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沥青混合料配合比设计以及路面施工中的关键技术

沥青路面越来越多地被应用于不同等级的公路,其原因何在?

沥青路面的优点:

1.沥青混合料是一种粘弹性材料,具有良好的力学性能,铺筑的路面平整无缝,振动小,噪音低,行车舒适。

2.路面平整且有一定的粗糙度,耐磨好,无强烈反光,有利于行车安全。

3.施工方便,施工时不需要养护,能及时开通交通。

4.维修简单,旧沥青混合料可再生利用。

但是!

1.沥青路面容易老化

2.温度稳定性差

沥青路面老化现象:

老化定义?

在长期的大气因素作用下,因沥青塑性降低,脆性增强,粘聚力减小,导致路面表面产生松散,引起路面破坏。

温度稳定性差的表现:

夏季高温沥青易软化,路面易产生车辙、波浪;冬季低温时易脆裂,在车辆重复作用下易产生开裂。

讲述内容

1 沥青混合料分类与施工工序

2 沥青混合料配合比设计

3 施工前的各项准备工作

4 铺筑试验段

5 路面接缝的处理

6 施工质量控制

1 沥青混合料分类与施工工序

1.1 沥青混合料分类

1.2 沥青混合料施工的各个工序 

2 沥青混合料配合比设计

公路沥青路面的芯样分析:

中面层车辙最大,下面层次之,上面层车辙最小

上面层油石比增大,而中下面层油石比减小(法向力泵效应)

荷载作用下,车辙处集料容易被压碎,沥青混合料的骨架结构破坏

2.1 目标配合比设计

原材料选择与试验

矿料组成设计

确定油石比试验

配合比检验(混合料性能检验)

配合比修正与材料更换

2.1.1 原材料选择:

改性沥青质量应注意的问题:

(1)改性剂掺量:符合设计要求。

(2)加工质量:磨细程度,分散均匀性。

(3)改性效果:是否形成网状结构,若未形成或形成不好,运动粘度将受影响,涉及基质沥青与改性剂的配伍性、加工温度、加工工艺等。

(4)要符合“公路沥青路面施工技术规范”的要求

粗集料检测中应注意的问题:

1)表观密度与吸水率是集料的综合指标,石质坚硬致密,吸水率小的集料比较耐磨,耐久性好,密度与许多性质都有一定的关系。但并不是说密度越大越好,过分致密的石料破碎面可能比较光滑缺乏粗糙的凹凸表面,不能吸附较多的沥青,影响沥青薄膜厚度。

2)搞清楚材料几种密度、吸水率的概念

对于没有孔的均质材料来说,测定的密度只有一种。但是对于工程所采用集料,及测定方法的不同,便衍生出各种各样的“密度”来。

3)对于高等级公路上面层,粗集料还应检验石料的磨光值。——抵抗轮胎磨光的能力。

4)要注意粗集料的规格与形状,粗集料应具有棱角、近似立方体,表面粗糙

5)破碎工艺要规范

要具备出渣口和除尘装置(含泥量、粉尘含量)

细集料应注意问题:机制砂是优质的细集料

关于砂子与石屑: 

石屑是石料破碎过程中表面剥落或撞下的棱角、细粉。粉尘含量很多,强度很低,扁片及碎土比例很大,且施工性能较差,不易压实,路面残留空隙率大。

天然砂中,石英较多,与沥青往往有较好的耐久性,但是与沥青粘附性较差,且呈浑圆状,使用太多时对高温稳定性不利;但施工时易压实。

规范对石屑要求较高:0.075mm通过率不得超过10%,所以,对石屑的掺量没有具体限制,但限制天然砂不超过20%。

如果粗集料是在花岗岩粗集料,石屑不能采用同一石料破碎的,要采用石灰石石屑。

机制砂的生产:

机制砂应采用优质石料,用专用制砂机进行生产。首先采用破碎机将石料加工成20~40mm的粗集料,经过反复筛选得到合格的粗集料,再利用制砂机将粗集料加工制成合格的机制砂。

生产机制砂的集料应该洁净,集料符合公路沥青路面使用要求。

必须安装除尘设备

2.36mm通过率控制在85%左右,0.075mm通过率低于10%

2.1.2 矿料配合比设计:

电子表格法

(2)合成级配曲线呈“S”形——抬头挺尾” 

                 减少公称最大粒径附近集料的用量;

                 减少0.6mm筛孔左右细料的用量;

(3) 曲线应顺畅

合成级配曲线应接近连续的或合理的间断级配,不应过多的犬牙交错。当经过再三调整,仍有两个以上的筛孔超出级配范围时,必须对原材料进行调整或更换原材料重新试验。

(4)施工性能良好

包括拌和、摊铺、碾压等性能,避免混合料离析.

(5)确定矿料配比的捷径

 a.参考当地成功的同类型混合料配合比,预估最佳油石比;

 b.确定矿料的初步配合比例;

 c.制作一组试件,实测空隙率,经过反复调整直至空隙率满足设计要求;

 d.制作5个油石比的试件,测定有关马歇尔指标值,最终将油石比定下来。

2.1.3 确定最佳油石比——马歇尔法

要注意的问题

(1)各个环节的试验温度

(2)试件成型时的细节

(3)理论密度的确定方法

2.1.4 配合比检验

检验项目:        ●动稳定度

                      ●水稳性

                      ●低温弯曲

                      ●渗水性

       路面的破坏模式有多种,车辙、水损坏排在首位。

   混合料的抗车辙、水损坏的能力通过混合料的室内模拟试验来评价。

   规范规定“必须”进行这两项检验,因此属于强制检验项目。

2.2 生产配合比设计

生产配合比调整的目的

计算各冷料仓的设计流量

冷料仓流量的调整

确定各热料仓矿料配合比例

确定生产油石比

2.2.1 目的

确定各热料仓矿料的配合比例。

冷料仓不同规格的集料,按目标配合比例确定的流量进入烘干鼓,烘干并加热到拌和要求的温度,提升到拌和楼上过筛后,按粒径大小分别储存在各热料仓。

拌料时,需要将各热料仓矿料的配合比例输入拌和楼控制系统,拌合楼才能按比例控制拌料。

2.2.2 确定各热料仓矿料配合比例

 使用间歇式拌和机,须从各热料仓中取样进行筛分,根据筛分结果再进行矿料配比计算,决定各热料仓的供料比例。

①  选择振动筛

② 按确定的各冷料仓小皮带转速启动冷料仓卸料;

③ 启动大型水平皮带运输机运料;

④ 启动烘干筒工作;

⑤ 启动拌和楼内各筛工作,至各热料仓内有足够料为止;

⑥ 打开各热料仓,冷却后分别取样进行筛分试验;

⑦ 确定各热料仓配合比例

⑧干拌验证(0.075mm筛孔为±1,其余筛孔为±2%)

2.2.3 确定沥青用量  

以目标配合比的最佳沥青用量、±0.3%(或±0.5%),共成型三个沥青用量的马歇尔试件

方法1:

取空隙率中值与饱和度下限对应的沥青用量的平均值:

对于重交通道路密级配沥青混合料,可以由生产配合比的沥青用量与空隙率关系曲线,取空隙率中值对应的沥青用量A1;由沥青用量和饱和度关系曲线,取饱和度下限对应的沥青用量A2,以A1 和A2的平均值作为生产配合比的沥青用量。

方法2:     

以目标配合比设计油石比对应的空隙率确定生产配合比的油石比(相同空隙率方法)

当目标配合比试验结果与现场结果有差异时,不能脱离试验结果确定油石比,一般以目标配合比设计油石比的空隙率为依据,确定生产配合比的油石比.即将生产配合比的沥青用量与空隙率关系曲线和目标配合比的沥青用量与空隙率关系曲线划在同一坐标图上,按空隙率相等的原则确定生产配合比的沥青用量。

方法3:按照与目标配合比相同的方法

    OAC1、OAC2、OAC

3 施工前的各项准备工作

1 石料到位:至少提前5日到达指定的拌和站

2 拌和站的运行情况检查:至少提前3日排除隐形故障,保证连续施工

3 拌和站筛网的选择:3-4mm、6mm、11mm、16mm等

4 摊铺机到位,至少提前1日到位,以备试运行或铺筑试验段

5 SBS改性沥青可提前1天到位,改性乳化沥青:为保证最佳施工温度,最好提前1天到达。需根据时间协调

6 配套设备准备:上料铲车、运料车、钢轮和胶轮压路机、胶轮上涂刷的菜油

7 生产配合比的确定:提前1~2日调试拌和楼,确定生产配合比

8 铣铇的路面表面平整,与老路面的衔接处涂刷粘层油

9 施工前组织会议:组织分工、落实到人、统一协调

4 铺筑试验路

按试拌确定的热料仓配合比拌料,铺筑试验路,确定以下施工工艺参数:

 (1)混合料出厂、摊铺、碾压温度;

 (2)松铺厚度,摊铺速度;

 (3)复压机械组合及碾压遍数(根据压实度);

 (4)运输车辆的配备;

 (5)前后场施工组织管理等。

4.1 试拌

在正式铺筑试验路前,按确定的热料仓配合比例先试拌2~3盘料(取样后废弃),确定拌和温度、时间等拌和参数,并进行抽提、马歇尔、车辙等试验,检查各项指标是否符合设计要求,必要时应对生产配合比进行必要的调整,再进行试拌,直至符合要求。 

4.2 试铺

按试拌确定的热料仓配合比拌料,铺筑试验路,试验路应至少有2种或以上的试验方案,确定以下施工工艺参数:

 (1)混合料出厂、摊铺、碾压温度;

 (2)松铺厚度,摊铺速度;

 (3)复压机械组合及碾压遍数(根据压实度);

 (4)运输车辆的配备;

 (5)前后场施工组织管理等。

SBS改性沥青混合料摊铺最低温度

4.3   试验检测

(1)抽提试验

  检查矿料级配和油石比是否与目标配合比吻合。

(2)马歇尔试验

  检查各项马歇尔值是否满足设计要求。

(3)压实度试验

检查压实层厚度是否满足设计要求,压实度是否满足规范要求,并根据压实度提出最佳机械组合。

(4)渗水试验

检查渗水系数是否满足规范要求,混合料摊铺有无离析现象,及严重程度。

5.施工接缝

5.1 纵向接缝   

(1)为了保证纵向接缝为热接缝,两台摊铺机相距宜为10m~20m,整平板设置在同一水平。

(2)特殊情况采用冷接时宜采用平接缝。

①施工时采用挡板或施工后应人工挖齐可形成平接缝。

②摊铺前接缝应涂上粘层油;摊铺时,搭接宽度不应大于10cm;新铺层的厚度应通过松铺系数计算获得。

③当摊铺搭接宽度合适时,可将搭接部分新摊铺的热混合料回推,在缝边形成一小的凸脊形。如果搭接材料过多,则应直接用平头铲沿缝边刮齐,刮掉的多余混合料应废弃,不得抛撒于尚未压实的热混合料上。

5.2 横向接缝——采用平接缝

(1)摊铺机在端部前一米处将熨平板稍稍抬起驶离现场,由人工将端部混合料铲除后进行碾压,横缝碾压:

(2)切除:用6m直尺检查平整度,将原先部分用人工切除并清除。将缝边的污染物擦干净并涂刷粘层沥青。

(3)摊铺:摊铺机起动前,预热熨平板,将熨平板全部落在前铺的面层上,在起步前,熨平板下垫木板,熨平板前端与切缝边对齐,在螺旋布料器下布满混合料后,摊铺机慢慢起步摊铺。

横向碾压 :

用钢轮压路机从前铺的面层上横向碾压,每次向新铺层推进10~15cm,直至将新铺层碾压密实,再进行纵向正常碾压;用6m直尺检查接缝的纵向平整度是否符合标准,否则应立即铲除重做,直至合格。

6 施工质量过程控制

原材料

混合料

碾压质量

外观质量

碾压组合方式:

对于AC-C结构推荐采用2台双钢轮压路机在前面初压和复压,2台胶轮压路机随后复压,1台双钢轮压路机在后面终压收光。1台小型振动压路机碾压左右路缘石或边角等地方。

对于SMA结构如能采用胶轮则尽量采用胶轮,如不能采用则全部采用5台钢轮碾压。

对于高墩大跨桥梁的桥面碾压采用2台振荡压路机初压和复压,2台胶轮压路机随后复压,1台双钢轮压路机在后面终压收光。 

推移现场”通常有五种原因:

(1)级配没有形成骨架结构,细集料偏多。应调整级配,SMA对此非常敏感;

(2)碾压温度过高。应降低到正常温度碾压;

(3)油石比过大。应及时调整;

(4)桥面薄层铺装下层采用振动碾压宜出现推移。应采用静压和胶轮碾压,且增加碾压遍数以满足压实度。

(5)长大纵坡振动碾压易出现推移,应降低碾压速度,多采用静压和胶轮碾压,且增加碾压遍数以满足压实度。 

“微裂缝现象”通常有三种原因:

(1)低温过分振动碾压或桥面振动碾压,低温下禁止振动碾压,宜采用胶轮搓揉碾压以消除微裂缝;

(2)油石比过小,应及时调整;

(3)由于“推移现象”连带产生的。

面层质量控制(过程控制):

沥青厂——派驻监理

沥青车——软化点检测合格后才能卸车

石料场——派驻监理

石料车——目测合格才能卸车

拌和楼后场——控制室监理

摊铺前场——旁站监理

试验室——全程旁站、独立复核

总监办成立路面专班——总监负责       以试验室为主的

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