1. 瀝青路面重要術語及特性

1.1 瀝青路面重要術語

瀝青結合料:在瀝青混合料中起膠結作用的瀝青類材料(含添加的外摻劑、改性劑等)的總稱。

乳化瀝青:石油瀝青與水在乳化劑、穩定劑等的作用下經乳化加工制得的均勻的瀝青產品,也稱瀝青乳液。

液體瀝青:用汽油、煤油、柴油等溶劑將石油瀝青稀釋而成的瀝青產品,也稱輕制瀝青或稀釋瀝青。

改性瀝青 :摻加橡膠、樹脂、高分子聚合物、天然瀝青、磨細的橡膠粉或者其他材料等外摻劑(改性劑),使瀝青或瀝青混合料的性能得以改善而制成的瀝青結合料。

改性乳化瀝青:在制作乳化瀝青的過程中同時加入聚合物膠乳,或將聚合物膠乳與乳化瀝青成品混合,或對聚合物改性瀝青進行乳化加工得到的乳化瀝青產品。

天然瀝青:石油在自然界長期受地殼擠壓、變化,并與空氣、水接觸逐漸變化而形成的、以天然狀態存在的石油瀝青,其中;煊幸欢ū壤牡V物質。按形成的環境可以分為湖瀝青、巖瀝青、海底瀝青、油頁巖等。

透層:為使瀝青面層與非瀝青材料基層結合良好,在基層上噴灑液體石油瀝青、乳化瀝青、煤瀝青而形成的透入基層表面一定深度的薄層。

粘層:為加強路面瀝青層與瀝青層之間、瀝青層與水泥混凝土路面之間的粘結而灑布的瀝青材料薄層。

封層:為封閉表面空隙、防止水分侵入而在瀝青面層或基層上鋪筑的有一定厚度的瀝青混合料薄層。鋪筑在瀝青面層表面的稱為上封層,鋪筑在瀝青面層下面、基層表面的稱為下封層。

稀漿封層:用適當級配的石屑或砂、填料(水泥、石灰、粉煤灰、石粉等)與乳化瀝青、外摻劑和水,按一定比例拌和而成的流動狀態的瀝青混合料,將其均勻地攤鋪在路面上形成的瀝青封層。

瀝青混合料:由礦料與瀝青結合料拌和而成的混合料的總稱。

按材料組成及結構分為連續級配、間斷級配混合料,按礦料級配組成及空隙率大小分為密級配、半開級配、開級配混合料。按公稱最大粒徑的大小可分為特粗式(公稱最大粒徑等于或大于31.5mm)、粗粒式(公稱最大粒徑26.5mm)、中粒式(公稱最大粒徑16或19mm)、細粒式(公稱最大粒徑9.5或13.2mm)、砂粒式(公稱最大粒徑小于9.5mm)瀝青混合料。按制造工藝分熱拌瀝青混合料;冷拌瀝青混合料;再生瀝青混合料等。

開級配瀝青混合料:礦料級配主要由粗集料嵌擠組成,細集料及填料較少,設計空隙率18%的混合料。

半開級配瀝青碎石混合料:由適當比例的粗集料、細集料及少量填料(或不加填料)與瀝青結合料拌和而成,經馬歇爾標準擊實成型試件的剩余空隙率在6%~12%的半開式瀝青碎石混合料(以AM表示)。

間斷級配瀝青混合料:礦料級配組成中缺少1個或幾個檔次(或用量很少)而形成的瀝青混合料。

瀝青穩定碎石混合料(簡稱瀝青碎石)

由礦料和瀝青組成具有一定級配要求的混合料,按空隙率、集料最大粒徑、添加礦粉數量的多少,分為密級配瀝青碎石(ATB),開級配瀝青碎石(OGFC表面層及ATPB基層)、半開級配瀝青碎石(AM) 

瀝青瑪蹄脂碎石混合料

由瀝青結合料與少量的纖維穩定劑、細集料以及較多量的填料(礦粉)組成的瀝青瑪蹄脂,填充于間斷級配的粗集料骨架的間隙,組成一體形成的瀝青混合料,簡稱SMA。

油石比是指瀝青混凝土中瀝青與礦料質量比的百分數,它是瀝青用量的指標之一。

它的用量高低直接影響路面質量,油石比大則路面容易泛油,反之則影響強度和防水效果。

1.2 瀝青路面的基本特性

瀝青路面的結構

1.png

瀝青路面的優缺點

1.2.2  瀝青路面的優缺點

瀝青路面是用瀝青材料作結合料粘結礦料修筑面層與各類基層和墊層所組成的路面結構。

與水泥混凝土路面比,瀝青路面優點:表面平整、無接縫、行車舒適、耐磨、振動小、噪聲低、施工期短、養護維修簡便、適宜于分期修建。

缺點:

(1)屬柔性路面,強度與穩定性在很大程度上取決于土基和基層的特性;抗彎強度較低;

(2)低溫時易縮裂.抗變形能力很低,在寒冷地區為了防止土基不均勻凍脹而使瀝青路面開裂,需設置防凍層。

(3)瀝青面層的透水性小,從而使土基和基層內的水分難以排出,在潮濕路段易發生土基和基層變軟,導致路面破壞。

(4)高溫時易產生車轍。

2、瀝青路面的分類

2.1 按強度構成原理,分為密實類和嵌擠類兩大類。

(1)密實類瀝青路面

礦料的級配按最大密實原則設計,其強度和穩定性主要取決于混合料的粘聚力和內摩阻力。

密實類瀝青路面按空隙率的大小可分為閉式和開式兩種:閉式混合料致密而耐久,但熱穩定性較差;開式混合料熱穩定性較好。

(2)嵌擠類瀝青路面

采用顆粒尺寸較為均一的礦料,路面的強度和穩定性主要依靠骨料顆粒之間相互嵌擠所產生的內摩阻力,粘聚力則起著次要的作用。

按嵌擠原則修筑的瀝青路面,其熱穩定性較好,但因空隙率較大、易滲水,因而耐久性較差。

2.2 按施工工藝分為層鋪法、路拌法和廠拌法三類

(1)層鋪法

概念:是用分層灑布瀝青,分層鋪撒礦料和碾壓的   方法修筑。

特點:工藝和設備簡便、功效較高、施工進度快、造價較低,缺點是路面成型期較長,需要經過炎熱季節行車碾壓之后路面方能成型。

適宜路面類型:瀝青表面處治和瀝青貫入式兩種。

(2)路拌法

概念:是在路上用機械將礦料和瀝青材料就地拌和攤鋪和碾壓密實而成的瀝青面層。此類面層所用的礦料為碎(礫)石者稱為路拌瀝青碎(礫)石;所用的礦料為土者則稱為路拌瀝青穩定土。

路拌瀝青面層,通過就地拌和,瀝青材料在礦料中分布比層鋪法均勻,可以縮短路面的成型期。但因所用的礦料為冷料,需使用粘稠度較低的瀝青材料,故混合料的強度較低。

(3)廠拌法

將規定級配的礦料和瀝青材料用專用設備加熱拌和,然后送到工地攤鋪碾壓而成的瀝青路面;礦料中細顆粒含量少,不含或含少量礦粉,混合料為開級配的(空隙率達10%~15%),稱為廠拌瀝青碎石;若礦料中含有礦粉,混合料是按最佳密實級配配制的(空隙率10%以下)稱為瀝青混凝土。

按混合料鋪筑時溫度不同,可分為熱拌熱鋪和熱拌冷鋪兩種:熱拌熱鋪是混合料在專用設備加熱拌和后立即趁熱運到路上攤鋪壓實。如果混合料加熱拌和后儲存一段時間再在常溫下運到路上攤鋪壓實為熱拌冷鋪。

廠拌法使用較粘稠的瀝青材料,礦料經過精選,因而混合料質量高,使用壽命長,但修建費用較高。

2.3 瀝青馬蹄脂碎石路面

指用瀝青瑪蹄脂碎石混合料作面層或抗滑層的路面。

瀝青瑪蹄脂碎石混合料(簡稱SMA)是以間斷級配為骨架,用改性瀝青、礦粉及木質纖維素組成的瀝青馬蹄脂為結合料,經拌和、攤鋪、壓實而形成的一種構造深度較大的抗滑面層。

具有抗滑耐磨、孔隙率小、抗疲勞、高溫抗車轍、低溫抗開裂的優點,是一種全面提高密級配瀝青混凝土使用質量的新材料,適用于高速公路、一級公路和其他重要公路的表面層。

改性瀝青SMA路面已經被公認為是性價比最好的瀝青路面結構,在全國20幾個省、市、自治區得到了推廣應用,F在,SMA已經成為我國高速公路的主要路面結構形式之一,是一些大交通量、重載交通道路或重要高速公路首選的結構形式。

2.png

SMA路面優缺點

瀝青瑪蹄脂碎石(SMA)是一種由瀝青、纖維穩定劑、礦粉及少量的細集料組成的瀝青瑪蹄脂填充間斷級配的粗集料骨架間隙組成一體的瀝青混合料,其混合料具有以下特點:

2)粗集料多

在SMA的組成中,礦料是間斷級配,粗集料占到70%以上,粗集料顆料之間有良好的嵌擠作用。瀝青混合料產生非常好的抵抗荷載變形的能力,即使在高溫條件下,瀝青瑪蹄脂的粘度下降時,這種抵抗能力的影響也不會減小,因而有較強的高溫抗車轍能力。

3.jpg

2)礦粉和瀝青用量高,采用纖維穩定劑     

SMA使用礦粉高達8%~12%,瀝青用量高達5.7%~6.5%,比一般AC-13/AC-16高1%左右。同時要使用纖維作穩定劑,由此組成的瀝青瑪蹄脂包裹在粗集料表面,充分填充集料間隙,在溫度下降、混合料收縮變形時,瑪蹄脂有較好的粘結作用,它的韌性和柔性使混合料有較好的低溫變形性能,低溫抗裂性能得到大大提高。

4.jpg

3)空隙率小

SMA混合料的內部空隙率很小(3%~4%),混合料滲水很少或幾乎不滲水,混合料內部的水屬毛細水形態,不易成為大的動力水,再加上瑪蹄脂與集料的粘結力好,混合料的水穩定性也有較多改善。

同時由于密水性好,對下面的瀝青層和基層有較強的保護作用和隔水作用,使路面能保持較高的整體強度和穩定性。

4) 路面表面粗糙,構造深度大      

SMA一方面要求采用堅硬的、耐磨的優質石料;另一方面礦料采用間斷級配,粗集料含量高,路面壓實后表面形成大的孔隙,構造深度大0.8~1.3mm,使雨天高速行車下不易產生水漂,抗滑性能提高,較好地解決了抗滑與耐久的矛盾。同時,雨天交通不會產生大的水霧和濺水,路面噪音可降低3~5dB ,從而可以全面提高路面的表面功能。

5) 耐久性良好

SMA的混合料內部被瀝青瑪蹄脂充分填充,空隙率小,瀝青與空氣接觸少,瀝青老化降低,因而瀝青混合料的耐久性能良好。

抗高溫變形能力強;

抗開裂、疲勞性能良好,提高耐久性和早期裂縫較少;

不透水,抗水損壞性能強;

表面粗糙度大,抗滑性能好,提高行車安全

降低行車噪音

雨天減小燈光反射,減小水霧,提高能見度

不足之處

施工復雜、難度大。對施工隊伍的要求較高;SMA的施工工藝要求較高,對施工因素的敏感性較強,礦料級配及瀝青用量的小的波動和變化,很容易造成路面質量的大的波動,也會造成局部泛油、油斑、透水等。

對集料要求較高。由于同時由于瀝青用量和礦粉多,混合料的成本會顯著增加。

5.jpg

6.jpg

①瀝青分級

根據目前我國的瀝青使用和生產水平,將每一個等級的瀝青在主要性能上分為A、B、C三級。A級與石化系統提出的1號瀝青標準相近;B級與石化系統提出的2號瀝青標準相近;C級瀝青相當于一般瀝青水平,比現行“中、輕交通道路石油瀝青”技術要求稍有提高。

高速公路要求采用A級瀝青;其他等級公路及高速公路的下面層采用B級;C級瀝青用于三級以下公路和維修養護。

②蠟對瀝青溫度敏感性的影響

結晶蠟對低溫性能影響大;無定型蠟對高溫性能影響大。

含蠟量超過3%后,則起支配作用。

高溫時,蠟熔化,粘度降低,與石料的親和力下降,使粘結力和水穩性降低。

低溫時,蠟結晶析出,易脆裂。

 ③改性瀝青的應用

(1)適用場合

氣候條件惡劣;

交通繁重;

特殊路面結構;

特殊重要路段。

(2)根據需要可以進行復合改性,即同時采用幾種聚合物改性劑,或聚合物與天然瀝青復合改性的措施。

(3)根據聚合物改性劑的使用目的,宜作如下選擇:

為提高抗永久變形能力,宜使用熱塑性橡膠類或熱塑性樹脂類改性劑。

為提高抗低溫開裂能力,宜使用熱塑性橡膠類或橡膠類改性劑。

為提高抗疲勞開裂能力,宜使用熱塑性橡膠類改性劑。

為提高抗水損害能力,宜使用各類抗剝落劑。

改性劑劑量通過試驗和實踐經驗論證確定,在改性瀝青的質量滿足設計要求的前提下,選擇較低的劑量。

3.2 粗集料

用于SMA的粗集料應采用質地堅硬,表面粗糙,形狀接近立方體,有良好的嵌擠能力的破碎集料。有些材料非常致密,但是表面非常光滑,其吸附瀝青較少或油膜較薄,這些材料不宜用于SMA路面。      

SMA用粗集料應該滿足下表要求。

7.jpg

粗集料在細破作業時不得采用顎式破碎機加工,要用反擊式或者錐式碎石機破碎。

當采用酸性石料作粗集料,如一些花崗巖、石英巖、砂巖等酸性巖石質量較好,但與瀝青的粘附性往往很差,應采用摻加適量消石灰粉或水泥等措施。如使用抗剝落劑時,必須確認抗剝落劑具有長期的抗水損害效果。

對于石灰巖類的非堅硬石料不適用于SMA混合料。

3.3 細集料

細集料宜采用專用的細料破碎機(制砂機)生產的機制砂。當采用普通石屑代替時,宜采用與瀝青粘附性好的石灰巖石屑,且不得含有泥土、雜物。與天然砂混用時,天然砂的用量不宜超過機制砂或石屑的用量。建議將細集料分為3~5mm(S14規格)和0~3mm(S16規格)兩種規格。

細集料需要滿足下表要求。

8.jpg

①堅固性試驗可根據需要進行;

②砂當量指小于4.75mm集料混合料的要求。

3.4 SMA用填料技術要求

填料必須采用由石灰石等堿性巖石磨細的礦粉。礦粉必須保持干燥,能從石粉倉自由流出,其質量應符合下表的技術要求。為改善瀝青結合料與集料的粘附性,使用消石灰粉和水泥時,其用量不宜超過礦料總質量的2%。粉煤灰不得作為SMA的填料使用。

9.jpg

3.5 SMA用纖維穩定劑技術要求

用于SMA的纖維穩定劑包括木質素纖維、礦物纖維、聚合物化學纖維等,以改善瀝青混合料性能,吸附瀝青,減少析漏。

木質素纖維的質量,應符合下表的技術要求。其他纖維品種的質量可參照國內外相關的技術要求執行,其長度也不宜大于6mm。

10.jpg

纖維應能承受250℃以上的環境溫度不變質,且對環境不造成公害,不危害身體健康。

纖維可采用松散的絮狀纖維或預先與瀝青混合制成的顆粒狀纖維。施工中纖維不能受潮結塊,能在瀝青混合料拌和過程中均勻地分散開。

纖維應存放在室內或有棚蓋的地方,防止受潮、結團,已經受潮、結團不能在拌和時充分分散的纖維,不得使用。

纖維穩定劑的摻加比例,以瀝青混合料總量的質量百分率計算,用量根據瀝青混合料的種類由試驗確定。通常SMA路面的木質素纖維不宜少于0.3%,礦物纖維不宜少于0.4%,必要時可適當增加。摻加纖維的質量允許誤差為±5%。。

纖維穩定劑的材料質量影響SMA泛油成為SMA較為常見的病害之一。應選擇合適的品牌、正確的類型和相應的纖維投放設備。

3.6  瀝青混合料選擇

(1)密級配瀝青混凝土適用于各等級公路的各個層次。

(2)為提高瀝青混合料的使用性能,可鋪筑改性瀝青混合料路面。SMA宜同時采用改性瀝青。

(3)開級配排水式瀝青混合料磨耗層必須采用具有高粘結性能的特殊的改性瀝青鋪筑,其下的層次應采用空隙率小、密水性好的結構層,并設置封層。

(4)特粗式瀝青混合料適用于基層,粗粒式瀝青混合料適用于下面層或基層,中粒式瀝青混合料適用于中面層和表面層,細粒式瀝青混合料適用于表面層和薄層罩面。砂粒式瀝青混合料適用于非機動車道或行人道路。對高速公路及一級公路,除瀝青穩定碎石基層外,通常宜選用公稱最大粒徑為13.2mm ~ 26.5mm的瀝青混合料。

3.7 結構層組合

瀝青面層的混合料類型應根據公路等級及所處層位的功能性要求,選擇適當的結構組合,并應遵循以下原則:

(1)瀝青面層宜采用雙層或三層式結構,各層之間應聯結成整體,在瀝青層下必須澆灑透層瀝青,瀝青層間必須噴灑粘層瀝青。

(2)瀝青路面應滿足耐久性、抗車轍、抗裂、密水、抗滑等多方面性能要求,便于施工;應根據施工機械、工程造價等實際情況選擇瀝青混合料的種類。

(3)對高速公路、一級公路,為提高瀝青混合料的使用性能和延長瀝青路面的使用壽命,宜對上面層或中面層瀝青結合料采取改性措施,或采用SMA等特殊的礦料級配。

(4)對瀝青層較厚的高速公路、一級公路,在選擇級配類型、確定礦料級配和最佳瀝青用量時,應首先保證各層的組合不致發生早期破壞。并在此基礎上優先考慮各層的功能作出抉擇。