水泥穩定粒料基層與瀝青混合料面層的施工方法
2023-10-22 23:09:12 1
專利名稱：水泥穩定粒料基層與瀝青混合料面層的施工方法
技術領域：
本發明涉及半剛性基層瀝青路面中的水泥穩定級配集料基層與瀝青混合料面層，含瀝青穩定級配集料基層的施工。
背景技術：
水泥穩定級配集料基層和瀝青混合料面層與瀝青穩定級配集料基層是各個國家道路路面建設中的常用材料。
一、我國高等級公路，含高速公路的路面約近90％採用了半剛性基層瀝青混凝土面層，常簡稱半剛性路面。瀝青混凝土面層通常有表(或上)面層、中面層和底(或下)面層三層，其基層約95％採用了半剛性基層。後者主要包括水泥穩定粒料，少部分是石灰粉煤灰(或摻1.0％～1.5％水泥)或水泥粉煤灰穩定粒料。混合料的粒料通常有級配，所以又稱水泥和石灰粉煤灰或水泥粉煤灰穩定級配集料。路面的承載能力靠半剛性材料層滿足，起承重層作用。瀝青面層起表面功能作用。從二十年前我國建設高速公路以來，半剛性基層瀝青面層的早期破壞始終不斷，有的通車一年就產生嚴重水破壞、嚴重轍槽和泛油，造成很大經濟損失，引起社會普遍關注。瀝青面層的交工平整度不好，通車後的平整度下降得很快，抗滑性能多數達不到要求。上述路面的早期破壞和使用性能不佳都與瀝青面層的不均勻性和水泥穩定級配集料的顯著不均勻性有關。
瀝青混凝土面層的主要早期破壞，如水容易透入瀝青混凝土面層，導致嚴重水破壞，如局部網裂形變和隨機的坑洞；片狀泛油；嚴重轍槽；以及抗滑性能先天不足和平整度欠佳等都與瀝青混凝土面層的質量，特別是不均勻性大有重大關係。
瀝青混凝土面層局部網裂形變，導致行車顛跳以及局部結構性破壞，常與半剛性基層強度的變異性大、質量不好有關。
二、 實際瀝青路面的不均勻性2.1野外檢測結果2.1.1某高速公路某標段AK13-A(規範中抗滑表層的一種)表面層的空氣率Va變化在2.2％～8.2％之間，Va最大值與最小值之差高達6％。其中固然有瀝青混凝土的不均勻性大的因素，但也有壓路機碾壓不均勻性大的因素。
2.1.2某高速公路某標段AC-20I面層上橫向三個不同位置，一個離中央分隔帶0.8m(在超車道的內側，靠路緣帶一側)，第二個離中央分隔帶3m(靠近超車道外側)第三個離中央分隔帶5.5m(行車道上，接近分道標線)，測得的透水係數有很大差別。第一個位置的透水係數在100～510ml/min之間，第二個位置在10～90ml/min，第三個位置在0～50ml/min之間。透水係數的大小雖與Va無確定的關係，但大致上也能反映空氣率的大小。因此，它表明實際AC-20I結構層的Va橫向和縱向都有顯著變化。
2.1.3張肖寧教授課題組在某高速公路某標段的15m長路段上，用無核密度儀測試了底面層瀝青混凝土的空氣率Va。縱向每0.5延長米測一點，共30個橫斷面，每個斷面橫向每0.5米測一個點，共22個點，總共660個測點。它詳細表達了瀝青混凝土現場Va的很大變化。
在30個橫斷面中，Va變化最大的一個橫斷面上Va的變化範圍為4.19％～13.74％，極差9.55％，Va變化最小的一個橫斷面上Va的變化範圍為3.96％～7.88％，極差3.92％。
在22個縱斷面中，Va變化最大的一個縱斷面上Va的變化範圍為3.49％～13.74％，極差10.25％。Va變化最小的一個縱斷面上Va的變化範圍為5.05％～8.19％，極差3.14％。在這660個測點中，Va最小的是0.58％，Va最大的是13.74％。
將每個橫斷面上的Va＞7％的位置都用黑色標明繪製成附圖1。從附圖1中可以清楚地看出在此11m寬和15m長的路段上，有如此多的黑框。這些位置都是容易受水侵害，直到瀝青剝落導致水破壞的潛在位置。
圖1還表明，Va＞7％的點位(黑框)最多的是靠中央分隔帶的1m以及靠硬路肩邊部的1m，其次是行車道和行車道與硬路肩相鄰帶。兩側Va大，既有邊部混合料離析(往往粗顆粒較多)問題，又有邊部碾壓不足問題。至於路面兩側之間，即超車道和行車道上也有不少Va大的點位，主要是由礦料級配變化、壓路機碾壓不均勻，局部缺壓和混合料離析所引起。
3.導致瀝青混凝土不均勻性大的主要因素3.1瀝青混合料的礦料級配範圍太大我國公路瀝青路面施工技術規範(以下簡稱瀝青路面施工規範)規定，常用做底面層、中面層和表面層的AC-25、AC-20和AC-16的礦料級配見表1。
AC-25、AC-20和AC-16的礦料級配表1
從表1可看到，關鍵篩孔4.75mm的通過量範圍大至30％，其他篩孔通過量的範圍還有大達28％的。規範沒有說明，這樣大的範圍做什麼用 了解生產實情者都知道，瀝青混合料拌和廠一旦確定生產配合比後，實際上就確定了瀝青混凝土的物理-力學性質，如空氣率、水穩定性、抗滑性和高溫抗形變能力、回彈模量等。嚴格地說，隨後的生產應該保持這根級配曲線和相應的油石比不變，才能保持所要求的瀝青混凝土的物理-力學性質不產生顯著變化。但規範給使用者一個誤導，使使用者感到只要實際曲線仍在規定範圍內，就滿足要求。這樣就導致實際生產的瀝青混合料的礦料級配和油石比及瀝青混凝土的性質產生相當大的變異件。
3.2規定的生產允許誤差太大瀝青路面施工規範規定的不同篩孔礦料通過量和瀝青用量油石比(B/M)的允許誤差見表2。
瀝青路面施工規範中的允許誤差(％)表2
規範同時說明，每臺拌和機每天檢查1～2次，用兩個試樣的平均值評定。這一規定實際上等於某一次的允許誤差還可大於表中值。
這樣大的允許誤差必然導致生產的瀝青混合料的級配達不到要求和變異性過大。
3.3要求的碎石規格太寬鬆瀝青路面施工規範對粗集料的規格要求太寬鬆，見表3，而且不同規格粗集料的篩孔尺寸不連續，很利於粗集料生產，但不利於使用者生產符合要求的瀝青混合料。
瀝青混合料用粗集料規格表3
對於AC-25，顯然應該用粗集料規格S8。但S8規格料只有篩孔31.5mm、26.5mm、13.2mm和4.75mm四個篩孔的通過量要求，而後兩個篩孔的通過量分別為0～15％和0～5％，控制範圍過寬，實際上只控制26.5和13.2mm兩個篩孔的通過量。它給生產這種規格料提供了相當大的隨意性。生產的集料中大部分集中在19～26.5mm，可作為合格；大部分在16～19mm，可作為合格；大部分靠近13.2mm也可作為合格。顯然用這種規格料是很難配出符合要求的礦料級配，特別在生產過程中很難保持礦料級配的一致性。
某高速公路某標段瀝青混合料拌和廠先後四次進了S8規格料。兩次從料堆不同位置取有代表性的樣品。在室內拌和均勻後，進行篩分試驗得到的結果見表4。
兩次篩分的差異表4
從表4看到，兩次篩分結果，都符合表3中規格料S8的要求。實際上，各個篩孔的通過量都有顯著差異，差別最大的達21.6％。
從不同碎石廠搜集到的符合規格要求的S8粗集料很可能就是上述情況。使用這些規格差異很大的『符合要求的料』，想生產出礦料級配及瀝青混凝土的物理-力學性質都穩定的瀝青混合料，是非常困難的。它必然導致瀝青混凝土的變異性過大。
3.4拌和廠堆放冷料的侖與拌和機前的冷料倉數量不足。
3.5拌和機各個熱料倉的實際給料數量與要求給料數量相差過大，也會增大瀝青混凝土實際級配的變異性。
上述原因使拌和廠不可能穩定生產出礦料級配與實際瀝青用量都符合要求的瀝青混合料。瀝青混凝土的變異性大就不可避免。
三、水泥穩定粒料基層我國《公路路面基層施工技術規範》中存在的影響基層質量和不均勻性大的主要問題和不足與瀝青路面施工規範十分相似。簡述如下3.1 級配或顆粒組成範圍過寬我國路面基層施工規範中用的級配範圍雖比國外的級配範圍縮小了很多，但也是過寬(見表5)。
基層施工規範的水泥粒料顆粒組成範圍表5
表5中同一篩孔通過量的最大範圍為20％。範圍過寬給施工單位提供了相當大的自由度。認為只要顆粒組成在此範圍內都可以。實際上，應該根據粒料的性質在此範圍內選擇一根最合適的級配曲線。粒料級配好與次對水泥穩定粒料的強度有顯著影響。
3.2對原材料(僅指粒料)沒有明確的規格或顆粒組成要求。我國僅要求將原材料篩分成3～4個大小不同的粒級，用這3～4個不同粒級的集料配成級配集料。按強度標準試驗確定水泥用量後，就開始生產。第一次確定的配合比可能一直用到工程結束都不再改變。但由於多種原因，購置的原材料的顆粒組成在此過程中是不可能沒有顯著變化的。從而造成所生產的水泥粒料的強度產生相當大的變化。在施工現場，常發現不同位置取的鑽件的抗壓強度的大小可相差3～4倍。而且常發現基層取不出規範要求的完整鑽件。有的鑽件表層1～2cm是鬆散的，有的鑽件中間斷裂，有的鑽件下部鬆散，有的鑽件不成正常的圓柱體，而是橄欖核形。基層質量不好是導致路面產生某些早期破壞的重要原因。
四、實際生產的瀝青混合料有相當大的不均勻性由於水泥穩定粒料基層存在的問題與瀝青混凝土面層的問題十分相似，以下僅詳細介紹瀝青混合料的不均勻性。
(一)某高速公路原設計要求4.75mm篩孔的通過量不超過40％，0.075mm篩孔的通過量不少於6％。但實際某標段施工中4.75mm篩孔的通過量超過40％的佔54.5％，0.075mm篩孔的通過量不少於6％的佔51.5％。
(二)某高速公路某天進行底面層瀝青混凝土的生產配合比試驗和鋪築試驗段後。隔一天正式鋪築底面層時，取樣進行抽提篩分的結果，粗集料五個篩孔的通過量全部超出了規定級配範圍。
(三)礦料級配的顯著變化導致瀝青混凝土性質也發生顯著變化。
五.瀝青混合料不均勻性大的關鍵原因瀝青混合料的顆粒組成和性質變異性大的重要原因是熱料倉中熱料顆粒組成的變異性太大。
某高速公路在中面層SAC-25I瀝青混凝土生產過程中，連續6天先從每個熱料倉中取樣品進行篩分試驗。每個熱料倉中的料都包括數個篩孔的通過量。每個篩孔通過量的最小值和最大值簡括為4號倉應是26.5～16mm的料，其中含19mm的通過量，其值為47.7％71.9％，極差24.2％，16mm通過量的極差4.9％；3號倉應是16～9.5mm的料，16mm通過量的極差30.3％，13.2mm通過量的極差36.3％，9.5mm通過量的極差13.2％；2號倉應是4.75～2.36mm的料，4.75mm通過量的極差17.8％；1號倉是2.36mm以下的料，1.18mm通過量的極差為18.9％，0.6mm通過量的極差為20％。
6天期間每個熱料倉的料有如此大的變化，用哪一天熱料倉中料的篩分試驗結果做的生產配合比都不能代表其他任一天的實際配合比。以往習慣上做一次生產配合比確定各個熱料倉所用材料的百分率及瀝青用量後，在混合料類型不改變前，不再進行配合比試驗。也就是從工程開始到結束始終用一個配合比和一個瀝青用量。實際生產的瀝青混凝土也就避免不了忽而某種尺寸的粗料多、忽而另一種尺寸的細料多，忽而相對瀝青用量偏多，忽而相對瀝青用量偏少，使瀝青混凝土產生顯著的不均勻性。這是造成瀝青面層產生各種早期破壞的最重要原因。
為了達到保持礦料級配一致的目的，需要將粗集料篩分成一個個單一粒級的碎石，例如級配類型粗集料單一粒級的規格
AC-2526.5～19mm， 19～16mm， 16～13.2mm， 13.2～9.5mm，9.5～4.75mmAC-2019～16mm， 16～13.2mm， 13.2～9.5mm， 9.5～4.75mmAC-1616～13.2mm， 13.2～9.5mm，9.5～4.75mm實際工程中，細集料不可能篩分成六個單一粒級的料，通常可分成兩個粒級，如4.75～2.36mm，2.36～0.075mm，或由兩種能配成符合要求級配的細集料組成。對於＜0.075mm的顆粒稱填料，通常都是單獨加入瀝青混合料中。將粗集料都篩分成上述一個一個單一粒級後，不管採用哪一種礦料級配，如AC中的任一種，SAC中的任一種，SMA中的任一種，SUP中的任一種，都可以較準確地配出要求的級配，達到保持礦料級配的一致性。
發明內容
發明的目的是為了大大減小瀝青混凝土面層和水泥穩定粒料基層的不均勻性，從而顯著減少瀝青混凝土路面的多種早期破壞，提供一種能有效延長路面使用壽命的水泥穩定粒料基層與瀝青混合料面層的施工方法。
本發明的水泥穩定粒料基層與瀝青混合料面層的施工方法，主要是在現有的包括備料、拌和、運送和碾壓基礎上，將備料過程中相關步驟改為以下內容(1)水泥穩定粒料基層的級配範圍縮小為路面基層施工規範中的1/6-1/4；為水泥穩定粒料提供一個敏感性小的級配範圍，具體範圍參見表6，在此優選的範圍內，水泥穩定粒料的強度既高又穩定。
水泥穩定粒料CBG-25、CBG-20表6
(2)底面層、中面層和表面層的瀝青混凝土的級配範圍縮小為瀝青路面施工規範中的1/6-1/4。為常用做底面層、中面層和表面層的瀝青混凝土提供密實結構礦料級配，見表7。表中1代表緊密骨架密實結構，2代表一般骨架密實結構。此級配範圍供根據礦料品種選定合適級配用。所列級配的最大範圍5％，是瀝青路面施工規範中範圍的1/4.6。在所列範圍內的瀝青混凝土都具有空氣率小、密實不透水，高溫抗形變能力強，且節約投資等特點。其使用性能顯著優於國內外所用的級配，特別緊密骨架密實結構適合用於重載交通高速公路的面層。
瀝青面層的礦料級配表7
(3)生產過程中瀝青混合料粗細集料的允許誤差減小到為±1％～2％；為瀝青路面施工規範規定值的1/7-1/6；(4)水泥穩定粒料拌和廠與瀝青混合料拌和廠都要自己製備單一粒級的粗料或對已購進的粗集料用合適的篩分設備篩分成單一粒級的料備用；(5)水泥穩定粒料拌和廠與瀝青混合料拌和廠都要準備4個堆放單一粒級粗料和2個堆放兩種細集料的堆料倉；由於表面層常用硬質巖碎石，與中、底面層所用碎石不同，需要另備堆料倉；(6)水泥穩定粒料拌和廠與瀝青混合料拌和廠的拌和機前都要有6個料倉，其中4個料倉分別放4種單一粒級的粗料，2個料倉分別放兩種細集料，所述6個料倉存放的粒料規格應分別與上述的6個堆料倉堆放的粒料規格相互對應；(7)準備稱量按級配要求各個料倉應供料的質量(kg)；水泥穩定粒料拌和廠的料倉下與瀝青混合料拌和廠的冷料倉下，都要安置能準確稱量預定供料數量的皮帶秤，以保證各個料倉供的料及其組成的級配，符合要求設計級配。
本發明具有以下顯著優點1. 由於瀝青混凝土面層的中面層和底而層通常可以與水泥穩定粒料基層用同一巖石砸制的碎石，準備的單一粒級碎石既可用於中面層和底面層，又可用於基層。這就很大地簡化了備料。2.利用本施工工藝從源頭處控制礦料或集料的規格，並嚴格稱量各種單一粒級粗料和細集料的質量，使礦料級配符合設計級配。符合設計級配的水泥穩定粒料直接進入雙臥軸拌和室與水泥和水拌和均勻後送到鋪築現場。符合設計級配的瀝青混合料的礦料通過烘乾筒後直接進入拌和筒或現用間歇式拌和機的熱料倉暫存後，分批進入拌和室。拌和均勻後，送到鋪築現場。可以大大縮小瀝青混凝土面層和水泥穩定粒料基層的不均勻性。從而顯著提高面層和基層的質量以及顯著減少路面的早期破壞。3.可以大大簡化瀝青混凝土拌和機，省去二次篩分設備和熱料倉。4.可以使用設備較為簡單而產量大且較經濟的連續式拌和機。5.可以顯著簡化和減輕施工過程中的質量管理和控制。
具體實施例方式本發明的水泥穩定粒料基層與瀝青混合料面層的施工方法，主要包括下列步驟1、備料(1)水泥穩定粒料基層的級配範圍縮小為路面基層施工規範中的1/6-1/4；(2) 底面層、中面層和表面層瀝青混凝土的級配範圍縮小為瀝青路面施工規範中的1/6-1/4；(3) 生產過程中瀝青混合料粗集料的允許誤差為減小到±1％～±2％，為瀝青路面施工規範規定值的1/7-1/6；(4)水泥穩定粒料拌和廠與瀝青混合料拌和廠都要自己製備單一粒級的粗料或對已購進的粗集料用合適篩分設備篩分成單一粒級的料備用；2. 水泥穩定粒料拌和廠與瀝青混合料拌和廠都要準備4個堆放單一粒級粗料和2個堆放兩種細集料的堆料倉；由於表面層常用硬質巖碎石與中、底面層所用碎石不同，需要另備堆料倉；3.水泥穩定粒料拌和廠與瀝青混合料拌和廠的拌和機前都需要備六個料倉，其中4個料倉分別放4種單一粒級的粗料，2個料倉分別放兩種細集料，所述6個料倉存放的粒料規格應分別與上述的6個堆料倉堆放的粒料規格相互對應。
4.每個堆料倉之間都要用足夠高的磚牆或水泥混凝土牆隔開；5.兩個細集料堆料倉的上方和細集料料倉的上方都應搭防雨篷，防止細集料受雨淋；6.冷料倉下的輸料小皮帶應改為能精確稱量供料數量的皮帶秤，以保證礦料級配符合要求；
7.應保持瀝青混合料有足夠的拌和時間，溼拌時間不少於40S(秒)，1min(分)生產一盤瀝青混合料；8. 控制室負責技術人員需每天至少一次檢查控制室的連續一小時各冷料倉的供料數量和瀝青用量的列印結果；如結果變異性大，要及時找出原因，設法糾正；9.瀝青混合料拌和廠向運料車裝料時，應避免集料離析；10.運送瀝青混合料的自卸車的車廂板應採取保溫措施；11.運料車裝滿瀝青混合料後，應用覆蓋被蓋緊瀝青混合料，並將覆蓋被緊扣在車廂板外側，儘可能減少溫度離析；12.水泥穩定粒料拌和廠宜採用產量為600t/h的雙臥軸拌和機拌制混合料，水泥混合料的實際拌和長度不小於3m；13.水泥穩定粒料拌和廠的料倉下應安裝能準確稱量的皮帶秤，以保證集料級配符合要求；14.自卸車裝滿水泥混合料後，應用篷布蓋嚴混合料，並將篷布緊扣在自卸車外側車廂板上，避免混合料的水份蒸發；15.水泥穩定粒料基層和瀝青混凝土層碾壓時，碾壓層靠中央分隔帶一側和靠土路肩一側各半個輪寬，約寬1.1～1.2m的縱向帶，要及時補充碾壓所缺的一半碾壓次數，使兩側邊部的碾壓次數與中間部分相同；16.瀝青混凝土的壓實度用現場空氣率Va表示；表面層Va應小於6％；中下面層應小於7％；17.水泥穩定粒料的現場壓實度應大於100％，實際空氣率應在3％～6％之間。
附圖1是現有某高速公路某標段的15m長路段上的底面層瀝青混凝土的空氣率Va＞7％點位的分布圖。
權利要求
1.一種水泥穩定粒料基層與瀝青混合料面層的施工方法，包括備料、拌和、運送和碾壓，其特徵在於備料中包括下列步驟(1)水泥穩定粒料基層的級配範圍縮小為路面基層施工規範中的1/6-1/4；(2)底面層、中面層和表面層瀝青混凝土的級配範圍縮小為瀝青路面施工規範中的1/6-1/4；(3)生產過程中瀝青混合料粗集料的允許誤差為減小到±1％～2％，為瀝青路面施工規範規定值的1/7-1/6；(4)水泥穩定粒料拌和廠與瀝青混合料拌和廠都要自己製備單一粒級的粗料或對已購進的粗集料用合適篩分設備篩分成單一粒級的料備用；(5)水泥穩定粒料拌和廠與瀝青混合料拌和廠都要準備4個堆放單一粒級粗料和2個堆放兩種細集料的堆料倉；由於表面層常用硬質巖碎石與中、底面層所用碎石不同，需要另備堆料倉；(6)水泥穩定粒料拌和廠與瀝青混合料拌和廠的拌和機前都要有6個料倉，其中4個料倉分別放4種單一粒級的粗料，2個料倉分別放兩種細集料，所述6個料倉存放的粒料規格應分別與上述的6個堆料倉堆放的粒料規格相互對應；(7)水泥穩定粒料拌和廠的料倉下與瀝青混合料拌和廠的冷料倉下，都要安置能準確稱量預定供料數量的皮帶秤，以保證各個料倉供的料及其組成的級配，符合要求設計級配。
全文摘要
本發明涉及一種水泥穩定粒料基層與瀝青混合料面層的施工方法，主要是對現有的施工方法中的不足之處進行改進，特別是採取將備料中的級配範圍適當縮小，將粗、細料分別堆放，按設計要求分別計量等措施，可以大大縮小瀝青混凝土面層和水泥穩定粒料基層的不均勻性，從而顯著提高面層和基層的質量以及顯著減少路面的早期破壞。還可以大大簡化瀝青混凝土拌和機，省去二次篩分設備和熱料倉。並能使用設備較為簡單而產量大且較經濟的連續式拌和機和顯著簡化和減輕施工過程中的質量管理和控制。
文檔編號B28C7/00GK101016715SQ20061009737
公開日2007年8月15日 申請日期2006年11月2日 優先權日2006年11月2日
發明者沙慶林 申請人:沙慶林