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1、沥青稳定碎石基层 ATB-25 混合料配合比设计与施工质量控制（2008 年第 3 期 总第 107 期）更新时间：2009-01-04 字体：大 中 小詹 军(福建省交通科学技术研究所，福州 350004)摘 要沥青稳定碎石基层 ATB-25 路面结构在我省重载交通上的应用尚属起步阶段。本文以龙长高速公路沥青稳定碎石基层 ATB-25 为例，对原材料要求、配合比设计、施工工艺以及质量控制等方面进行论述，以期为今后沥青稳定碎石基层 ATB-25 在我省高速公路的推广应用提供借鉴。关键词 高速公路 沥青稳定碎石基层 配合比设计 施工 质量控制 1 引言国际上绝大部分国家早在 20 世纪 70 年
2、代起，就采用柔性基层沥青稳定碎石作为重载交通路段的常用的路面结构。沥青稳定碎石属于粘弹性材料，韧性强，有一定的自愈能力，对反射裂缝有较好的抑制。在柔性基层路面结构中，基层层底的拉应力较大，在弯拉应力的反复作用下出现层底疲劳开裂的可能性也最大，因此要求具有很好的耐久性，特别具有优良的抗疲劳性能，而且作为承重层要求有一定的抗车辙能力。在路面结构中，将路面上面层设计为功能层，将中下面层、基层设计为结构的承重层。有关资料证明，柔性基层路面的破坏一般始于面层，由于面层的车辙、开裂等破坏从上到下顺序发展、延伸。对于柔性基层路面内部出现的微小裂缝往往能够自愈，而不致于象半刚性基层材料，出现裂缝后，会迅速扩展
3、，因此柔性基层的破坏是功能性破坏。与全国各地一样，福建省高速公路以往全部采用半刚性基层，往往通车没几年，许多没有达到设计年限的高速公路沥青路面出现了早期损害，沥青路面病害呈不断加剧趋势，路面使用性能急剧衰变，主车道出现了裂缝、坑槽、唧浆、沉陷、车辙等比较严重的病害，对道路和行车安全构成了严重威胁。养护部门虽已采取了多种技术措施进行路面养护，但往往是一场大雨过后，就出现大面积的裂缝、坑槽、唧浆、沉陷等病害，令养护部门应接不暇，防不胜防，造成了极大的经济损失和社会影响，也给广大道路使用者造成了极大的不便。从 2005 年开始，我省邵三高速公路沥青路面首次进行了 5km 沥青稳定碎石基层试验路研究，
4、2006 年起包括福州机场高速公路一期工程在内的我省高速公路沥青路面结构全部采用了水泥稳定碎石层+级配碎石+沥青稳定碎石基层+沥青面层这种倒装的路面结构类型。以下，就龙长高速公路沥青稳定碎石基层 ATB-25 的配合比设计及施工质量控制情况进行论述。2 工程概况福建省龙长高速公路（以下简称龙长高速公路）主线长 135.173 km，为福建省龙岩至长汀的一条双向四车道高速公路，是国家重点公路干线厦门至昆明的重要组成部分。工程地处福建西部，位于武夷山脉南麓和博平岭山脉之间，属中亚热带季风气候区，气候温和，雨量充沛。年平均气温 19，历年最高气温为 40.4，历年最低气温为-7.2，最热月的平均气温
5、为 36.1，年平均降雨量1679，无霜期 270 天，属 1-4-1 夏炎热冬温潮湿区。整体式路基横断面布置：标准路基横断面宽度 24.5m，其中中央分隔带宽度 2.0m，左侧路缘带宽度 20.5m，行车道宽度 223.75m，右侧硬路肩宽度 22.50 m，土路肩宽度 20.75m。分离式路基横断面布置：分离式路基横断面单幅宽度 12.5m，其中行车道宽度 23.75m，左侧硬路肩宽度 0.75m，右侧硬路肩宽度 2.50 m，土路肩宽度 20.75m。3 路面结构类型1997 年我省第一条高速公路泉厦高速公路原设计以路表容许弯沉值作为路面整体强度的控制指标，并对沥青砼面层及整体型材料基层
6、进行弯拉应力计算。采用三层式沥青砼面层，路面结构如下：上面层采用 4cm 沥青混凝土 AC-16，中面层采用 6cm 沥青混凝土 AC-25I ，下面层采用 6cm 厚沥青混凝土 AC-25II，下封层采用 1cm 沥青砂，其下设 30cm 5水泥稳定碎石基层和 2236cm 3水泥稳定碎石底基层。到 2003 年，福银高速公路采用的路面结构为：上面层采用 4cm 沥青混凝土 AK-16A，中面层采用6cm 沥青混凝土 AC-20I ，下面层采用 8cm 厚沥青混凝土 AC-25 I，下封层采用 1cm 预拌碎石，其下设 30cm 5水泥稳定碎石基层和 2236cm 3水泥稳定碎石底基层。到
7、2006 年，沥青路面设计的主要思想是建立以沥青层层底弯拉应变和路基土顶面压应变为控制指标。龙长高速公路针对该地区的自然地理、气候条件、路基土承载能力、材料以及交通量，充分吸收国内外先进技术，包括美国公路战略研究计划（SHRP）的重要研究成果高性能沥青路面（superpave）技术，结合防治高速公路沥青路面早期损坏的成套技术和建设的成功经验。龙长高速公路主线沥青混凝土路面由上面层、中面层和下面层组成，上面层采用 40mm 改性沥青混凝土 AC-13C，中面层采用 60mm 中粒式沥青混凝土 AC-20C，下面层采用 160mm 粗粒式沥青稳定碎石 ATB-25，其下设 160mm 级配碎石与
8、200300mm 和 320mm 3%水泥稳定碎石。下封层采用改性稀浆封层，设在水泥稳定碎石层上，在级配碎石层上采用乳化沥青透层和热沥青粘层。采用该路面结构期望能延长沥青路面的使用寿命，改善沥青路面的使用性能并减少沥青路面的后期维修费用。4 沥青稳定碎石基层 ATB-25 与 AC-25、AC-25比较以往我省沥青路面下面层多采用 AC-25和 AC-25，现从矿料级配与马歇尔试验指标方面对沥青稳定碎石基层 ATB-25 与 AC-25、AC-25进行比较。4.1 矿料级配沥青稳定碎石基层 ATB-25 与 AC-25、AC-25型矿料级配范围见表 1；ATB-25 与 AC-25矿料级配曲线
9、见图 1，ATB-25 与 AC-25矿料级配曲线见图 2。表 1 矿料级配范围图 1 ATB-25 与 AC-25矿料级配曲线比较图 2 ATB-25 与 AC-25矿料级配曲线比较由上可见：ATB-25 与 AC-25矿料级配范围基本相似，在 9.5mm 以上各档级配 ATB-25 比 AC-25略为偏粗 5 个百分点以内，在 2.36mm 以下的各档级配 ATB-25 比 AC-25略为偏细 2 个百分点；ATB-25 比 AC-25矿料级配均偏粗较多，2.36mm 以上各档级配偏粗 10 个百分点以上。4.2 马歇尔试验指标ATB-25 与 AC-25、AC-25马歇尔试验指标如表 2
10、 所示。表 2 ATB-25 与 AC-25、AC-25马歇尔试验指标由表 2 可见：ATB-25 与 AC-25的马歇尔空隙率、矿料间隙率、稳定度、流值、残留稳定度与击实次数等指标在规定要求上是一致的，主要是沥青饱和度降低了较多。ATB-25 与 AC-25则在以上指标要求上差别就更多了。综合看来，ATB-25 保留了 AC-25的骨架结构，但又结合了 AC-25密实的原则，形成了骨架密实型结构，既克服了 AC-25因沥青含量偏高、矿料级配偏细而易压实、抗车辙能力差的缺点，又克服了 AC-25因空隙率大而易产生水损害的缺点，具有柔性基层特点。5 沥青稳定碎石基层 ATB-25 设计实例5.1
11、 原材料的选择沥青稳定碎石基层 ATB-25 采用的沥青、矿料应满足福建省高速公路路面及安全设施施工标准化指南（试行）的要求，其中 70 号级沥青个别指标有所提高，即针入度为 6070（0.1），软化点要求不小于 47；集料采用大型反击式联合破碎设备加工，石料清洁无粘土块等有害物质，分 04.75mm、4.759.5mm 、9.519mm、1931.5mm 四种规格，最大粒径不超过 31.5mm。抗剥落剂为江苏文昌 TW-1 型,掺量为结合料的 0.4%，与集料的粘附性达到 4 级。 粘层与透层采用乳化沥青，桥面防水粘层与稀浆下封层采用改性乳化沥青，质量应符合规范（JTG F40-2004）有
12、关规定的技术要求。5.2 级配确定对各档矿料进行水洗筛分，其结果如表 3 所示。表 3 矿料筛分结果（通过率%）根据筛分结果，按照美国 Superpave 体积设计法进行沥青混合料设计，各矿料比例及合成级配（分别参见表 4 和表 5）作为初试级配，级配曲线见图 3。表 4 各矿料比例表 5 混合料合成级配图 3 设计级配曲线5.3 最佳沥青含量确定按上述合成级配以初试沥青含量 3.8%以及 3.80.3%，击实温度以 145分别制作马歇尔试件，并进行马歇尔试验，结果见表 6。表中马歇尔试件体积特性计算采用实测理论最大相对密度，计算理论最大相对密度作为参考。表 6 马歇尔试验结果表 6 试验结果
13、表明，沥青含量 3.8%时，混合料空隙率、沥青饱和度、矿料间隙率、稳定度与流值指标均符合规范要求,沥青含量 3.8%作为最佳沥青含量较为合适，在此基础上进行沥青混合料性能检验。5.4 沥青混合料性能检验7 和表 8 性能验证结果表明，采用沥青含量为 3.8%时，残留强度比符合规范要求，该沥青混合料具有一定的抵抗车辙的能力。表 7 沥青混合料性能检测试验结果表 8 沥青混合料旋转压实试验结果6 试验段铺筑在目标配合比设计的基础上进行生产配合比设计及试拌，并在 YK111+200 处铺筑 200m 试验段，16 cm 沥青稳定碎石分两层铺筑。6.1 沥青混合料温度控制出场温度：沥青混合料最高 16
14、6，最低 162；到场温度：沥青混合料最高 160，最低 150；摊铺温度：运到摊铺现场 5 车后开始摊铺，沥青混合料摊铺温度最高 155， 最低 150；初压温度：摊铺完 40 米后，开始稳压，沥青混合料初压温度最高 145，最低 140；终压完温度：沥青混合料终压完温度最高 100，最低 80。6.2 运输运输采用 30t 自卸车。装料前，车箱底板及周壁涂一层隔离剂，隔离剂采用油+水比例 1:3。自卸车前后移动分四次装料，防止粗、细集料离析，运输过程中加盖蓬布，以保温和避免污染。6.3 摊铺采用两台摊铺机梯队作业，熨平板采用电加温，提前 1 小时加温，摊铺机熨平板振级 4，夯锤振级 4，摊
15、铺机设定速度为：2.5m/min 左右，平均摊铺速度 2m/min。6.4 松铺系数每 20m 一个断面检测 23 个点，分别测出摊铺前高程、摊铺后高程、碾压完高程，按照（摊铺后高程摊铺前高程）/（碾压完高程摊铺前高程）计算得出松铺系数为 1.18。6.5 碾压组合初压采用 CC-522 型双钢轮振动压路机前进静压后退开振碾压一遍，初压压路机尽量紧跟摊铺机后进行,两端的折返位置随摊铺机前进而推进；复压紧跟初压后进行，先用 2 台 YL30 胶轮压路机碾压 4 遍，再用 CC522 双钢轮压路机挂强振碾压 3 遍；终压用一台 DD110 双钢轮压路机碾压 2 遍，至无明显轮迹。终压完成后温度不低
16、于 80。6.6 沥青混合料马歇尔试验结果及抽提情况沥青混合料马歇尔试验结果及抽提情况分别参见表 9 和表 10。表 9 马歇尔试验结果表 10 抽提试验结果6.7 现场检测结果试验段铺筑后第二天，现场取 12 个芯样，平均厚度 8.4cm，其中一个芯样厚度 6.4cm 不符合设计要求（要求大于 7.5 cm）；压实度共检测 12 个点，平均 98.4%；原位空隙率平均 4.5%，均符合设计要求。6.8 主要存在的问题由于骨料较大，摊铺过程中易产生离析现象； 分两层摊铺，第一层厚度不容易控制。综合以上检测结果，该试验路段铺筑成功，可以进行大面积施工。7 施工质量控制施工过程中主要对沥青混合料与芯样进行质量控制：对于沥青混合料，检测矿料级配、沥青含量、马歇尔空隙率、稳定度与
