所屬欄目:化工論文 發(fā)布日期:2011-03-05 16:43 熱度:
隨著瀝青混凝土路面在國(guó)內(nèi)的廣泛應(yīng)用,越來(lái)越多的施工工藝、施工方法以及級(jí)配設(shè)計(jì)也在不斷的更新,在眾多的設(shè)計(jì)方法中以美國(guó)研究出的高性能瀝青路面(superpave)設(shè)計(jì)方法,在國(guó)內(nèi)也不斷得到推廣,該設(shè)計(jì)方法采用了旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型試件,較好的模擬了野外路面受力情況,提出了一套全新的評(píng)價(jià)瀝青膠結(jié)料技術(shù)性能方法、標(biāo)準(zhǔn)和混合料體積設(shè)計(jì)法,為更好地改善和提高瀝青路面的高溫穩(wěn)定性等路用性能等提供了一條有效的途徑。現(xiàn)將superpave瀝青混合料的施工工藝淺談一下:
Superpave技術(shù)是從設(shè)計(jì)到施工一整套體系,采用Superpave技術(shù)設(shè)計(jì)的混合料稱(chēng)為Superpave混合料,其設(shè)計(jì)方法、級(jí)配結(jié)構(gòu)以及性能指標(biāo)都與傳統(tǒng)瀝青混合料有著很大的區(qū)別,首先從礦料的級(jí)配談起。
一、 SUPERPAVE混合料體積設(shè)計(jì)
所謂superpave瀝青混合料體積設(shè)計(jì)是根據(jù)瀝青混合料的空隙率、礦質(zhì)集料間隙率、瀝青填隙率等體積特性進(jìn)行熱拌瀝青混合料設(shè)計(jì)的。
superpave瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)嚴(yán)格要求集料針片狀含量,限定集料的級(jí)配區(qū)域,經(jīng)過(guò)同一瀝青與三種不同級(jí)配以旋轉(zhuǎn)搓揉壓實(shí)儀制作試件,經(jīng)過(guò)單位重和體積分析后決定出采用的集料級(jí)配,再選擇四種瀝青含量與最佳集料級(jí)配通過(guò)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀制作試件,確定最佳瀝青用量。
1、 集料的控制標(biāo)準(zhǔn):
礦質(zhì)集料的特性對(duì)瀝青混合料性能的影響較為顯著,集料的要求除滿(mǎn)足技術(shù)規(guī)范所要求的質(zhì)量外,還提出了粗集料的棱角性、細(xì)集料的棱角性、扁平與細(xì)長(zhǎng)顆粒、粘土含量等技術(shù)檢測(cè)指標(biāo)。
1)、粗集料棱角性:
粗集料棱角是指留在4.75mm篩上有一個(gè)或兩個(gè)破碎面集料的重量百分比,規(guī)定粗集料棱角主要是為確保集料有高的內(nèi)摩擦力,從而保證瀝青混合料有較高的抗車(chē)轍能力。
2)、細(xì)集料棱角性
細(xì)集料棱角是指小于2.36mm的松壓集料的空隙百分率,規(guī)定細(xì)集料棱角指標(biāo)是為了確保細(xì)集料有高的內(nèi)摩擦力和抗車(chē)轍能力,較高的空隙率含量意味著有較多的破碎面。
3)扁平和細(xì)長(zhǎng)顆粒:
在施工和交通荷載作用下,扁平與細(xì)長(zhǎng)顆粒容易破碎,所以要對(duì)細(xì)長(zhǎng)形顆粒的含量進(jìn)行限制。規(guī)定細(xì)長(zhǎng)扁平顆粒長(zhǎng)寬比例控制為3:1,限制扁長(zhǎng)型粒料的通過(guò)率不得超過(guò)10%的重量比。
4)粘土含量:
粘土含量是指包含在4.75mm篩的集料中的粘土含量百分率。以最小的含砂當(dāng)量來(lái)規(guī)定含泥量的通過(guò)率。
2、 集料級(jí)配控制:
superpave混合料體積設(shè)計(jì)的級(jí)配選擇是通過(guò)控制點(diǎn)和限制區(qū)來(lái)進(jìn)行的,要求級(jí)配須通過(guò)各篩號(hào)控制點(diǎn)范圍且不得經(jīng)過(guò)限制區(qū),級(jí)配的控制點(diǎn)和限制區(qū)依公稱(chēng)最大尺寸而有不同的規(guī)定。控制點(diǎn)分別放設(shè)于公稱(chēng)最大尺寸篩、中等篩(2.36mm)、和最小篩(0.075mm)處。限制區(qū)處于沿最大密度級(jí)配線中等篩和0.3mm篩之間,限制區(qū)形成一個(gè)級(jí)配不能通過(guò)的帶。設(shè)置限制區(qū)的目的有兩個(gè):一個(gè)是為了限制砂的用量減少永久變形,二是為了提供足夠的間隙率。限制區(qū)的駝峰級(jí)配表示一種多砂混合料這種級(jí)配的混合料在施工期間常會(huì)出現(xiàn)難以壓實(shí)現(xiàn)象,并在使用期間抗永久變形能力不足。集料級(jí)配通過(guò)限制區(qū)容易造成礦料間隙率過(guò)小,這種級(jí)配對(duì)瀝青含量過(guò)分敏感。在設(shè)計(jì)級(jí)配時(shí),級(jí)配處于控制點(diǎn)區(qū)避開(kāi)限制區(qū)以滿(mǎn)足superpave要求。
3、旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀的應(yīng)用:
Superpave瀝青混合料體積設(shè)計(jì)核心之一是采用Superpave旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀成型混合料試件,進(jìn)而進(jìn)行相關(guān)的體積分析。Superpave旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀的壓實(shí)成型混合料的過(guò)程是將瀝青混合料逼真地壓實(shí)到施工現(xiàn)場(chǎng)的密實(shí)狀態(tài),進(jìn)而設(shè)計(jì)出相關(guān)性良好的室內(nèi)壓實(shí)設(shè)備。旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀主要對(duì)壓實(shí)的三個(gè)方面進(jìn)行控制,即壓實(shí)的軸向壓力、旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)速度。并且實(shí)現(xiàn)了壓實(shí)過(guò)程的監(jiān)控,進(jìn)而可以進(jìn)一步將混合料的壓實(shí)性能與混合料性能建立起關(guān)系。試件的壓實(shí)高度可以精確地量測(cè),這是旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀的最主要功能。通過(guò)試件壓實(shí)過(guò)程中高度的測(cè)量,可以根據(jù)試件材料的重量和試模的內(nèi)徑估算除試件的密度,根據(jù)這些測(cè)量結(jié)果可以得到瀝青混合料的壓實(shí)特性。
4.礦料級(jí)配的確定:
級(jí)配是瀝青混合料中礦料的最重要特性,它幾乎影響到瀝青混合料的幾乎所有重要特性,包括勁度、穩(wěn)定性、耐久性、滲水性、施工和易性、抗疲勞能力、抗滑能力甚至抗開(kāi)裂能力。Superpave瀝青混合料設(shè)計(jì)體系采用0.45次方級(jí)配曲線圖來(lái)表征瀝青混合料礦料的級(jí)配。
Superpave的級(jí)配曲線在0.45次方級(jí)配曲線圖上越靠近最大理論密度線,混合料的密度越大。天然砂含量過(guò)高,級(jí)配曲線在中值篩孔與0.3mm之間靠近最大理論密度線容易產(chǎn)生軟弱混合料使得混合料難以壓實(shí)成型,從而表現(xiàn)出駝峰級(jí)配的性質(zhì),隨著瀝青含量的少許變化都使得混合料的性質(zhì)產(chǎn)生較大的變化。對(duì)于給定的集料級(jí)配,級(jí)配曲線在限制區(qū)以上和以下都可以得到比通過(guò)限制區(qū)要大的礦料間隙率,混合料級(jí)配曲線位于限制區(qū)以下時(shí),初始?jí)簩?shí)次數(shù)下具有較高的孔隙率;對(duì)于破碎集料,最大壓實(shí)次數(shù)在限制區(qū)以上級(jí)配的孔隙率最大,限制區(qū)以下的孔隙率最小,級(jí)配通過(guò)限制區(qū)設(shè)計(jì)出的混合料具有最小的瀝青含量和最小的礦料間隙率。
5、用最大理論密度作為現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制密度
舊版的瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范是以現(xiàn)場(chǎng)混合料的馬歇爾做為壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn),要求達(dá)到96%的馬歇爾密度,用這種方法控制壓實(shí)度會(huì)使現(xiàn)場(chǎng)路面空隙率高達(dá)8%,空隙率偏大,路面易透水,造成水損害,嚴(yán)重的影響了路面的使用性能。Superpave采用最大理論密度作為現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制指標(biāo),也就是用空隙率作為現(xiàn)場(chǎng)路面控制指標(biāo),要求壓實(shí)度達(dá)到馬氏密度98%以上,94%〈理論密度〈97%,使空隙率控制在3%~6%之間,不但提高了路面抗水損害能力,同時(shí)也提高了抗車(chē)轍能力。
二、混合料的拌和
在所進(jìn)行的Superpave試驗(yàn)路和實(shí)體工程中大部分采用“S”型級(jí)配結(jié)構(gòu),混合料中粗集料相對(duì)較多,這對(duì)集料的干燥可能產(chǎn)生一定的影響,粗集料中的水分不能及時(shí)散發(fā)是造成瀝青路面早期剝離的主要原因之一。增加干燥時(shí)間將使得生產(chǎn)效率降低,經(jīng)濟(jì)上也不合適,為此只有加強(qiáng)料源的控制,對(duì)料堆進(jìn)行覆蓋或者搭棚,盡量避免水分的浸入。
混合料的拌和溫度是影響路面施工的主要因素之一,它可以保證良好的壓實(shí)溫度。根據(jù)試驗(yàn)路的鋪筑情況,由于該類(lèi)型混合料已經(jīng)形成了骨架嵌擠結(jié)構(gòu)并且粗集料相對(duì)較多,比較難以壓實(shí),因此需要混合料有較高的碾壓溫度,但是也應(yīng)該避免走向另外一個(gè)極端,即采用很高的拌和溫度,這樣就加速了瀝青的老化,對(duì)于混合料的使用性能和壓實(shí)性能都有很大的影響。拌和溫度要根據(jù)試驗(yàn)室做出的粘溫關(guān)系曲線來(lái)確定,碾壓溫度的保證主要靠減少混合料在貯存、運(yùn)輸?shù)戎虚g過(guò)程的溫度損失。
由于superpave混合料存在的特性,所以混合料拌和時(shí)的溫度要視改性瀝青和普通瀝青而議,普通瀝青混合料溫度拌和溫度一般控制在160℃~170℃之間,改性瀝青混合料拌和溫度一般控制在175℃~185℃之間。
三、混合料的運(yùn)輸:
1、熱拌混合料一般采用大噸位自卸車(chē)運(yùn)輸,車(chē)廂應(yīng)清潔,隔離劑不得有液跡。拌和站放料時(shí)應(yīng)每卸一斗混合料挪動(dòng)一下汽車(chē)位置,以減少混合料的離析現(xiàn)象。
2、混合料運(yùn)輸期間,必須覆蓋篷布,用以保溫、防污染等。開(kāi)始攤鋪時(shí),現(xiàn)場(chǎng)等待卸料車(chē)不得少于5輛以利連續(xù)攤鋪。
四、混合料的攤鋪
Superpave混合料和常規(guī)的瀝青混合料在攤鋪方面沒(méi)有太大的區(qū)別,但是由于Superpave混合料中粗集料含量相對(duì)較多,因此更要嚴(yán)格操作盡可能減少混合料的離析,在此情況之下采用相同操作技術(shù)所鋪筑的Superpave混合料路面要比傳統(tǒng)混合料路面性能優(yōu)越。
對(duì)于傳統(tǒng)密級(jí)配混合料比較細(xì)且和易性好,很容易施工出高質(zhì)量的縱向接縫,但是對(duì)于Superpave混合料則比較困難。因此在攤鋪過(guò)程中應(yīng)盡量避免使用縱向接縫特別是冷接縫,當(dāng)采用縱向熱接縫時(shí)應(yīng)保證攤鋪出的混合料是不離析的。
攤鋪過(guò)程中的主要問(wèn)題是采取適當(dāng)?shù)臄備佀俣龋菓?yīng)當(dāng)注意的是,攤鋪機(jī)的速度除了應(yīng)當(dāng)與拌和站生產(chǎn)能力相適應(yīng)外,很大程度上受碾壓能力的限制,要給壓路機(jī)留出較多的有效壓實(shí)時(shí)間。保證混合料的供應(yīng)和連續(xù)攤鋪在減少路面缺陷中非常重要,應(yīng)當(dāng)避免攤鋪機(jī)的停頓和突然改變速度。當(dāng)攤鋪機(jī)停頓時(shí),熨平板前的阻力由于攤鋪機(jī)的動(dòng)態(tài)平衡改變而發(fā)生變化,這樣熨平板可能少許下降;如果停機(jī)時(shí)間很長(zhǎng),則熨平板前后溫度下降,熨平板材料阻力增加,很可能拉傷攤鋪的混合料,造成厚度偏薄、空隙率很大、難以壓實(shí)的粗糙路面;當(dāng)攤鋪機(jī)速度發(fā)生改變時(shí),也改變了熨平板的平衡力系,容易造成路面的質(zhì)量缺陷。
隨著路面施工技術(shù)的不斷提高,新的路面施工設(shè)備也在不斷的產(chǎn)生,引進(jìn)設(shè)備的種類(lèi)也繁多,近年引進(jìn)的瀝青混合料轉(zhuǎn)運(yùn)車(chē)的使用,消除了運(yùn)料車(chē)與攤鋪機(jī)的碰撞,減少了混合料的離析現(xiàn)象,大大的提高了路面的平整度及施工質(zhì)量。
五、 混合料的壓實(shí)
壓實(shí)是瀝青路面施工最后一道非常重要的工序,壓實(shí)度的高低直接影響到瀝青路面的使用壽命和早期損害的可能性,因此必須選擇合理的壓實(shí)機(jī)械、壓實(shí)溫度、速度、遍數(shù)等,另外還必須考慮壓實(shí)機(jī)具的組合、壓實(shí)方法以及混合料與壓路機(jī)的配合,這些處理得當(dāng)才可以獲得最佳密度。
當(dāng)采用傳統(tǒng)壓實(shí)方法時(shí),有許多常規(guī)瀝青混合料要滿(mǎn)足壓實(shí)度要求已經(jīng)比較困難,對(duì)于Superpave混合料來(lái)說(shuō)滿(mǎn)足壓實(shí)要求將變得更加困難。首先具有“S”型級(jí)配的Superpave混合料粗集料含量相對(duì)較多且形成了骨架嵌擠,其次在混合料中加大了人工砂的含量以及Superpave體積設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)的最佳瀝青含量比馬歇爾法的要偏低,這樣使得混和料非常難以壓實(shí)。另外,由于粗集料含量較多,粗級(jí)配混合料冷卻比較快,使得壓實(shí)時(shí)間縮短,這樣就要增加壓實(shí)機(jī)械的數(shù)量或者放緩攤鋪速度。結(jié)合Superpave混合料的特點(diǎn),混合料壓實(shí)方法的基本原則是高溫強(qiáng)壓。
Superpave混合料的碾壓也分為初壓、復(fù)壓、終壓三個(gè)階段,初壓一般采用噸位較重的雙鋼輪壓路機(jī)碾壓,雙鋼輪壓路機(jī)一般為雙驅(qū)雙振。碾壓時(shí),緊跟攤鋪機(jī),高頻低幅成階梯狀碾壓。混合料高溫狀態(tài)下強(qiáng)振壓實(shí)才能達(dá)到很好的效果。
復(fù)壓采用兩臺(tái)大噸位膠輪進(jìn)行搓揉碾壓,通過(guò)膠輪輪胎的搓揉,不但提高了混合料的壓實(shí)度,同時(shí)也使得混合料的表面密實(shí),減少了離析現(xiàn)象。
終壓采用一臺(tái)輕型雙鋼輪壓路機(jī)進(jìn)行表面的整平作用,消除了壓路機(jī)由于振動(dòng)及搓揉作用而引起的微小波浪。
整個(gè)碾壓工藝必須連續(xù)不間斷的進(jìn)行,碾壓結(jié)果必須滿(mǎn)足壓實(shí)度的密度為最大理論密度的94%以上,即現(xiàn)場(chǎng)空隙率不大于6%。
隨著對(duì)Superpave更深入的研究,不斷的對(duì)混合料級(jí)配進(jìn)行調(diào)整,使Superpve混合料更加成熟其性能優(yōu)越性也更加得到了充分的發(fā)揮,以及壓實(shí)機(jī)械的不斷進(jìn)步,對(duì)混合料的壓實(shí)工藝也在不斷的調(diào)整和改進(jìn)。由于改性瀝青的使用使得混合料的壓實(shí)變得更加困難,同時(shí)通過(guò)不斷的改進(jìn)設(shè)計(jì)混合料在高溫狀態(tài)下也更加穩(wěn)定,施工工藝的不斷改進(jìn),混合料的壓實(shí)效果更加優(yōu)良,不僅保證了壓實(shí)度,而且在很大程度上大大提高了壓實(shí)度的均勻性。雖然壓施工藝不斷進(jìn)行改進(jìn),但是根本原則沒(méi)有變化,概括為“高溫緊跟慢壓,振動(dòng)高頻低幅”。
在壓實(shí)過(guò)程中還有許多需要注意的問(wèn)題,主要有以下幾點(diǎn):
1、 該類(lèi)型混合料級(jí)配對(duì)壓實(shí)效果的影響比傳統(tǒng)的密級(jí)配瀝青混合料更為敏感,及時(shí)地動(dòng)態(tài)控制和調(diào)整材料級(jí)配對(duì)混合料的壓時(shí)很有利;
2、 根據(jù)試驗(yàn)段的壓實(shí)情況,保證混合料在高溫碾壓時(shí)不會(huì)出現(xiàn)推擠現(xiàn)象,根據(jù)合理的壓實(shí)速度布置作業(yè)長(zhǎng)度、壓路機(jī)數(shù)量、位置分布等,以保證混合料在高溫時(shí)得到充分壓實(shí);
3、 當(dāng)溫度降低鋼輪碾壓混合料產(chǎn)生推移時(shí),再使用鋼輪是有害的,此時(shí)應(yīng)當(dāng)采用輪胎壓路機(jī)壓實(shí)而不會(huì)產(chǎn)生推移。膠輪壓路機(jī)一般不需要灑水,開(kāi)始時(shí)可采用3:1油水混合物擦拭輪胎,等輪胎溫度升高不粘輪以后即不再需要,輪胎壓路機(jī)輪胎壓力應(yīng)有規(guī)定,不能太低;
4、 注意灑水量,或采取一定的措施盡量降低混合料的降溫速度,特別是在秋季或大風(fēng)天氣下。
Superpave混合料的壓施工藝不是固定的,每一個(gè)工程項(xiàng)目開(kāi)始以前都應(yīng)該鋪筑試驗(yàn)段,來(lái)檢驗(yàn)混合料體積性質(zhì)是否滿(mǎn)意及評(píng)價(jià)攤鋪與壓實(shí)技術(shù)等。這個(gè)試驗(yàn)段必須采用計(jì)劃中的施工技術(shù),包括瀝青拌和站、攤鋪機(jī)的參數(shù)設(shè)置、人員車(chē)輛組織、施工工藝等,在于正常施工時(shí)相同的溫度下攤鋪與壓實(shí),以檢驗(yàn)正常生產(chǎn)過(guò)程中保證措施。對(duì)于表層混合料還應(yīng)該檢驗(yàn)表面服務(wù)特性如摩擦系數(shù)和構(gòu)造深度以及滲水系數(shù)等,以檢驗(yàn)混合料的路面的綜合服務(wù)性能。通過(guò)試驗(yàn)段的鋪筑可以對(duì)施工工藝以及混合料做出及時(shí)的調(diào)整,使路面達(dá)到最佳。
六、 superpave混合料的優(yōu)缺點(diǎn):
優(yōu)點(diǎn):
1、它從根本上放棄了帶有經(jīng)驗(yàn)性的傳統(tǒng)性的瀝青技術(shù)指標(biāo),而采用了反映瀝青的流動(dòng)性、永久變形、疲勞開(kāi)裂和溫度開(kāi)裂等路用性能的流變力學(xué)指標(biāo),并使用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀模擬現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)過(guò)程達(dá)到了力學(xué)指標(biāo)和路用性能的完美結(jié)合。
2、superpave設(shè)計(jì)方法,最大的優(yōu)點(diǎn)是能夠判斷哪一種級(jí)配抗車(chē)轍能力好,從而更好的事先選擇級(jí)配。
3、增加了混合料短期老化試驗(yàn),使壓實(shí)和空隙率計(jì)算更為符合實(shí)際。
4、實(shí)時(shí)測(cè)量試件高度與旋轉(zhuǎn)次數(shù),化出壓實(shí)曲線,從而能評(píng)價(jià)出混合料的壓實(shí)特性。
5、 最大壓實(shí)次數(shù)時(shí)規(guī)定一個(gè)最大壓實(shí)度,使混合料的抗車(chē)轍能力更有保障;在初始?jí)簩?shí)次數(shù)時(shí)規(guī)定一個(gè)最大壓實(shí)度,避免產(chǎn)生不穩(wěn)定的混合料。
缺點(diǎn):
1、用揉壓成型試件,雖和路面在輪胎作用下受力相似,但與現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)過(guò)程并非完全一致,沒(méi)有建立起揉壓與碾壓兩種壓實(shí)功效關(guān)系。
2、用揉壓次數(shù)的選定與經(jīng)驗(yàn)有很大關(guān)系,且用油量較少,油膜較薄,尤其是用做表面層時(shí),抗疲勞性能也可能不足,減少路面的使用壽命。
Superpave混合料的施工工藝在我國(guó)正在逐步推廣,隨著高速公路的不斷修建,施工工藝和施工水平也將不斷的得到完善。
文章標(biāo)題:淺談Superpave瀝青混合料施工工藝
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