高速公路路面原材料及性能试验研究

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黎 明

(贵州省交通科学研究院股份有限公司,贵州 贵阳 550000)

在当前高速公路工程建设中,主要采用沥青混凝土路面,尤其是改性沥青混凝土路面。在该类型的路面施工中,需要使用的原材料包括沥青、集料与矿料,做好各类原材料的质量与性能检验是保证路面施工质量的基础,必须引起相关人员的高度重视。

某高速公路路段起、迄桩号为K0+000—K12+000,总长为12km。该路段沿线范围内筑路材料相对丰富,且品质良好,满足路面施工要求。此外,沿线范围内存在多条公路与铁路,交通状况良好,可满足路面施工原材料运输基本要求。原材料检验是路面施工重要环节,直接决定整个工程的施工质量。

2.1 沥青

该路段路面施工使用SBS 改性沥青,其检验项目包括针入度、延度、软化点、针入度指数、闪点、溶解度、密度、储存稳定性及旋转薄膜加热试验。

该路段路面施工所用沥青的以上各检验项目实测结果为:标准条件下针入度实测值为53.5(0.1mm),满足规范提出的处在40 ~60(0.1mm)范围内的要求;
标准条件下延度实测值在34cm 以上,满足规范提出的不低于30cm 的要求;
基于环球法的软化点实测结果为64℃,满足规范提出的不低于60℃的要求;
针入度指数实测结果为0.2,满足规范提出的大于0 的要求;
闪点实测结果为大于260℃,满足规范提出的大于230℃的要求;
基于三氯乙烯的溶解度实测结果为99.22%,满足规范提出的大于99%的要求;
15℃温度条件下的密度实测结果为1.029g/cm3;
对于储存稳定性,实际上就是存储48h 后软化点和存储前的差值,实测结果为1.5℃,满足规范提出的不大于2.5℃的要求;
对于标准条件下旋转薄膜加热试验,其项目包括质量变化、残留针入度比和残留延度,其中,质量变化实测结果为+0.2%,满足规范提出的不超过±1.0%的要求,残留针入度比实测结果为71%,满足规范提出的大于65%的要求;
残留延度实测结果为大于17cm,满足规范提出的不小于15cm 的要求[1]。

从以上各项实测结果可以看出,该路段路面施工所用沥青的各项检验结果都能达到规范要求。

2.2 粗集料

该路段路面施工所用粗集料以碎石为主,分为10 ~20mm、5 ~10mm 和3 ~5mm 三档,其检验项目包括表观相对密度、毛体积相对密度、针片状颗粒含量、粒径在0.075mm以内的颗粒含量与压碎值(只对10 ~20mm 档料而言)。

该路段路面施工所用各档粗集料的以上各检验项目实测结果为:(1)粒径在10 ~20mm 范围内的石料:表观相对密度为2.724g/cm3,毛体积相对密度为2.673g/cm3,针片状颗粒含量为8.3%,粒径在0.075mm 以内的颗粒含量为0.3%,压碎值为16.9%;
(2)粒径在5 ~10mm 范围内的石料:表观相对密度为2.734g/cm3,毛体积相对密度为2.677g/cm3,针片状颗粒含量为10.2%,粒径在0.075mm 以内的颗粒含量为0.6%;
(3)粒径在3 ~5mm 范围内的石料:表观相对密度为2.701g/cm3,毛体积相对密度为2.746g/cm3,针片状颗粒含量为11.6%,粒径在0.075mm 以内的颗粒含量为0.8%[2]。

从以上各项实测结果可以看出,该路段路面施工所用各档粗集料的各项检验结果都能达到规范要求。

2.3 细集料

该路段路面施工所用细集料主要为石屑,其检验项目包括表观相对密度、毛体积相对密度和砂当量。该路段路面施工所用细集料的以上各检验项目实测结果为:表观相对密度与毛体积相对密度相同,均为2.702g/cm3,砂当量实测结果为61.8%[3]。

从以上各项实测结果可以看出,该路段路面施工所用细集料各项检验结果都能达到规范要求。

2.4 矿粉

该路段路面施工所用矿粉主要为石灰石矿粉,其检验项目包括外观、表观相对密度、亲水系数、加热安定性、塑性指数和各筛孔尺寸的通过百分率,包括小于0.6mm 的筛孔、小于0.015mm 的筛孔和小于0.075mm 的筛孔。

该路段路面施工所用矿粉的以上各检验项目实测结果为:外观实测结果为没有团粒结块现象,满足规范要求;
表观相对密度实测结果为2.801g/cm3,满足规范提出的不小于2.500g/cm3的要求;
亲水系数实测结果为0.86,满足规范提出的小于1.00的要求;
加热安定性实测结果为无变质情况,满足规范要求;
塑性指数实测结果为3.3%,满足规范提出的小于4%的要求;
小于0.6mm 的筛孔的实际通过百分率为100%,满足规范要求;
小于0.015mm 的筛孔的实际通过百分率为97.7%,满足规范提出的不超过90%~100%范围的要求;
小于0.075mm 的筛孔的实际通过百分率为79.2%,满足规范提出的不超过75%~100%范围的要求。

从以上各项实测结果可以看出,该路段路面施工所用矿粉各项检验结果都能达到规范要求。

在检验确认各类原材料技术性能都能满足规范要求后,还需要严格按照以下基本流程进行配合比设计:

(1)初步确定混合料的配合比范围与其沥青用量。设计级配范围应严格执行项目的设计文件,如果项目设计文件没有对设计级配范围给出明确规定,则应结合项目所在地区的自然气候、现状交通、路段技术等级、路面种类确定适宜的级配范围。在确定了设计级配范围后,禁止随意改动,将其作为整个配合比设计过程的重要依据。

(2)根据马歇尔试验要求进行试件制备,然后对试件的体积指标、稳定度与流值进行测定,由此得出沥青最佳用量的初定值;
在所有配合比设计阶段均需做好马歇尔试验,按照配合比设计成果拌制完成的混合料应满足规范提出的马歇尔技术标准。

(3)按照初步确定的配合比制备试件,然后对试件的水稳定性及温度稳定性进行检验,如果检验结果未能达到要求,需对初步确定的配合比予以适当调整,并重新进行各项试验,到合格为止。

(4)借助间歇式拌和机连续干拌一定次数后,对完成二次筛分、从不同热料仓中放出的材料进行取样筛分,用于确定集料比例,为拌和过程控制提供参考。之后用尺寸得当的筛孔,对冷料仓比例进行反复调整,直到供料达到平衡。最后按照最佳沥青用量及其±0.3%进行马歇尔试验,以明确生产配合比对应的最佳沥青用量。

(5)按照以上生产配合比进行混合料拌制,并通过试验段施工验证该配合比能否达到要求。经验证确认合格后,将该配合比作为标准配合比,要求施工中严格执行。

综上所述,在高速公路路面施工中需要用到沥青、粗细集料与矿料等各类原材料,这些原材料的质量与施工后路面质量有直接关系,如果施工中使用了质量或性能不符合要求的原材料,则必然在路面施工中或施工后有所反映,因此必须对路面施工原材料质量及性能检验引起足够的重视,针对不同类型原材料,明确需检验的项目和要求,再通过对比确定能否达到规范要求,同时认真做好混合料配合比设计,以保证路面施工质量。

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