论高速公路沥青路面病害分析及施工质量的控制
2015-03-23
1.前言
随着我国公路事业的发展，河南省高速公路的通车里程已超5千公里，但沥青路面的病害却一直未得到解决，裂缝、坑槽、唧浆、辙槽、泛油等早期破坏现象层出不穷，严重影响了沥青路面的各项路用性能，大大增加了运营期间的养护费用。因此，对于在建或未建的沥青路面施工，我们应该严格按照施工技术规范进行沥青路面施工的质量控制，笔者根据工程实际，谈谈沥青面混合料施工质量的控制。
2.沥青混凝土路面病害成因分析
2.1水损坏
水损坏是产生沥青混凝土路面坑槽的最主要因素。水对沥青混凝土产生软化作用（沥青混合料含水量增加，导致其强度和刚度降低）、剥离作用（降低沥青与集料的粘附性）和冲刷作用（在荷载作用下产生的动水压力不断冲刷细料），造成沥青混凝土松散、跑料，从而形成坑槽。
2.2材料不合格
由于沥青混合料的“贫油”现象，导致沥青与石料的粘附性差以及沥青混合料水稳定性能差等材料本身路用性能不合格容易导致成型后的沥青混凝土路面在荷载、水等综合因素下产生病害。
2.3施工控制不严
在施工中由于控制不严造成的沥青混合料产生离析、夹层以及沥青混凝土路面压实不达标等，都是沥青混凝土路面发生坑槽的隐患。
压实度不足是早期水损害最普遍的原因。据相关研究表明，热拌沥青混合料4%～5%的空隙率就认为是不透水的（也就是说与水损害无关），大多数沥青混合料设计空隙率为3%～5%，当施工完毕后，大多数要求达到92%的最大理论密度，空隙率为8%。在营运2～3年后，可以认为是达到了设计空隙率。路面压实度不达标，空隙率高于8%，就易渗水，就会引起路面松散。
2.4其它因素
事故车辆的挤压、划刮和油污都会造成沥青混凝土路面的坑槽病害。
结合湖北京珠高速公路北段的实际情况，我们通过分析，认为形成坑槽的原因主要有：
1）集料与沥青粘性不良。
2）集料含泥量偏高。
3）沥青混合料拌和不均匀或沥青用量不足。
4）沥青混合料离析。
5）沥青混合料细集料偏多等原因。
3.沥青混合料技术要求
材料的选择：
拌制沥青混合料所需的材料主要有粗集料、细集料、矿质填料和沥青。在配合比设计前，选取符合相应技术规范的合格材料。
1） 粗集料的选择
沥青路面用粗集料包括碎石、破碎砾石、筛选砾石、钢渣、矿渣等，但高速公路所选粗集料应洁净、干燥、表面粗糙。试验人员取样时应在不同部位随机抽取具有代表性的试样，在对样品进行筛分、压碎值、针片状、小于0.075mm颗粒含量、表观相对密度、吸水率、坚固性、洛杉矶磨耗损失等多项指标符合质量要求的集料。
2） 细集料的选择
沥青路面的细集料包括天然砂、机制砂、石屑。所选细集料应洁净、干燥、无风化、无杂质，并有适当的集配，机制砂的粗糙、洁净、棱角性好，应优选之。
3）矿质填料的选择
在沥青混合料中，矿质填料通常是指矿粉。矿粉在沥青混合料中起着重要作用，因此对矿粉质量的要求不容忽视。沥青混合料中使用的矿粉必须是采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉，应洁净、干燥，试验人员应在料源取样进行筛分、表观密度、含水量、亲水系数等指标的测定，确保所选矿粉质量符合要求。
4） 沥青的选择
沥青路面采用的沥青标号，宜按照公路等级、气候条件、交通条件、路面类型及在结构层中的层位及受力特点、施工方法等，结合当地的使用经验，经技术论证后确定。
4.沥青混合料配合比设计
沥青路面质量的好坏，关键在于混合料配合比设计。一个好的配合比设计，一般分为目标配合比设计、生产配合比、生产配合比验证三个阶段。
4.1 目标配合比设计
许多试验人员认为目标配合比设计意义不大，最终是靠生产配合比来指导施工的，这样实际上无法严格控制不同材料的比例。目标配合比设计是控制冷料仓的依据，不应被广大试验人员所忽视。
1）矿料级配的选择
对各种粗细集料进行筛分后，利用在EXECL里编制的矿料合成集配程序，对各种集料按不同的比例进行合成，应选择平坦的S型级配曲线，即两头粗、细集料少，中间集料多的级配，使混合料组成嵌挤密实型级配，并应注意避免在（0.15～0.3）mm、（0.3～0.6）mm区间出现“鸵峰”级配。
2）马歇尔试验
马歇尔试验是选择沥青用量，确定最佳油石比的重要依据。配合比设计成败主要靠马歇尔试验所测得各项指标如马歇尔稳定度、流值、空隙率、饱和度、矿料间隙率、毛体积密度等的数据所确定。试验人员应严格按规范要求进行此项试验，保证试件成型时混合料的温度、击实试件的高度、密度测定的精确度、试验时的养护水温等必须满足规范要求，使所测定的数据精确度高，可靠性强，能正确指导我们依此数据得出最佳油石比。
3）配合比设计检验
确定了矿料级配和最佳油石比后，应进行高温稳定性检验、水稳定性检验和低温稳定性检验，分别进行车辙试验、浸水马歇尔试验和低温弯曲试验，检验该配合比能否满足各项路用性能。
4.2 生产配合比设计
在目标配合比确定后，应利用实际施工的拌和机进行生产配合比设计。试验前，应首先根据级配类型选择振动筛筛号，使几个热料仓的材料不致相差太多，最大筛孔应保证使超粒径料排出，使最大粒径筛孔通过量符合设计范围要求。试验时，按目标配合比设计的冷料比例上料、烘干、筛分，取各个热料仓试样进行筛分，与目标配合比一样用EXECL程序进行矿料级配计算，选择平坦的S型级配曲线，确定各个热料仓集料的比例。 4.3 生产配合比验证
路面正式铺筑前，应进行生产配合比验证。拌和站用试验室提供的目标配合比控制冷料的上料速度，根据生产配合比控制各热料仓的上料比例、矿粉比例和沥青用量，拌制沥青混合料。在试验段进行试铺时，试验人员应在施工现场观察摊铺、碾压过程和成型混合料的表面状况，判断混合料的级配及油石比，只有所有指标全部合格，此配合比才能交付使用。
5.施工过程中对集料的控制
施工过程中，对进场的每一批集料必须进行筛分试验，确定与配合比设计时的集料级配相差是否过大，若偏差过大，会直接影响到混合料的级配，不应继续使用，对该批材料应做清退处理。在清退困难且该批材料数量巨大时，应对目标配合比和生产配合比进行调整，还应定期的对热料仓集料的级配进行筛分析，作为对混合料级配的进一步校核。
6.施工过程中对配合比的控制
由于集料的变异性，施工过程中，每天施工前都要对热料仓的集料进行筛分析，将结果与生产配合比进行比较，若差异较大，立即进行调整，保证混合料的矿料级配在配合比充许的波动范围内。
7.施工过程中对沥青混合料的检验
施工过程中，应严格认真按《公路沥青及沥青混合料试验规程》完成各项试验，保证试验结果的准确、可靠，并及时对试验结果进行分析，检查稳定度、流值、空隙率、饱和度等各项指标是否满足规范要求，沥青含量是否在设计用油量正常波动范围内，抽提后对矿料的筛分结果与每天施工前热料仓的矿料级配的偏差是否在正常范围内，如有偏差，应检查拌和站的生产工艺，并适时对配合比进行调整。
8.现场的摊铺与碾压
沥青路面施工中，现场的摊铺与碾压是保证路面压实度和平整度的关键施工工艺。碾压结束路面冷却后，试验室要在路面上进行钻芯取样，检测路面的厚度、测定芯样的密度，依据该路段马歇尔试验的平均毛体积密度评定该路段的压实度，铺以平整度的测定，来评定摊铺与碾压工艺的质量。
9.结束语
经上综述，1）试验室在沥青路面施工过程中从原材料选择、配合比设计、生产过程中对原材料和配合比的控制以及对混合料的检验。2）对路面压实度和平整度的检验，是保证沥青路面质量的关键。3）应该重视事前的材料选择、配合比设计，事中对原材料的进场检验、配合比的控制、混合料的检验，才能保证事后的压实度、平整度满足要求，沥青路面的路用性能满足要求，最终才能保证沥青路面的质量。
