高模量沥青混凝土路面施工方法研究

高模量沥青混凝土路面施工方法研究

作者：周庆华

来源：《中国新技术新产品》2011年第09期

摘要：结合扶项高速公路高模量沥青混凝土试验路，研究高模量沥青混凝土生产配合比设计以及施工环节的控制要领，对外掺剂的添加方式、拌和、摊铺、碾压环节提出具体要求，系统总结了高模量沥青混凝土路面的施工工艺。

关键词：高模量沥青混凝土；施工工艺；外掺剂

中图分类号：TV544+.924 文献标识码：A

高模量沥青混凝土是一种新型路面结构，因其整体模量较高，抗疲劳性能良好等特点，正在逐渐受到重视。高模量沥青混凝土在国外的使用已经比较成熟，但是在中国，针对高模量沥青混凝土的研究还处于初期阶段，对于施工过程中各项环节的控制还缺乏成熟经验。本文结合扶项高速公路实体工程，通过铺筑高模量沥青混凝土试验路，系统地研究了高模量沥青混凝土配合比设计以及施工环节的控制方法，对高模量沥青混凝土的施工工艺进行分析和总结，为今后高模量沥青混凝土路面的推广应用提供基础。

1 原材料

在法国主要通过两种途径来提高沥青混凝土的模量：一种是使用低标号沥青，即30＃以下的沥青，主要采用的是20＃沥青；另一种是使用高模量添加剂。使用第一种途径的比例约为高模量沥青混凝土总产量的70％左右，第二种途径约占30％，而随着高模量专用添加剂产品的日益成熟，其所占的比例也在逐渐提高。鉴于现阶段中国低标号沥青产品并不十分成熟的现状，确定选用高模量专用外掺剂作为提高模量的途径。所用各种原材料的情况如下:

1.1 矿料

采用干净、坚硬、耐磨的荥阳石灰岩矿料，其各项技术指标满足规范标准的要求。矿粉为石灰岩加工而成，矿粉采用矿粉罐车直接将矿粉打入拌和楼矿粉罐，以备生产时使用。

1.2 外掺剂

选用法国PR公司的PR Module专用外掺剂，外掺剂的技术指标见表2，按照使用要求，外掺剂的推荐用量为沥青混合料的0.6%～0.8%，本研究采用的用量为0.7%。

1.3 沥青

高模量沥青混凝土主要用于交通量较大、受力环境较为恶劣的路段，因此选用规范中的A 级沥青作为高模量沥青混凝土的沥青材料。根据气候条件，采用SK－70＃沥青。其主要技术指标见表2。

2配合比设计

依据道路设计要求, 试验路段面层结构型式为：4cm细粒式SBS改性沥青混凝土AC-

13+6cm高模量沥青混凝土HMAC-20+8cm粗粒式沥青混凝土AC-25。试验路采用的是该路段原中面层结构的生产级配，根据前期的室内性能试验结果来看，此级配能够满足路用性能要求，其合成级配配合比见表3。

外掺剂在混合料中熔化后一方面形成加筋作用，另一方面也会裹覆一定量的沥青，所以使用外掺剂的高模量沥青混凝土比普通沥青混合料的最佳沥青用量有所提高。试验中高模量外掺剂掺量为沥青混合料总质量的0.7%，根据前期试验成果，并在施工方前期试验和实践的基础上，采用4.08%、4.38%、4.68%三种油石比进行平行试验，按马歇尔试验方法确定最佳油石比。试验结果见表4。

按照《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）中的马歇尔试验技术要求，并考虑沥青混合料工作性以及经济性，确定试验路的最佳油石比为4.38%。

考虑到高模量沥青混凝土的特殊性，其力学性能是否得到改善是配合比设计结果是否可行的重要因素，因此在配合比设计验证试验中首先增加了力学性能测试。作为对比，同时对使用外掺剂和不使用外掺剂的两种沥青混凝土的20℃抗压回弹模量进行测试，结果见表5。

试验结果显示，对两种不同级配沥青混合料而言，外掺剂的应用使得混合料的抗压回弹模量平均提高约40%左右。这说明PR Modulus外掺剂对HMAC的抗压回弹模量有显著提高。

混合料其它验证试验结果见表6，表中数据显示，高模量沥青混凝土抵抗高温车辙、低温变形和水损害的性能均能满足技术规范中的相关要求。尤其是混合料的高温性能，远远超过规范要求，外掺剂的使用在提高混合料力学性能的同时，也相应改善了混合料抵抗高温变形的能力，说明这种高模量沥青混凝土具有较强的承载能力和抵抗高温变形能力。

3 混合料生产

在高模量沥青混凝土的生产过程中，如何准确快捷地投放外掺剂、控制混合料的拌和时间以及拌和温度是关键性的环节。其中拌和时间主要指外掺剂与集料的干拌时间，由于外掺剂是颗粒状，既要保证其能够在有限的时间内完全熔化，又不过多延长拌和周期；另外，外掺剂的加入使得混合料的粘度增加，温度控制不当，则会造成混合料拌和不均匀，结团等现象。

3.1 外掺剂的添加

外掺剂加入的时机和方式对于拌和效果至关重要。由于拌和楼每盘拌制沥青混合料3吨，根据外掺剂掺量为沥青混合料的0.7%的要求，计算得每盘料中外掺剂添加量为21㎏。在试验路铺筑前先将外掺剂全部分装成21㎏的小袋，根据外掺料的技术要求和现场的施工条件，决定将分装好的外掺料放置于拌和仓附近，通过人工方式从拌和楼的进料口添加进去。采用外掺剂事先分装、人工投放的方式虽然较好地完成了混合料的生产，但是考虑到今后高模量沥青混凝土大规模生产的需要，建议改装现有拌和仓，增加外掺剂的计量装备，实现外掺剂添加的自动化。

3.2 外掺剂干拌时间确定

为了保证外掺剂的充分熔化，外掺剂加入拌和仓后需要与热集料进行一段时间的干拌过程。确定干拌时间经历了两个阶段，首先在试验室内初步确定干拌时间，再通过拌和楼试拌调整干拌时间。

试验中分别用0秒、5秒、10秒、15秒、30秒进行干拌后，用肉眼进行观察，发现0秒和5秒均有不同程度的结团现象，15秒及30秒PR Module颗粒分布均较为均匀，掺加沥青拌和后能够充分熔化且无结团，同时考虑到过长的干拌时间会造成拌和周期变长，大规模生产时拌和楼的生产效率会显著降低，因此选取15秒作为外掺剂的干拌时间。

拌和楼试拌时，对前几盘试拌的沥青混合料一一进行仔细观察，结果发现有少量PR Module未融成扁平状，仍然表现出较硬的特性。经研究决定把集料与外掺剂的干拌和时间延长2秒，即干拌时间设置为17秒。经过连续观察，延时后拌出的混合料中无外掺剂不熔情况，满足技术要求。

3.3 拌和温度控制

通过室内试拌试验发现，PR Module添加剂在175～180℃与集料干拌17s，能使添加剂迅速软化成不规则的扁平状，与集料具有很好的相融性，分散均匀、无凝结成团现象。考虑到高温拌和有利于添加剂迅速软化，可减少HMAC混合料的拌和时间，因此高模量沥青混凝土拌合温度应该高于普通沥青混合料，在考虑到室内拌合会有较多的热量散失，最终确定HMAC 的拌和温度为170℃~175℃。

3.4 试验路铺筑

由于高模量沥青混凝土具有沥青含量高、粘性大的特点，施工过程中要求严格控制摊铺和碾压温度，施工温度控制范围见表7。混合料运输采用大吨位自卸汽车，每辆运输车到现场均测量混合料温度，温度低于摊铺温度时，混合料不得卸车。沥青混合料摊铺由两台摊铺机联合作业，摊铺宽度为13米，因为高模量沥青混凝土拌和产量相对较低，为避免拌和楼料供应不上，摊铺机速度控制在1.0-1.5m/min。为了防止高模量沥青混合料温度降低时变硬，宜在两台摊铺机后紧跟两台压路机同时进行碾压，以确保路面压实效果。具体碾压方式组合如下：双钢