SUPERPAVE沥青混合料在寒区应用施工工法.docx

1、SUPERPAVE沥青混合料在寒区应用施工工法SUPERPAVE沥青混合料在寒区应用施工工法时间：2011-5-4 14:34:40点击率：3次 龙建路桥股份有限公司 黑龙江省龙建路桥第四工程有限公司王大桅 周 华 苗海龙 田玉龙 杨士杰1 前言我国寒冷地区面积广泛，较大温差所产生的温度应力是沥青混凝土路面产生裂缝的主要原因。沥青混凝土路面由于温缩而产生的低温开裂以及沥青在使用期限里发生老化产生的疲劳开裂现象在寒区较为普遍，加之降水的影响，雨水由沥青混凝土路面上的裂缝渗入沥青混凝土里面而产生的冻涨现象在寒区特别严重，对沥青混凝土路面损害极大。Superpave沥青混合料的设计理念是通过沥青混合

2、料配合比设计使集料形成集料间的嵌挤形态，从而使集料间获得较大的内摩阻力，加强沥青混凝土路面的稳定性。在使用的沥青材料上，Superpave沥青混和料采用沥青胶结料的PG分级方法，选择适合当地气候施工环境的沥青材料，能够减少产生沥青混凝土路面低温开裂、疲劳开裂、车辙现象的发生。龙建路桥股份有限公司会同浙江省交通科学研究院及哈尔滨工业大学联合对Superpave沥青混合料在寒冷地区的应用进行研究，确定了寒冷地区Superpave沥青混合料施工工法。本工法经科技查新处于国内领先水平。本工法获得龙建路桥股份有限公司年度技术革新一等奖。2 工法特点 本工法具有克服寒冷地区沥青混凝土路面常现的低温开裂、疲

3、劳开裂、车辙等病害现象的产生，能够延长沥青混凝土路面的使用寿命，减少沥青混凝土路面的早期损害。3 适用范围适用于寒冷地区高等级公路、城市干道、桥梁隧道、各等级公路、机场跑道等沥青混凝土路面。4 工艺原理4.1 Superpave沥青混和料的工艺原理是以集料间的密集型的嵌挤结构来加强沥青混凝土的抗剪强度，增强抵抗永久变形的能力。使沥青混凝土具有足够的抗拉强度，能够抵抗施加的拉应力。在克服高温车辙、低温开裂、疲劳开裂上，充分考虑在使用期限内温度对路面的影响。对于此我们把沥青胶结料进行PG分级。在PG分级体系中，用路面最高设计温度下的动态剪切模量表征沥青的高温性能，用最低路面设计温度下的劲度和劲度随

4、变形的变化速率表征沥青的低温性能，用旋转薄膜烘箱试验和压力老化罐试验分别表征沥青的短期老化和长期老化性能，在疲劳温度下的动态剪切模量表征沥青的抗疲劳性能。所以沥青PG分级试验具有明确的力学概念，各项指标与各项路用性能直接相关，动态剪切流变仪运用粘弹力学理论检测沥青高温抗车辙性能及抗疲劳性能，弯曲梁流变仪运用小梁低温蠕变来评价沥青的低温抗裂性能，通过旋转薄膜老化来模拟施工短期老化，通过压力老化试验来评价沥青的长期耐久性能。所以Superpave的沥青PG分级更具有科学性。4.2Superpave沥青混合料设计原理Superpave沥青混合料是采用旋转压实仪对沥青混合料体积指标进行测定。旋转压实仪

5、能够模仿压路机对沥青混合料的压实情况，它的体积指标测定能够真实的反应沥青混合料空隙率。Superpave沥青混合料规定在达到设计旋转压实次数下空隙率为4%，它的矿料间隙率、沥青饱和度、粉胶比还要满足技术要求，并且初始压实度和最终压实度要符合Superpave沥青混合料通过旋转压实仪所达到规定压实度的要求。5 施工工艺流程及操作要点5.1工艺流程5.2 Superpave沥青材料的PG分级应符合PG所在气候分区的要求，沥青材料PG分级可按以下步骤进行：5.2.1 收集工程项目所在地30年的气象资料，收集的资料内容有：5.2.1.1 施工当年以前30年的年降雨量。5.2.1.2 年极值最高、最低气

6、温。5.2.1.3 每一年连续7天的平均最高气温。5.2.2 根据收集的气象资料，计算出全年平均7天最高路面设计温度和最低路面设计温度。5.2.3根据计算出的最高路面设计温度和最低路面设计温度，结合交通情况，经分析论证调整，确定出适宜的沥青胶结料PG设计等级。5.2.4 PG分级检测试验指标：5.2.4.1 原状态沥青：做闪点，粘度，动态剪切试验。5.2.4.2 旋转薄膜烘箱残留沥青损失，动态剪切试验。5.2.4.3 压力老化试验残留沥青：做动态剪切，蠕变劲度，直接拉伸试验。上述试验温度按最高路面设计温度和最低路面设计温度确定。根据试验结果，评定沥青是否符合PG等级的要求。再依据沥青的粘温曲线

7、确定符合当地施工环境的沥青材料。5.3 Superpave沥青混合料配合比设计5.3.1 目标配合比设计根据工程实际使用材料和Superpave沥青混合料配合比设计要求，经过筛分试验确定满足Superpave沥青混合料级配要求的集料掺配比例， Superpave沥青混合料在目标配合比设计上，对集料的筛分结果是在0.45次方级配图上进行配合比的组成设计。Superpave沥青混合料设计的级配曲线必须在控制点内并避开限制区。并要控制0.3mm-0.6mm集料的用料不宜过多，避免出现驼峰级配曲线。因为驼峰级配会使沥青混凝土较软。试验室通过对集料的筛分结果，计算出满足级配要求的各集料掺配比例。确定Su

8、perpave沥青混合料级配组成。并在试验室内按确定的Superpave沥青混合料集料掺配比例拌制沥青混合料。沥青混合料经过老化2小时后，用旋转压实仪成型沥青混合料试件，计算沥青混合料的各项体积指标并满足Superpave沥青混合料各项技术指标要求。就此再进行马歇尔试验及检验，并应满足沥青混合料马歇尔试验技术标准的要求。以此作为目标配合比，供热拌站伴和楼确定冷料仓的供料比例，进料速度及试拌使用。Superpave沥青混合料根据道路环境情况、交通量情况一般应进行粗、中、细三条Superpave沥青混合料集料级配曲线的组成设计，选出适合施工要求和满足Superpave沥青混合料技术指标的Super

9、pave沥青混合料的配合比用予确定生产配合比。5.3.2生产配合比设计生产配合比的组成设计是将热伴站二次筛分后进入热料仓的材料取出筛分，再次确定各热料仓的材料比例，单集料的冷料上料比例按照选定的Superpave沥青混合料目标配合比调整各单集料的冷料上料速度，按照热拌站的生产能力确定热拌站25%、50%、75%的生产效率。制定各单集料的冷料上料速度工作曲线，使我们能在任何生产效率下可以与之生产配合比相匹配，保证施工生产时生产配合比的稳定性，达到供料均衡的目的。以目标配合比设计的最佳沥青用量，-0.3-+0.3三个沥青用量。同样老化2小时后进行旋转压实仪成型沥青混合料试件，测定沥青混合料的各项体

10、积指标。满足Superpave沥青混合料的空隙率为4%及各项体积指标后，然后进行马歇尔稳定度试验。马歇尔稳定度的技术指标要满足表5.3.2的要求。通过以上的分析验证确定生产配合比。密级配沥青混凝土混合料马歇尔试验技术标准 表5.3.2试验指标单位夏炎热区（1-1、1-2、1-3、1-4区）夏热区及夏凉区（2-1、2-2、2-3、2-4、3-2区）中轻交通重载交通中轻交通重载交通击实次数（双面）次75试件尺寸mmF101.6mm*63.5mm空隙率VV深90mm以内%3-54-62-43-5深90mm以下%3-62-43-6稳定度MS不小于KN8流值FLmm2-41.5-42-4.52-4矿料间

11、隙率VMA(%)不小于设计空隙率（%）相应于以下公称最大粒径(mm)最小VMA及VFA技术要求（%）26.519164121313.5沥青饱和度VFA（%）55-7065-755.3.3 生产配合比验证按照生产配合比设计确定的比例进行试拌、试铺，并抽取试验段混合料按要求进行各种试验和施工质量检验，验证生产配合比设计确定的各种指标是否符合规定。同时观察芯样空隙率大小、试验路的渗水情况，和评价压路机碾压的难易程度，由此确定生产配合比。确定施工级配容许波动范围，制定施工用的级配控制范围，用于沥青混合料的生产质量检查控制。5.4 Superpave沥青混合料配合比设计方法5.4.1 Superpave

12、沥青混合料配合比设计要求级配曲线在控制点范围内通过且不得通过限制区，级配的控制点及限制区依据公称最大粒径而有不同的规定。控制点分别设置于公称最大粒径筛、中等筛（2.36mm）和最小筛（0.075mm）处。限制区处于沿最大密级配线中等筛和0.3mm筛之间，限制区形成一个级配原则上不能通过的三角带。Superpave设计方法的沥青混合料矿料级配控制点见表5.4-1，限制区见表5.4-2。按表5.4-1、表5.4-2控制点和限制区对目标级配进行检验，判断是否满足Superpave设计要求。5.4.2用贝雷法标准检验（检验集料嵌挤程度）作贝雷法粗集料的粗料率（CA）比与细集料的细料率（FA）比检验。要

13、求CA=0.40.8，小于0.4沥青混合料容易发生离析，大于0.8沥青混合料容易发生推挤，FA值应小于0.5，否则不能形成多级嵌挤，但是太小也不行，最好控制在0.250.5间。贝雷法检验筛孔见表5.4.2。 Superpave设计集料级配控制点界限 表5.4-1 筛孔尺寸公称最大粒径-控制点（通过百分率）25mm19mm12.5mm9.5mm最小最大最小最大最小最大最小最大25mm9010010019mm909010010012.5mm90901001009.5mm90901004.75mm902.36mm19452349285832670.075mm1728210210superpave设计

14、集料级配限制区界限 表5.4-2禁区内筛孔尺寸 公称最大粒径时筛孔尺寸的最小和最大界限（最小和最大通过百分率） 25mm19mm12.5mm9.5mm最小最大最小最大最小最大最小最大0.30mm11.411.413.713.715.515.518.718.70.60mm13.617.616.720.719.123.123.527.51.18mm18.124.122.328.325.631.631.637.62.36mm26.830.834.634.639.139.147.247.24.75mm39.539.5 贝雷法各种结果形式对应分级筛孔 表5.4.2结构形式 分级筛孔mm L 0L hL

15、pcsL fa1L fa225mm2512.54.751.180.319mm199.54.751.180.312.5mm12.54.752.360.60.159.5mm9.54.752.360.60.15贝雷法比公式如下：CA=PLh-PLpcs/100-PLh FAC=PLfa1/PLpcsFAF=PLfa2/PLfa1 PLh,PLpcs,PLfa1,PLfa2分别指筛孔Lh,Lpcs,Lfa1,Lfa2在级配中的通过百分率。如果集料目标级配同时通过以上两种方法的检验，则以各级单粒级的筛分结果为依据，借助计算机程序或电子表格合成目标级配，并对合成级配进行筛分检验。如合成级配不满足super

16、pave设计要求，需进行调整。5.4.3 沥青混合料配合比控制指标5.4.3.1 沥青混合料的空隙率V：不论轻重交通均为4%。5.4.3.2 矿料间隙率VMA于公称最大粒径有关，见表5.3.2。5.4.3.3沥青饱和度VFA见表5.3.2。5.4.3.4矿粉与沥青之比DP,一般要求在0.6-1.2之间，如级配曲线从限制区下方通过（粗型）时，DP可在0.8-1.6之间，一般在1.1-1.2之间较为合适。5.5 试验验证5.5.1根据实际合成的集料组成和计算的初始沥青含量，采用旋转压实仪（SGC）至少压实两个试件，同时准备2个试样用于确定沥青混合料理论最大相对密度（Gmm）。旋转压实所用的旋转次数

17、取决于交通量如表5所示。交通量等级与混合料试件旋转压实次数的关系 表5.5.1设计ESALs(百万)压实次数应用范围N初始N设计N最大0.365075轻交通量0.3-3775115中等交通量3-0.38100160中等至重交通量309125205重交通量5.6 压实特性检验对满足设计的配合比用旋转压实仪进行初始压实次数和最大压实次数的试件成型，用来评价其压实特性，且要考虑施工工作性，具体要求见表5.6。 压实成型的混合料试件体积检测指标 表5.6设计ESALs（百万）要求压实度（理论最大相对密度）N初始N设计N最大305.7 Superpave沥青混合料的施工工艺施工前应对进场的施工机械全面检

18、查、调整，保证机械设备处于良好状态，沥青混合料拌和设备的电子秤计量设备要进行检校，摊铺机的自动找平装置必须要进行调校。5.7.1 Superpave沥青混合料的拌制沥青混合料的矿料级配应符合生产配合比的要求。混合料的沥青用量要控制在沥青用量0.2%之间。沥青混合料拌和时间以混合料拌和均匀，所有矿料颗粒全部褁覆沥青胶结料为度。每盘拌和时间不宜小于45秒，使用改性沥青拌和混合料拌和时间适当延长15秒。 拌和站拌制的沥青混合料应均匀一致，无花白料、无结团结块或严重粗细料离析现象。 拌和站如有储料仓，沥青混合料在储料仓里不得超过10小时，且不能过夜储存。 热拌沥青混合料的施工温度 表5.7.1施工工序

19、石油沥青标号聚合物改性沥青品种70号90号SBS类SBR胶乳类沥青加热温度150-160160-170160-170矿料加热温度比沥青加热温度高10-30190-220200-210混合料出料温度150-160170-185160-180混合料废弃温度195200运到现场温度150170混合料摊铺温度正常施工135160低温施工150开始碾压温度正常施工130150低温施工140碾压终了温度 不低于90（宜不低于100）100（宜不低于120）开放交通温度50505.7.2 Superpave沥青混和料的摊铺工艺摊铺机应选择性能良好型号一致功率不小于120KW。一台摊铺机的摊铺宽度不宜超过6.

20、0M，采用两台或多台摊铺机摊铺时，摊铺机前后应错开10-20M的距离，呈梯队方式同步摊铺，且两幅之间应有20-30cm左右宽度的搭接，搭接位置要避开车道轮迹带，上下层搭接位置宜错开20cm以上。摊铺机必须具有自动调节厚度、找平装置、振动夯等初步压实装置。下面层摊铺宜采用钢丝引导高程控制方式，中、上面层采用非接触式平衡梁控制方式。Superpave沥青混和料摊铺前摊铺机应提前一小时预热熨平板，温度不低于110。摊铺中熨平板振捣要有适宜的振动频率、振幅。以提高路面的初始压实度。提高平整度，减少混合料的离析。摊铺速度宜控制在2m/min-3m/min，如果断料时间较长要停止摊铺作业，做横向施工缝。摊

21、铺机螺旋布料器转数应与摊铺速度相适应，并保持稳定的摊铺速度进行摊铺。摊铺作业时两侧应保持有不少于布料器2/3高度的混合料，减少摊铺机在摊铺过程中的混合料离析。摊铺机两翼板不要经常合拢，尽量减少沥青混合料因施工不当而产生的离析。沥青混合料最低摊铺温度 表5.7.2 下承层表面温度（）相应于下列不同摊铺层厚度的最低摊铺温度普通沥青混合料改性沥青混合料50mm50-80mm80mm50mm50-80mm80mm5不允许不允许140不允许不允许不允许5-10不允许140135不允许不允许不允许10-1514513813216515515015-2014013513015815014520-251381

22、3212815314714325-30132130126147145141301301251241451401395.7.3 Superpave沥青混合料的压实工艺Superpave的嵌挤结构形成集料间的锁嵌较以往的沥青混合料难以压实，所以要解决压实问题必须保证沥青混合料的摊铺碾压温度。Superpave沥青混合料应在摊铺后立即压实。因此必须在碾压工作开始阶段，准确确定有效压实时间，有效压实时间可按下式计算确定。 Lnte=(Te-Ti)/m式中：te 为从初压至终压阶段有效压实时间； Ti 为摊铺后1min时混合料温度初压温度； Te 为碾压结束时混合料温度，即te时刻终压温度，要求大于90

23、； m 为回归系数，与环境温度、下承层温度、摊铺厚度、风速等有关，m=27.017e-0.0295 式中：为环境温度；在不同地区该式略有差异。根据有效压实时间内的铺筑长度，确定碾压段落长度，按在此时间内可以完成碾压工作试验配置压路机数量。沥青路面施工应配备足够数量的压路机。在有效压实时间采取一阶段碾压成型工艺，Superpave沥青混合料碾压关键是应在有效压实时间内完成碾压工作。一阶段碾压组合工艺是压路机成两列以上链状分布，首尾相接，钢轮压路机接胶轮压路机，或胶轮压路机接钢轮压路机，静压一遍或轻振一遍后采用低幅高频，紧跟慢压。碾压速度以3km/h左右为宜，紧跟摊铺机首尾相随，不留死角，碾压3-

24、4遍。压路机碾压轮在碾压过程中应保持清洁，如果有混合料粘轮应立即予以清除。碾压轮可以涂刷隔离剂防止粘轮。严禁使用柴油等对沥青混合料有溶解能力的溶剂做隔离剂。建议使用具有表面活性剂的皂液做隔离剂。当采用向碾压轮喷水方式防止粘轮时，必须严格控制喷水量，防止喷水量过多使混合料降温过快。压路机在启动、停止时必须减速缓慢进行，不许在未碾压成型路段上转向、调头或停留。在当天施工的路面上不得停放各种机械设备和车辆。5.7.4 接缝处理沥青混凝土路面的施工缝要接缝紧密、平顺。上、下层的纵缝要错开15cm（热接缝）或30-40cm（冷接缝）以上。相邻两幅上、下层的横向接缝要错开1m以上。接缝施工用4m直尺检查保

25、证平整度要求。5.7.4.1 纵向接缝施工摊铺时两台摊铺机梯队作业的纵缝采用热接缝，5.7.4.2横向施工缝应采用平接缝。平接缝在混合料未冷透时人工垂直刨除端部厚度不足部分，使工作缝成直角连接。每天施工结束后，立即切除层厚不足部分，刨除时不得破坏下承层，接茬处涂刷粘层油，铺筑新沥青混合料时接头应使接茬软化，压路机先进行横向碾压，碾压时压路机要在已压实的路面上，错过新铺层15cm，然后每压一遍，向新铺层移动15-20cm，直到全部碾压到新铺层上，再纵向碾压成为一体，充分压实连接平顺。5.7.5开放交通热拌沥青混合料路面应等摊铺完的沥青路面完全自然冷却与周围地面温度时，表面温度低于50后，可以开放

26、交通。5.8 试验段施工沥青路面施工前，要进行试验路面施工，试验段施工长度不小于300米。Superpave沥青混合料路面试验段施工分试拌和试铺两阶段，试验段包括以下试验内容5.8.1 根据superpave沥青路面施工机械的配备要满足施工的需要，确定合理的施工机械与组合方式。5.8.2通过试拌确定拌和站的上料速度与混合料生产相匹配，确定热拌料的拌和数量拌和时间，确定骨料加热温度与拌和温度的热拌料的生产工艺。验证spuerpave沥青混合料的生产配合比与spuerpave沥青混合料是否满足spuerpave沥青混合料的要求。5.8.3通过沥青混合料的试铺工作确定透层油、粘层油的洒布方式、洒布工

27、艺和洒布效果，摊铺机的摊铺速度、摊铺温度，压路机的压实组合、压实顺序、压实温度、压实速度、压实遍数。及通过试铺确定松铺系数，接缝方式。5.8.4通过Superpave沥青混合料的试拌试铺，根据沥青混合料的抽提筛分结果和拌和站电脑逐盘检测数据，Superpave沥青混合料外观质量与路面压实度等情况确认生产配合比。5.8.5 通过钻孔取芯检测路面压实度，确定碾压遍数与压实度的关系，确定碾压工艺。5.8.6 确定施工组织与施工管理体系。5.9人员 劳动力配备情况 劳动力配备情况表 表5.13项目所需人数备注项目所需人数备注拌和站23工段36一个作业面站长1工长2操作手2水车2电工1测量员2机械保修4

28、摊铺机手4民工10压路机手8试验员2试验员2现场试验材料员2专职质检员1安全员1民工15跟机工人6 材料与设备6.1 沥青材料要求Superpave沥青胶结料的沥青材料要根据当地的施工环境的气候进行PG分级。选择使用适合当地气候环境的沥青材料。6.2 Superpave沥青混合料对粗集料要求：粗集料要具有经过两次以上破碎，有两个以上破碎面的近立方体的棱角性。要有满足要求的强度、坚固性，符合要求的针片状颗粒含量、粘土含量。碎石粗集料应该具有坚硬、洁净、干燥、表面粗糙、棱角性好、软石含量少、无风化无杂质要求的集料。6.3 Superpave沥青混合料对细集料要求：6.3.1细集料机制砂：采用5mm-10mm的碎石为原料经过制砂机轧制的机制砂要具有棱角性、坚固性、安定性和符合 Superpave沥青混合料细集料要求的粘土含量。细集料的粉尘含量不大于10%，细集料机制砂各项技术指标要满足要求。6.3.2矿粉：必须采用5mm的碎石（石灰岩）或强基憎水性石料经球磨机磨制生产的，它的细度，亲水系数，安定性要符合矿粉的要求。6.4 主要机械设备配备机械设备配备表 表6.4序号设备名称型 号