ATB-25混合料配合比設(shè)計與施工質(zhì)量控制

1、1 引言國際上絕大部分國家早在20世紀(jì)70年代起，就采用柔性基層瀝青穩(wěn)定碎石作為重載交通路段的常用的路面結(jié)構(gòu)。瀝青穩(wěn)定碎石屬于粘彈性材料，韌性強，有一定的自愈能力，對反射裂縫有較好的抑制。在柔性基層路面結(jié)構(gòu)中，基層層底的拉應(yīng)力較大，在彎拉應(yīng)力的反復(fù)作用下出現(xiàn)層底疲勞開裂的可能性也最大，因此要求具有很好的耐久性，特別具有優(yōu)良的抗疲勞性能，而且作為承重層要求有一定的抗車轍能力。在路面結(jié)構(gòu)中，將路面上面層設(shè)計為功能層，將中下面層、基層設(shè)計為結(jié)構(gòu)的承重層。有關(guān)資料證明，柔性基層路面的破壞一般始于面層，由于面層的車轍、開裂等破壞從上到下順序發(fā)展、延伸。對于柔性基層路面內(nèi)部出現(xiàn)的微小裂縫往往能夠自愈，而不

2、致于象半剛性基層材料，出現(xiàn)裂縫后，會迅速擴展，因此柔性基層的破壞是功能性破壞。與全國各地一樣，福建省高速公路以往全部采用半剛性基層，往往通車沒幾年，許多沒有達到設(shè)計年限的高速公路瀝青路面出現(xiàn)了早期損害，瀝青路面病害呈不斷加劇趨勢，路面使用性能急劇衰變，主車道出現(xiàn)了裂縫、坑槽、唧漿、沉陷、車轍等比較嚴(yán)重的病害，對道路和行車安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。養(yǎng)護部門雖已采取了多種技術(shù)措施進行路面養(yǎng)護，但往往是一場大雨過后，就出現(xiàn)大面積的裂縫、坑槽、唧漿、沉陷等病害，令養(yǎng)護部門應(yīng)接不暇，防不勝防，造成了極大的經(jīng)濟損失和社會影響，也給廣大道路使用者造成了極大的不便。從2005年開始，我省邵三高速公路瀝青路面首次進行

3、了5km瀝青穩(wěn)定碎石基層試驗路研究，2006年起包括福州機場高速公路一期工程在內(nèi)的我省高速公路瀝青路面結(jié)構(gòu)全部采用了水泥穩(wěn)定碎石層+級配碎石+瀝青穩(wěn)定碎石基層+瀝青面層這種倒裝的路面結(jié)構(gòu)類型。以下，就龍長高速公路瀝青穩(wěn)定碎石基層ATB-25的配合比設(shè)計及施工質(zhì)量控制情況進行論述。2 工程概況福建省龍長高速公路（以下簡稱龍長高速公路）主線長135.173 km，為福建省龍巖至長汀的一條雙向四車道高速公路，是國家重點公路干線廈門至昆明的重要組成部分。工程地處福建西部，位于武夷山脈南麓和博平嶺山脈之間，屬中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和，雨量充沛。年平均氣溫19，歷年最高氣溫為40.4，歷年最

4、低氣溫為-7.2，最熱月的平均氣溫為36.1，年平均降雨量1679，無霜期270天，屬1-4-1夏炎熱冬溫潮濕區(qū)。整體式路基橫斷面布置：標(biāo)準(zhǔn)路基橫斷面寬度24.5m，其中中央分隔帶寬度2.0m，左側(cè)路緣帶寬度2×0.5m，行車道寬度2×2×3.75m，右側(cè)硬路肩寬度2×2.50 m，土路肩寬度2×0.75m。分離式路基橫斷面布置：分離式路基橫斷面單幅寬度12.5m，其中行車道寬度2×3.75m，左側(cè)硬路肩寬度0.75m，右側(cè)硬路肩寬度2.50 m，土路肩寬度2×0.75m。3 路面結(jié)構(gòu)類型1997年我省第一條高速公

5、路泉廈高速公路原設(shè)計以路表容許彎沉值作為路面整體強度的控制指標(biāo)，并對瀝青砼面層及整體型材料基層進行彎拉應(yīng)力計算。采用三層式瀝青砼面層，路面結(jié)構(gòu)如下：上面層采用4cm瀝青混凝土AC-16，中面層采用6cm瀝青混凝土AC-25I ，下面層采用6cm厚瀝青混凝土AC-25II，下封層采用1cm瀝青砂，其下設(shè)30cm 5水泥穩(wěn)定碎石基層和2236cm 3水泥穩(wěn)定碎石底基層。到2003年，福銀高速公路采用的路面結(jié)構(gòu)為：上面層采用4cm瀝青混凝土AK-16A，中面層采用6cm瀝青混凝土AC-20I ，下面層采用8cm厚瀝青混凝土AC-25 I，下封層采用1cm預(yù)拌碎石，其下設(shè)30cm 5水泥穩(wěn)定碎石基層和

6、2236cm 3水泥穩(wěn)定碎石底基層。到2006年，瀝青路面設(shè)計的主要思想是建立以瀝青層層底彎拉應(yīng)變和路基土頂面壓應(yīng)變?yōu)榭刂浦笜?biāo)。龍長高速公路針對該地區(qū)的自然地理、氣候條件、路基土承載能力、材料以及交通量，充分吸收國內(nèi)外先進技術(shù)，包括美國公路戰(zhàn)略研究計劃（SHRP）的重要研究成果高性能瀝青路面（superpave）技術(shù)，結(jié)合防治高速公路瀝青路面早期損壞的成套技術(shù)和建設(shè)的成功經(jīng)驗。龍長高速公路主線瀝青混凝土路面由上面層、中面層和下面層組成，上面層采用40mm改性瀝青混凝土AC-13C，中面層采用60mm中粒式瀝青混凝土AC-20C，下面層采用160mm粗粒式瀝青穩(wěn)定碎石ATB-25，其下設(shè)160m

7、m級配碎石與200300mm 和320mm 3%水泥穩(wěn)定碎石。下封層采用改性稀漿封層，設(shè)在水泥穩(wěn)定碎石層上，在級配碎石層上采用乳化瀝青透層和熱瀝青粘層。采用該路面結(jié)構(gòu)期望能延長瀝青路面的使用壽命，改善瀝青路面的使用性能并減少瀝青路面的后期維修費用。4 瀝青穩(wěn)定碎石基層ATB-25與AC-25、AC-25比較以往我省瀝青路面下面層多采用AC-25和AC-25，現(xiàn)從礦料級配與馬歇爾試驗指標(biāo)方面對瀝青穩(wěn)定碎石基層ATB-25與AC-25、AC-25進行比較。4.1 礦料級配瀝青穩(wěn)定碎石基層ATB-25與AC-25、AC-25型礦料級配范圍見表1；ATB-25與AC-25礦料級配曲線見圖1，

8、ATB-25與AC-25礦料級配曲線見圖2。 表1 礦料級配范圍  圖1   ATB-25與AC-25礦料級配曲線比較  圖2   ATB-25與AC-25礦料級配曲線比較由上可見：ATB-25 與AC-25礦料級配范圍基本相似，在9.5mm以上各檔級配ATB-25 比AC-25略為偏粗5個百分點以內(nèi)，在2.36mm以下的各檔級配ATB-25 比AC-25略為偏細(xì)2個百分點；ATB-25 比AC-25礦料級配均偏粗較多，2.36mm以上各檔級配偏粗10個百分點以上。4.2 馬歇爾試驗指標(biāo)ATB-

9、25與AC-25、AC-25馬歇爾試驗指標(biāo)如表2所示。 表2 ATB-25與AC-25、AC-25馬歇爾試驗指標(biāo)  由表2可見：ATB-25與AC-25的馬歇爾空隙率、礦料間隙率、穩(wěn)定度、流值、殘留穩(wěn)定度與擊實次數(shù)等指標(biāo)在規(guī)定要求上是一致的，主要是瀝青飽和度降低了較多。ATB-25與AC-25則在以上指標(biāo)要求上差別就更多了。綜合看來，ATB-25保留了AC-25的骨架結(jié)構(gòu)，但又結(jié)合了AC-25密實的原則，形成了骨架密實型結(jié)構(gòu)，既克服了AC-25因瀝青含量偏高、礦料級配偏細(xì)而易壓實、抗車轍能力差的缺點，又克服了AC-25因空隙率大而易產(chǎn)生水損害的缺點，具有

10、柔性基層特點。5 瀝青穩(wěn)定碎石基層ATB-25設(shè)計實例5.1原材料的選擇瀝青穩(wěn)定碎石基層ATB-25采用的瀝青、礦料應(yīng)滿足福建省高速公路路面及安全設(shè)施施工標(biāo)準(zhǔn)化指南（試行）的要求，其中70號級瀝青個別指標(biāo)有所提高，即針入度為6070（0.1），軟化點要求不小于47；集料采用大型反擊式聯(lián)合破碎設(shè)備加工，石料清潔無粘土塊等有害物質(zhì)，分04.75mm、4.759.5mm 、9.519mm、1931.5mm四種規(guī)格，最大粒徑不超過31.5mm。抗剝落劑為江蘇文昌TW-1型,摻量為結(jié)合料的0.4%，與集料的粘附性達到4級。粘層與透層采用乳化瀝青，橋面防水粘層與稀漿下封層采用改性乳化瀝青，質(zhì)量應(yīng)

11、符合規(guī)范（JTG F40-2004）有關(guān)規(guī)定的技術(shù)要求。5.2級配確定對各檔礦料進行水洗篩分，其結(jié)果如表3所示。 表3 礦料篩分結(jié)果（通過率%）根據(jù)篩分結(jié)果，按照美國Superpave體積設(shè)計法進行瀝青混合料設(shè)計，各礦料比例及合成級配（分別參見表4和表5）作為初試級配，級配曲線見圖3。 表4 各礦料比例 表5 混合料合成級配 圖3 設(shè)計級配曲線 5.3最佳瀝青含量確定按上述合成級配以初試瀝青含量3.8%以及3.8±0.3%，擊實溫度以145分別制作馬歇爾試件，并進行馬歇爾試驗，結(jié)果見表6。表中馬

12、歇爾試件體積特性計算采用實測理論最大相對密度，計算理論最大相對密度作為參考。 表6 馬歇爾試驗結(jié)果表6試驗結(jié)果表明，瀝青含量3.8%時，混合料空隙率、瀝青飽和度、礦料間隙率、穩(wěn)定度與流值指標(biāo)均符合規(guī)范要求,瀝青含量3.8%作為最佳瀝青含量較為合適，在此基礎(chǔ)上進行瀝青混合料性能檢驗。5.4 瀝青混合料性能檢驗7和表8性能驗證結(jié)果表明，采用瀝青含量為3.8%時，殘留強度比符合規(guī)范要求，該瀝青混合料具有一定的抵抗車轍的能力。 表7 瀝青混合料性能檢測試驗結(jié)果 表8 瀝青混合料旋轉(zhuǎn)壓實試驗結(jié)果6    

13、    試驗段鋪筑在目標(biāo)配合比設(shè)計的基礎(chǔ)上進行生產(chǎn)配合比設(shè)計及試拌，并在YK111+200處鋪筑200m試驗段，16 cm 瀝青穩(wěn)定碎石分兩層鋪筑。6.1 瀝青混合料溫度控制出場溫度：瀝青混合料最高166，最低162；到場溫度：瀝青混合料最高160，最低150；攤鋪溫度：運到攤鋪現(xiàn)場5車后開始攤鋪，瀝青混合料攤鋪溫度最高155，     最低150；初壓溫度：攤鋪完40米后，開始穩(wěn)壓，瀝青混合料初壓溫度最高145，最低140；終壓完溫度：瀝青混合料終壓完溫度最高100，最低80。6.2運輸運輸采用30t自卸車。裝料前，車箱底

14、板及周壁涂一層隔離劑，隔離劑采用油+水比例1:3。自卸車前后移動分四次裝料，防止粗、細(xì)集料離析，運輸過程中加蓋蓬布，以保溫和避免污染。6.3 攤鋪采用兩臺攤鋪機梯隊作業(yè)，熨平板采用電加溫，提前1小時加溫，攤鋪機熨平板振級4，夯錘振級4，攤鋪機設(shè)定速度為：2.5m/min左右，平均攤鋪速度2m/min。6.4 松鋪系數(shù)每20m一個斷面檢測23個點，分別測出攤鋪前高程、攤鋪后高程、碾壓完高程，按照（攤鋪后高程攤鋪前高程）/（碾壓完高程攤鋪前高程）計算得出松鋪系數(shù)為1.18。6.5 碾壓組合初壓采用CC-522型雙鋼輪振動壓路機前進靜壓后退開振碾壓一遍，初壓壓路機盡量緊跟攤鋪機后進行,兩端的折返位置

15、隨攤鋪機前進而推進；復(fù)壓緊跟初壓后進行，先用2臺YL30膠輪壓路機碾壓4遍，再用CC522雙鋼輪壓路機掛強振碾壓3遍；終壓用一臺DD110雙鋼輪壓路機碾壓2遍，至無明顯輪跡。終壓完成后溫度不低于80。6.6 瀝青混合料馬歇爾試驗結(jié)果及抽提情況瀝青混合料馬歇爾試驗結(jié)果及抽提情況分別參見表9和表10。 表9 馬歇爾試驗結(jié)果 表10 抽提試驗結(jié)果 6.7 現(xiàn)場檢測結(jié)果試驗段鋪筑后第二天，現(xiàn)場取12個芯樣，平均厚度8.4cm，其中一個芯樣厚度6.4cm不符合設(shè)計要求（要求大于7.5 cm）；壓實度共檢測12個點，平均98.4%；原位空隙率平均4.5%，均符合設(shè)計

16、要求。6.8主要存在的問題由于骨料較大，攤鋪過程中易產(chǎn)生離析現(xiàn)象； 分兩層攤鋪，第一層厚度不容易控制。綜合以上檢測結(jié)果，該試驗路段鋪筑成功，可以進行大面積施工。7 施工質(zhì)量控制施工過程中主要對瀝青混合料與芯樣進行質(zhì)量控制：對于瀝青混合料，檢測礦料級配、瀝青含量、馬歇爾空隙率、穩(wěn)定度與流值指標(biāo)；對于芯樣，檢測芯樣厚度、壓實度與原位空隙率。在現(xiàn)場抽檢過程中，隨機檢查混合料外觀與拌和溫度。另外施工單位必須配備計算機自動采集及自動打印數(shù)據(jù)裝置，以便隨機檢查打印記錄，對瀝青混合料進行在線監(jiān)測和總量檢驗。根據(jù)圖410分別對瀝青穩(wěn)定碎石基層ATB-25各檢測指標(biāo)的數(shù)據(jù)分析。  

17、圖4 瀝青含量統(tǒng)計從圖4可見：瀝青含量設(shè)計值為3.80%，瀝青含量抽檢的平均值為3.77%，標(biāo)準(zhǔn)差0.14%，變異系數(shù)3.74%，在設(shè)計值±0.3%以外的占2.6%，在設(shè)計值±0.2%以外的占10.4%。 圖5 馬歇爾空隙率統(tǒng)計從圖5可見：空隙率設(shè)計范圍為3%6%，抽檢的平均值為4.4%，標(biāo)準(zhǔn)差0.40，變異系數(shù)9.1%，均在設(shè)計范圍內(nèi)。 圖6 0.075mm檔通過率統(tǒng)計由圖6可見：0.075mm檔通過率的設(shè)計值為4.3%，抽檢的平均值為4.8%，標(biāo)準(zhǔn)差0.54，變異系數(shù)11.26%，高于設(shè)計值的占84.2%。 圖

18、7 4.75mm檔通過率統(tǒng)計 由圖7可見：4.75mm檔通過率設(shè)計值為30.5%，抽檢的平均值為28.2%，標(biāo)準(zhǔn)差1.94，變異系數(shù)6.88%。 圖8 芯樣厚度（第一層）統(tǒng)計由圖8可見：芯樣厚度設(shè)計值為8.0cm，抽檢的平均值為8.3cm，標(biāo)準(zhǔn)差1.1，變異系數(shù)12.8%，厚度小于7.4cm的芯樣個數(shù)占10.3%，合格率為89.7%。 圖9 芯樣壓實度統(tǒng)計由圖9可見：芯樣壓實度要求大于97%，抽檢的平均值為99.1%，標(biāo)準(zhǔn)差1.0，變異系數(shù)1.0%，芯樣壓實度小于97%的個數(shù)占1.7%，合格率為99.3%。 圖10 

19、;芯樣原位空隙率統(tǒng)計由圖10可見：原位空隙率的要求小于7%，抽檢的平均值為5.1%，標(biāo)準(zhǔn)差1.0，變異系數(shù)19.7%，合格率為96.6%。綜上可見，各檢測指標(biāo)總體控制較好，同時也存在以下幾方面問題：由圖8可見, 芯樣厚度平均值在目標(biāo)范圍內(nèi)，但施工質(zhì)量動態(tài)管理圖波動很大，偏于離散，合格率較低。究其原因，由于瀝青穩(wěn)定碎石基層攤鋪于級配碎石層上，級配碎石層平整度控制不嚴(yán)，導(dǎo)致瀝青穩(wěn)定碎石第一層厚度不易控制。從馬歇爾空隙率、0.075mm通過率以及壓實度的圖中（圖5、圖6、圖9）可以看出，這三個指標(biāo)都滿足要求，均屬理想控制；但同時可以發(fā)現(xiàn)，混合料的0.075mm通過率總體比設(shè)計值明顯偏高，0.075mm通過率與壓實度有著明顯的正相