混凝土的使用性能,使用间歇性搅拌器。因为混合料对温度有较高的要求,故在拌和过程中需注意外部条件的控制,在特定环境下操作。为保证改性沥青混合料的使用要求,在拌和过程中注重配料比及时间、温度的控制。改性沥青混合料的出厂温度为170 ℃～185 ℃,如果超过195 ℃则不能使用。运输及摊铺温度不得低于160 ℃,开放交通时,路表面温度不能高于50 ℃。

改性沥青混凝土路面运输与摊铺。装料前需在车厢内壁添加隔离纸,做好拌和料的隔离保温工作。为减少粗集料的分离,采用“前、后、中”三次装料方法进装料。采用数字显示插入式热电偶温度计对改性沥青混合料进出场及运输温度进行实时跟踪检测。在整个运料过程中用篷布覆盖,卸料过程中不能完全掀开篷布,需等卸料结束才能取走篷布,以利于保温,避免污染环境。为保障设备间的良好衔接,摊铺过程中要有5辆以上的运料车在距离摊铺机前方10～30 cm处缓慢停驻等待被卸车,避免运料车与摊铺机发生撞击,造成经济损失。

摊铺作业是沥青施工的重要工序,需注意以下问题:对入场及卸料的运料车进行编号及测温。为避免因施工中断导致路面不平整,需提前根据产出率及沥青混合料密度等计算摊铺机速度。具体计算公式如式(1)所示。其中,VP为摊铺速度,QB是单台摊铺机的生产率,D为沥青混合料密度,KP为效率系数。对于路面加宽部分的摊铺,需采用两台摊铺机,为了避免出现裂缝,采用斜接缝进行摊铺。两台摊铺机需前后相差5～10 m,摊铺的重叠部分宽度为30～40 cm,需要保证整体性,共同碾压,熨平板与夯锤采用相同的振频,进行连续、均匀的摊铺,中间不得间断。为保证摊铺厚度的均匀性,采用平衡梁控制厚度摊铺方式对上、中面层进行作业。

(1)

在摊铺准备阶段,将熨平板预热到100 ℃以上。为确保路面的完整性,熨平板必须拼接紧密,不能存在缝隙,防止摊铺机熨平板卡住颗粒材料形成条纹,影响施工质量。避免摊铺层出现离析现象,提前调好摊铺机螺旋布料器两端的自动料位器,料门开度、链板送料器速度与螺旋布料器的转速相匹配,其中螺旋布料器内的料位应高于摊铺机内螺旋布料器的2/3。

2.3 混凝土配合比

根据试验数据提供了3组不同水泥浆量的混凝土配合比,水灰比相同,为0.6。研究水泥浆量的变化对混凝土拌和物性质的影响。表1中的材料用量是在绝干状态下的用量,在实际拌和混凝土时应考虑砂的含水率。由于再生骨料含水率较高,导致补偿水需求量增加,增加的用水量取决于再生粗骨料的吸水能力。通过研究混凝土配合比可以更好地了解水泥浆量对混凝土性能的影响,为混凝土配制提供准确的指导。

2.4 试样制备

使用机械搅拌将混凝土原料组合在一起。经测试,按照3种不同配比制备的混凝土具有合适的坍落度,即混凝土搅拌后的流动性符合要求,坍落度为180～200 mm。为了便于进行混凝土强度测试,将每组配比的混凝土样品制备成150 mm×150 mm×150 mm的立方试块,每组制备21个试块。将其放入温度为20 ℃、湿度为95%的养护室,按照相应的养护时间进行处理。养护期结束后,分别测量试块在1 d、2 d、3 d、7 d、14 d、21 d、28 d时的抗压强度,以了解混凝土在不同时间下的强度发展情况,评估其质量及性能。

2.5 混凝土强度测试

根据国家标准《普通混凝土力学性能试验方法》GB50082-2001对混凝土试块进行抗压强度测试。对每组配合比的混凝土进行3个试件的测试,计算平均值。测试结果如表2所示。可以看出,随着养护龄期的增加,混凝土的抗压强度不断增加。在前7 d,混凝土的强度增长较为明显,之后增长速度放缓,说明再生骨料混凝土的强度增长趋势与传统的天然骨料混凝土是一致的。经过28 d的养护后,3组配合比的混凝土试块表现出了相似的性质,都达到了混凝土砌块的强度要求。

表2 混凝土配合比

混凝土抗压强度与时间的关系如下:

(1)

其中,λ是取决于水泥类型的参数。普通硅酸盐水泥的λ值为0.1726。

(2)

式(2)用来描述时间与混凝土抗压强度的关系,其中s是取决于水泥类型的一个系数,普通硅酸盐水泥的s值为0.26。

式(1)与式(2)得出的结果是相似的。根据测试数据可使用式(2)来预测混凝土的抗压强度。结果表明,预测数据与实测数据一致。说明该模型适用于本项目中使用再生粗骨料的混凝土。

2.6 路面碾压

根据道路压实及设计要求,确定碾压参数。碾压主要分为初压、复压、终压3个阶段。

初压阶段。为保证路面整平及混合料的稳定,采用2组13 T以上的双钢轮振动压路机,静压一次,高频、低振幅振动压两次,速度控制在1.5～2 km/h。检查是否存在不平、蜂窝、裂纹及鼓包等缺陷,及时消除。

复压阶段。为确保摊铺及后续碾压的连续性,用胶轮压路机碾压3～5遍,碾压速度控制在4～5 km/h,整个施工过程的温度必须控制在120 ℃以上。

终压阶段。去除轮痕及其他表面缺陷,形成平整的压实面。使用双钢轮振动压路机静压碾压2遍以上,温度必须控制在80 ℃以上。严格控制碾压各阶段的温度,做好温度控制记录。

2.7 接缝处理

接缝处理对路面施工质量影响巨大,是重要的施工工序。只有做好施工接缝处理,才能减少高速公路表面斜纹及改性沥青混合料内部的离析现象。施工过程中应避免纵向接缝,尽量减少纵向与横向接缝数量。

纵向接缝。上下层的纵向接缝应错开至少150 mm(热接缝)或300～400 mm(冷接缝)。采用热接缝交错铺设纵向接缝时,应将已铺设的100～200 mm宽的改性沥青混凝土段留出,暂时不进行碾压,作为下一段的基准面,作为跨缝碾压,从而消除接缝痕迹。因半幅施工或特殊因素导致产生纵向冷接缝时,最好增加一个挡板或加设切刀切齐,以便在混合料尚未完全冷却的情况下用镐刨除边缘留下的毛茬。当混合料冷却后就不能再采用切割机作纵向切缝。加铺剩余部分时,应在施工前铺设少量沥青,摊铺时覆盖已铺设部分的5～10 cm。摊铺完毕后将摊铺在前面部分的混合料铲走。碾压时,压路机在已压实的路面上行走,在碾压新铺层的10～15 cm后继续压实新铺部分,再次碾压已经压实路面的10～15 cm,从而充分地将接缝压实紧密。

横向接缝。将斜接缝的搭接处清理干净并喷洒黏层油,斜接缝的搭接长度应为0.4～0.8 m。如果混合料中的粗集料颗粒超过了重叠处压实层的厚度,应将其剔除并加入细料,以确保斜接缝充分压实,重叠处平整。如果使用平接缝,则接缝必须紧密、充分压实、连续且平滑。施工结束时,在接近端部前1 m的位置将摊铺机熨平板稍稍抬起驶离现场。采用人工施工方式对后续1 m端部进行碾压。对平整度进行检查,如果发现存在中层厚度不足的地方,在混合料尚未完全冷却时进行垂直刨除,以便在下一次施工时成直角连接。相邻上下两层的横向接缝应错开1 m以上,在横向接缝处继续铺设沥青前,用3 m直尺检查平整度,如不符合要求,应挖除。横向接缝的碾压应使用双轮钢筒式压路机进行横向碾压,再进行纵向碾压。

3 结束语

改性沥青混凝土高速公路路面施工技术水平的高低直接影响着项目的整体质量。针对A高速公路项目,分析了施工准备、运输、摊铺、施工缝处理等技术要点,通过加强混合料运输与摊铺过程的温度控制及施工作业的连续性,为同类施工提供参考。