沥青砼路面施工松铺系数的影响因素与控制方法分析

沥青混凝土路面施工松铺系数的影响因素与控制方法分析中铁二十二局哈尔滨铁路建设集团有限责任公司刘华东引言为了保证行车安全和舒适性，路面施工质量级配情况、抗滑性、平整度、密实度必须达到较高的标准。根据施工经验和理论分析，提高沥青砼路面施工的均匀性技术，优化沥青混合料设计，确实合理有效的松铺系数以及选择先进和合理的施工工艺、压实工艺，严格施工管理，确保沥青砼达到较高的水平是必要的。在沥青路面施工过程中，松铺系数是一个重要的技术参数，它收许多因素的影响，具有极强的不稳定性，如果松铺系数控制的过大，使铺筑层变厚，不仅造成材料、人工、机械台班的浪费，而且影响压实效果；松铺系数控制的过小，使铺筑层变薄，同时影响结构层的强度，在该处容易造成疲劳破坏，影响整个路面的使用寿命；因此，如何减少影响松铺系数的不稳定因素，是沥青路面结构层施工的关键。从某种意义上讲，松铺系数的适合与否，直接反应着一个施工单位的技术水平和工程质量水平。松铺系数所谓松铺系数，是指在施工过程中铺筑材料的松铺厚度与压实厚度的比值。即：k=h松铺/h压实。从定义中我们分析不难看出，松铺系数与材料性质、铺筑厚度以及摊铺、压实工艺有关。影响松铺系数的因素材料均匀性不同材料有不同的松铺系数，即使同品种材料，由于不同的质量等级、含水量、级配及配合比，松铺系数也不尽相同；反之，材料品种、质量等级、含水量、级配及配合比的差异越小，其各项物理、化学性能越趋于相近，松铺系数也就越稳定；《公路沥青路面施工技术规范》（JTJ032-94）规定了沥青路面各种材料的质量要求，而且对各种不同规格集料的不同筛孔通过量做了具体要求，并限制细长颗粒的含量；同时还在配合比矿料级配中强调0.075mm、2.36mm、4.75mm筛孔通过量接近级配范围中值，要求检测最大粒径及中间粒径筛孔通过量，以达到级配连续，材料均匀。1、沥青材料技术要求《JTGF40—2004公路沥青路面施工技术规范》A、必须严格按照规范要求进行沥青质量检验。强制要求检验沥青60℃的动力粘度和135℃的运动粘度，薄膜加热试验中增加15℃延度。B、采购沥青时，不仅要求符合沥青技术标准，而且应查验在以往高等公路上的使用历史及效果。C、根据交通量和公路等级、功能的要求，需采用沥青改性剂改善或提高使用沥青的技术指标时，应选用性能稳定、工艺成熟的改性剂或复合改性剂。对改性剂新产品，需经过检定和试验路段的检验，并制定切实、可行的操作规程和检验标准，逐步推广使用。2、集料技术要求A、粗集料应具有较低的压碎值、磨耗值，较高的磨光值，并与沥青具有良好的粘附性，对酸性石料，应采取相应的抗剥落措施。在沥青混合料中加入适量水泥（2%~3%）或消石灰是提高沥青与集料粘附性、减小水损害的有效措施。B、为保证粗集料规格，棱角，控制针片状含量，应采用反击式破碎工艺生产粗集料。宜统一碎石机的型号和规格，以及筛分设备的型号和筛孔尺寸，由大石场集中加工。C、细集料颗粒通常有棱角，为改进和易性和压实性，可采用部分天然砂，但天然砂在矿料中的比例不宜超过8%。D、粗、细集料表面必须洁净，不得含有粘土和其它有害物质。E、粗、细集料的加工生产是质量控制的关键环节之一。粗集料的加工，既要按照《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40一2004）的要求控制常用的10/25、10/20、5/10、3/5规格集料的最大粒径，还应要求有适当的级配。细集料应将其细度模数差别较大的分开堆放。碎石加工生产线试产阶段，应通过集料配比试算，检验产品能否配出所需的各层混合料，从而查明所配的各筛孔是否合适，以保证集料的规格质量。F、集料存贮场和搅拌站堆料场，集料应按不同种类、质量规格、用料方式和顺序分别堆放，不得混淆、乱取。堆料场地面应作硬化处理，不得直接堆放在泥土地面上，同时，应采取相应措施，防止水浸淹没，以免污染集料。厚度松铺系数是反映施工过程中铺筑材料厚度随施工过程控制变化的系数，与厚度有直接的关系。由于下承层与铺筑层存在不平整度，铺筑厚度受其不平度的影响，有的地方薄，有的地方厚，具有变异性。这种不平整度越大，铺筑厚度变异性就越大，致使松铺系数产生不稳定性越强。摊铺工艺根据摊铺原理，沥青混合料在刚铺下时，初始密度约为最大理论密度的76%，在摊铺机熨平板过后混合料压实度可达到最大理论密度的82%，碾压必须进行到96%为止（以最大理论密度为标准，取决与管理部门的要求，通常的混合料孔隙率位3-5%）。在不考虑碾压对产生侧向位移有影响的情况下，松铺密实度与松铺厚度、松铺系数城反比例关系，以铺筑厚度50mm为例：详见表1表1不同松铺密实度时松铺厚度及松铺系数松铺密实度%9088868482807876747270松铺厚度mm53.354.555.857.158.560.061.563.264.966.768.6松铺系数1.0661.0901.1161.1421.1701.2001.2301.2641.2981.3341.372从表1可以看出：1）铺筑等厚度的沥青路面，不同的松铺密实度对应不同的松铺厚度，从而导致松铺厚度与压实厚度比值即松铺系数的不稳定性。因此，均匀摊铺，保证松铺密实度的稳定性，减少松铺厚度的波动范围，是决定松铺系数稳定性的重要因素；2）松铺密实度越大，松铺厚度越小，所对应的松铺系数则越小。实践证明，松铺密实度越大，铺筑材料的初始强度越高，对于最终压实越有利，松铺系数则越容易控制。因此，有意识的增大松铺密实度，对于松铺系数的稳定非常重要。压实工艺压实是沥青路面施工的一个重要环节。通过碾压，克服多项松散材料中固体颗粒间的摩擦力、粘着力，排除颗粒间的空隙，使各个颗粒发生位移，相互楔挤靠近，达到密实要求。事实上，固体颗粒是有一个的侧向位移的，而不只是垂直向下的。良好的压实是是固体颗粒逐步、稳定的发生位移，而且侧向位移相当小，使平整度、厚度、压实度都能满足要求。颗粒位移速度过快或侧向位移过大，就会造成碾压失稳，被碾压材料松铺厚度不能有效控制，从而倒是不良的压实后果。因此，采用先进的压实工艺，事实均匀、稳定碾压，减少侧向位移，是实现松铺系数稳定的重要途径。沥青混合料的碾压工艺混合料的碾压作业原则上应分为初压、复压、终压三个阶段进行。碾压模式的确定是碾压工艺的重要组成部分，它包括确定碾压带的数量，碾压带的纵向和横向的布置，各碾压带之间横向与纵向重叠度以及压路机行进的路线等。压实质量的控制铺层的压实质量控制应包括两方面的要求：①平均压实度的控制；②压实度变异性的控制压实度的控制方法应采用适度取芯抽检与铺层全面无破损检测压实度相结合的方法。施工中松铺系数的控制方法严把材料质量关，优化配合比设计尽量选用同一原产地且同规格型号的砸石机、同规格同型号且筛孔一致的筛分机生产的碎石。硬化处理料场，并分别堆放，使各个规格集料相隔离。依据规范，严格配合比设计的三个阶段，确定合适的生产配合比，并反复进行马歇尔试验、提取和筛分试验，验证每天的生产配合比。第一阶段：目标配合比设计目标配合比设计的目的是为了优选原材料和矿料级配，并为生产配合比提供各种矿料的比例和最佳油石比的目标值。第二阶段：生产配合比设计生产配合比设计的目的是为了在实际的生产条件下，能生产出符合目标配合比设计要求的沥青混合料来。由于实验室的拌制过程与实际生产条件有很大差异，尤其是集料烘干过程和二次筛分对矿料级配的影响，因而必须通过对搅拌设备运行参数的调整才可能使所生产的沥青混合料尽可能地接近目标配合比的要求，并获得在实际生产过程可以实现的矿料级配与最佳沥青用量。第三阶段：生产配合比验证1、生产配合比的验证应分成试拌和试铺两个阶段来进行。2、通过试拌、试铺的生产配合比将最终确定为生产用的标准生产配合比，标准配合比在生产过程中不得随意变更，并根据质量控制要求确定在施工中容许偏离标准配合比的波动范围，用以检查混合料的生产质量。3、当原材料发生变化而导致混合料的矿料级配和马歇尔技术指标较大偏离标准生产配合比时，应及时调整配合比，必要时应重新进行配合比设计。减少施工中的离析，确保材料的均匀性由于各规格的集料比重不同及与沥青的结合力存在的差异，混合料在储、运、装、卸等环节中，会出现不同程度的离析。因此，我们应从材料的购置、储存堆放、拌合、运输、摊铺整个过程避免产生离析。混合料温度离析的控制混合料的温度离析是指混合料各部分的温度发生差异，温度离析的原因主要来自以下两个方面：①混合料在自卸卡车和摊铺机料斗的温度离析是由于热沥青混合料与外界接触的界面（金属、空气），其传热条件与内部材料不同而引起的。与外部界面接触的混合料导热快而首先冷却，而内部材料由于已冷却的混合料形成的隔热层而仍然保持着较高的温度。②在摊铺作业中，每一卡车的混合料卸入料斗后，通常总是首先将位于中部的温度较高的材料送至熨平板下部首先进行摊铺，而与料斗侧壁和顶部空气相接触的温度较低的料总是在这一卡车混合料的最后才被摊铺至路面上。这将使摊铺在路面上的混合料的温度明显地呈现出高温带与低温带间隔出现的规律，被称为温度的循环离析。从路基开始提高平整度，减少铺筑厚度的不均匀性根据平整度的传递理论，如果下承层存在严重的不平整，上一层铺筑的再平整，经碾压也会形成与下承层相同的波浪，只是波浪比下承层的较小而已，平整度仅得到部分改善，并未完全消除。实践同样表明，铺筑一层就能很好的改善平整度是不可能完全做到的。因此，只有保证了路基平整度，才能保证铺筑厚度的均匀性稳定。下承层的检查与处理：对基层质量的结构强度、弯沉、压实度、平整度、横坡和高程等指标应进行复验，各项指标必须达到要求控制的范围，不合格的部分应进行修补，必要时应返工。在基层上铺筑沥青面层前应按要求喷洒透层油或铺筑下封层。透层油渗透入基层的深度宜不小于5mm，并与基层联结成一体，下封层应与基层牢固粘结并形成完整的整体，不得有外露的局部基层。在铺筑面层的结构层前均应要求喷洒粘层油，粘层油应喷洒均匀而形成一完整的薄层，不得有洒花、漏空或成条状，也不得有堆积。沥青面层各结构层在施工前均应进行质量检查，各项指标合格后方可施工，局部缺陷（严重离析、裂缝、泛油等）应进行修复。正确选用松铺系数松铺系数的正确选用，是松铺系数有效控制的前提和基础，一般分为以下几个部分：根据经验选用松铺系数。沥青混合料的松铺系数一般控制在1.15—1.35之间，我们应结合施工经验，根据混合料特性、厚度、施工机械、施工工艺以及现场施工环境，通过实验数据综合分析来选取松铺系数。以理想压实位基础，摊铺过程中初步验证松铺系数。利用松铺密实度初步验证：根据摊铺原理中松铺密实度与松铺系数的关系，我们可以用核子密度仪测定整平板后松铺材料的平均密实度（以最大理论密度位标准，理想最准压实度为96%，孔隙率为4%）,用来计算理论松铺系数，其公式：K=96r0/100r，式中：k为松铺系数、r0为最大理论密实度、r为平均松铺密实度，均以百分数计，得出的结果用于验证平均摊铺厚度的准确性。利用摊铺长度初步验证：在均匀摊铺过程中，我们可以测定摊铺一车或者连续几车混合料的长度L，同时计算理论摊铺长度L0，其公式为：L0=100G/96%rBH。式中L0为理论摊铺长度，以m计；G为一车或连续几车混合料的质量，以T计；B为摊铺宽度，以m计；H为设计厚度，以cm计；r为最大理论密度，以g/cm3计；两者结果相比较，间接验证平均摊铺厚度的准确性。测定实际平均松铺系数。一方面分别测定平均松铺厚度和平均压实厚度，即可得出平均松铺系数；另一方面可以分别用水准仪测定下承层的纵断高程、松铺时的纵断高程与压实后的纵断高程，来计算平均松铺厚度与平均压实厚度，得出实际平均松铺系数。确定合适的松铺系数。实测平均松铺系数，只有在平整度、厚度、压实度均满足要求的前提的下，才能作为用于指导大面积沥青砼施工的依据。当上述任何一项指标不合符规定要求时，需从新做试验段，确定新的松铺系数，直到满足要求为止。提高摊铺质量把握好摊铺速度，使其与供料相适应，实现均匀连续摊铺，以减少因摊铺机的停顿造成的松铺系数不均匀。调整好熨平板的左右高度，使其与横坡一致，同时保持熨平板前混合料的高度，