浅谈Superpave沥青混合料施工工艺

　　随着沥青混凝土路面在国内的广泛应用，越来越多的施工工艺、施工方法以及级配设计也在不断的更新，在众多的设计方法中以美国研究出的高性能沥青路面（superpave）设计方法，在国内也不断得到推广，该设计方法采用了旋转压实成型试件，较好的模拟了野外路面受力情况，提出了一套全新的评价沥青胶结料技术性能方法、标准和混合料体积设计法，为更好地改善和提高沥青路面的高温稳定性等路用性能等提供了一条有效的途径。现将superpave沥青混合料的施工工艺浅谈一下：
　　Superpave技术是从设计到施工一整套体系，采用Superpave技术设计的混合料称为Superpave混合料，其设计方法、级配结构以及性能指标都与传统沥青混合料有着很大的区别，首先从矿料的级配谈起。
　　一、 SUPERPAVE混合料体积设计
　　所谓superpave沥青混合料体积设计是根据沥青混合料的空隙率、矿质集料间隙率、沥青填隙率等体积特性进行热拌沥青混合料设计的。
　　superpave沥青混凝土配合比设计严格要求集料针片状含量，限定集料的级配区域，经过同一沥青与三种不同级配以旋转搓揉压实仪制作试件，经过单位重和体积分析后决定出采用的集料级配，再选择四种沥青含量与最佳集料级配通过旋转压实仪制作试件，确定最佳沥青用量。
　　1、 集料的控制标准：
　　矿质集料的特性对沥青混合料性能的影响较为显著，集料的要求除满足技术规范所要求的质量外，还提出了粗集料的棱角性、细集料的棱角性、扁平与细长颗粒、粘土含量等技术检测指标。
　　1）、粗集料棱角性：
　　粗集料棱角是指留在4.75mm筛上有一个或两个破碎面集料的重量百分比，规定粗集料棱角主要是为确保集料有高的内摩擦力，从而保证沥青混合料有较高的抗车辙能力。
　　2）、细集料棱角性
　　细集料棱角是指小于2.36mm的松压集料的空隙百分率，规定细集料棱角指标是为了确保细集料有高的内摩擦力和抗车辙能力，较高的空隙率含量意味着有较多的破碎面。
　　3）扁平和细长颗粒：
　　在施工和交通荷载作用下，扁平与细长颗粒容易破碎，所以要对细长形颗粒的含量进行限制。规定细长扁平颗粒长宽比例控制为3：1，限制扁长型粒料的通过率不得超过10%的重量比。
　　4）粘土含量：
　　粘土含量是指包含在4.75mm筛的集料中的粘土含量百分率。以最小的含砂当量来规定含泥量的通过率。
　　2、 集料级配控制：
　　superpave混合料体积设计的级配选择是通过控制点和限制区来进行的，要求级配须通过各筛号控制点范围且不得经过限制区，级配的控制点和限制区依公称最大尺寸而有不同的规定。控制点分别放设于公称最大尺寸筛、中等筛（2.36mm）、和最小筛（0.075mm）处。限制区处于沿最大密度级配线中等筛和0.3mm筛之间，限制区形成一个级配不能通过的带。设置限制区的目的有两个：一个是为了限制砂的用量减少永久变形，二是为了提供足够的间隙率。限制区的驼峰级配表示一种多砂混合料这种级配的混合料在施工期间常会出现难以压实现象，并在使用期间抗永久变形能力不足。集料级配通过限制区容易造成矿料间隙率过小，这种级配对沥青含量过分敏感。在设计级配时，级配处于控制点区避开限制区以满足superpave要求。
　　3、旋转压实仪的应用：
　　Superpave沥青混合料体积设计核心之一是采用Superpave旋转压实仪成型混合料试件，进而进行相关的体积分析。Superpave旋转压实仪的压实成型混合料的过程是将沥青混合料逼真地压实到施工现场的密实状态，进而设计出相关性良好的室内压实设备。旋转压实仪主要对压实的三个方面进行控制，即压实的轴向压力、旋转角度和旋转速度。并且实现了压实过程的监控，进而可以进一步将混合料的压实性能与混合料性能建立起关系。试件的压实高度可以精确地量测，这是旋转压实仪的最主要功能。通过试件压实过程中高度的测量，可以根据试件材料的重量和试模的内径估算除试件的密度，根据这些测量结果可以得到沥青混合料的压实特性。
　　4.矿料级配的确定：
　　级配是沥青混合料中矿料的最重要特性，它几乎影响到沥青混合料的几乎所有重要特性，包括劲度、稳定性、耐久性、渗水性、施工和易性、抗疲劳能力、抗滑能力甚至抗开裂能力。Superpave沥青混合料设计体系采用0.45次方级配曲线图来表征沥青混合料矿料的级配。
　　Superpave的级配曲线在0.45次方级配曲线图上越靠近最大理论密度线，混合料的密度越大。天然砂含量过高，级配曲线在中值筛孔与0.3mm之间靠近最大理论密度线容易产生软弱混合料使得混合料难以压实成型，从而表现出驼峰级配的性质，随着沥青含量的少许变化都使得混合料的性质产生较大的变化。对于给定的集料级配，级配曲线在限制区以上和以下都可以得到比通过限制区要大的矿料间隙率，混合料级配曲线位于限制区以下时，初始压实次数下具有较高的孔隙率；对于破碎集料，最大压实次数在限制区以上级配的孔隙率最大，限制区以下的孔隙率最小，级配通过限制区设计出的混合料具有最小的沥青含量和最小的矿料间隙率。
　　5、用最大理论密度作为现场质量控制密度
　　旧版的沥青路面施工技术规范是以现场混合料的马歇尔做为压实标准，要求达到96%的马歇尔密度，用这种方法控制压实度会使现场路面空隙率高达8%，空隙率偏大，路面易透水，造成水损害，严重的影响了路面的使用性能。Superpave采用最大理论密度作为现场质量控制指标，也就是用空隙率作为现场路面控制指标，要求压实度达到马氏密度98%以上，94%〈理论密度〈97%，使空隙率控制在3%~6%之间，不但提高了路面抗水损害能力，同时也提高了抗车辙能力。
　　二、混合料的拌和
　　在所进行的Superpave试验路和实体工程中大部分采用“S”型级配结构，混合料中粗集料相对较多，这对集料的干燥可能产生一定的影响，粗集料中的水分不能及时散发是造成沥青路面早期剥离的主要原因之一。增加干燥时间将使得生产效率降低，经济上也不合适，为此只有加强料源的控制，对料堆进行覆盖或者搭棚，尽量避免水分的浸入。
　　混合料的拌和温度是影响路面施工的主要因素之一，它可以保证良好的压实温度。根据试验路的铺筑情况，由于该类型混合料已经形成了骨架嵌挤结构并且粗集料相对较多，比较难以压实，因此需要混合料有较高的碾压温度，但是也应该避免走向另外一个极端，即采用很高的拌和温度，这样就加速了沥青的老化，对于混合料的使用性能和压实性能都有很大的影响。拌和温度要根据试验室做出的粘温关系曲线来确定，碾压温度的保证主要靠减少混合料在贮存、运输等中间过程的温度损失。
　　由于superpave混合料存在的特性，所以混合料拌和时的温度要视改性沥青和普通沥青而议，普通沥青混合料温度拌和温度一般控制在160℃~170℃之间，改性沥青混合料拌和温度一般控制在175℃~185℃之间。
　　三、混合料的运输：
　　1、热拌混合料一般采用大吨位自卸车运输，车厢应清洁，隔离剂不得有液迹。拌和站放料时应每卸一斗混合料挪动一下汽车位置，以减少混合料的离析现象。
　　2、混合料运输期间，必须覆盖篷布，用以保温、防污染等。开始摊铺时，现场等待卸料车不得少于5辆以利连续摊铺。
　　四、混合料的摊铺
　　Superpave混合料和常规的沥青混合料在摊铺方面没有太大的区别，但是由于Superpave混合料中粗集料含量相对较多，因此更要严格操作尽可能减少混合料的离析，在此情况之下采用相同操作技术所铺筑的Superpave混合料路面要比传统混合料路面性能优越。
　　对于传统密级配混合料比较细且和易性好，很容易施工出高质量的纵向接缝，但是对于Superpave混合料则比较困难。因此在摊铺过程中应尽量避免使用纵向接缝特别是冷接缝，当采用纵向热接缝时应保证摊铺出的混合料是不离析的。
　　摊铺过程中的主要问题是采取适当的摊铺速度，但是应当注意的是，摊铺机的速度除了应当与拌和站生产能力相适应外，很大程度上受碾压能力的限制，要给压路机留出较多的有效压实时间。保证混合料的供应和连续摊铺在减少路面缺陷中非常重要，应当避免摊铺机的停顿和突然改变速度。当摊铺机停顿时，熨平板前的阻力由于摊铺机的动态平衡改变而发生变化，这样熨平板可能少许下降；如果停机时间很长，则熨平板前后温度下降，熨平板材料阻力增加，很可能拉伤摊铺的混合料，造成厚度偏薄、空隙率很大、难以压实的粗糙路面；当摊铺机速度发生改变时，也改变了熨平板的平衡力系，容易造成路面的质量缺陷。
　　随着路面施工技术的不断提高，新的路面施工设备也在不断的产生，引进设备的种类也繁多，近年引进的沥青混合料转运车的使用，消除了运料车与摊铺机的碰撞，减少了混合料的离析现象，大大的提高了路面的平整度及施工质量。
　　五、 混合料的压实
　　压实是沥青路面施工最后一道非常重要的工序，压实度的高低直接影响到沥青路面的使用寿命和早期损害的可能性，因此必须选择合理的压实机械、压实温度、速度、遍数等，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，这些处理得当才可以获得最佳密度。
　　当采用传统压实方法时，有许多常规沥青混合料要满足压实度要求已经比较困难，对于Superpave混合料来说满足压实要求将变得更加困难。首先具有“S”型级配的Superpave混合料粗集料含量相对较多且形成了骨架嵌挤，其次在混合料中加大了人工砂的含量以及Superpave体积设计法设计的最佳沥青含量比马歇尔法的要偏低，这样使得混和料非常难以压实。另外，由于粗集料含量较多，粗级配混合料冷却比较快，使得压实时间缩短，这样就要增加压实机械的数量或者放缓摊铺速度。结合Superpave混合料的特点，混合料压实方法的基本原则是高温强压。
　　Superpave混合料的碾压也分为初压、复压、终压三个阶段，初压一般采用吨位较重的双钢轮压路机碾压，双钢轮压路机一般为双驱双振。碾压时，紧跟摊铺机，高频低幅成阶梯状碾压。混合料高温状态下强振压实才能达到很好的效果。
　　复压采用两台大吨位胶轮进行搓揉碾压，通过胶轮轮胎的搓揉，不但提高了混合料的压实度，同时也使得混合料的表面密实，减少了离析现象。
　　终压采用一台轻型双钢轮压路机进行表面的整平作用，消除了压路机由于振动及搓揉作用而引起的微小波浪。
　　整个碾压工艺必须连续不间断的进行，碾压结果必须满足压实度的密度为最大理论密度的94%以上，即现场空隙率不大于6%。
　　随着对Superpave更深入的研究，不断的对混合料级配进行调整，使Superpve混合料更加成熟其性能优越性也更加得到了充分的发挥，以及压实机械的不断进步，对混合料的压实工艺也在不断的调整和改进。由于改性沥青的使用使得混合料的压实变得更加困难，同时通过不断的改进设计混合料在高温状态下也更加稳定，施工工艺的不断改进，混合料的压实效果更加优良，不仅保证了压实度，而且在很大程度上大大提高了压实度的均匀性。虽然压施工艺不断进行改进，但是根本原则没有变化，概括为“高温紧跟慢压，振动高频低幅”。
　　在压实过程中还有许多需要注意的问题，主要有以下几点：
　　1、 该类型混合料级配对压实效果的影响比传统的密级配沥青混合料更为敏感，及时地动态控制和调整材料级配对混合料的压时很有利；
　　2、 根据试验段的压实情况，保证混合料在高温碾压时不会出现推挤现象，根据合理的压实速度布置作业长度、压路机数量、位置分布等，以保证混合料在高温时得到充分压实；
　　3、 当温度降低钢轮碾压混合料产生推移时，再使用钢轮是有害的，此时应当采用轮胎压路机压实而不会产生推移。胶轮压路机一般不需要洒水，开始时可采用3：1油水混合物擦拭轮胎，等轮胎温度升高不粘轮以后即不再需要，轮胎压路机轮胎压力应有规定，不能太低；
　　4、 注意洒水量，或采取一定的措施尽量降低混合料的降温速度，特别是在秋季或大风天气下。
　　Superpave混合料的压施工艺不是固定的，每一个工程项目开始以前都应该铺筑试验段，来检验混合料体积性质是否满意及评价摊铺与压实技术等。这个试验段必须采用计划中的施工技术，包括沥青拌和站、摊铺机的参数设置、人员车辆组织、施工工艺等，在于正常施工时相同的温度下摊铺与压实，以检验正常生产过程中保证措施。对于表层混合料还应该检验表面服务特性如摩擦系数和构造深度以及渗水系数等，以检验混合料的路面的综合服务性能。通过试验段的铺筑可以对施工工艺以及混合料做出及时的调整，使路面达到最佳。
　　六、 superpave混合料的优缺点：
　　优点：
　　1、它从根本上放弃了带有经验性的传统性的沥青技术指标，而采用了反映沥青的流动性、永久变形、疲劳开裂和温度开裂等路用性能的流变力学指标，并使用旋转压实仪模拟现场压实过程达到了力学指标和路用性能的完美结合。
　　2、superpave设计方法，最大的优点是能够判断哪一种级配抗车辙能力好，从而更好的事先选择级配。
　　3、增加了混合料短期老化试验，使压实和空隙率计算更为符合实际。
　　4、实时测量试件高度与旋转次数，化出压实曲线，从而能评价出混合料的压实特性。
　　5、 最大压实次数时规定一个最大压实度，使混合料的抗车辙能力更有保障；在初始压实次数时规定一个最大压实度，避免产生不稳定的混合料。
　　缺点：
　　1、用揉压成型试件，虽和路面在轮胎作用下受力相似，但与现场压实过程并非完全一致，没有建立起揉压与碾压两种压实功效关系。
　　2、用揉压次数的选定与经验有很大关系，且用油量较少，油膜较薄，尤其是用做表面层时，抗疲劳性能也可能不足，减少路面的使用寿命。
　　Superpave混合料的施工工艺在我国正在逐步推广，随着高速公路的不断修建，施工工艺和施工水平也将不断的得到完善。