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多碎石沥青砼施工
范连东 丁建伟
一、多碎石沥青混凝土产生的背景及其组成原理：
我国沥青混凝土路面设计多用二层或三层结构，主要为了满足路面结构对混凝土热稳性、不透水性、耐久性和抗滑等方面的要求。规范中根据空隙率大小分为Ⅰ型（3%～6%）、Ⅱ型 （6%～10%）两种类型的砼。Ⅰ型砼抗渗性能好，但其热稳性和抗滑效果都比较差。Ⅱ型砼透水性好，结构层积水经冬季冻融及行车产生的孔隙水压力作用，路面易出现早期破坏。Ⅱ型砼空隙率较大，沥青老化较快，寿命相对降低。针对Ⅰ型、Ⅱ型砼存在的问题，结合两种类型砼特点，沙庆林院士提出了多碎石沥青砼的理论。该类型的砼集两者优点，同时解决了热稳性、防水性和抗滑性几大问题，提高了沥青砼表面的粗造度，使高速行车更安全。98年我公司分别在天津疏港公路和106河北衡水段采用多碎石沥青砼，取得较好的效果。疏港公路获业主重奖；106衡水段经过一年通车平整度在0.7mm以下,该工程被提名河北省98年度工程质量第一名，现评定工作尚在进行。
我们知道，Ⅰ型沥青混凝土的耐久性好，表面摩擦系数易满足要求，但表面构造深度只有0.3mm左右。因此Ⅰ型沥青混凝土的缺点是表面构造深度达不到要求。Ⅱ型沥青混凝土的碎石含量大，细料和填料的含量少，表面构造深度深，易满足规范要求，而且抗形变能力较强，缺点是透水性过大。
如果沥青混凝土下层或中下层也是采用孔隙率较大的Ⅱ型沥青混凝土甚至沥青碎石，雨水将容易透过沥青面层滞留在半刚性基层的表面和滞留在混合料的内部。停留在基层表面的自由水容易冲刷基层表面的细料并导致唧浆现象，使面层与基层脱开，面层表面产生网裂和形变，甚至发生局部坑洞，存留在沥青混凝土土中的水在夏季行车的作用下容易促使沥青剥落甚至松散现象，使面层混凝土稳定性较大降低并形成较严重的辙槽。在冰冻地区的冬季，存留在面层混凝土中的水使沥青混凝土在泡水的情况下反复冻融唧浆严重影响沥青混凝土的强度和缩短其抗疲劳寿命。
故此，表面层使用Ⅰ型或Ⅱ型沥青混凝土都将影响其使用性能或使用寿命，那么就存在这么一个技术问题：即要使高等级公路表面层抗滑性能好而透水性又小。如果将Ⅰ型和Ⅱ型沥青混凝土两种颗粒组成的特点结合在一起形成一种新的矿料级配，就有可能达到使沥青混凝土表面层的构造深度较深，孔隙率和透水性也小。于是就组成了新的中粒式沥青混凝土级配范围，这就是多碎石沥青混凝土。
多碎石沥青砼（SAC-16）是一种粗集料断级配沥青砼，沥青用量较少，用视密度和毛体积密度大、吸水率小的玄武岩时，两面各击75次马歇尔实验的最佳沥青用量（油石比）在4.5%-4.8%。用改性沥青时，沥青用量约可增加0.4%,除初始实验路外,SAC-16都使用纯沥青,以节省投资,SAC-16有三个特点:一是马歇尔的空隙率V为3.5%～4.2%,在保证压实度的前提下,其透水性小;二是抗永久变形的能力（即高稳稳定性强），其动稳定度为传统沥青砼AC-25-Ⅰ型的1.29～1.74倍;三是表面粗造度好,TD>0.8MM,SAC-16已在我国高速公路上应用超过1000公里。
1. 多碎石砼和普通砼级配比较
级配范围
筛孔尺寸 混和料类型 19 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
AC-16I 100 95-100 75-90 58-78 42-63 32-50 23-37 16-28 11-21 7-15 4-8
AC-16Ⅱ 100 90-100 65-85 50-70 30-50 18-35 12-26 7-19 4-14 3-9 2-5
SAC-16 100 95-100 75-90 55-70 30-40 22-31 16-24 12-20 8-18 8-15 6-10
德国SMA 100 95-100 75-88 30-39 22-27 16-23 12-20 11-18 9-15 8-12
从图示（附图）可以看出4.75mm筛孔以上多碎石和Ⅱ型级配碎石含量基本相同，只是将13.2mm以上含量降低的部分补加到9.5mm级筛孔上。降低2.36mm筛孔级含量、增加1.18mm筛孔级含量，为增加其内摩阻力、降低空隙。从4.75mm筛孔级开始到0.075过渡到Ⅰ型级配，增加了细料含量，达到防水的目的。
2. 配合比设计实例
1、原材料
a、材料类别
工程名称 10-20mm 5-10mm 石 屑 砂 矿粉 沥青
疏港公路 玄武岩 玄武岩 石灰岩 龙口海砂 石灰岩 壳牌AH-70
河北106线 安山岩 安山岩 安山岩 正定中砂 石灰+矿粉 韩AH-70
b、酸性矿料处理
酸性安山岩与沥青的粘结力较差，经检测为了3-4级，为提高其粘结力经试验确定掺加1%的生石灰粉效果较为明显，结果见下表：
石料粘结力试验
玄武 5级
安山岩 3-4级
0.7%石灰处理后的安山岩 5级
c、对掺加石灰的矿粉应严格控制其掺量，采用检测灰剂量的方法进行检测。
2、通过图解法给出每种矿料的比例，并进行马歇尔试验，结果见表：
工程名称 矿料比例 油石比 稳定度 流值 空隙率 残留稳定度 动稳定度
疏港公路 32:28:12:18:10 4.55 8.90 34 3.9 7.10 1162
106线 50:10:16:20:4 4.38 9.62 27 4.1 7.49
三、生产配合比调整
调整生产配合比的目的有二点。一是使生产出的混合料的级配和沥青含量与目标配比一致，二是确定各种矿料上料速度，使矿料按设计比例供应，保证每小时生产量。
调整的方法：
①按预定产量确定各冷料电机输送的速度。
②根据拌和机烘干加热分类后矿料的筛分情况，再用图解法计算是各热料仓所用比例。
③按目标确定最佳油石比及其±0.3%的沥青用量加矿粉进行试拌并进行马歇尔试验。
④以上结果合格后用最佳油石比制件进行残留稳定度试验，并用此混合料进行车辙试验。
⑤各项指标均满足设计要求后可以开始试验段（生产配合比验证）工作。
四、试验段铺设
按照施工技术规范及招标文件的要求在组织沥青混凝土大面积施工前，应采用计划使用的机械设备和混合料配合比铺筑试验段。通过试验段的铺筑，优化拌和、运输、摊铺、碾压等施工机械设备的组合和衔接，验证混合料生产配合比，明确人员岗位职责，确定标准施工方法。
我们于9月初完成了SAC-16上面层的试验段，沥青采用韩国AH-90，碎石为安山岩。安山岩的粘附性试验测定为4级，为提高沥青对石料的粘附性，矿粉中含有35%的石灰粉。油石比为4.38%。
通过试验段的铺筑，我们确定了下列内容：
1、机械配置：ABG423摊铺机一台，100t/hMARINI拌和站两台，15t运输车24辆（根据运距的长短合理调整），8t水车一台，双轮双振3台，胶轮压路机2台。
2、松铺系数确定为1.15。
3、生产配合比通过验证，可用于生产。
4、碾压长度一般为50-100m。
五、施工中应重点控制的几个方面
1、摊铺
连续摊铺时，摊铺机履带下必须清理干净，不得有废料垫在履带下面。运料车应在摊铺机前约30cm处停住，不得撞击摊铺机，应有专人持小红旗或其他标志牌进行指挥。卸料过程中运料车挂空挡，靠摊铺机推动前进。
在摊铺过程中，送料系统应不停地工作，熨平板两侧应保持有螺旋布料器高度2/3的混合料，并确保在熨平板全宽度内不产生离析。应特别注意布料器连接处混合料不产生离析。
摊铺好的混合料，不应用人工反复修整。如出现下列情况可用人工局部找补或更换混合料：1、横接缝处缺料；2、摊铺带边缘局部缺料；3、表面明显不平整；4、局部混合料离析；5、摊铺机后有明显拖痕。人工找补或更换混合料时，应在现场主管人员指导下进行，由熟练工人操作。
我们在施工初期发现摊铺机熨平板连接处容易产生较明显拖痕，分析原因为连接不好，缝隙较宽。经过调校使之平顺严密，上述现象得以消除。
在曲线上摊铺时，驾驶员要密切注意轮廓线缓慢矫正方向，避免方向改变过急造成摊铺不平整、宽度不够等缺陷。
在摊铺过程中驾驶员要随时观察自动找平系统是否正常工作。技术人员应随时抽检标高、厚度、横坡，不符合时及时找出原因并调整。技术人员应作好摊铺工作的详细原始记录。
2、碾压
压实质量的好坏关系到沥青混凝土面层的平整度、压实度等关键指标能否满足规范要求，影响到路面的使用效果和使用寿命，因此必须认真对待压实工序。
压实温度的高低直接影响到沥青混合料的压实质量。温度过高，容易导致混合料拥包，影响平整度。温度偏低时，碾压困难达不到要求的密实度，并且容易产生无法消除的轮迹。只有在合理的压实温度下，才能用经济的压实遍数，获得较好的平整度、压实度。我们在106线表面层试验段施工时，通过试验检测确定出多碎石沥青混凝土施工比较合理的压实温度：初压温度：110-125℃；复压温度：90-110℃；终压温度：70-85℃。在施工过程中我们安排专人手持红外线测温仪随时检测混合料的温度，指导碾压工作，取得了较好的效果。
合理的压实速度、遍数、组合方式对减少压实时间，提高作业效率，确保施工质量有很重要的意义。通过试验观察，确定的碾压速度和遍数为：
初压：CC21双轮双振压路机1.5-4km/h二遍（不带振动稳压）。复压：CC21双轮双振压路机4-7km/h二遍，10t胶轮压路机三遍（轮胎气压不小于0.5Mpa）。终压：CC21双轮双振压路机光面2遍，以无轮迹为准。
碾压时将驱动轮面向摊铺机，碾压路线和方向不得突然改变，压路机起动、停止必须低速缓慢进行。相邻碾压带应重叠1/3-1/2的碾压轮宽度。为防止混合料粘轮，可适当喷水。在压路机使用前，应仔细检查喷水装置，确保每一个喷水口畅通，调节装置工作正常。
3、接缝的处理：
由于机械修整等多种原因，沥青混合料的铺筑必然会产生接缝。而接缝处理好坏将直接影响路面平整度，行车的舒适性。接缝也是路面整个平整度最薄弱的环节，所以必须仔细、认真对待。在组织施工时，应尽可能避免产生过多的接缝。在106线多碎石面层施工时，我们采用ABG423摊铺机半幅一次摊铺，并尽可能在每一工作日连续不断多铺筑，以减少横缝。
在前一工作段施工结束时，摊铺机将混合料铺完，并向前驶出10-20m，人工稍作修整即可碾压，碾压完毕后，及时检测平整度和标高，在符合要求断面上，沿中线的法线方向将不合格部分切除并清理干净。下一段摊铺时，将熨平板置于接缝端部，即可起步摊铺，待摊铺机正常摊铺后，在接缝处用人工修出比前一段高出约3-5mm的台阶即可碾压。
横缝用双轮双振压路机横向碾压，碾压时将压路机位于已压完的混凝土层上，深入新铺层的宽度为15-20cm，然后逐层横移，直至整个钢轮全部进入新铺层上，最后改纵向碾压。
六、施工体会：
1、国道106线衡水段施工完毕后，我们及时对各项指标进行了检测，全部合格并达到了优质工程标准，得到业主的高度评价。平整度均方差为0.78mm（颠簸仪），压实度代表值98.2%，构造深度达 0.59—1.01 mm（完工后一周检测结果）。
2、k293+800-k294+050段18次试验得出孔隙率在3.5-5.0%之间，所以其透水性小，稳定度在7.5-9.9之间，有较好的耐久性。表面构造深度在0.59—1.01 mm之间，由此可见，多碎石沥青混凝土路面还具有良好的抗滑性能，是一种较理想的矿料组成。
3、在该段路面使用将近10个月后，我们进行了回访，发现存在下列问题，应该引起重视：（1）局部泛油较多，我们调查了其中的2km，有12处之多，通过挖坑检查，有7处存在柴油味，分析为车辆发生故障，柴油泄漏所致。其余5处我们分析为透（粘）层油过多和喷洒不均匀所致。沥青混凝土施工技术规范中要求透层油为0.7-1.0L/m2（半刚性基层，煤沥青），粘层油0.3-0.6L/ m2（沥青层，煤沥青）。在施工中发现该数据偏大，如果喷洒稍不均匀将导致局部用油过多。建议在施工时透层油0.4-0.6 L/m2，以均匀覆盖基层即可。粘层油0.3-0.5 L/m2，若较快铺上层沥青混凝土，不存在较严重的污染时可不洒粘层油。（2）构造深度、平整度衰减严重。由于高等级公路均为渠化交通，且重载车辆多，不规范。极易导致路面老化加快，残余变形逐渐增大。而逐年夏季气温的偏高也能造成这一点。建议在今后高等级公路设计与施工时能较好的考虑到这一点
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