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o运用QC提高沥青路面抗车辙性能讲解学习

运用QC提高沥青路面抗车辙性能

李建松

1、选题理由据国际性的统计资料表明，大约80％的沥青路面维修养护都因车辙变形引起。

与其他开裂、水损害等病害相比，车辙病害的危险性最大，它直接威胁交通安全。

与其它病害相比，车辙的维修也最难，因为它不仅发生在表面层，也经常发生在中下面层。

在我国，随着汽车重车数量急剧增加及轴载的加大（特别是超载重车），车辙破坏表现为沥青混凝土路面最主要的破坏形式。

产生车辙破坏的根本原因是因为沥青混凝土高温稳定性不足。

如何提高沥青混合料的抗高温性能？

通常采取的措施，一选用较粗级配类型，即增加粗集料用量减少细集料用量使沥青混合料类型为骨架密实结构；二采用改性沥青，仅靠混合料级配优化提高抗车辙能力是有限的，大量试验结果表明，再利用重交通A级沥青的条件下，通过减少细集料和增加粗集料将悬浮密实结构优化到骨架密实结构混合料，最多将动稳定度提高到原来的2～2.5倍。

在此情况下可采用高温粘度大的低标号沥青或改性沥青，可将动稳定度在提高1～2倍。

三添加外掺剂,比如说抗车辙剂、纤维、水泥、石灰等。

连霍国道主干线红山口—鄯善高速公路建设项目第十三合同段，起点：

ZK3785+000，终点：

ZK3844+600，全长59.6Km。

本合同段位于戈壁荒漠地，属百里风区，夏季地表温度高达60多度；冬季风沙大，温度低至零下28.7度；年平均降水量25.5mm。

其沥青路面设计型式为：

上面层：

12.25米宽4cm中粒式沥青混凝土（AC-16C型）；

下面层：

12.33米宽6cm粗粒式沥青混凝土（AC-25F型）。

此结构设计与现行规范存在冲突；1结构层厚度与最大公称粒径，规范要求沥青层一层的压实厚度厚度不小于最大公称粒径的2.5～3.0倍，即AC—25沥青混凝土单层铺筑厚度为7～8CM，AC－16沥青混凝土单层铺筑厚度为5CM（在内地基本上如此设计）。

结构层厚度与最大公称粒径的倍数关系主要是考虑施工离析及压实情况，混合料粒径大施工时易产生粗细集料离析，透水。

2下面层采用AC-25F型粗粒式沥青混凝土，根据当地情况（本地具有独特的暖温带荒漠气候之特点，沿线地区雨量稀少，气候干旱，昼夜温差大，所在地最高气温45.2℃，极端最低气温－28.7℃，年均降水25.5毫米。

）在现行沥青混凝土路面施工规范中属于Ӏ－Ⅱ－Ⅳ区，重点考虑高温车辙病害应选用AC-25C（粗）型沥青混凝土。

（后业主代表执行办同意采用AC-25C型，但在资料里不写F或C型。

）

2、QC小组成员组成

姓名

职务

工作内容

李建松

总工

全面技术负责

张鹏

试验室主任

配合比设计及成品料拌和

罗长青

质检工程师

全面质量负责

周继升

工区主任

摊铺现场负责人

张磊

试验员

试件成型及马歇尔指标检测

邢少强

试验员

取芯检测

3、目前国内车辙病害及防治措施

1）、车辙种类，沥青路面的车辙有如下几类：

1、结构性车辙由于汽车荷载作用超过路面各结构层的强度，发生在沥青面层以下，包括路基在内的各结构层的永久变形，此种类型车辙称为结构性车辙。

这种车辙宽度较大，两侧没有隆起现象，车辙较深处常伴有沥青面层纵向龟裂。

在早期修建的沥青路面中结构层设计薄，压实设备轻等在超载汽车荷载作用下，路面基层及路基各层产生破坏，出现此类车辙。

在近期的高等级公路设计和施工中，路面各结构层厚度大（多在60cm～100cm间）、强度高（多为整体强度较高的半刚性路面），发生此类车辙病害的几率大大降低。

2、沥青混合料失稳性车辙在高温条件下，经汽车车轮反复作用下，荷载应力超过沥青混合料的稳定极限，是流动变形不断积累形成的车辙，称为沥青混合料失稳性车辙。

其特点是在车轮行驶度的部位下凹，车轮作用少的车道两侧向上隆起，在弯道处存在明显的向外推移，车道标线弯曲变形。

该类车辙为目前主要车辙类型。

（常说的车辙即为此类）

3、磨耗性车辙主要由冬季镀钉轮胎对路面磨耗引起的。

此类车辙主要发生在山区道路上，发生的几率较小。

4、压密性车辙由于沥青面层本身在重车高温下碾压，使混合料继续压密形成的车辙。

此类车辙可通过施工控制使其降低，比如说提高压实标准、减小成型路面的现场空隙率等。

该类车辙两侧没有隆起，只有下凹，成V字形或W形，该类车辙多发生在通车较高气温初期。

2）成因分析、预防及减少车辙病害的措施，主要针对沥青混合料失稳性车辙（最主要车辙病害种类）而言。

高速公路，总体来说车辙产生的因素可分为外因和内因两个方面：

　　1.外部因素分析：

外部因素主要包括高温、重荷载、渠化交通、车流量、路面坡度的影响，其中高温和重荷载是两个影响最大、最普遍的因素。

（1）高温对车辙的影响：

荷载和温度是路面产生车辙的两个重要因素，路面车辙的发展过程实际上是沥青混合料在高温下的蠕变过程。

温度越高，沥青混合料的劲度模量越低，抗车辙能力越小。

调查发现高速公路车辙的产生一般发生在每年的7、8月份中，尤其是连续两三天内出现高温天气时，车辙很容易出现。

一般连续的高温使得路面积聚的热量不能很快的释放出去，沥青混合料在持续高温环境下，粘聚力降低，抗剪强度降低导致了路面的破损。

（2）超载和车流量对车辙的影响：

同轴载作用下沥青层内剪应力理论研究表明；车辙产生的主要原因之一是在车轮竖向和水平荷载作用下，沥青层内产生剪应力，致使沥青混合料产生剪切变形，不可恢复变形的不断累积形成车辙。

通过车辙试验，随着车辙试验的轮压增大，车辙次数明显降低；轮压与车辙次数并不是简单的线形关系，只是随着轮压的增加，车辙次数下降速度加快，当轮压小于设计压强时，车辙次数大幅提升。

由此可看出超载对车辙的产生影响很大，试验室车辙试验采用轮压0.7兆帕，温度60℃。

而超载车轮压均在1兆帕以上，这就是即使混合料设计时满足车辙试验要求，通车后依然会出现车辙原因。

（3）渠化交通的影响：

高速公路渠化交通是产生车辙并进一步加剧的一个重要因素。

车辙形成因素的几个外因中，按照分析及实际观测，温度与荷载影响最大，车速与交通渠化对车辙的影响位于其次。

当然形成车辙的外部影响因素并不能完全解释车辙形成原因，还必须通过内部因素分析。

2.内部因素影响

（1）结构方面：

通过对路面厚度与剪应力关系的理论分析；根据高速公路沥青面层厚度的调查，选取了8cm，12cm，15cm和18cm四种面层厚度，得到不同厚度时沥青面层的剪应力计算结果表明：

①面层厚度变化对沥青面层剪应力的影响很小。

②最大剪应力值位于2-9cm范围，即中面层是承受剪应力主要层次。

③当沥青层厚度超过18cm时，沥青面层与基层间所受的剪应力趋于零。

④沥青面层厚度越小，沥青面层与基层的层间剪应力越大。

（2）原材料性质及材料设计方面的影响

①沥青材料性质的影响：

优质沥青的使用提高了路面的使用性能。

通过对A—70号沥青、SBS改性沥青混合料进行车辙室内试验比较，试验结果表明，由于改性沥青的粘度大于普通沥青粘度，因而改性沥青混合料的抗车辙能力明显高于普通沥青混合料。

　　②沥青混合料级配的影响：

级配是沥青混合料中矿料的最重要特性，几乎影响到沥青混合料的所有重要特性。

据资料，4.75mm筛孔通过率高，混合料级配细,形不成嵌挤结构，是形成车辙原因。

（3）施工质量控制及路面均匀性的原因：

目前施工质量也是造成路面车辙病害的主要原因之一，施工中存在的问题主要有：

①混合料离析比较严重，造成级配偏差，产生软弱的混合料；②注重平整度，降低了对压实度的要求；③现场施工组织差，碾压不及时，漏压；④油石比控制不准确等因素；⑤施工过程中层间结合差，造成沥青路面层间滑动。

预防及减少车辙病害的措施：

1、调整沥青混合料级配，增加骨料用量减少细集料用量使混合料类型由悬浮密实性转变为骨架密实结构；在一定范围内增大粉胶比，以提高沥青结合料的粘度。

矿料的最大粒径、级配组成不同，所组成的沥青混合料强度构成不同，受自然因素的影响也不同。

沥青混合料的高温稳定性能主要取决于矿料骨架，尤其是粗集料的相互嵌挤作用，对沥青混合料级配作适当调整改善，适当增大集料粒径和增加粗集料用量，采用棱角尖锐的机制砂，提高沥青混合料的嵌挤力和内摩阻力，适当增加粉料用量，提高沥青混合料的粘结力及密实度，来满足沥青混凝土路面的抗变形能力。

沥青混凝土在配合比设计时，应考虑混合料的透水性和耐久性，不应顾此失彼。

2、选用高温粘度较大的低标号沥青，减少沥青用量。

3、选用改性沥青。

4、添加抗车辙剂，水泥、石灰等。

5、交通限制，加大超载车辆的管制力度。

减小设计纵坡坡率等。

4、本工程具体实施情况

根据本工程实际情况从沥青混合料级配设计、油石比控制，拌和及摊铺、碾压方面进行。

（本项目业主明确要求不得使用改性沥青及添加剂，不得使用高温粘度较大的金石牌沥青。

只有从混合料级配上挖掘潜力，以提高抗车辙能力。

）

1）、混合料配合比级配设计，及油石比方面。

配合比设计分为目标配合比设计、生产配合比设计两方面。

1、目标、生产配合比设计优化空隙率VV按4％～6％控制，最好在4.5％～5.0％间。

（据资料证明当施工现场空隙率大于7％时，沥青砼路面透水明显，容易产生水破坏，当空隙率大于8％时透水严重，混合料水稳定性很差；同时由于沥青和空气接触面积的加大易老化，沥青混凝土路面耐久性得不到保证。

现场空隙率小于7％，渗水不明显。

当空隙率小于3％时特别容易产生车辙。

综合考虑现场空隙率控制在5%～6%比较合理。

施工现场压实度通常以马氏密度的97％控制，大体反算马歇尔击实密度与最大理论密度之比在4.5％～5.0％间。

）

AC—25底面层目标设计

A.原材料的取样：

集料取样在沥青拌和站料场取样应有代表性，按规范要求分别在料堆的上中下部不同位置取料，拌和均匀后依据试验情况四分法取足够的数量。

矿料取样是否有代表其意义很大，它关系到目标配合比与生产配合比是否接近，沥青拌和站的产量，混合料拌和过程中是否等料或溢料。

同样沥青也按规范要求和用量取样。

B.原材料密度

规格

1～3cm

1～2cm

0.5～1cm

0～0.5cm

水洗砂

矿粉

沥青

视密度

2.646

2.649

2.652

2.692

2.654

2.613

0.977

吸水率

0.17

0.60

1.15

1.5

0.95

集料筛分及合成级配如下表：

规格

31.5

26.5

13.2

9.5

4.75

2.36

1.18

0.6

0.3

0.15

0.075

10～30

100.0

95.3

17.7

3.0

0.4

10～20

100

95.4

81.8

50.5

13.5

0.5

5～10

100

97.5

35.1

3.3

0.7

0.3

0～5

100

35.5

22.1

14.6

水洗砂

100

92.4

65.7

52.3

33.2

15.8

4.0

2.0

矿粉

100

98.3

86.5

合成级配

100

99.1

82.2

75.1

65.4

53.7

27.4

21.3

15.3

10.8

8.0

6.3

目标配合比1～3cm：

1～2cm：

0.5～1cm：

0～0.5cm：

水洗砂：

矿粉

＝20：

30：

16：

18：

11：

最佳油石比选定为3.7％。

用试验室电动沥青混合料拌和锅进行目标沥青混合料拌和，在145℃击实，各项马歇尔指标如下：

（实测最大理论密度2.482g/㎝2）

试验项目

马氏密度g/㎝2

马氏稳定度KN

流值㎜

空隙率％

矿料间隙率％

沥青饱和度％

残留稳定度％

结果

2.370

8.76

29.8

4.5

13.9

62.2

88.3

标准

——

不小于8

15～40

3～6

不小于13.3

55～70

不小于75

AC—25底面层生产配合比选用先进的拌和设备，是保证沥青混合料质量的关键。

沥青拌和站计量控制不准确，就不能按设计级配生产混合料，级配控制就无从谈起；温度控制不稳无法保证拌和出的混合料满足施工要求，温度过高沥清老化或被烧焦，温度过低不能满足施工需要。

本项目选用2005年10月产日工NBD—240型沥青拌和站，该拌和设备计量准确，生产稳定。

日工NBD—240型沥青拌和站有5个热料仓，热料仓振动筛筛孔的选择至关重要，因它关系到混合料级配控制和拌和产量。

综合考虑热料仓的个数、各热料仓分料百分数的均匀性以及原料场振动筛筛孔、方便上下面层施工，本着避免或减少个热料仓等料或溢料现象，拌和楼振动筛选用35mm、22mm、11mm、6mm、3mm。

（分别对应标准筛31.5mm、19.0mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm）

规格

31.5

26.5

13.2

9.5

4.75

2.36

1.18

0.6

0.3

0.15

0.075

20～30

100.0

91.2

20.8

5.3

1.4

0.1

10～20

100

95.2

73.9

39.8

4.4

0.1

5～10

100

89.9

7.4

1.1

0.1

3～5

100

72.5

4.5

1.4

0.3

0～3

100

98.6

76.2

61.4

40.8

21.6

6.6

1.4

矿粉

100

98.3

89.1

合成级配

100

98.2

82.9

74.3

64.6

54.

40.5

27.7

23.3

17.6

12.4

8.2

6.2

AC-25生产配合比1～3cm：

1～2cm：

0.5～1cm：

0.3～0.5cm：

0～0.3cm：

矿粉

＝20：

26：

11.5：

9：

27：

6.5

最佳油石比选定为3.9％。

（实测最大理论密度2.494g/㎝2）

试验项目

马氏密度g/㎝2

马氏稳定度KN

流值㎜

空隙率％

矿料间隙率％

沥青饱和度％

残留稳定度％

结果

2.388

10.37

28.7

4.3

13.6

68.8

88.9

标准

——

不小于8

15～40

3～6

不小于13.3

55～70

不小于80

沥青混凝土上面层AC—16C目标配合比（见下表）

比例％

规格㎜

19.0

16.0

13.2

9.5

4.75

2.36

1.18

0.6

0.3

0.15

0.075

10～20

100

82.6

53.4

6.2

0.1

5～10

100

96.6

14.8

1.2

0.1

0～5

100

35.2

19.6

9.8

3.8

水洗砂

100

95.8

74.8

58.7

39.6

22.4

6.1

1.4

矿粉

100

98.3

89.3

合成级配

100

93.4

82.3

63.5

40.1

31.5

24.9

18.3

13.4

9.3

7.1

级配中值

100

级配上限

100

级配下限

100

最佳油石比为4.3％，马歇尔试验技术指标。

试验项目

马氏密度g/㎝2

马氏稳定度KN

流值㎜

空隙率％

矿料间隙率％

沥青饱和度％

残留稳定度％

结果

2.361

10.99

27.6

4.1

14.9

72.6

88.3

标准

——

不小于8

15～40

3～6

不小于13.6

55～75

不小于75

委托新疆交通科研所作车辙试验832次/mm，符合规范大于800次/mm的要求。

在14标试验室用3％水泥代替部分矿粉，动稳定度DS（车辙试验）在2000次/mm以上。

由于不是同一试验室沥青混合料也不尽相同，可比性不大。

但总的来说，用水泥替代部分矿粉不但可以提高混合料的粘附性，也可提高沥青混合料的高温稳定性，对马歇尔其他指标比如说马歇尔稳定度DS虽有部分提高但幅度不大。

（动稳定度DS和马氏动稳定度DS是两个不同的指标，马氏稳定度高动稳定度不一定高，相反所用原材相同的情况下动稳定度高的级配马氏稳定度反而较低。

但它们又有相同处，比方说采用高温粘度大的低标号沥青或改性沥青或在一定范围内增加矿粉用量，其指标结果均会提高。

所以在混合料配合比设计时应综合考虑。

）

沥青混凝土上面层AC—16C生产配合比（见下表）

拌和楼所选用振动筛同下面层，热料仓选用4个（22mm～35mm下面层AC—25用，上面层AC—16C没用）。

比例％

规格㎜

19.0

16.0

13.2

9.5

4.75

2.36

1.18

0.6

0.3

0.15

0.075

10～20

100

82.4

52.4

6.5

0.1

5～10

100

96.8

83.8

0.1

3～5

100

82.7

15.6

3.2

0.2

0～3

100

41.5

22.4

7.4

1.2

矿粉

100

98.3

89.1

合成级配

100

93.8

82.5

63.2

41.7

29.9

18.3

13.1

9.0

6.6

级配中值

100

级配上限

100

级配下限

100

最佳油石比采用4.1％，马歇尔试验技术指标。

试验项目

马氏密度g/㎝2

马氏稳定度KN

流值㎜

空隙率％

矿料间隙率％

沥青饱和度％

残留稳定度％

结果

2.352

10.91

27.6

4.1

14.4

71.6

88.5

标准

——

不小于8

15～40

3～6

不小于13.6

55～75

不小于75

2）、施工生产控制用于生产沥青混合料的原材（碎石、水洗砂按批次检测，矿粉、沥青按车号检测）经检验合格后，方可用于生产。

拌和拌和工序是整个沥青混凝土路面施工工序中最重要的工序，它直接决定着工程进度和质量，提高沥青混凝土拌和质量即提高沥青混凝土的均匀性（级配、油石比、温度的稳定），以保证沥青路面的各项技术指标。

拌和站生产前需进行准确的计量系统标定，通过对搅

拌设备的静态标定校准，使计量准确度符合规范要求，以达到动态计量控制可靠的目的。

实践表明日工NBD—240型沥青拌和站有准确可靠的计量系统。

1）冷料仓调整。

在沥青混凝土试验段铺筑期间，调试冷料初级配,根据原材料的筛分结果和生产级配的要求确定各冷料仓的供料速度,调整好后应尽量保持稳定；热料仓要多次筛分待其筛分结果稳定后可减少筛分次数。

尽管间歇式拌和工艺的骨料计量是在热料筛分之后,但若冷骨料初级配不合理,将给生产带来多方面的不利影响:

一是加剧热料仓混料,使成品料级配偏离设计级配;二是导致热料仓充盈不平衡,严重时有的仓溢料、有的仓断料。

保持生产条件的稳定和各部件运转参数的匹配是保证生产优质成品的关键。

原材料的变异性影响着混合料的级配变异，众所周知沥青拌和站振动筛的长度有限，更兼有倾角的影响，集料并不能充分筛分，原材冷料的变化影响二次筛分后热骨料的级配。

保证冷料稳定就是保证热料稳定。

因此对原材采取隔离堆放避免混料现象至关重要。

2）离析控制。

均匀性是保证混合料质量的一个重要方面,拌和过程中防止骨料和温度离析，一方面,在拌和时间控制上,针对混合料的不同配方,在均匀性和生产率之间寻求最佳拌和时间。

另一方面,成品料要迅速运往现场,如果存放时间过长,会造成沥青下流和周边料温度下降过多。

向自卸车卸料时,自卸车要前后移动位置,避免大骨料聚集在周边。

运输混合料的自卸车出站前要加盖帆蓬,以降低表面散热带来的温度离析。

3）成品料温度控制。

拌和温度过低，沥青包裹不均，易产生拌和“花料”现象，且不能保证摊铺碾压温度，拌和温度过高不仅浪费燃料，还会加速沥青老化。

考虑到我标段路段长运距远、及高温碾压以保证成型混合料的空隙率，出料温度控制在170℃～180℃。

实践证明，日工NBD—240型沥青拌和站能很好的控制出料温度。

4）加强沥青混合料级配和油石比检测，以保证成型路面质量。

2、摊铺。

在上面层铺筑前一定要按规范喷洒粘层沥青，下面层要清扫干净，以保证上、下沥青层之间粘结为一整体。

上、下沥青面层粘在一起是设计要求，也是沥青路面有足够抗剪应力，保证其在车辆荷载下不发生推移的基本要求。

采用双机梯队作业，缩短单机摊铺宽度，以减少混合料离析及提高摊铺密实度。

再好的级配不能按其设计铺设在路面上，级配控制还有什么意义？

减小离析是摊铺控制关键所在。

我项目选用两台ABG—423梯队摊铺，螺旋布料器置下位，夯锤选用4—5级，摊铺速度依据拌和站产量及每延米用量恒定在2～3米范围内。

3、碾压　沥青混合料摊铺层的压实程度在一定程度上决定了沥青路面的抗车辙能力、抗水损害能力和耐久性。

因此必须选择合理的压实机械、压实温度、碾压速度等,另外还必须考虑压实机具的组合、压实方法以及混合料与压路机的配合,这些方面都处理得当才能使混合料获得最佳密实度。

打破传统提倡高温碾压，尤其是在4cmAC—16C沥青上面层施

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