多孔质火山岩碎石沥青混凝土施工技术

多孔质火山岩碎石沥青混凝土 施工技术

李平

中铁七局集团郑州工程有限公司 河南郑州450000

摘要:鉴于该项目地处火山喷发地带，区段内有多个活火山；路段全线海拔约负60米，为戈壁荒漠地貌，人烟稀少，水资源非常紧缺，生活及生产用水基本都为地下水。气候环境极其恶劣，“多孔质火山岩碎石沥青混凝土研究应用”成果，可有效利用项目沿线碎石厂的集料，避免因集料匮乏增加施工成本现象的发生，为类似工程施工提供一定的借鉴作用。

关键词：多孔质火山岩 沥青含量 级配设计 石粉 成本

一、项目概况：埃塞是一个多火山的国家，埃塞的地形地貌形成主要以火山喷发后形成的地形地貌为主，由中铁七局施工的埃塞118公里公路项目（IREBTI-AFDERA）位于埃塞俄比亚的东北部，该项目路面结构为5cm厚的碎石沥青混凝土，起止里程为K60-K178，该公路采用的技术规范为：美国高速公路和运输协会的技术标准（American Association of State Highway and Transportation Officials）。

二、气候条件：常年只下3-5次雨水，现场气温条件常年保持在35-55摄氏度。

三、现场材料：

现场沿线没有可以用于沥青路面施工用的石头料源。仅在该项目的K106处有一座火山岩喷发后形成的多孔状的山体，因此该料源成为应首选材料，这样可以节省很多施工运输和管理成本。如何设计和运用好多孔质火山岩是本课题的关键。因为在设计和施工过程中，生产的部分碎石表明含有孔隙，部分沥青会在沥青混凝土拌合过程中进入沥青孔隙内部，如何确定沥青含量以及路面施工后防止进入碎石内部的沥青在长期车轮荷载作用下路面不泛油非常关键。

四、材料的技术要求

1、用于拌制沥青混合料的材料有集料（碎石、砂、石屑）、矿粉、沥青等。

埃塞公路局(ERA)技术规范沥青混凝土集料技术指标要求为：

table-3 Requriement of specification for Asphalt aggregate

通过对比，除吸水率外其他均满足设计要求，火山岩的坚固、高强度的特性是做沥青集料的理想材料。该地区一年只下3-5次雨，因此吸水率的指标可以适当放宽要求。

2．沥青的技术指标

沥青是混合料的重要组成部分，根据现场特点，本项目采用合同规定60-70型沥青。

3．矿粉的技术要求

矿粉必须采用石灰岩或岩浆岩中强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的或者水泥，本项目采用碎石场生产的沥青碎石细料用雷蒙磨研磨粉料，解决了矿粉的问题。

五、确定沥青混凝土配合比设计参数

根据MS-2热拌沥青设计手册(Table5.2& Table5.3& Table5.4)设计要求,重载交通路段且炎热地区常年平均气温大于等于24℃的路段应该选用AC20型连续级配沥青混凝土，最大工称直径20mm，一般热拌沥青密集级配混合料压实后层厚不宜小于集料公称直径的2.5-3倍。查阅相关手册确定沥青混合料设计参数如下表：

设计参数 Parameters	设计要求Requirement
马歇尔稳定度Marshal stability	Min 8KN
流值Flow (mm)	2-3.5
空隙率Air voids%	3-5
矿料间隙率Void in mineral agg.%	Min 13
沥青饱和度Void filled with asphalt%	65-75
压实No. of blows(Compaction level)	2*75

五、沥青混合料配合比设计

1．集料级配设计

用粗集料、细集料、矿粉等几种集料经过配合后使合成级配符合预定的要求，此为集料配合比设计， ERA公路局连续级配沥青混凝土矿料级配范围

本项目选用级配AC-20型混凝土，最大工称直径20mm。对于k106采石场，生产三种不同粒径的集料0-4mm,4-10mm,10-25mm。马歇尔沥青混凝土设计要求各种规格的集料包括矿粉采用水洗法进行筛分实验 （AASHTO T027-93 Sieve Analysis of Fine and Coarse Aggregate）。

集料的筛分结果如下：

2.确定集料的合成级配曲线

将各种集料和矿粉按一定的比例配合而得到的整体颗粒级配即为集料的合成级配。它是配合比能否成功的基础。对于连续级配合成级配曲线要求尽量接近预定的中值。尤其使2.36mm和4.75mm 筛孔接近中值。矿粉的用量，应根据混合料的特性加以确定。合成级配曲线（job mix）的通过率由对应各筛孔的筛分通过率乘以各集料的比例计算的来的。

Px=Aa+Bb+Cc+ ...

Px = 合成级配各指定筛孔的通过率

A, B, C, ... =单粒径集料通过指定筛孔的通过率

a, b, c, ... = 各单粒径集料比例，总合为100.

设计合成级配曲线不能有太多的锯齿结构，并且在#30 and #50 (1.18 and 0.6 mm)筛孔之间不能形成明显的驼峰，如果出项驼峰可能与细集料或砂用量比率过多有关，过多的运用细集料和砂导致路面抵抗剪切变形的能力降低，这种混合料沥青含量偏高很容易变形。

3.合成级配设计

通过对不同级配比例的多次调整，集料筛分结果及合成级配如下图：

4．确定最佳沥青含量

5.生产配合比验证及确定最佳沥青用量

按照拌合站生产配合比设计试生产，对生产配合比进行反复验证。经拌合站取样和室内试验结果均满足设计要求，取最佳沥青OAC=5.0%.

六、沥青路面施工和检测

1、在运输工程中确保混合料的性能不发生改变和不发生离析。

2、摊铺机具备具备全埋分料的传动能力，料位应采用超声波传感控制，熨平板最好具备使得预压密实度大于90%的振捣、振动压实机构，配有先进的自动调平装置。

3、在沥青混合料摊铺后，要及时的压实，压实温度不能低于100度。使沥青包裹集料把集料压紧，从而增加寂寥见嵌挤和颗粒间摩擦力，同时减少混合料的空隙率。

4、用核子密度仪跟踪检测路面压实次数和混合料密度

七、结论

通过对多孔质沥青碎石的特点，结合现场实际情况，本项目从材料性质特点，在施工前认真设计和研究，在现场没有可以利用矿料，利用生产的沥青碎石进行研磨，获得了矿粉材料。本项目通过施工过程中加以控制和施工后的质量追踪，完全满足了技术规程的要求，在现场无其他料源的情况下，解决了运输成本和节约管理成本。