沥青混凝土是我国路面面层采用最多的一种结构形式。目前在我国高速公路路面中,90%以上的路面为沥青路面。沥青面层既是道路的功能层,也是基层的保护层和车辆荷载的传递层,其费用一般占道路总体投资的30%~50%。由于沥青面层在道路中的重要性以及其性能的复杂性,使其配合比的设计、施工、质量检验等都具有自身的一些规律和特点。因此,研究沥青混凝土配合比设计中的一些关键问题,找出合理的设计方法,制定切实可行的质量检验和验收指标,对保证沥青路面的质量是非常重要的。
一、 现行热拌沥青混合料马歇尔试验技术指标
第一,粗粒式沥青混凝土稳定度可降低1 kN;
第二,Ⅰ型细粒式沥青混凝土的空隙率为2%~6%;
第三,当沥青碎石混合料在60 ℃水溶液中浸泡即发生松散时,可不进行马歇尔试验,但应测定密度、空隙率、沥青饱和度等;
第四,残留稳定度可根据需要采用浸水马歇尔试验或真空饱水浸水马歇尔试验;
第五,沥青混凝土混合料的矿料间隙率(VMA)宜符合要求。
上述技术指标中,设计规范与施工规范所规定的项目有一些出入:设计规范中对残留稳定度的规定与年降雨量有关,而施工规范的规定比较笼统;设计规范对冻融劈裂试验残留强度作出了要求,而施工规范中未涉及;设计规范对SMA的技术要求作出了基本要求,但对矿料未提出要求,而施工规范中未涉及SMA的任何资料。这一方面说明规范的制定缺乏一致性,另一方面也说明规范的修改不及时,导致在执行规范过程中有可能产生矛盾。
二、 现行热拌沥青混合料的动稳定度指标
设计规范与施工规范均对高速公路、一级公路沥青路面的上面层和中面层的沥青混凝土混合料提出了进行车辙试验验证的要求。规范规定:在温度为60 ℃、轮压为0.7 MPa条件下进行车辙试验的动稳定度,对于高速公路应不小于800次/mm,对于一级公路应不小于600次/mm。但规范中未提及试验方法。
三、 热拌沥青混合料技术指标中存在的问题
1、马歇尔试验稳定度标准偏低
规范中规定的马歇尔试验稳定度标准偏低,且比较笼统。大量实践证明,对于高速公路和一级公路而言,由于普遍采用了重交通道路石油沥青、级配设计合理的沥青混凝土马歇尔试验稳定度一般在10 kN以上。由于规范规定马歇尔试验应不小于7.5 kN或5.0 kN,使得马歇尔配合比设计能够轻易通过,这实际上降低了对马歇尔配合比设计的要求,也间接影响了工程施工的质量。
2、对抗滑表层的规定不尽合理
根据规范提出的级配范围,A型抗滑表层的级配与Ⅱ型沥青混凝土的级配基本上是重合的。但A型抗滑表层的击实次数为两面各50次,Ⅱ型沥青混凝土的击实次数为两面各75次,这一规定存在着明显不足。因为,减少了抗滑表层的击实次数,还要保证其空隙率达到规范要求,沥青用量就必然增大、否则容易透水;随着击实次数的减少,矿料之间的嵌挤不充分,路面在车辆荷载反复作用下必然产生较大变化,迅速恶化。目前,国内许多地区不愿采用抗滑表层也许就更能说明问题。
3、 沥青饱和度偏大
随着高速公路的大量修建和通车年限的增加,由于渠化交通的影响,高速公路沥青路面的车辙问题越来越突出,已经成为高速公路沥青路面病害的主要形式之一。高速公路产生大量车辙的原因是多方面的,除沥青混合料的选择、配合比设计、施工质量、重载交通等因素外,与规范规定的沥青饱和度偏大有一定的关系。
4、 车辙试验方法不完善
设计规范和施工规范均未对车辙试验方法作出明确的规定,而且试验规程中的试验方法还存在明显的不足,主要问题如下:
(1)对高速公路和一级公路的热拌沥青混合料,规定的动稳定度不同。从材料级配、材料规格、设计方法等诸多方面来看,高速公路和一级公路均相同,只有动稳定度要求不同,这是合理的。
(2)动稳定度试验应与热拌沥青混合料使用地区的气候有关,如果当地的最高气温只有25 ℃,规定用60 ℃的温度进行车辙试验,则要求的温度过高;相反如果当地的最高气温为40 ℃以上,规定用60 ℃的温度进行车辙试验,则要求的温度过低。如aIhUaU.cOM果规定各地根据当地的最高气温与沥青路面最高温度来进行车辙试验,效果会更好。
(3)进行动稳定度试验时,试件高度与矿料的最大粒径之比对试验结果有一定影响,试验方法中没有明确规定是一个缺陷。如果最大粒径为37.5 mm与最大粒径4.75 mm的沥青混合料用相同高度的试件进行试验,其结果没有可比性。因为高度为50 mm的试件与最大粒径为37.5 mm的矿料之比达到了10.53倍,在路面设计中同样不可采用。
四、对热拌沥青混合料配合比设计方法的思考
(1)“石屑用量不宜超过天然砂及机制砂的用量”,施工规范中这一限制值得考虑。之所以限制石屑用量,可能与过去的石屑质量不良有关。从目前情况来看,质量良好的石屑,其级配及其他技术指标与机制砂没有明显区别,而天然砂的大量使用,已被实践证明存在一些不足,如颗粒光滑、与沥青的黏附性差(天然砂一般呈酸性)、密度偏小、强度低、影响动稳定度等。因此,关于天然砂的推荐使用和石屑的限制使用问题,已经在工程实践中引起了一些争议。建议在进行沥青混合料配合比设计时,根据试验结果选择采用的材料,不应一味地强调使用或不使用其中某种材料(天然砂或石屑),但在调整级配和沥青混合料的和易性时,可以优先考虑使用天然砂。
(2)关于粉胶比(矿粉用量与沥青用量之比),施工规范推荐的范围为1~1.2,推荐的范围偏小。矿粉用量与沥青用量之比的含义应为矿粉总量中矿粉所占的百分比与沥青所占矿料总量的百分比之比;粉胶比的含义为0.075 mm筛孔的通过百分率与沥青所占矿料总量的百分比之比。粉胶比有名义粉胶比和有效粉胶比的区别。名义粉胶比很容易计算,但没有有效粉胶比的测定或计算方法。在工程实践中,许多配合比大大突破了关于粉胶比为1~1.2的推荐范围,达到1.4~1.5的情况相当普遍。
(3)热拌沥青混合料三阶段设计的思路对保证配合比设计的合理性有着重要意义。通过目标配合比设计、生产配合比设计和生产配合比验证,能够有效地保证配合比的合理性,对施工质量的控制也非常有效。但是,规范规定“标准配合比的矿料级配至少应包括0.075 mm,2.36 mm,4.75 mm三档的筛孔通过率接近要求级配的中值”,这与实际生产中的情况存在差别。实际上,如果按照上述要求进行配合比设计,往往得不到理想的结果。
许多专家建议,矿料的级配曲线为“S型”时,配合比更合适,与规范推荐的方法相比,沥青混合料的各项技术指标更理想。笔者在大量的实践应用中证明,将0.075 mm,2.36 mm,4.75 mm三档的筛孔通过率调整至接近要求级配的中值不但没有必要,而且会给配合比设计带来诸多困难,而偏离中值的级配可能更合理。
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沥青混凝土面层与沥青面层区别:
1、沥青是由不同分子量的碳氢化合物及其非金属衍生物组成的黑褐色复杂混合物,呈液态、半固态或固态,是一种防水防潮和防腐的有机胶凝材料。用于涂料、塑料、橡胶等工业以及铺筑路面等。
2、沥青混凝土俗称沥青砼(tong)经人工选配具有一定级配组成的矿料(碎石或轧碎砾石、石屑或砂、矿粉等)与一定比例的路用沥青材料,在严格控制条件下拌制而成的混合料。由沥青、填料和粗细骨料按适当比例配制而成。
所以正常情况下,沥青混凝土是由沥青和其他材料按一定比例配制的。而现在一般定义道路面层分为沥青混凝土路面和水泥混凝土路面。有时候直接就简称成了沥青面层,实际上指的是沥青混凝土路面。