-25粗粒呢式沥青混凝土面层施工技术研究.doc
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1、Sup-25 粗粒式粗粒式沥沥青混凝土面青混凝土面层层施工技施工技术术研究研究 技技 术术 报报 告告 中铁十局集团第二工程有限公司中铁十局集团第二工程有限公司 二二一三年十二月一三年十二月 1 目目 录录 第一章第一章 SUP-25 沥沥青混合料青混合料设计设计方法及方法及评评价研究价研究.- 1 - 1.1.技术方案论证和技术特征技术方案论证和技术特征.- 1 - 1.1 技技术术方案方案论证论证- 1 - 1.2 技技术术特征特征- 1 - 2.2.应用技术领域和技术原理应用技术领域和技术原理.- 1 - 3.3.技术性能指标技术性能指标.- 1 - 4.4.设计原则设计原则.- 1 -
2、 5.5.配合比设计流程配合比设计流程.- 1 - 6.6.原材料选用原材料选用.- 1 - 6.1 粗集料粗集料- 1 - 6.2 细细集料集料- 1 - 6.3 矿矿粉粉- 1 - 6.4 沥沥青青- 1 - 7.7.配合比设计配合比设计.- 1 - 7.1 主要主要试验仪试验仪器器- 1 - 7.2 配合比配合比级级配配选择选择- 1 - 7.3 选择设计级选择设计级配的配的沥沥青用量青用量- 1 - 7.4 设计设计油石比混合料体油石比混合料体积积性性质验证质验证- 1 - 2 7.5 设计设计混合料的水敏性和高温性混合料的水敏性和高温性评评价价- 1 - 7.6 设计结设计结果果-
3、1 - 8.8.生产配合比调试生产配合比调试.- 1 - 9.9.结论结论.- 1 - 第二章第二章 SUP-25 沥沥青路面施工工青路面施工工艺艺.- 1 - 1.1.施工方案施工方案.- 1 - 2.2.施工方法施工方法.- 1 - 2.1 施工准施工准备备- 1 - 2.2 沥沥青混合料的拌和青混合料的拌和- 1 - 2.3 沥沥青混合料的运青混合料的运输输- 1 - 2.4 混合料的混合料的摊铺摊铺- 1 - 2.5 混合料的碾混合料的碾压压- 1 - 2.6 施工施工缝缝的的处处理理- 1 - 2.7 现场质现场质量量检测检测- 1 - 3.3. SUP-25SUP-25 与与 AC
4、-25AC-25 的高温性能比较的高温性能比较.- 1 - 4.4.结论结论.- 1 - 第一章第一章 Sup-25 沥沥青混合料青混合料设计设计方法及方法及评评价研究价研究 1.技术方案论证和技术特征 1.1 技技术术方案方案论证论证 1)应用骨架密实结构理论、采用旋转压实仪成型试件,提出配合比 体积设计方法,通过计算机模拟合成技术,调整混合料配合比的级配, 进行验证、外委检测,以求配合比最优化; 2)采用新型的先进试验、检测仪器,建立原材料检控系统以及对 摊铺路面进行全方位跟踪检控系统,确保工艺合理、路用性能最佳。 3)采用方案比选法,通过试验路段铺筑检验,确立最佳的施工工 艺,编制工艺实
5、施细则。 1.2 技技术术特征特征 1)集料级配限制区界限和控制点界限,配合比体积设计方法。 2)模拟沥青路面在预测运营时的温度和老化条件进行沥青测试, 针对项目的重要程度,采用不断增加试验严酷程度和分析的严密性, 为路面项目提供优越的混合料,使路面结构受力、变形更为协调,减 少路面损害。 3)要求对沥青混合料高温稳定性和抗水损害性能的验证,从而提 高 Superpave 抗高温性能与抗水害能力。这也正是 Superpave 与通常 沥青混合料的不同之处。 4)减少车辙、抵御重型车辆较大轮压、减少沥青用量,提高经济性。 5)Superpave 沥青规范中提别强调了沥青的路用性能,配合比设 计时
6、,全面考虑了高温、低温、疲劳和老化。在沥青等级选择时还将交 通量和车辆行驶速度等综合进行了考虑。因此,它对于特定工程的沥 青选择需要“量身定做”。 2.应用技术领域和技术原理 利用美国公路战略计划(SHRP)的重要研究成果,开发了一套全 新的试验设备和方法,并建立了沥青结合料和混合料规范的新体系;从 根本上改变了现行试验方法和规范的纯经验性质,从而避免了由此带 - 2 - 来的局限性。 Superpave 沥青结合料和沥青混合料规范的新体系,是力图将室内 试验方法与指标同沥青路面的野外现场性能建立起直接的联系,通过 控制高温车辙、低温开裂和疲劳开裂来达到全面改进路面性能的目的, 有助于解决我国
7、沥青路面早期损坏问题。 具体做法是采用“沥青胶结料性能规范(PG 规范)。不仅注意到原 样沥青的性能,更重视短期和长期老化后的性能”。严格规定了集料的 共同性和料源特性,利用体积分析方法,结合骨架密实结构理论、采 用旋转压实仪成型试件,马歇尔方法验证,0.45 次方曲线图等手段实 现 Sup-25 混合料的配合比设计。 3.技术性能指标 1)编写出 Sup-25 粗粒式沥青混凝土面层配合比设计及工艺研究 成果资料。 2)确定设计空隙率、提出 Sup-25 混合料试件成型方法、最佳油石 比的选定。 3)Sup-25 混合料的路用性能:包括高温稳定性、低温抗裂性、水 稳定性、抗渗水性和抗疲劳性。
8、4)在以上研究的基础上,进一步通过理论分析、室内外试验,并 结合实体工程铺筑试验路,对施工技术、质量控制指标等进行全面、 系统的研究,形成一套完整的大浏高速公路 Sup-25 施工技术。 4.设计原则 Superpave 沥青级配结构是骨架密实型,必须采用旋转压实仪成 型试件。因传统的马歇尔沥青成型试验采用落锤冲击成型,相对与目 前大吨位压路机而言,压实作用不够,单纯增加落锤次数并不能提高 压实效果,而且还可能使石料产生击碎现象。同时,当矿料粒径较大 时,与标准马歇尔试验仪的模筒直径 101.6mm 不相适应。而采用旋转 压实仪具有以下优越性: 旋转压实仪在压实过程中,通过设定的旋转角度、旋转
9、次数, 在液压静荷载的作用下,使试件达到均匀揉搓挤实,能模拟实际碾压 - 3 - 工况。使室内压实度检测指标与现场控制压实度相匹配。 旋转压实仪的力值,压头位移旋转次数和旋转角度等数据都能 显示在显示屏上,且可以通过 USP 接口导出或打印。数据采集非常便 利。 旋转压实方式可以测试沥青混合料的可压实性,以识别其是否 稳定,从而避免沥青路面在未到达碾压稳定状况前开始负荷交通,造 成变形严重,形成早期病害。 在不同沥青用量的条件下,旋转压实方法较马歇尔击实要稳定 一些。也就是说,沥青含量的变化对旋转压实的影响较少一些,而对 马歇尔击实的影响较明显。这是由于旋转压实对混合料产生揉搓碾压 作用,在试
10、验的工程中,有利于集料之间的搓动,从而使集料有重新 排列的过程。旋转压实的机械作用和沥青都是集料不断密实的原因。 而马歇尔击实的过程中,当沥青含量不足时,石料的搓动会很少,不 利于产生集料的重新排列,只有当沥青含量增加时,集料的相对移动 才可能发生。所以沥青含量对马歇尔击实试件的影响比旋转压实仪的 影响要大。 Superpave 混合料在沥青材料选择上,充分考虑了沥青的路用性 能:不仅需要验证沥青的高温、低温、疲劳和老化指标,还综合考虑了 交通量及行车速度。因此,对于特定的工程项目而言,Superpave 混合 料沥青的选择需要“量体裁衣”,决不可套用。 因此,我们不难看出 Superpave
11、 级配比常规的 AC 级配的设计方 面更科学,更能模拟实际碾压的效果。 在配合比设计过程中,依据沥青混合料初始、设计和最大旋转压 实次数时的密实度以及在设计压实次数时的空隙率、矿料间隙率、沥 青填隙率、填料与有效沥青之比进行沥青混合料的组成设计。它在沥 青混合料组成设计时首先依据石料的性质进行级配组成设计,然后再 进行沥青用量的选择。在吸收国外先进设计方法的基础上,结合国内 研究成果进行设计。本课题以我公司承建的大围山至浏阳高速公路 24 标试验室设计的 Sup-25 沥青混合料为实例对 Superpave 沥青混合料 - 4 - 设计方法进行探讨。 5.配合比设计流程 Sup-25 设计流程
12、按图 1 步骤进行。 图 1 Sup-25 配比设计流程图 6.原材料选用 由于沥青混合料的技术性质在很大程度上取决于集料间的组成, 各种不同的级配可形成不同的空隙率而产生的不同路用性能指标。兼 之在湖南省没有大面积施工的实践经验,所以在原材料及配合比的设 计上要认真执行规范上的各种要求。 6.1 粗集料粗集料 集料规格划分的越细,越能更好地调整级配,同时拌和站冷料仓 的比例也容易控制,但受料仓数量一般限制为 45 挡。本项目粗集料 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 - 5 - 厂家采用筛孔规格为:1#筛 2
13、830mm、2#筛 22mm、3#筛 15mm、4# 筛 67mm、5#筛 34mm 五种规格,现场按(1#料 31.519mm)、2# 料(1913.2mm)、3#料(13.24.75mm)、4#料(4.752.36mm)4 档备料, 产地均为浏阳市狮岩碎石厂生产的石灰岩碎石,与沥青的粘附性为 5 级。粗集料的各项试验指标见表 1。 表 1 粗集料的技术指标 指 标要 求单 位技术要求实测指标 石料压碎值不大于%2423.4 洛杉矶磨耗值不大于%2819.0 坚固性不大于%123.0 针片状不大于%159.7、8.2、12.3 小于 0.075 颗料含量不大于%1.00.4、0.2、0.2、
14、0.3 软石含量不大于%3.01.3 与沥青的粘附力大于等于级45 由于 Sup-25 沥青采用旋转压实仪 成型试件,实际施工碾压时通常采用大 功率的双钢轮压路机,所以在选择粗级 料时,要求采用石质坚硬、清洁、不含 风化颗粒、近立方体颗粒的碎石,严格 控制细长扁平颗粒的含量。建议采用反 击式破碎机轧制碎石,这样在施工中才 不致与有过多的骨料压碎,使沥青路面 表面产生花白现象。 料仓料仓 6.2 细细集料集料 细集料要求坚硬、洁净、干燥、无风花、无杂质并有适当级配的细 集料,同时满足 JTGF422005 规范要求。本项目所用细集料选用浏 阳市狮岩碎石厂生产的石屑。具体各项指标见表 2。 考虑到
15、细集料在生产过程中容易混杂风化石、泥土造成软弱颗粒 含量、含泥量增大,从而影响细集料与沥青的粘附性,我部在材料进场 - 6 - 前会同监理一同考查了料场,同时在进场过程中派驻专人在料场控制 石屑的母材质量,监督生产过程,确保进场石屑质量,以有效降低沥 青用量。这样本项目在进场以后就很好的控制了细集料的质量。 表 2 石屑的技术指标 试验项目 砂当量 (%) 棱角性 (s) 表观密度 (g/cm) 毛体积密度 (g/cm) 规范指标60302.5/ 实测指标6748.02.6932.600 6.3 矿矿粉粉 由于矿粉细度大小直接影响到填料的比表面积。大粒径沥青砼的 细集料偏小,而各规格骨料之间的
16、粘聚性靠矿粉比表面积增大与沥青 形成沥青胶结物质使沥青膜增厚,才能更好的提高沥青砼路面的防水 性能。所以我们在矿粉方面严格控制了它的细度指标。采用在浏阳市 东南建材厂经过磨细的石灰岩矿粉。拌和站回收的粉尘一律经过加水 排放,不作为矿料的一部分回收使用。矿粉的质量指标见表 3。 表 3 矿粉质量指标 试验项目试验结果技术要求备注 表观密度(g/cm)2.6692.5 表观相对密度2.674/ 塑性指数3.24 0.6mm(%)100100 0.15mm(%)97.290100粒度范围 0.075mm(%)82.875100 亲水系数0.751 6.4 沥沥青青 在 Sup-25 下面层沥青全部采
17、用中海油(泰州)50#基质石油沥青, 沥青的各项指标见附表 4。 表 4 沥青技术指标要求 试验项目实测指标规范要求备注 - 7 - 针入度(25,100g,5s) (0.1mm)514060 针入度指数 PI(15,25,30) 0.661.5+1.0 延度(5cm/mim,5) (cm)10080 软化点(TRB) ()54.550 动力粘度(60) (Pa.S)399.3220 溶解度(%)99.5999.5 闪点()294260 蜡含量(%)1.82.2 质量变化(%)0.0080.8 残留针入度(25) (%) 64.763 旋转薄膜 加热试验 残留延度(5) (cm)1610 7.
18、配合比设计 7.1 主要主要试验仪试验仪器器 在配合比设计及后期施工控制中 采用旋转压实仪成型试件(如右图所示) ,采用马歇尔试验方法进行检验,需要 的主要仪器有旋转压实仪器、马歇尔电 动击实仪、马歇尔稳定度仪、混合料拌 和机、点子天平、沥青薄膜烘箱、低温 冰箱、洛杉矶磨耗仪、针入度仪、软化 点仪、延度仪、理论密度仪、车辙仪、恒 温水浴等。 旋转压实试验旋转压实试验 7.2 配合比配合比级级配配选择选择 1)集料级配选择 在各项原材料选定后,依据 Superpave 设计的一般方法,其沥青 混合料级配应满足表 5 和表 6 要求的情况下,首先调试、选出粗、中、 细三个级配。根据集料的性能指标,
19、计算出三个级配的初始沥青用量。 然后用初始沥青用量成型试件,根据试验结果,计算出这三个级配的 沥青混合料在空隙率为 4%时所需的沥青用量及相应的沥青混合料其 - 8 - 他体积性质,矿料间隙率(VMA)、饱和度(VFA)、矿粉与有效沥青之 比(F/A)、初始旋转次数的压实度等。其级配试验结果如表 7 至表 9 所 示。 表 5 Sup25 设计集料级配限制区界限 筛孔尺寸(mm) 限制区范围(通过率%) 0.30.61.182.364.75 最小11.413.618.126.839.5 最大11.417.624.130.839.5 表 6 Sup25 设计集料级配控制点界限 筛孔尺寸(mm)
20、控制点范围(通过率%) 25192.360.075 最小9090191 最大100/457 表 7 确定试验级配组成 矿料细级配中级配粗级配 1#172022 2#181920 3#242323 4#131311 5#2522.522 矿粉32.52 表 8 试验混合物级配明细表 通过率(%) 筛孔尺寸 细级配中级配粗级配 31.5100100100 26.598.39897.8 1982.879.978 1673.57067.5 13.265.461.158.6 - 9 - 筛孔尺寸 通过率(%) 细级配中级配粗级配 9.554.951.348.3 4.7540.937.935 2.3626
21、.72422.9 1.1817.415.514.7 0.613.211.711 0.37.36.45.8 0.155.44.74.2 0.0754.54.03.5 图 2 初选三种级配曲线 表 9 估算沥青用量汇总表 试验级配rsarsbrseVbaVbeWsPbi(%) 细级配2.7082.6672.6990.0100.082.2743.885 中级配2.7092.6692.7000.0100.082.2753.879 粗级配2.7092.6702.7010.0100.082.2763.868 表中:rsa级配集料表观相对密度; rsb级配集料毛体积相对密度; Sup20级配曲线 0 10
22、20 30 40 50 60 70 80 90 100 筛孔尺寸(mm) 通过率(%) 级配1 级配2 级配3 限制区 控制点 0.075 0.15 0.3 0.6 1.18 2.36 4.75 9.5 13.2 16 19 26.5 - 10 - rse级配集料有效相对密度; Vba集料吸收的沥青胶结料体积; Vbe有效沥青胶结料的体积; Ws每立方厘 m 混合料中集料质量; Pbi估算沥青用量。 2)试验级配的评价 根据各个级配的估算沥青用量,选用 3.9%的沥青用量,采用旋转 压实仪成型试件,根据本项目预测交通量水平,选择压实次数 N 最初 =8 次,N 设计=100 次,N 最大=16
23、0 次,将旋转压实次数设定在 N 设 计,即本次试验为 100 次,估算沥青用量下各级配旋转压实试验结果 汇总如表 10: 表 10 三种试验级配旋转压实试验结果 细级配中级配粗级配 压实次数 1#2#1#2#1#2# N 初始(mm) 125.7125.5126.8127.0127.6127.8 N 设计(mm) 110.4110.5111.2111.3111.9112.0 干质量(g) 4682.34676.84645.74670.84674.94688.7 水中重(g) 2781.22775.32747.62772.32771.92785.2 表干质量 (g) 4696.34689.74
24、656.34693.64702.14719.5 毛体积相对密 度(g/cm3) 2.4452.4432.4342.4312.4222.424 初始压实度 (%) 84.9584.1783.79 设计次数压实 度(%) 96.6096.0195.58 最大理论相对 密度 (g/cm3) 2.5302.5332.535 表 11 三种级配估算沥青用量试验结果评价表 级配空隙率(%)VMA(%)VFA(%)F/AN 初始 细3.411.971.41.285.0 中4.012.467.71.084.2 - 11 - 级配空隙率(%)VMA(%)VFA(%)F/AN 初始 粗4.412.865.60.9
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