中交第二航务工程局有限公司第六工程分公司 湖北省武汉市 430014
摘 要：高模量沥青混合料作为一种新型材料，与普通沥青施工工艺与质量控制有所不同，本文依托西安绿廊项目，对比分析混合料的拌制、运输、摊铺、碾压等过程控制的异同。加强管理，为后续施工和类似项目提供借鉴。
关键词：高模量 沥青混合料 质量控制
引言
由于市政道路交通量的急剧增加，超载、重载现象屡禁不止，许多沥青路面尚未达到设计年限甚至通车不久就发生严重的车辙、疲劳开裂等缺陷，一方面提高了养护道路的成本，另一方面不利于环保本文选取西安高新区唐遗址公园南延伸绿廊工程（一期）二标项目，研究了高模量沥青混合料与普通石油沥青、改性沥青的异同，总结出高模量沥青混合料施工质量控制要点。
西安绿廊项目机动车道面层结构层为8cm（高模量沥青混合料EME-20）+6cm（高模量沥青混合料EME-16）+4cm（高模量沥青混合料BBME-13），结构层总厚度18cm。
1. 高模量沥青混合料原材料
高模量沥青混合料的质量首先取决于原材料的质量，材料进场后应进行各项试验检测，符合DB61/T 1332-2020《天然沥青高模量混合料施工技术规范》。天然沥青高模量沥青混合料由改性天然沥青、集料、填料形成的低孔隙率、高石油比且疲劳次数（15℃、10Hz、230με）不小于100万次，动态模量（20℃、10Hz）表面层不小于13000MPa，其它层不小于15000MPa的连续密级配沥青混合料。是一种节能环保的绿色建筑材料，路用性能优异，被应用于港珠澳大桥、矮寨大桥、长安街、北京二环及三环、首都机场、上海虹桥机场等重点工程。
1.1高模量沥青：高模量沥青在基质沥青中添加天然沥青改性制得，天然沥青是自然界的石油经过亿万年地壳运动作用，在高温、高压、氧化等综合作用下形成的沥青类物质，和石油沥青同属于地沥青类。由于长期与自然环境共存，性质稳定，具有较强的抗氧化性能，将天然沥青加入到基质沥青中，能够提升路面的稳定性。根据使用的气候条件，高模量沥青的适用范围见表1。
表1 高模量沥青的适用范围
气候条件及型号推荐 | 相应于下列气候分区所对应的沥青型号 | ||||||
年极端最低气温及气候分区 | -21.5～-37.0℃ | -9.0～-21.5℃ | ＞-9℃ | ||||
冬寒区 | 冬冷区 | 冬温区 | |||||
1-2 | 2-2 | 3-2 | 1-3 | 2-3 | 1-4 | 2-4 | |
适宜的高模量沥青型号 | HMB-C | HMB-W | HMB-H | ||||
结合表1，根据西安当地气候条件，本项目选用HMB-W型号沥青进行混合料生产。
表2 高模量沥青的技术要求对比
指标 | 单位 | 技术要求 | 高模量沥青实测结果 | |||
JTG F40-2004 | DB61/T 1332-2020 | |||||
沥青型号 | - | 90号A级沥青 | HMB-W | HMB-W | ||
年极端最低气温及气候分区 | ℃ | 2-2 | 2-3 | -9.0～-21.5 | - | |
针入度（25℃，5s，100g） | 0.1mm | 90～100 | 20～35 | 28 | ||
软化点（T&B） | ℃ | ≥44 | ≥60 | 77 | ||
闪点 | ℃ | ≥245 | ≥260 | 265 | ||
TFOT或RTFOT后 | 质量变化 | % | ≤±0.8 | ≤±0.5 | ≤±0.5 | |
残留针入度比（25℃） | % | ≥57 | ≥65 | ≥65 | ||
从上表的对比可知，与普通A级石油沥青相比，高模量天然沥青针入度相比普通A级90号沥青更小，高模量沥青更“硬”。高模量天然沥具有优异的路用性能：①软化点高：耐高温，适用于高温天气或重载交通；②性能稳定：耐老化、耐候，适应极端气候环境；③分子量大：沥青膜厚、耐疲劳，修筑的路面寿命长；④含碱性成分及杂原子功能团：耐水损，适用于透水性路面[1]。
1.2粗集料：采用玄武岩或辉绿岩石材，粗集料应该洁净、干燥、表面粗糙。质量符合现行《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40）中表4.8.2的规定，级配符合S14（3-5mm）、S12（5-10mm）、S10（10-15mm）、S9（10-20mm）四种规格的相关规定。
1.3细集料：细集料采用机制砂，并选用优质石料、专用的制砂机生产。应该洁净、干燥、无风化、无杂质，质量符合现行《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40）中表4.9.2的规定，级配符合S15（0-5mm）、S16（0-3mm）的相关规定。
1.4填料：矿粉采用石灰岩磨制，质量符合现行《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40）中表4.10.1的相关规定。禁止使用回收粉、粉煤灰。
2．高模量沥青路面施工
2.1高模量沥青路面施工工艺流程图见图1。
图1 高模量沥青混合料施工工艺流程图
2.2生产前按照要求对拌合设备的各种传感器进行计量标定，包括拌合机各个冷料仓的转速、集料秤、矿粉秤、沥青秤、拌合机温度计及计时系统，且每年不少于一次。
2.3从拌合机二次筛分后进入热料仓的材料取样筛分，根据筛分结果反复调整冷料仓进料比例，使各个热料仓进料比例无限接近生产配合比。
2.4严格控制混合料的拌合时间和温度。沥青混合料的拌合时间以沥青均匀裹覆集料为度，普通沥青每盘拌合时间不少于45s（其中干拌时间不少于5-10s），高模量沥青由于天然沥青的加入，拌合时间宜适当延长，以55～60s为宜。沥青的拌合温度是否满足要求对施工质量起着至关重要的作用。由于天然沥青熔点较高，所以高模量沥青混合料的拌合温度及施工温度较普通沥青应适当提高，具体见表3。
表3 沥青混合料的正常施工温度范围
工序 | 测量部位 | 温度要求（℃） | |
普通沥青 | 高模量沥青 | ||
沥青加热温度 | 沥青储罐 | 150-160 | 170-190 |
集料加热温度 | 热料提升斗 | 170-190 | 190-220 |
混合料出厂温度 | 热料仓放料 | 140-160 | 175-190 |
混合料贮存温度 | 运料车 | 降低不超过10 | 降低不超过10 |
混合料废弃温度 | 运料车 | ＞190 | ＞200 |
摊铺温度 | 摊铺机 | ≥130 | ≥160 |
初压终了温度 | 摊铺机内部 | ≥125 | ≥150 |
复压终了温度 | 碾压层内部 | ≥75 | ≥130 |
终压温度 | 碾压层内部 | ≥60 | ≥110 |
开放交通时的路表温度 | 路表面 | ≤50 | ≤50 |
3．高模量沥青混合料运输
3.1 混合料出厂前应检查拌合料是否均匀一致，无花白料，无离析和结块现象，不符合要求时废弃。3.2 运输时必须覆盖保温。应设专人负责拌合站每车混合料出厂温度的检测，发现问题及时处理，对于温度不合格的车辆严进出厂。
3.3 现场试验人员应逐车检查混合料状况并检测温度，不满足要求的混合料严禁铺筑。
3.4 沥青混合料运输车辆应较拌合能力及摊铺速度有富余，并保证摊铺机前方有5～6辆运输车等候。
4．高模量沥青混合料摊铺
4.1施工主要机械设备配置
表4 主要机械设备配置表
序号 | 设备名称 | 高模量沥青路面施工 | 普通沥青路面施工 | 工作内容 | ||
规格 | 数量 （台） | 规格 | 数量 （台） | |||
1 | 摊铺机 | 福格勒2100-3L | 2 | 三一SAP120CA/12m | 1 | 沥青面层摊铺 |
2 | 双钢轮振动压路机 | 13t | 3 | HD120/13t | 3 | 沥青面层碾压 |
3 | 胶轮压路机 | 30t | 4 | KP265/26t | 2 | 沥青面层碾压 |
4 | 小型压路机 | 3t | 1 | 3t | 1 | 沥青面层边角碾压 |
由上表可以看出，高模量沥青混合料施工设备较普通沥青混合料数量多，压路机的吨位也更大。这是由于高模量沥青混合料对碾压的及时性要求非常高，应采取必要的措施确保碾压区间长度最短，一般摊铺机和最后一台压路机之间的距离不超过60m。
4.2摊铺机参数设置
4.2.1铺筑高模量沥青时应采用非接触式平衡梁。
4.2.2摊铺开机前0.5-1h预热熨平板，使温度不低于110℃，较普通沥青混合料的预热温度要高出10℃。
4.2.3速度宜控制在1-3m/min，摊铺过程中技术人员应密切注意摊铺机动向，对离析、拥包、波浪、边角缺料等均应及时清除找补，对机械作业较困难的部位需人工补料。
5.高模量沥青混合料碾压
碾压是决定高模量沥青混合料路面质量的关键工序之一。碾压就是通过一定机械和工艺，把一定体积的热拌沥青混合料压缩到更小体积的过程。在此过程中，使裹覆了沥青的集料颗粒相互挤压到一起，从而消除混合料中大部分空隙。施工中要严格控制空隙率的大小，空隙率大说明沥青混合料未得到充分压实，车辆通行时会产生车辙、凹陷或沟槽。但是压实的路面孔隙率过小，路面在沥青热膨胀与交通荷载的作用下，会出现泛油和失稳现象。因此，选择适当的碾压工艺尤为重要。
通过试验段确定高模量沥青混合料和普通沥青混合料碾压方案见表5和表6。
表5 高模量沥青混合料碾压方案
碾压程序 | 压路机类型 | 碾压遍数 | 碾压速度 | 碾压区间长度 |
初压 | 13t双钢轮压路机 | 前静后振2遍 | 2-3km/h | 20-30m |
复压 | 30t以上胶轮压路机 | 6遍 | 3-5km/h | 40-60m |
终压 | 13t以上双钢轮压路机 | 2遍 | 4-6km/h | -- |
表6 普通沥青混合料碾压方案
碾压程序 | 压路机类型 | 碾压遍数 | 碾压速度 | 碾压区间长度 |
初压 | 13t双钢轮压路机 | 前静后振1遍 | 2-3km/h | 30-40m |
复压 | 13t双钢轮压路机 | 振动2遍 | 3-5km/h | 60-80m |
26t以上胶轮压路机 | 2遍 | 3-5km/h | 60-80m | |
终压 | 13t以上双钢轮压路机 | 1-2遍 | 3-6km/h | -- |
通过以上两种方案的比较，不难看出高模量沥青混合料碾压的遍数较普通沥青混合料更多，碾压区间的长度更短。
在高模量沥青路面施工试验段内取芯6个，压实度和空隙率的检测结果如下表所示：
表7 试验段压实度和空隙率检测结果
序号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 合格率（%） | |
检测结果 | 压实度（%） | 99.6 | 99.2 | 98.7 | 99.3 | 99.1 | 98.8 | 100 |
空隙率（%） | 2.2 | 2.4 | 2.6 | 2.3 | 2.7 | 2.3 | 100 | |
由上表可知，试验段中采用的碾压机械组合、碾压工艺、碾压遍数等压实参数是科学合理的，完全满足设计和规范的要求。
6.高模量沥青混合料质量检测
在施工中、施工后均要对高模量沥青混合料路面质量进行检测，以确保其各项指标满足设计要求。
表8 高模量沥青混合料矿料级配范围要求
使用部位 | 混合料类型 | 通过下列筛孔（mm）的质量百分比（%） | |||||||
26.5 | 19 | 16 | 13.2 | 9.5 | 4.75 | 2.36 | 0.075 | ||
上面层 | BBME-13 | - | - | 100 | 90~100 | - | 39~60 | 28~43 | 6.5~7.5 |
中面层 | EME-16 | - | 100 | 90~100 | - | 66~84 | 42~64 | 27~42 | 5.5~8.0 |
下面层 | EME-20 | 100 | 90~100 | - | - | 66~84 | 42~64 | 27~42 | 5.5~8.0 |
表9 沥青混合料检测
项目 | 质量要求或允许偏差 | |||
普通石油沥青混合料 | 高模量天然沥青混合料 | 试验段混合料实测值 | ||
混合料外观 | 观察集料粗细、均匀性、离析、油石比、色泽、冒烟、有无花白料、油团等各种现象 | |||
矿料级配（筛孔） | 0.075mm | ±2% | ±2% | -1.7% |
2.36mm | ±5% | ±4% | +1.5% | |
4.75mm | ±6% | ±5% | +2.6% | |
0.075mm | ±1% | ±1% | -0.6% | |
2.36mm | ±2% | ±2% | +1.1% | |
4.75mm | ±2% | ±2% | +1.2% | |
0.075mm | ±2% | ±1% | -0.8% | |
2.36mm | ±5% | ±3% | +2.3% | |
4.75mm | ±6% | ±4% | +2.6% | |
沥青用量（油石比） | ±0.3% | ±0.3% | -0.2% | |
±0.1% | ±0.1% | -0.1% | ||
±0.3% | ±0.3% | -0.2% | ||
马歇尔空隙率VV | 3~5% | 1.5~4% | 2.3% | |
马歇尔饱和度VFA | 65~75% | 70~85% | 80.6% | |
马歇尔稳定度 | ≥8kN | ≥15kN | 22kN | |
马歇尔流值FL | 2~4mm | 1.5~4mm | 2.8mm | |
冻融劈裂强度比 | ≥75% | ≥80% | 86% | |
浸水马歇尔残留稳定度 | ≥75% | ≥85% | 88% | |
车辙（60℃动稳定度） | ≥1500次/mm | ≥5000次/mm | 8000次/mm | |
动态模量试验 | 7500-11500 | ≥15000MPa（EME） | 17000 MPa（EME） | |
≥13000MPa（BBME） | 18000 MPa（BBME） | |||
疲劳寿命试验（15℃，10HZ，230με) | -- | ≥100万次 | ≥100万次 | |
低温弯曲应变（-10℃ 50mm/min，με） | ≥2000με | ≥2500με | 3200με | |
构造深度 | ≥0.55 mm | ≥0.55 mm（BBME） | 0.65 mm | |
摩擦系数摆值 | ≥54 BPN | ≥45 BPN（BBME） | 52 BPN | |
路表渗水量 | ≤80 ml/min | ≤80 ml/min（BBME） | 30 ml/min | |
由上表可知，高模量混合料相比普通石油沥青混合料具有更严格的要求：首先高模量沥青混合料具有更低的空隙率，更高的饱和度和稳定度；其次高模量沥青混合料抗车辙能力更强，动态模量更高，抗低温弯曲应变的能力也更强；最后，高模量沥青混合料还增加了抗疲劳寿命的指标要求。经过检测，高模量沥青混合料的各项指标均符合设计及规范要求。高模量沥青混合料具有更加优越的路用性能。
七 结语
本文依托西安绿廊项目，项目城市快速道路采用高模量沥青混合料施工，通过对原材料指标、施工工艺进行对比，全面系统的分析了高模量沥青混合料的施工控制要点及路用性能。与普通沥青混合料施工不同的是，高模量沥青混合料在生产时应延长拌合时间，提高拌合温度；施工时应选择合适的摊铺机和碾压设备，并配备足够的数量，控制好碾压区间的长度。
通过对试验路段的检测对比，得出高模量沥青混合料具有更优越的路用性能。为推广高模量沥青混合料路面施工提供了良好基础。
参考文献
[1] 郭娜.《高模量沥青混合料生产与应用进展》.山东化工，2019年，第48卷,62-64
[2] 沙爱民.《高模量沥青混凝土材料组成与设计方法》.长安大学学报，2009年，第3期
[3] 李彩霞.《高模量沥青性能研究》.中外公路，2018年，第38卷 第5期
13
客服QQ：30444492琼网文【2021】1550-113号
增值电信业务经营许可证：琼B2-20210322
出版物经营许可证：新出发龙华出字第(2021)009号
广播电视节目制作经营许可证：(琼)字第00779号
版权所有 ©2002-2024 期刊网(www.qikanchina.com) 琼ICP备2021005105号
