庄河至盖州高速公路沥青路面设计与施工

庄河至盖州高速公路路面设计与施工——材料、级配、施工工艺辽宁省交通勘测设计院2011-06路面设计的总体思想沥青路面的病害分类：结构性破坏路面结构承载力不足（弯沉）疲劳开裂（拉应力）功能性破坏裂缝——横缝、纵缝、网裂变形类——车辙、推移、拥包表面损坏——水损害（泛油、推移、坑洞）、桥面铺装脱落我国沥青路面使用状况与破坏模式路面设计首先要防止发生的病害•路面水损害•路面高温车辙•路面耐久性•路面低温开裂沥青材料与沥青路面性能的关系沥青路面沥青结合料矿料品种,质量,级配沥青混合料备注高温抗车辙性能★★★★★★★★低温抗裂性能★★★★★★★耐久性抗疲劳性能★★★★★★★★水稳定性★★★★★★★与空隙率关系极大抗老化性能★★★☆★★★与空隙率关系极大表面服务功能★★★★★★★路面透水性★★★★★★★★与空隙率关系极大行车舒适性能☆★★取决于施工水平及结构施工性能★★★★★★注：表中★★★表示特别重要，★★表示比较重要，★表示有影响，☆表示几乎无关。沥青路面的功能设计•表面层：抗滑、防水、耐久性•中面层：抗车辙、防水•下面层：抗疲劳、抗车辙路面水损害路面车辙水损害的诱因•交通量大；•面层透水，而水分无法排除；•动水压力，导致沥青从集料表面剥落，路面产生坑槽。产生车辙的诱因•交通量；•沥青的高温性能；•长上坡路段；•沥青混合料的级配和油石比开裂的诱因•沥青路面的温度收缩•半刚性基层的反射裂缝•路面疲劳开裂庄盖高速公路路面结构表面层3cm沥青玛蹄脂碎石（SMA—13型）中面层5cm中粒式沥青混凝土（AC—20型）下面层7cm粗粒式沥青混凝土（AC—25型）封层0.5cm稀浆封层透层高渗透乳化沥青基层20cm厂拌水泥稳定碎石底基层20cm厂拌水泥稳定碎石垫层15.5cm级配碎石总厚度71cmSBS改性沥青我省SBS改性沥青的技术性能指标沥青种类技术指标SBS改性沥青针入度25℃,100g,5s（0.1mm）≥50针入度指数PI≥-0.2延度5℃,5cm/min（cm）≥45软化点TR&B（℃）≥70运动粘度135℃（Pa·s）≤3闪点（COC）（℃）≥230溶解度（三氯乙稀）（%）≥99离析,软化点差（℃）≤2.5弹性恢复25℃（%）≥85旋转薄膜烘箱试验（RTFOT）后残留物质量损失（%）≤1.0针入度比25℃（%）≥60延度5℃（cm）≥25配伍性•选择不同沥青与各种改性剂进行室内掺配试验，比较改性沥青的性能指标；•不同批次的沥青与改性剂的质量都可能发生变化，选定材料之后，应要求厂家保证供货材料质量的稳定性；改性剂剂量•基质沥青不变的条件下，改性沥青的各种性能基本上随着改性剂剂量的增加而提高；•剂量在3%以下时，对沥青性能的改善不明显；剂量大于4%时，改善幅度明显增加。软化点变化比较图4050607080903%4%5%6%改性剂剂量软化点西90+燕化辽90+岳化辽90+燕化5℃延度变化比较图0102030405060702%3%4%5%6%改性剂剂量5℃延度西90+燕化辽90+岳化弹性恢复变化比较图60657075808590951002%3%4%5%6%改性剂剂量弹性恢复辽90+岳化辽90+燕化改性沥青的加工•大规模生产采用固定式或移动式设备进行生产；•应对设备进行不断的调试直至达到最佳状态为止，包括胶体磨的间隙、温度、遍数，剪切机的转速、时间这些参数；•应要求生产设备厂家派专门人员到场对设备进行调试，设计改性沥青的专业配方；改性沥青的质量检验与控制•现场检查软化点、低温延度、PI值、弹性恢复四大指标；•采用显微镜观察分散的均匀性；粗集料•中下面层采用石灰岩，表面层采用玄武岩或辉绿岩，大型反击式破碎机加工成具有良好的颗粒形状应满足技术指标的要求；项目压碎值（%）洛杉矶磨耗损失（%）视密度（T/m3）吸水率（%）与沥青粘附性（级）坚固性（%）改性沥青普通沥青指标≯22(24)≯28(30)≮2.6(2.5)≯2.0≮5≮4≯8项目细长扁平颗粒含量（%）0.075颗粒含量（%）软石含量（%）磨光值（PSV）指标≯10(12)≯1.0≯1(5)≮42SMA粗集料规格筛孔尺寸（mm）通过下列筛孔（mm）的质量百分率（%）16.011.48.05.62.3611.4～16.01000～20.08.0～11.410085～1000～200～55.6～8.0——10090～1000～150～5中下面层粗集料规格筛孔尺寸（mm）通过下列筛孔（mm）的质量百分率（%）37.531.526.519.016.013.29.54.752.364.75～9.510090～1000～150～59.5～13.210090～1000～150～513.2～1610090～1000～150～516～1910085～1000～150～519～26.510085～1000～150～526.5～31.510085～1000～150～5细集料•使用石灰岩机制砂，采用专用制砂机制造，机制砂分为三档，有利于级配设计。•应注意0.075mm筛孔的通过量。•在拌和站采取措施防止细集料受雨淋或受潮，冷料仓开启困难，细集料量数量不准。。•细集料干燥、加棚十分必要。机制砂规格筛孔尺寸(mm)通过下列筛孔（方孔筛，mm）的质量百分率（%）9.54.752.361.180.60.30.150.0752.36～4.7510090～1000～100～5——————1.18～2.3610085～1000～150～50～1.1810080～10050～8020～505～300～10填料•在中下面层沥青混合料中掺加42.5级普通硅酸盐水泥代替部分矿粉，水泥用量为矿料总量的1.5～2%。•面层用填料必须采用由石灰石磨细的矿粉。•矿粉必须保持干燥，能从石粉仓中自由流出。•沥青混凝土拌和站除尘装置回收的粉尘不得作为填料使用。层间的要求•沥青路面的设计是在层间完全连续的条件下进行的；•面层施工前，绝对保证下承层顶面干净，没有污染；•严禁中央分隔带的填土散落到下面层或摊铺完成的面层表面；•采用改性乳化沥青粘层。拉应力曲线剪应力曲线结构剪应变横断面图沥青混合料剪切流变性SMA级配范围筛孔通过量（％）筛孔通过量（％）161002.3617～2511.485～951.1815～239.554～750.612～188.040～590.310～165.620～350.159～144.7518～320.0758～10中下面层的级配范围筛孔(方孔筛,mm)通过质量百分率（%）中面层LAC—20型面层LAC—25型37.510031.5100——26.5——95～10019.095～10087～9316.087～9362～7613.262～7553～679.552～6543～564.7533～4530～422.3622～3420～321.1814～2414～240.610～1810～180.37～137～130.155～105～100.0753～5.53～5.5010203040506070809010000.511.522.533.54通过量（%）AC-20型沥青混合料级配设计010203040506070809010004通过量（%）AC-25型沥青混合料级配设计中下面层沥青混合料的指标要求指标层位击实次数(次)油石比（%）稳定度(kN)流值(0.1mm)空隙率(%)沥青饱和度(%)LAC—20型两面各75≥4.8≥9.020～503～565～75LAC—25型两面各75≥4.55≥8.020～403～565～75指标层位残留稳定度(%)动稳定度(次/mm)冻融劈裂残留强度(%)渗水系数（ml/min）弯曲试验破坏应变-10℃,50mm/min(με)LAC—20型≥85＞3000≥80≤120≥2800LAC—25型≥80＞1500≥75≤120≥2300SMA混合料配合比设计技术要求试验项目技术要求马歇尔试件击实次数两面击实50次油石比（%）不小于7.0空隙率VV（%）3.5～4.5粗集料骨架间隙率VCAmix不大于VCADRC矿料间隙率VMA（%）不小于18.0沥青饱和度VFA（%）75～85稳定度（KN）不小于6.0流值（mm）2～5SMA混合料配合比设计检验指标检验项目技术要求谢伦堡沥青析漏试验的结合料损失*（%）不大于0.15肯塔堡飞散试验的混合料损失（20℃）（%）不大于15车辙试验动稳定度（次/mm）大于5500水稳定性：残留马歇尔稳定度（%）冻融劈裂试验残留强度比（%）85以上80以上渗水系数（ml/min）ml/min80构造深度（mm）0.8～1.3注：*谢伦堡沥青析漏试验温度为185℃。压实度要求•沥青中下面层的压实度以马歇尔试验密度为标准，其代表值应大于97%。•表面层SMA应不小于98％。配合比设计的建议•可以适当减少4.75mm以下细集料的用量，有利于解决路面压实时的推拥现象；•马歇尔试验时，击实的温度一定要保证，否则会造成路面实际空隙率偏低，容易导致路面产生车辙；•保证混合料的VMA值，这样在一定的油石比条件下仍然可以保证混合料空隙率；•在不使用天然砂的条件下，级配曲线通过限制区一般不会产生问题；配合比设计的建议施工温度要求工序改性沥青要求普通沥青要求出厂温度175～185150～165摊铺温度不低于160不低于130初压温度不低于150不低于120终压温度不低于120不低于80保证级配的稳定性•料源要固定，不能随意变更；•随时检查冷料仓的进料速度，尤其是细集料部分；•反复调整冷料的进料速度，尽量避免溢料；•拌和站要自动控制，不可手动调整，尤其在有溢料的时候；•逐锅在线监测时各筛孔级配允许的波动范围：≥4.75mm筛：±5%；0.15mm～2.36mm筛：±3%0.075mm筛：±2%油石比：±0.3%保证高温施工•运料车加强覆盖；•配备足够的压实设备；•紧跟摊铺机进行碾压；•事先预热胶轮压路机，尝试先上胶轮再振动碾压；•控制压路机的洒水量。离析的控制集料级配离析——最常见的沥青混合料离析形式。表现为粗细集料分离，铺筑的路面可见表面局部粗细差别大，表面构造深度、透水性、材料密度、空隙率等均匀性不好、离散性大。混合料温度离析——由于混合料生产、储存、运输、摊铺过程造成的内部温度的不均匀分布，使得路面压实效果不均匀。温度低、压实度不足的区域可能会发生早期破坏。不详无显著影响车辙隐患99%80%38%无疲劳寿命损失暂无评价方法低温拉伸应力30%50%75%80-90%饱水拉伸强度30-50%50-80%90-100%110%拉伸强度50-70%70-80%80-90%没变化动模量50-70%70-80%80-90%没变化回弹模量随离析的严重程度增加轻微增加透水性严重离析中等水平离析轻微离析无离析离析程度对混合料性质的损害混合料性质改性沥青路面施工质量圆锥形料堆的离析锥角处的离析大料跌落集中集料传送带90.0%182.488.9%158.993.4%209.293.8%224.3*234.8癋*68.0癋80.0100.0120.0140.0160.0180.0200.0220.0温度离析防止离析的方法•分成小堆存料；•装车时挪动车位；•加强覆盖，避免温度离析；•摊铺机在还剩较多料时，提前收料斗；•调整摊铺机到最佳状态；•控制摊铺速度；基层设计的主要原则•保证路面足够的承载能力；•足够厚度保证基层底面的容许拉应力；•足够厚度保证土基顶面的压应变；•良好的抗收缩性能。原材料技术要求•水泥选用终凝时间较长(宜在6h以上)的水泥。快硬水泥、早强水泥以及已受潮变质的水泥不能使用，保证有足够的时间进行拌和、运输、摊铺、碾压以及保证其后期具有足够的强度，采用32.5级的矿渣硅酸盐水泥。•集料集料应坚硬、耐久并具有足够的强度。基层和底基层用碎石和砂砾的压碎值应不大于30%，液限应小于28，塑性指数应小于9。水泥稳定碎石集料对岩性没有特殊要求，但一般多采用石灰岩。原材料的技术要求•最大粒径均采用31.5mm，可以有效减少基层混合料在拌和运输、摊铺过程中产生离析现象，减少“粗集料窝”。•石屑