沥青混凝土路面双层摊铺技术.docx

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沥青混凝土路面双层摊铺技术

沥青路面双层摊铺技术

孔德锋（济南力拓工程机械有限公司）

王琳（山东路桥集团有限公司工程设计咨询公司）

1前言

随着公路交通量日益增长，车辆大型化及重载车的比例不断增加，汽车对路面的破坏作用越来越明显，而公路的各结构层都有其设计使用寿命，但目前都很难达到其设计寿命。

因此交通对道路结构的强度和稳定性能要求也随之提高。

为了能够满足社会经济发展水平和日益增长的交通运输需求，一个具有高承载能力的公路网是市场经济发展的前提。

用在公路新建、扩建和维修费用上财政资金的提高是绝不可能满足交通运输的需求。

为了尽可能地解决这个矛盾，道路的使用寿命必须相应地提高。

戴纳派克提出了一种革命性的摊铺工艺—沥青混合料双层摊铺，即离开传统的沥青混合料道路施工工艺，采用一种新的铺筑技术来改变沥青层的结构，采用戴纳派克双层沥青摊铺技术设备，在同一施工过程中同时摊铺上下两层不同类型的两种沥青混合料，其主要原理是提高密实度和相对减少磨耗层的沥青用量从而降低生产成本，节约施工时间，提高工程进度和质量，且提高路面使用寿命。

2沥青路面破坏的原因分析

沥青路面由于行车荷载的反复作用和环境因素的不断影响，经过一段时间的使用，便会产生破坏而失去原有的使用能力。

沥青路面所用的矿料质软和粒径规格不符合要求，以及施工中摊铺压实质量达不到要求，往往由于强度不足和劈裂作用使矿料压碎导致路面破坏。

夏季高温时，沥青材料粘滞度降低，在荷载作用下，可能使路面表面造成泛油。

也可能沥青材料与矿料一起被挤动而引起面层车辙、推挤、波浪等变形破坏。

在冬季低温下，沥青材料会由于收缩作用而产生脆裂破坏。

在水分和温度作用下，沥青材料与矿料间的粘结力降低，沥青面层就会出现松散、剥落等破坏。

2.1高温稳定性不足

沥青路面的高温稳定性习惯上指沥青混合料在荷载作用下抵抗永久变形的能力。

沥青路面的强度与刚度随温度的升高而显著下降，从而产生波浪、推移、拥抱、车辙等病害。

其中

车辙是沥青路面高温稳定性差的主要表现形式。

随着交通量的不断增长和车辆行驶的渠化，沥青路面在行车荷载的反复作用下，会由于永久变形的积累而导致路表面出现车辙，致使路表过量变形，影响路面的平整度；轨迹处沥青层厚度减薄，削弱了面层及路面结构的整体强度，从而易于诱发其它病害；雨天会因车辙内积水而导致车辆飘滑，影响行车安全。

可见车辙的产生严重影响路面的使用寿命和服务质量。

影响车辙的主要因素除沥青的性质、矿质材料的性质、沥青混合料的塑性等内在因素外，压实度是影响车辙大小的一个重要的外部因素。

沥青路面的碾压目的，就是提高混合料的密度，减少铺层材料间的空隙率，使路面达到规定的密实度，提高沥青路面的抗老化、高温抗车辙、低温抗裂纹、耐疲劳破坏以及抗水剥离等能力。

图1的试验表明了压实度对车辙的影响。

试验得出提高1％的压实度，可减少15～20％的车辙深度。

因此把目前规定的最小压实度97％提高到100％是非常必要的。

（车辙实验图示）

图260°C空气温度时采用沥青标号为80（70/100）的沥青混凝土0/11S车辙试验

2.2低温裂缝与沥青路面老化

随着温度的降低，沥青混合料的变形能力明显下降，并出现脆性破坏，从而造成其低温开裂。

进而发展为网裂、龟裂致使路面很快产生结构破坏。

沥青混合料在拌和、摊铺和压实过程中除了热状态下的硬化外，也在冷的状态下老化。

一旦软化点达到70°C左右，紫外线和氧气就

会与石油沥青发生聚合及氧化反应，因而过高

的沥青用量，易引起上面层中沥青的氧化作用。

沥青混合料的空隙率是影响沥青老化的主要因

素：

•在较差压实（空隙率为6-9%体积比）情况下，

路面沥青每年变硬2-4°C（软化点提高）图2低温裂缝

•在很好压实（空隙率为2-4%体积比）情况下，路面沥青每年变硬0.3-0.5°C（软化点提高）

为在实际使用中防止常常发生的沥青较快老化的现象，很有必要在铺筑期间把空隙率控制在不大于4%体积比。

这就要求把压实度提高到≥100%。

2.3沥青从矿石表面剥落

沥青应当持久地与矿料相互粘结。

因水对矿物材料的亲和性要比沥青对矿物材料的亲和性大得多，从而阻断沥青与矿料表面的相互粘结，使沥青与矿料表面的接触角减小，结果沥青从矿料表面剥落而导致联结中断和物质损失。

众所周知，沥青混合料在孔隙率小於3%体积比时是不透水的。

这就再次表明，沥青混合料上面层要至少达到100%压实度，这样水就不能浸入到沥青混合料中。

2.4接缝处的裂缝

道路修复常常在保持交通通行的情况下进行。

沥青混合料边缘部位总是很快就冷却而不能被压实，以致提高了它的孔隙率。

在铺筑第二条车道时，沥青混合料的热量大多不能使冷接触面充分熔化并被压实。

结果是：

•冬季缩裂使接缝处隆起

•水稳定性大大降低

•加快了沥青的氧化及低温裂缝的产生

避免这种损坏的有效方法是无接缝摊铺，也就是说整幅铺筑。

图3接缝处开裂

2.5泛油

泛油多是由于混合料中沥青用量偏多，沥青稠度太低，等原因引起，或是由于交通荷载作用使混合料内集料不断挤紧、空隙率减小，最终将沥青挤压到路表面。

在潮湿气候是泛油路面的抗滑能力极差。

2.6没有功能效应的面层结构

路面出现功能性破坏，修复时常常通过加铺新沥青层来加固,就是说，原来的上面层起着沥青混合料联结层（中面层）或承载层（下面层）作用。

但其沥青用量完全不适合新的路面使用性能，而是用量太高。

这样通常会比加铺前引起更大的变形。

3双层摊铺的施工工艺

双层摊铺是把沥青路面的上面层和中面层两种不同组成的沥青混合料用一个双层摊铺机分层一次完成摊铺作业的施工过程。

其上面层厚度可以减少到2CM厚。

其主要原理是：

提高路面压实度和相对减少面层沥青用量，这种沥青混合料铺筑方式能使路面结构更好地承受重交通荷载，确实达到防水并减少沥青的老化。

由于双倍的沥青面层厚度使铺筑时间间隔延长到完成压实的理想的时间。

图5沥青标号为50/70的沥青混凝土0/11的压实试验与混合料温度的关系

试验表明了沥青混合料的温度对密实度及空隙率有极大的影响。

比如在150°C时沥青混合料只需要1/3的能量（马歇尔锤打击次数）就能达到密实，也就是说能满足100%的密实度和3%的空隙率。

当沥青混合料冷却到100°C时，达到密实需要3倍以上的能量（打击次数），这样也只能获得95%的密实度和7%以上的空隙率。

由此可见温度与质量损失密切相关。

在实际施工中这种情况常出现在不利的天气条件下，通过进一步的试验证明，密实度提高1%可以相对改善力学性能的15%。

复合式沥青混合料具有普通情况下铺筑的沥青混合料所无法达到的优点：

在同样的压实工作量下提高密实度；尽量提高稳定性；获得一个不透水和不透气的薄面层；在不利天气情况下提高摊铺的安全性；缩短铺筑时间；减少层次联结的薄弱点。

这些性能的改善类似于用来改善交通安全性和减少噪音而铺筑的排水沥青混合料。

在日本数目众多的这类建筑措施就证明了这点。

3.1沥青混合料的拌和

由于上面层和中面层两种不同的沥青混合料同时摊铺，因而采用两台拌和机同时生产出两种混合料，拌和过程同普通沥青混合料，参照《公路沥青路面施工技术规范》。

3.2沥青混合料的摊铺

3.2.1双层沥青摊铺机的构造与调整

沥青混合料双层摊铺是采用双层摊铺机，是由两个交错安装在一起的路面摊铺机组成，具体组成：

二个混合料斗；二个运输装置；二个螺旋布料器；二个熨平板。

该摊铺机除具有普通摊铺机所具有的自动调节厚度、找平装置和可加热的熨平板，还包括一个高效率的物料转运车，该物料转运车可交替地把不同沥青混合料从运输车运送到两个混合料斗中。

摊铺工作开始前，用首先调节熨平板的高度和仰角，并进行试铺以保证摊铺时的松铺厚度。

摊铺机的行走速度应充分考虑供料速度和摊铺质量，根据拌和机和运料车的供料速度以及摊铺厚度和宽度，计算出保证连续施工的最大行走速度。

但行走速度不易过快，以避免使螺旋布料器的效率降低，材料分布不均，致使出现离析等现象；并且由于单位面积上振动梁的振动次数减少，使初始压实度降低。

因而应根据试铺段的实际效果确定双层摊铺机的行走速度，且在摊铺过程中不得随意改变行走速度或中途停车。

摊铺施工与质量检验

两种不同的沥青混合料运料车行至摊铺地点后应凭运料单接收，并检查拌和质量，区分混合料种类。

首先运料车将中（下）面层沥青混合料卸入沥青转运车，转运车将混合料填满摊铺机的中（下）面层料斗，然后转运车改变位置，将上面层（磨耗层）运料车卸入的上面层（磨耗层）混合料运送到摊铺机上面的上位料斗并填满料斗，这样两个沥青层在一个流程中就可以摊铺完毕。

铺筑沥青混合料前，应检查确认下承层的质量。

高速公路和一级公路施工气温低于10°时，不宜摊铺热拌沥青混合料。

摊铺机必须调整好各运行部件的速度，使混合料缓慢、均匀、连续的摊铺。

未压实混合料的表面结构无论是纵向还是横向都应均匀、密实和平整，无撕裂、小波浪、局部粗糙、拉沟等现象，同时应经常检测松铺厚度。

复合式沥青混合料铺筑设备简图

复合式沥青混合料铺筑设备全貌

3.3沥青混合料的压实

压实是沥青路面施工的最后一道重要工序，其目的是提高沥青混合料的强度、稳定性和密实度，是路面施工的核心。

小型压路机直接用在摊铺机的后面，用于双层沥青摊铺的初步压实，小型压路机只能采用静态模式，以便在振动压实之前稳固厚厚的沥青层。

大型振动压路机在小型压路机之后使用以便达到必要的压实效果。

由于不同组成的沥青混合料同时摊铺产生了一个厚厚的沥青混合料叠层，它将非常缓慢地冷却，并首次利用下一层的余热。

在较高的沥青混合料温度下完成最终压实，有较长的碾压时间，由此可在同样碾压工作下提高至少3%的压实度。

这种沥青混合料铺筑方式因此较少受天气影响。

图12表示了在60°C空气温度下经过192000次转动的车辙试验结果。

4双层摊铺的优点及不足

双层摊铺把易受变形影响的上面层由4cm减少到2cm以及上，中面层所获得的较高压实度，使路面的变形稳定性相应地提高（50-70%）。

较好的碾压获得了很小的空隙率，因此水（剥落）和空气（老化）的负面影响大大减少。

由于两层一起铺筑使施工时间大大减少，从而缩短了施工工期，加快工程进度。

因为压实度提高了，可使道路使用寿命提高。

这会使公路管理部门在经济上获得相当大的益处。

建设上价格水平的影响很大程度上受铺筑面积的制约。

把费用较高的上面层混合料的节省，上面层和中面层之间起联结作用的喷涂材料的省略以及铺筑时间缩短等所有费用综合在一起考虑，该铺筑技术适用于建筑面积大于15000m²工程项目。

双层摊铺的不足在于它是一种新造价较大的铺筑技术，以及要交替运送两种不同种类的沥青混合料，由两个拌和厂提供分别提供不同规格的的沥青混合料。

5经济性

1999年在德累斯顿大学进行的关于双层沥青混合料与通常铺筑的沥青混合料中层及面层之间的经济性比较试验得出下面这些数据：

二合一沥青混合料中面层通常沥青混合料（SMA）

工资费用[元/小时]765,40365,50365,50

设备费用[元/小时]784,50285,90313,00

操作材料[元/小时]115,8053,3055,80

总计1665,70704,70734,30

效率[m2/h]2000,001800,001500,00

铺筑费用[元/m2]0,830,390,49

材料费用14,45+2,9911,565,98

+喷沥青[元/m2]0,15

产品标准[元/m2]18,2718,57

如果通常铺筑面层（4cm厚）的使用寿命为12年，那么二合一沥青混合料的使用寿命

为其2倍，即24年的使用寿命开创了一个节省新时期。

在德累斯顿大学采用的数据中，节省了下面的费用：

2.50元/m2整平，运走废料,清扫,工地安全设施

0,15元/m2喷洒乳化沥青

5,98元/m24cmSMA

0,49元/m2铺筑

9,12元/m2公司节省费用

尽管有较大的机械技术消费，这种新的铺筑方式是不昂贵的。

它将给公路管理部门带来相当大的益处。

7结论

沥青混合料铺筑方式在公路建设中占据了约市场部分的90%。

由于沥青的热塑性能与目前重交通相互关连，盛夏时导致车辙形成，冬季裂缝形成。

双层沥青摊铺方式提供了一个新的解决方法。

其目标是在不提高压实能量的情况下提高面层密实度，改善关键性的面层的性能。

这个解决方法可由减少厚度的面层与相对增加层厚的沥青混合料中面层或承载层同时共同铺筑得到。

由这个厚厚的沥青混合料整体可获得一个最佳的热量利用，该热量使更好的压实成为可能。

约2cm厚薄面层的压实度比在冷联结基础上铺筑的4cm厚面层的压实度平均高3%。

通过压实度和层厚改变给予整体的影响，双层沥青混合料提供了一个大大阻碍变形的沥青混合料层。

采用双层沥青混合料就能够做到沥青混合料的铺筑不受天气影响，铺筑时间大大缩短。

经济上的优点主要在公路管理部门。

在大约同样的建筑费用情况下与在冷的沥青混合料层上的通常铺筑相比双层沥青混合料的使用寿命至少提高一倍。

参考文献

1Prof.Dr.ElkRichter

FachhochschuleErfurtUniversityofAppliedSciences

D－99085ErfurtAltonaerStraße25

2ProkuristWilliDietrich

HermannKirchnerGmbHundCo.KGBauunternehmung,

D－36251BadHersfeld,Hermann-Kirchner-Straße6

巴塞罗那，2000年9月

3公路沥青路面设计规范（JTJ014-97）人民交通出版社1997

4公路沥青路面施工技术规范（JTJF40-2004）人民交通出版社2004

5高速公路规划与设计山西省交通厅、西安公路交通大学人民交通出版社1998