沥青路面的施工技术及质量控制探讨

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摘要:本文结合国道主干线某段工程实例，对沥青混凝土路面的施工及施工质量控制、激光纹理评价路面施工离析、施工质量动态管理等质量控制方法进行分析和技术总结。结合具体实例讲解了沥青路面施工方案和质量控制措施。并提出了有关的要求和方法, 以供参考。

关键词:沥青路面；施工技术；离析分析；质量控制

沥青路面在我国高速公路中越来越普遍地采用，随着经济的快速发展，交通量及轴重越来越大，对沥青路面的结构要求和施工质量水平提出了更高的要求。本文根据国道主干线广州绕城公路九江至小塘段，以控制沥青混合料的离析为目的，针对整个施工过程开展研究。

沥青混合料的离析主要包括：集料生产、运输、堆放等环节的集料离析；沥青拌合楼生产、储存、装料、摊铺机收斗、布料器分料等工艺环节存在的混合料级配离析；混合料运输距离过长、未采取保温措施、机械故障、气温较低等原因导致的温度离析进行分析。显然，仅仅认识到离析问题所在和采取了防止离析的相关技术措施仍然是不够的，还需要有效的检验手段，监控施工质量效果以便及时发现问题、反馈信息和调整相应的施工工艺。

一、工程简介

国道主干线某段，全长41.564Km，位于广东省佛山市。本项目是珠江三角洲经济区重要的交通干线，项目的建成将使多条高速公路及国道公路交汇成网，对改善珠江三角洲投资环境，加快该地区经济发展有着重要影响。本公路建成通车后的交通量大，重载车多，又处在高温、多雨的地区，显然对于沥青路面的抗高温稳定性和抗水损害性能将是严峻的考验。该公路主线以沥青混凝土路面为主，其路面结构为:主线路基段4cmAK-16A(上层)+5cmAC-20I(中面层)+6cmAC-25I(下面层)+1cm(下封层)+40cm(水泥稳定碎石基层)+20cm(水泥稳定类底基层)；桥面铺装部分没有下面层，中面层与上面层与路基段相同。而沿线的石场调查显示，石料基本是花岗岩，限于工期和造价的制约，材料设计只能采用花岗岩，这无疑为设计高性能的沥青混合料增加相当大的难度。沥青面层工程量大，工期紧是该工程的突出问题。为了确保工程施工质量实现优质工程，制定一套沥青路面施工的组织管理和质量控制体系十分必要。

二、施工前的质量控制

（一）集料离析及其质量控制

该公路石料采用珠海洪达石场11～22mm碎石、6～11mm碎石、3～6mm碎石、0～3mm石屑,检验结果表明各项指标符合《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004的要求。该石料是花岗岩类，不可避免的会存在一些不足，如与沥青的粘附性差、强度不高、磨光值偏低，组分不稳定(密度变化)等，显然，加强对石场和料场原材料技术指标的质量跟踪控制十分必要。

施工中在加强施工单位原材料自检以及监理单位抽检的基础上，同时开展了技术服务单位平行检验与质量稳定性评价试验，如及时进行石场或料场各规格材料的表观密度、筛分、针片状、软石含量等指标的检验。粗集料每500m3进行常规检验，细集料每200m3 抽检，将各指标进行统计分析，通过对均值及标准差的比较，跟踪石料的质量状况，如筛分颗粒组成变化反映了振动筛网的磨损程度，密度的变异显示了开采岩层的变化，棱角度的变大说明反击槌板需要更换等。通过上述技术把关，发现施工中个别石场石料不同程度存在针片状超标、风化石含量过大、含有密度异常的黑色碎石等问题，并及时进行了处理，避免了质量事故的发生，大大提高了原材料的质量控制力度。

（二）配合比对混合料离析的影响及其优化

解决沥青混合料级配离析应首先从目标配合比设计开始。增加粗集料比例可提高混合料抗高温性能，但也增加了施工离析的风险；反之，细集料比例变大，虽施工均匀性较好，但抗高温性能损失较大。我们着重开展了以下方面的重要工作：按规范设计同时兼顾广东省交通厅[2003]299号文件要求，控制高温稳定性和密水性；也采用superpave技术,优化配合比设计的部分体积指标。

广东省交通厅[2003]299号文件对沥青混合料配合比设计的要求体现在2个方面：针对广东省地处经济发达地区特点，即交通量大，重载车比例高，提出了中上面层重交沥青混合料应不小1200次/mm，以及针对高温多雨的特点，提出了中下面层沥青混合料设计空隙率为3～4%,抗滑表层为4～5%。采取以上措施有效的提高沥青路面的性能，表面层沥青混合料一方面要满足泌水条件，另一方面，又要防止出现超密现象，因此，需要对沥青混合料的体积指标进行进一步的限制。

规范中的AC类沥青混凝土为密实悬浮型结构，其粗粒料未能形成良好的嵌挤分布，而越来越多的研究表明(如美国的SUPERPAVE技术和我国的按体积设计混合料CAVF法)，混合料的高温稳定性受级配的粗集料嵌挤状态的影响相当显著。为此，设计规范沥青混合料的同时适当考虑已有研究成果，提高所设计的规范沥青混凝土粗集料间的嵌挤程度，针对不同原材料，通过大量试验确定级配曲线的走势和关键点的通过率。引入体积法设计沥青混合料思想，严格控制 VMA、VFA、VV等积指标,如中下面层“S”曲线的曲率反向位置最适宜2.36～9.5mm间，对于AC类沥青混合料4.75mm通过率，AC-25I控制为37%±2%,AC-20I控制为43%±2%，2.36mm筛档的分计筛余控制在10%以内，对于VMA指标，AC-25I大于13%,AC-20I大于14%。这些技术措施既提高了沥青混合料的抗高温稳定性，也减少粗颗粒多所造成的级配离析。

三、施工过程中的离析分析与预防措施

（1）、混合料拌和过程

混合料在拌和过程中的离析主要取决于拌和温度，拌和时间有很大关系。在拌和过程中时刻注意各冷、热料仓的进料情况是否均匀，是否存在溢料现象，也是确保级配稳定的最好保证。在拌和中禁止操作机手手动补料，手动补料极容易导致混合料级配波动，混合料粗集料多，沥青膜就越薄，油石比越低，粗集料粘性越差，越容易离析。同时拌和温度也影响混合料的粘性，温度越高，沥青粘性越差，越容易离析。所以拌和过程中要根据粘温曲线确定合适的拌和温度。

在拌和过程中严格控制混合料的级配，特别是级配曲线中对混合料均匀性影响较大的中部颗粒数量和粉尘含量，禁止出现“两头多，中间少”的现象，而且0.075mm的通过率过多，使沥青混合料中有效沥青含量减少，混合料外观发涩，无光泽，压实后表面推移严重。

（2）、混合料的运输

混合料拌和好后，要存入储料罐中。混合料放在热料斗内，然后将热料斗提升到热料仓放料。那么卸料口应垂直向下，不应有水平方向的角度，否则混合料将会水平移动，造成一侧粗集料多一侧细集料多的离析现象。如果运输车直接在热料仓口装料，每车重量如果在30吨左右，每斗料为3吨时，基本要7～10次，造成等料时间过长，混合料料温不均匀，无论车辆如何移动，也无法减少运输车辆的温度离析现象。车辆在储料罐下装车时，混合料中的粗集料滚落到车箱外侧，细集料在内侧，因此每车混合料装料时分前、后、中三个部位，移动车位卸料，尽量减少离析程度。

运输车辆在给摊铺机卸料时，最好使混合料缓慢的滑入摊铺机料斗，尽量减少集料滚动而产生的离析。

（3）、混合料的摊铺

混合料摊铺过程中最容易引起离析，主要有以下方面：

①摊铺机的速度是保证沥青面层平整均匀的关键。摊铺的速度要结合拌和机的生产能力、运输能力、运输距离和碾压能力综合考虑。经过试验路验证后确定合适的摊铺机行走速度，不得忽快忽慢。

②确定摊铺机接料斗的操作程序。由于摊铺过程，车箱两侧的粗集料多，卸入摊铺机后料斗两翼的粗集料相对集中，如果摊铺机收斗后这段时间内摊铺面容易出现块状离析，如果不拢料，摊铺机接料斗两翼内侧余料越聚越多，且会逐渐冷却，对摊铺更不利。因此摊铺机接料斗应在刮平板尚未露出时及早拢料。同时卸完的料车及时退出，在拢料刚结束后，料斗两翼复位后下一辆车立即卸料，做到连续供料，使进入螺旋送料器中的粗集料不能过于集中，有效的避免离析发生。

③摊铺机的性能控制：

a、调整摊铺机的料位。对于不同粒径的混合料，料位器要适当调整。最大粒径越大，料位越高。

b、保证摊铺机送料速度均衡，如果转速过快，边部料太多停转后反复启动和停止布料器，会导致混合料离析。

c、螺旋布料器的料量应该要达到螺旋布料器的2/3高度。布料器埋深太浅，或供料不足均会造成细集料下沉而粗集料被运送到两边，导致带状离析。

d、连接布料器的吊臂也可能产生离析。一方面粗集料由螺旋布料器运至吊臂前受阻，不能正常移动，在摊铺过的表面形成粗集料带。另一方面粗集料运动过程中因吊臂阻挡而冷却，这样越聚越多，在一定程度自动下落，导致该处粗集料多，温度下降而离析。

④摊铺机烫平板振幅、振频、夯锤的新、旧程度以及磨损情况，也影响铺面的初始压实和铺面的粗、细集料分布情况。由于烫平板由多块拼合而成，烫平板拼合缝隙大小，也会导致铺面产生带状离析。

四、路面施工离析的激光纹理评价方法

激光纹理仪是采用激光脉冲反射原理来测定路面构造深度大小的。激光纹理仪可高速连续测量沥青路面的表面纹理轮廓，可以快速得到连续的纵向表面构造深度。激光构造深度仪比较轻便,便于携带，也可车载，并且能实时进行数据分析。采用激光纹理仪直接测量的构造深度值与标准构造深度值的比值，可以反映出路面的离析情况。路面离析的地方，粗骨料集中，表面构造深度必然较正常情况偏大。

具体测试方法为：针对刚刚施工完成的沥青路面，先选择一段长度100～200m不等的有代表性的路段，然后利用皮尺对选定的路段区域进行纵向(行车方向)和横行(垂直行车方向)网格划分。根据激光纹理仪的工作原理(每10延m一个结果)，把选定的路段区域划分为多个长(纵向)10m，宽(横行)1m的小长方形，利用激光纹理仪测得各个小长方形的构造深度值，连续量测得到路段的多个这样的“点”区域的构造深度，便形成了对一块区域的检测，然后再采用统计数学方法来分析评价整块区域内各个点区域的离析状况及其分布，从而达到对该块区域内沥青路面施工质量进行控制的目的。

通过采用该方法对全线数十次的评价的结果显示，该方法可有效地识别离析的位置和程度，并给出量化值。摊铺工艺、机械设备性能、料源的稳定性等因素都影响混合料的离析程度，根据评价结果，可以及时从这几方面寻找与分析原因，并加以改进。

五、施工质量控制的动态管理方法

在沥青面层的施工过程中，质量的动态管理是应用最为广泛，监测的参数可以是沥青混合料生产的过程中沥青、粉料的含量、关键筛孔的通过率、成品料的温度、马歇尔试验的结果、搅拌设备生产过程总量控制的数据等影响混合料生产质量的参数；也适用于摊铺和碾压质量的过程控制，例如摊铺层的平整度、厚度和高程、碾压后的现场密实度、空隙率的监测等等。

施工质量动态管理的图表最常用的有以下几种：

 个值控制图

 平均值和标准差控制图

 正态分布频率直方图

1 、个值控制图

个值控制图是将一组试样的每个试验数据，逐一标在以试验序次为横坐标的图表上，在控制图上一般标有控制目标值、控制的上限和下限以及这一组试样的平均值。对于每一个考察的试验总体（例如以一天生产的成品料为一个考察总体）可以绘制一张控制图，也可以按每组试样为一个单元（例如一天的数据）连续地绘制下去。

个值控制图主要用来直观地判断生产过程是否正常，如果有异常是属于个别点超出了控制范围，抑或整个生产过程偏离了正常的工艺，是由于系统性因素还是随机性因素的失控导致的异常等等。个值控制图虽然很简单，但十分明了有用。图1-1至图1-4显示了四组沥青含量的个值控制图，从这四张图上可以明显地看到由于不同的情况导致的不同类型的偏离。

2 、平均值和标准差控制图

个值控制图的一个缺陷是对个别数据的超差往往难于判断是否是工艺过程出现了问题，还是只是偶然的、个别的、暂时的因素引起的。此时用统计特征值作的控制图就更能说明问题，平均值和标准差控制图就是最常用的一种。平均值和标准差控制图是用从每一个试验总体中抽取的样本经统计处理后得到的对总体平均值和标准差的估计值绘制的图表，试验总体通常可以以天为单位，因而图表上的横座标将以日期的天数为单位。

图2-1展示了沥青含量的平均值和标准差控制图的实例。在图中标出了平均值和标准差的控制限，平均值的变化提示了过程变化的系统趋势，标准差则代表了过程的稳定性。

3、 正态分布频率直方图

正态分布频率直方图的绘制方法是将试验值的区间（最小至最大值）分成若干组，组的数量应根据试验的次数以突出样本分布的特点为原则选定，计算落在各组区间（组距）内的试验值个数，这一个数除以试验次数即为落在某一组距内的频率（以百分比表示）。图3-1展示了根据沥青路面压实密度检测结果绘制的频率直方图。

通过从原材料、配合比、施工工艺等方面严格控制，通过现场测试评价并加以改进，该路面施工质量一直处于受控之中，交工验收检测的各项指标都较好，全线沥青路面分部工程优良率为100%，每个项目标段工程质量都被评定为优良。该高速公路从通车至今，已经两年有多了，从通车开始交通量就较大，刚通车重车比例占2成左右。沥青路面经过了高温与多雨的考验，目前又是高温多雨的季节，从该公路上实驾车行走与质保期维修养护的情况来看，路面因离析出现水毁坑槽的现象较少，基本没有车辙病害，全线行车舒适、平整度好，路面的构造深度也满足要求。

六、结束语

通过该高速公路沥青路面施工离析为主要内容的质量控制研究，可得到以下结论：

将沥青路面施工离析划分为石料离析、矿料级配离析、温度离析,进行了合理分析，并采取有针对性的技术保证措施，收到了理想的效果；采用激光纹理仪评价沥青路面施工离析，方法简单，操作便捷，效果理想、直观；通过以离析为重点的施工质量控制，该公路沥青路面获得了优质的施工质量效果。均可大有作为，值得大力推广应用。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。