高模量瀝青混凝土技術(shù)應(yīng)用的探索

1、苦苦的咽下那一份悲涼 澀澀的回味那一段繞梁 在年輪的皺紋里 晚上的淚 清晨的霜 過去的歲月 刻下淡淡的滄桑 沒有刻骨 高模量瀝青混凝土技術(shù)應(yīng)用的探索何新原 嚴(yán)建和 江蘇省交通科學(xué)研究院股份有限公司 摘要：高模量瀝青混凝土是一種新型瀝青混合料，針對其獨特的材料組成、配合比設(shè)計及施工生產(chǎn)環(huán)節(jié)要點，詳細(xì)說明高模量瀝青混凝土的特點，施工工藝，質(zhì)量要求等重點，以保證工程質(zhì)量。關(guān)鍵詞：高模量 瀝青混合料 配合比設(shè)計 施工工藝高模量瀝青混凝土（英文簡寫hmac,法語簡寫eme或者bbme）是一種由低標(biāo)號硬質(zhì)瀝青（或者用較低標(biāo)號瀝青加高模量外加劑）、連續(xù)級配的集料組成的瀝青混合料，其特點是模量高因而可以減少路

2、面結(jié)構(gòu)層厚度。高模量瀝青混凝于上世紀(jì)80年代末期開始在法國研究應(yīng)用，首先是應(yīng)用于路面的局部缺陷補強，后來逐步發(fā)展到應(yīng)用于新建公路路面基層；聯(lián)結(jié)層和表面層。到目前高模量瀝青混凝土已有20年的發(fā)展歷史經(jīng)驗。在法國，自1990年起，每年生產(chǎn)的低標(biāo)號硬質(zhì)瀝青在5萬噸以上、生產(chǎn)的成品高模量瀝青混凝土在100萬噸以上，我國2006年施工的江蘇省沿江高速公路寧常段也使用了高模量瀝青混凝土。在我國承接的最大海外工程項目，中國中信-中國鐵建聯(lián)合體（citic-crcc）承接的阿爾及利亞東西高速公路中西標(biāo)段共528公里長度的里程中，路面基層和路面聯(lián)結(jié)層全部設(shè)計為高模量瀝青混凝土。高模量瀝青混合料在結(jié)構(gòu)組成和技術(shù)要

3、求等方面與普通熱拌瀝青混合料有區(qū)別，因此在配合比設(shè)計及路面施工方面與普通的瀝青混凝土路面也有所不同。阿爾及利亞東西高速公路全部采用現(xiàn)行歐洲規(guī)范設(shè)計，中西標(biāo)段路面結(jié)構(gòu)層設(shè)計為7-9cm的eme2 0/14底基層、9-11cm的eme2 0/14基層、5.5cm的bbme0/10聯(lián)結(jié)層、3.5cm的bbma0/10磨耗層，與普通的瀝青路面相比，路面結(jié)構(gòu)層厚度降低了20-30cm。1、高模量瀝青混凝土的原材料控制11 粗集料高模量瀝青混凝土路面能否達(dá)到預(yù)期的性能與礦料有很大的關(guān)系，連續(xù)的礦料級配是高模量瀝青混凝土是否能符合要求的必要條件。粗集料在瀝青混凝土中的作用是通過顆粒間的嵌鎖作用提供穩(wěn)定性，通

4、過其摩擦作用抵抗位移。其形狀和表面紋理都影響瀝青混凝土的穩(wěn)定性，所以選擇粗集料時，要嚴(yán)格按照粗集料的技術(shù)要求選擇。粗集料必須是石質(zhì)堅硬、清潔、不含風(fēng)化顆粒、有較好的顆粒形狀和棱角性的優(yōu)質(zhì)石料，粒徑大于2.0mm。應(yīng)選用反擊式破碎機(jī)軋制的碎石，嚴(yán)格限制集料的細(xì)長扁平顆粒含量。表1 粗集料技術(shù)要求類別la+mdelamdeapd553530152注：表中l(wèi)a為洛杉磯磨耗率（%）；mde為微的瓦爾磨耗率（%）；a為細(xì)長扁平率（%）；p為表面潔凈度（%）12 細(xì)集料細(xì)集料采用采用堅硬、潔凈、干燥、無風(fēng)化、無雜質(zhì)并有適當(dāng)級配的的機(jī)制砂，石質(zhì)為石灰?guī)r，要求具體有良好的棱角性并嚴(yán)格控制潔凈度；其技術(shù)要求滿足

5、表2的規(guī)定。表2 細(xì)集料技術(shù)要求 技術(shù)指標(biāo)技術(shù)要求膠漿與瀝青軟化點差值（注）10tba 20砂當(dāng)量60亞甲藍(lán)值2注：本試驗采用細(xì)集料中0.125mm篩下的粉料，膠漿采用60%粉料，40%的50/70瀝青。1.3填料填料宜采用石灰?guī)r堿性石料經(jīng)磨細(xì)得到的礦粉。礦粉必須干燥、清潔，不得含有泥土和有機(jī)礦物質(zhì)。填料的質(zhì)量要求要滿足xp p 18-540標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的三類礦粉技術(shù)要求，見下表4。表3 填料的技術(shù)要求 礦粉類型通過率vbfivrtba比表面積（m2/kg）2mmd0.1250.063上限上限上限f310085-998070104010-2035使用含有一定生石灰含量的摻合填料時，在eme2 總

6、質(zhì)量中生石灰的含量不應(yīng)該超過1%。1.4瀝青結(jié)合料瀝青是瀝青混凝土的主要組成材料之一，是決定瀝青混合料質(zhì)量和模量高低的主要因素。高模量瀝青結(jié)合料必須具有高粘度，與集料有很好的粘附性，以便保證瀝青混凝土有足夠高的彈性模量以及高溫穩(wěn)定性和低溫韌性。因此選擇瀝青時，除了要注意瀝青自身品質(zhì)的優(yōu)劣以外，還要注意瀝青標(biāo)號對當(dāng)?shù)丨h(huán)境、氣溫的適應(yīng)性。為了達(dá)到高模量瀝青混凝土的設(shè)計高模量，可以直接選用20/30低標(biāo)號硬質(zhì)瀝青，也可以選用30/45或者35/50號瀝青加高模量添加劑作為瀝青結(jié)合料。歐洲規(guī)范中各類硬質(zhì)瀝青分類技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下表：表4 瀝青原材料技術(shù)要求（nf en12591）類別單位試驗方法分級20/3

7、030/4535/5040/6025度針入度0.1mmen 14262030304535504060軟化點en 14275563526050584856閃點，最小值en22592240240240230溶解度，最小值%en1259299.099.099.099.0蠟含量，最大值%en 12606-12.22.22.22.2en 12606-24.54.54.54.5旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱抗老化性能（en12607-1）質(zhì)量變化，最大en12607-10.50.50.50.5殘留針入度比，最小en12607-355535350老化后軟化點，最小en142757545249軟化點的提高，最大值en14278

8、889因為阿爾及利亞東西高速公路項目新建里程長，工程量十分巨大，瀝青耗用量大，如果直接使用20/30號瀝青的話，瀝青供應(yīng)無法滿足要求，所以我們采用了35/50號瀝青加高模量添加劑作為結(jié)合料的方法來達(dá)到高模量瀝青混凝土的效果。1. 5高模量添加劑為了達(dá)到設(shè)計的高模量標(biāo)準(zhǔn)，在使用的瀝青針入度高于30的情況下，必須使用高聚物及樹脂組成的高模量添加劑來提高瀝青混凝土的模量。阿爾及利亞東西高速公路中標(biāo)段169公路使用了法國pr plast添加劑作為高模量瀝青混凝土添加劑；西標(biāo)段359公里則使用了中國江蘇寶利瀝青股份有限公司的zq-1添加劑。2、高模量瀝青混凝土配合比設(shè)計阿爾及利亞東西高速公路中標(biāo)段的高模

9、量瀝青混合料配合比設(shè)計委托法國試驗室完成，西標(biāo)段則從英國cooper公司購置了全套歐洲規(guī)范體系下的瀝青配合比試驗儀器，自主完成了高模量瀝青混合料配合比設(shè)計工作。本文以西標(biāo)段eme2 0/14配合比設(shè)計為例（eme2 0/14表示設(shè)計的eme高模量瀝青混凝土等級為2級，最大公稱粒徑為14mm的意思）。2.1 eme2 0/14瀝青混合料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)表5 eme混合料路用性能技術(shù)要求 在eme0/14上進(jìn)行試驗等級1等級218多列士試驗（en12697-12）：浸水抗壓強度r/干燥抗壓強度r0.700.75下列試驗項目的試件孔隙率要求（%）7-103-6車轍試驗（en12697-22）：10cm試件6

10、0；30000次 變形比7.5%7.5%復(fù)合模量試驗（en12697-26）：20；10hz11000mpa14000 mpa疲勞試驗（en12697-24）：10；25hz，106次，微應(yīng)變100def130def2.2配合比設(shè)計程序歐洲（法國）規(guī)范中根據(jù)混合料所應(yīng)用的路面結(jié)構(gòu)層的功能和道路的重要程度，將混合料設(shè)計分為4個等級，如下表6所示。表6 不同等級試驗所必須進(jìn)行的混合料試驗內(nèi)容類別等級1等級2等級3等級4gsc試驗duriez試驗輪轍試驗復(fù)合模量試驗疲勞試驗4個水平中部包含了旋轉(zhuǎn)剪切壓實和duriez兩個試驗，即無論混合料用于路面磨耗層還是路面的聯(lián)結(jié)層，也無論路面的等級高低都要進(jìn)行這

11、兩個試驗。在這幾個不同的試驗水平中，只有在水平1的試驗結(jié)果合格后才能進(jìn)行其他水平的實驗內(nèi)容。在本項目的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計中，eme2底基層和基層主要承受疲勞拉應(yīng)力，所以配合比試驗也需要做到疲勞試驗，即需要進(jìn)行4級混合料試驗。2.2.1級配優(yōu)化選擇及瀝青、添加劑用量選擇根據(jù)歐洲已有的工程經(jīng)驗，在一定級配范圍內(nèi)選擇2個以上級配曲線，根據(jù)級配分布確定各個級配方案的油石比，最低油石比采用如下方法確定。粘合劑含量=加上：pr:集料合成表觀密度（nf p98-559）g：合成級配中大于6.3mm的集料比例。s：合成級配中介于6.3mm-0.315mm的集料比例。s：合成級配中介于0.315mm-0.08mm的集

12、料比例。f：合成級配中小于0.08mm的集料比例。k：瀝青豐度系數(shù)。k的取值是限制混合料的最小油石比，對于不同等級的混合料，k值必須不小于表7中的取值。表7 eme混合料的最小豐度系數(shù)k 混合料的等級eme1eme2 k2.53.4表8 eme混合料的設(shè)計孔隙率 設(shè)計旋轉(zhuǎn)壓實次數(shù)nd（nf p98-252）：混合料等級eme1 eme2對于eme 0/14，設(shè)計旋轉(zhuǎn)壓實次數(shù)100；106對不同的級配方案進(jìn)行旋轉(zhuǎn)壓實試驗（設(shè)計旋轉(zhuǎn)壓實次數(shù)及空隙率要求見表8）。對成型后的試件進(jìn)行體積指標(biāo)的計算，根據(jù)經(jīng)驗選取合適的級配曲線。在級配選擇確定后，根據(jù)實際情況，在原有的油石比基礎(chǔ)上選2個以上的油石比再進(jìn)行

13、混合料的旋轉(zhuǎn)壓實成型，根據(jù)經(jīng)驗選用能夠保證技術(shù)指標(biāo)同時具有一定經(jīng)濟(jì)性的混合料方案，最終選定油石比為5.5%，zq-1添加劑用量為0.6%。2.2.2進(jìn)行抗水損害試驗采用duriez試驗方法進(jìn)行抗水損害驗證試驗，混合料的抗水損害性能為浸水后強度r和無浸水強度r之間的強度比。在試驗結(jié)果滿足表5中的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行下一階段的試驗內(nèi)容，最終試驗結(jié)果為0.98。2.2.3進(jìn)行車轍試驗對于eme2 0/14混合料，車轍成型厚度為10cm，得到的混合料的高溫性能要滿足表6中的要求，才能進(jìn)行下一等級的試驗。2.2.4進(jìn)行模量試驗在歐洲規(guī)范中，復(fù)合模量試驗有兩種方法，一種是兩點彎曲；另一種是直接拉伸。本項目采用兩

14、點彎曲試驗方法進(jìn)行復(fù)合模量試驗，其試驗條件是15下10hz時的模量，對于直接拉伸試驗，其等效條件15、0.02s時的模量，兩種方法得到的結(jié)果均要不小于14000mpa。2.2.5進(jìn)行抗疲勞試驗疲勞試驗的同組試件應(yīng)選擇空隙率相互差值在0.25%以內(nèi)或密度在0.04g/cm3以內(nèi)。據(jù)經(jīng)驗選取三組應(yīng)變控制水平，最終對三組數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸得到時106的變形，該數(shù)值要滿足表5中的要求，才能最終表明配合比設(shè)計成功。2.3最終設(shè)計試驗結(jié)果（以其中一組配合比為例）選定的級配如表9： 表9 eme2 0/14級配表篩孔直徑（mm）1614.0 12.5 10.0 8.0 6.3 4.0 2.0 1.0 0.3150

15、.250.080.063通過率（%）10097.5 92.2 75.4 63.0 57.2 47.8 33.8 21.7 12.711.8 7.4 6.9粘結(jié)劑用量及各項性能試驗指標(biāo)如表10：表10 eme2 0/14瀝青混合料性能指標(biāo)試驗結(jié)果油石比（naftal35/50瀝青）： 5.5%zq-1添加劑： 0.6%試驗項目（eme2 0/14）規(guī)范要求試驗結(jié)果18多列士試驗（en12697-12）：浸水抗壓強度r/干燥抗壓強度r0.750.98下列試驗項目的試件孔隙率要求（%）3-63.1車轍試驗（en12697-22）：10cm試件60；30000次 變形比7.5%2.1復(fù)合模量試驗（en

16、12697-26）：20；10hz14000 mpa14243 mpa疲勞試驗（en12697-24）：10；25hz，106次，微應(yīng)變130def162def2.4高模量瀝青混凝土配合比設(shè)計心得根據(jù)本項目多次的eme2 高模量配合比設(shè)計試驗經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，四級試驗中前兩級試驗都比較容易滿足規(guī)范要求，而后面兩級試驗則較難達(dá)到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，尤其是復(fù)合模量指標(biāo)，經(jīng)常要經(jīng)過多次試配才能達(dá)到，以下四點是達(dá)到高模量的必然條件：1、使用低針入度瀝青（也可用較低針入度瀝青加高模量添加劑）；2、連續(xù)的集料級配；3、低空隙率；4、高瀝青粘結(jié)劑含量。生產(chǎn)配合比設(shè)計和驗證過程同普通瀝青混合料，在此略過。3、高模量瀝青混凝土路

17、面施工工藝3.1高模量瀝青混合料的拌制嚴(yán)格控制瀝青和集料的加熱溫度以及瀝青混合料的出廠溫度。因為使用低標(biāo)號硬質(zhì)瀝青并添加了高模量添加劑的緣故，拌合溫度要比普通瀝青混合料高5-10，同時在加入瀝青以前，高模量添加劑需要與石料干拌10秒左右。另外，對于高模量混凝土，由于其瀝青用量相對較高，為防止在貯料倉保存過程中混合料發(fā)生析漏，盡可能在混合料生產(chǎn)后迅速運送至攤鋪現(xiàn)場。瀝青混合料的施工溫度控制范圍見下表11。表11 瀝青混合料的施工溫度瀝青加熱溫度165175礦料溫度175185混合料出廠溫度170180混合料運輸?shù)浆F(xiàn)場溫度不低于160攤鋪溫度不低于155初壓開始溫度不低于145復(fù)壓最低溫度不低于1

18、30碾壓終了溫度1103.2瀝青混合料的運輸根據(jù)拌和樓的生產(chǎn)能力、運距、計算車輛數(shù)，并采用大噸位運料車運輸，在運輸過程中應(yīng)加蓋油布，以防表面合料降溫結(jié)成硬塊，到攤鋪現(xiàn)場后，應(yīng)嚴(yán)格檢查高模量瀝青混合料到場溫度，確保到場溫度符合要求方可卸料攤鋪。料車每次完成卸料后，應(yīng)及時對殘留的混合料進(jìn)行清理并采取合理的處理措施，避免由下一車混合料加熱后進(jìn)入攤鋪層。3.3瀝青混合料的攤鋪采用兩臺同型號的雙振搗大型履帶式攤鋪機(jī)按全幅梯隊式作業(yè)施工。由于本項目路緣石施工次序安排在在瀝青聯(lián)結(jié)層后面，瀝青基層及聯(lián)結(jié)層施工時邊部沒有支護(hù)，我們在攤鋪機(jī)兩側(cè)擋板下面設(shè)計了下掛擋板，保證了邊部路面的攤鋪成型。攤鋪機(jī)的攤鋪速度根據(jù)

19、拌和樓的產(chǎn)量、施工機(jī)械配套情況及攤鋪厚度、攤鋪寬度等按1.5-3m/min予以調(diào)整選擇。攤鋪時保證攤鋪機(jī)勻速、連續(xù)、不間斷的攤鋪，兩臺攤鋪機(jī)距離宜保持在5m以內(nèi)，但絕對不能超過20m，以確保攤鋪質(zhì)量，保證其厚度、平整度和密實度等各項指標(biāo)。3.4瀝青混合料的壓實成型高模量瀝青混凝土因為使用低標(biāo)號硬質(zhì)瀝青并添加了高模量添加劑的緣故，適合的碾壓溫度要比普通瀝青混合料高（見表11）。為了保證壓實度，壓路機(jī)盡量高溫緊跟攤鋪機(jī)碾壓。保證碾壓作業(yè)組的跟進(jìn)長度最小，該長度由試驗路段決定，并與氣候條件有關(guān)，原則上確保攤鋪機(jī)與復(fù)壓區(qū)段的壓路機(jī)之間的距離不超過60米。我們采用的碾壓組合如下表：表12 碾壓速度和遍數(shù)

20、 碾壓階段速度/kmh碾壓遍數(shù)壓路機(jī)類型初壓1.5-3靜壓1遍10噸以上雙鋼輪壓路機(jī)復(fù)壓3-4振壓3遍10噸以上雙鋼輪壓路機(jī)4-5碾壓4遍26噸以上膠輪壓路機(jī)終壓3-4靜壓1遍 10噸以上雙鋼輪壓路機(jī)由于高模量瀝青混凝土空隙率低，同時eme2基層的設(shè)計厚度達(dá)10cm，所以在碾壓基本密實以后，瀝青混合料內(nèi)部溫度下降比較慢，使得終壓的時間較晚，這需要操作手掌握好合適的終壓時機(jī)，不要過早終壓留下壓痕或者是過遲終壓無法消除復(fù)壓時的壓痕。針對瀝青路面施工時邊部沒有模板支護(hù)，而攤鋪層厚度又較厚造成瀝青混凝土路面邊部容易推移的現(xiàn)象，我們用了一些方法處理，除了前面提到的攤鋪時在攤鋪機(jī)邊側(cè)擋板下面加下?lián)醢逡酝猓€在攤鋪以后立即用小型平板振動器對邊部30cm 的范圍進(jìn)行了提前振實，這樣不僅提高了邊部壓實度，也有效地減少了邊部推移現(xiàn)象。3.5施工接縫的處理縱向施工縫全部采用熱接縫；橫向施工縫全部采用平接縫。橫向施工縫的施工方法為：當(dāng)天施工終壓完畢冷卻以后，用三米直尺沿縱向位置在攤鋪段端部的直尺呈懸臂狀，在攤鋪層與直尺脫離處定出接縫位置，用鋸縫機(jī)割齊后鏟除；繼續(xù)攤鋪時，將攤鋪