沥青稳定碎石ATB-30柔性基层配合比设计及施工工艺的探讨

/沥青稳定碎石ＡTＢ－３０柔性基层配合比设计及施工工艺的探讨摘

要：结合工程实践,介绍AＴB—30沥青稳定碎石混合料的矿料组成设计、油石比选择及关键施工工艺和现场控制技术等；就ATB—30沥青碎石柔性基层的特点,着重阐述在实际施工中需特别注意的若干问题,可为今后类似工程施工提供有益的指导。关键词：ATB-30

沥青混合料

配合比设计施工工艺

1工程概况镇宁至胜境关高速公路，双向四车道，单向路面宽度1１.75ｍ,设计时速１０0ｋｍ/h，全长1１２ｋｍ.该高速公路主线路面面层结构形式为：航空煤油稀释乳化沥青透层十封层十沥青稳定碎石柔性基层(ATＢ—3０）12.5cm+SBS改性沥青混凝土下面层(AC-２0C）7cm＋SBＳ改性沥青混凝土上面层(SMA-16)5cm。2ＡTB－30结构的特点ATB称为密级配沥青稳定碎石混合料，它与普通沥青混凝土的区别主要是公称粒径的的不同，公称最大粒径通常≥26。５mm.ＡTＢ沥青稳定碎石一般设计空隙率为3％—6％，铺筑层厚度较厚。路面铺筑后具有良好的骨架结构，且具有防水、高温稳定、低温抗裂等特性，因此柔性基层路面结构具有优良的路面性能以及抵抗.环境和重交通荷载疲劳作用的能力。采用AＴB-30沥青稳定碎石结构，是为了减少路面反射裂缝的出现,延长路面使用寿命.原材料的技术标准要求如见表１、表2。表1沥青稳定碎石矿料级配范围级配类型通过下列筛孔(ｍm）的质量百分率（%）３7。531.526.５１916１３．29.54.7５2.361。１80．６0。30。150．０7５ATB-30规范要求1009０-１0070－９053-724４—66３９-6０31-５1２０－40１5-3210－２５8—18５-143—102－6长珲要求１0090-1０070-9０53—７２46—6641—6０35-5128－３51８—２５1２－1８8－1３5-１14-84—6

表2沥青稳定碎石混合料马歇尔技术标准试验指标公称最大粒径（mｍ）马歇尔试件尺寸（mm）击实次数(双面)（次）空隙率Vv(%）稳定度不小于(KN)流值(mm）沥青饱和度VFＡ（％）矿料间隙率VMA,不小于(％）马歇尔残留稳定度不小于（%)冻融劈裂残留强度比不小于(％）动稳定度不小于(次/mm）·2０℃ATB—30规范要求31.5φ15２．4mｍ×９3.3mｍ1123—６1５实测5５-７０11。５无规定无规定无规定无规定长珲要求31．5φ152。４mｍ×93.3mm轮碾成型3-615实测５5－７01１．57575１0003

3

混合料的组成设计３．1

目标配合比设计级配良好的AＴB可以抵抗较大的塑性和剪切变形，承受重载交通的作用，具有较好的抗车辙能力,提高了沥青路面的高温稳定性，设计合理的ATＢ是解决重载交通下高温车辙问题最经济有效的根本途径之一。因此，必须在矿料组成设计上多下功夫。3。１．1

原材料碎石的生产工艺为:初次破碎采用鄂式破碎机破碎至100mm以下，二次破碎采用反击式破碎机破碎，采用二级除尘装置,所生产集料规格分别为0－２.３6mｍ石屑、2。36—４．75mm、4．７５-９．5mm、9.５—1６ｍm、1６－１９mm、19-31.５mm碎石。各项结果详见表３、表４、表5。表3粗集料检测结果指标单位检测结果技术要求试验方法1#料2＃料3＃料４#料５#料石料压碎值，不大于％１2．5２8T0316洛杉矶磨耗损失，不大于％3。93０T0317表观相对密度，不小于-2。7６12。7562.７62２.766２．767２．5T0304毛体积相对密度-２．7４２2.7０42。70２2.6762.6３０

Ｔ０３04坚固性，小于％５。812T0314吸水率,不大于％0．50。7０。81。２1.93.0T0304针片状颗粒含量(混合料），不大于%８。318Ｔ0312其中粒径大于9.5ｍm，不大于%8。48.8１0．1

15T0３12其中粒径小于９。5ｍm,不大于%

1２．7

2０Ｔ0312水洗法<0.07５mｍ颗粒含量，不大于%0．20。50。４0。70．71T0310软石含量,不大于％０0000５Ｔ03２0与沥青的粘附性,不小于级33３３32(原料)T0316

表４

细集料检测结果指标单位检测结果技术要求试验方法表观相对密度，不小于-2．7４0２。5T0３２８毛体积相对密度-2。582—T0330含泥量(小于0.０75的含量）,不大于%2.23T0333坚固性，不大于

5.１１２T0３４0砂当量，不小于％８2．07０Ｔ０３34亚甲蓝值,不大于g／Kg0。825T0349棱角性(流动时间)，不小于ｓ45．530T0３45

表5矿粉检测结果指标单位检测结果技术要求试验方法表观密度,不小于ｇ／cm³2。７232。５T03５2含水量，不大于％0.30.8T010３烘干法粒度范围＜0。6mｍ〈0。1５mm〈0．075mm

％％%

10099。692.6

1００90-1０0７5-10０T０351外观—无团粒结块无团粒结块-亲水系数，不大于-0.6９1T0３53塑性指数,不大于％3。64T０354加热安定性-无变化实测记录T0355

３。1。2确定矿料合成级配该过程是确定各矿料的比例，并具有足够的密度和矿料间隙要求，使粗集料相互接触形成骨架，及较高的粘聚力和较高的内摩阻角.根据单粒级集料筛分结果最终确定矿料合成级配见表6和矿料级配组成设计图。为了反映其可比性，在ATB－30的工程级配范围内设计了三条合成级配曲线。从表6和图2可以看出曲线走势为：级配A几乎走级配范围的中值,级配Ｂ走级配中值与上限之间,级配Ｃ走级配中值与下限之间。采用上述三种级配进行一系列马歇尔试验.表6矿料级配组成设计矿料名称配合比(％）通过下列筛孔的质量百分率（％）ＡBＣ3７.531.526.５191613。29。５4。７52．361．１80.６0。30。150.0７514０．030.039。01００。０８8.7５０.37．21.３0。60.2０.20．2０.２0.2０.２０.20．22７。013。01５.0100.０10０。０100。072.239．8５．２２.40．90。５0。50。５０．50．50。5312。012.0８．01００。0100。0１00．0100．091．676。７1８。３0.８0.40。４0．40．40.4０.4411.014．０7．0100．010０.01０0。0100.０１00。０１0０.0９7.420．02.81。00.７0．7０.70。755。05.０5。0１０0．0100。0100。０100。0100。0１０0.0100.０9４。72０.02。８1.00．7０．70.7621．022。0２2．0100．01００。0100。０１０0．0１00.0１０0.０100.010０。080.０5１．2３3.５15.2８．75.971。５1．51。51０0。0100．0１00．０1００.0100。0１０0．０１00．0100.０100。0100.0100。0100.099。7９3。8矿粉２。52．52。5１０0.０100.0100.０１00.0１0０.0100.01０0.01００。０100．01０0。01０0。0100。０9９。793。8合成级配A级配１00。０95。５8０。160。９５5．350．８４3.2３1.322．215.211.37．5６。１5。2B级配１０0．096。685。１68．５61．６55．147．２３2。７２3.0１5．711.77.76。15.２C级配１00。0９5.６80。659。６51．845.2３９。７31。8２2。91５．711。77．66.25.3级配上限1０0。0100.０90．0７２.0６６．0６0．０51．035。0２5。０18。013．011。08。06。0级配下限100。0９０.0７０.05３.0４6．041。035。０28。018．012．08。０5.04.０4。0级配中值100.09５.08０．062。556。0５0．54３.0３１.5２1.515.01０.58。06．０5。0

矿料级配组成设计图3.1。3最佳沥青用量的确定三种级配分别采用2.5％、3。0％、3.5%、4．0％、4。5％的油石比制作马歇尔试件和轮碾成型后钻取芯样进行相关试验。通过马歇尔试验测定试件密度、空隙率、矿料间隙率和沥青饱和度、稳定度、流值等,结果见表７。表７沥青稳定碎石混合料马歇尔性能指标测定结果试验方法级配名称石油比(％）理论相对密度毛体积相对密度空隙率（％）矿料间隙率(％）有效沥青饱和度(％）稳定度(ＫN）流值(ｍm)击实法Ａ级配2．52.6０32。3９77.９１2。536．９１7。６35．23。０2。5832。4076。８12.645．９2０．4２5．９3。５2。５６32.4１９5．61２．６55．32６.516.44。０2。54４2。４244。７12.863.226.018.7４.5２。5263。993.91３.170。2２3.759。４C级配2。52.6012。4177.812．337.220.１14.６３。0２。581２。411６．６12.３4６。722。２1５。３３。52。56１2。42４５。４１2。３５6。324。６3６。84.０2.５422.４284.５１2.664.325．78８.14．52。524２.４343。712．971.627.548.6Ｂ级配2．52。60７2.402７.912.4３6.919．3１4。13.0２.５872。4146.712．4４6.２25.024.73。52.5672。4285。412。４56。023。9２5.3４。０２。5482.4３24.51２。664。０２3.047.14。５2。5３02。４３53。８１3.070.921。338．2轮碾法A级配2．52。６032。4１77。111．8３9.5１9.244。53．02.583２.４２９６.01１.84９.522．766．13.5２．５632.4４１4。811。８５９。７２７.797．24．02.5442．4473。８１2.０６８．226．２3７．74.５2.５2６2.４４93。０１2.475。524。６７8．2C级配2．5２。6012.4077.51２．138.322。624。９3.02.581２。4226.１１1。９４８。52４．０46。23。52。5612．4374．９11.858.9２5.127。５4．02。５４22．4404。０1２。1６7。0２７。35７。94.52.５24２。4４２3。312.574。028.４4８．3B级配２.52.60７2.41２7.9１2.１38.１20。303．73.０2.58７2．４276.2１2。０48.4２6。624.１3.５2。5６72.4３95。0１2.０58.22４。644．94.02．5482.4444。112.266．5２４．42６。34。５２。5302。4453．４12.6７3．422。117．4技术要求实测记录4-６≥11.５55－70≥15实测记录由表7的试验数据可以看出不同的制件方法对混合料性能有所影响.用马歇尔试验方法确定最佳石油比。3.1.4目标配合比检验对设计的三种级配Ａ、B、Ｃ分别采用最佳油石比制作试件，进行高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、无侧限抗压强度检验,检验结果表8。表8

目标配合比检验结果指标

级配名称油石比（%）（60°C）动稳定度(次／mm)浸水马歇尔残留稳定度（%）冻融劈裂残留强度比（%）（20°Ｃ）无侧限抗压强度（MＰa)击实法/轮碾法击实法/轮碾法击实法/轮碾法击实法/轮碾法击实法/轮碾法级配A４。00/3。６９３423/3６６68１．5/84．377。6/7８。13．6/４．0级配Ｂ3。92/3。７６３4１７/363９８３．２／86．775．5/76．４３．4/3。7级配C３.8２/3.６64072/4205８７.3/90。678。3/79．１4。5/4．7技术要求—1000不小于75不小于75不小于3试验方法

T０719T０709T０729T０８05

表９最佳油石比马歇尔试验数据试验方法级配名称Pa（％)ｒt（ｇ/cm³）rf(g／cm³）VV(%）VＭA(%)VFA（%)ＭS（KN)FL（ｍｍ）MSo（%）Ｐbe（%)FBSA(m2/kg）DA(um）击实法级配A４．０2.5４８2。4244．712。863。2２6.018。７８1.73。2８01.5８5４。１７7.85０级配B3。９22。5５02.４3０４.71２．462。226．747．683．33.185１.6644.２5７。4７９级配C３．822．5５６2.430４.912.6６1.224.3１8.３７８.63.1741。6０７4．0８７．76４轮碾法级配A3．692.５６02.4４54.５11。861.8２7。238.086。72.9４３1.801４。256。９11级配Ｂ3.76２．5602。4404。711.８60．328。656．9９0。6２。9881。7404.177。１５１级配C3．662。56２2.4414。712．161。１25.946.９84.3３．０231.68７4。0８７.３95技术要求实测记录４—6〉１1．５55-7０〉1５实测记录>75

通过采用击实法和轮碾法制件对ATB—30沥青稳定碎石混合料进行马歇尔体积分析及多项验证试验表明：级配C的综合性能指标均优于级配Ａ和级配Ｂ,因此采用级配C作为本标段的级配控制线，以轮碾法确定的3．６6%为最佳油石比.得到了监理工程师和业主的一致认可。3。2生产配合比设计将目标配合比设计的集料比例,输入沥青混合料拌和楼微机，待拌和楼达到实际生产状态时,从热料仓取出经振动筛筛分的集料分别取样进行筛分合成,级配曲线尽量往目标配合比合成的级配曲线靠拢，检验方法和条件与目标配合比相同,确定最佳油石比为3．57%，并依此进行试验段的试拌、试铺。3.３配合比设计的建议及体会（1）各种集料的筛分结果应采用备料期间自检筛分结果的加权平均值进行矿料级配设计，根据设计的矿料级配比例控制各种集料的进场比例,同时尽可能调整生产工艺,控制各种集料的生产比例，避免造成集料浪费和进场材料比例失控。（2）在生产配合比试验时，应适当增加矿粉用量，补充除尘除去的部分细集料，保证生产配合比矿料级配接近目标配合比确定的矿料级配.(３)击实成型温度应比普通沥青混合料配合比设计采用的温度偏高，这样可以保证室内击实成型试验能客观反映施工现场的实际情况，温度要求见表10。表１０

沥青混合料制件温度（℃)混合料类型矿料加热温度沥青加热温度试模预热温度混合料拌和温度试件开始击实成型温度试件成型终了温度ATB—30165-175155—1651１0－1201５5—1６５137-147127-１3７（４)由于ATＢ—３0混合料粒径较大、粗集料居多，如果采用标准的马歇尔试件进行配合比设计试验,试验结果的高散性将增加。因此，建设应采用φ１５2。4mm试件与轮碾法成型试件综合来进行AＴB－３0沥青混合料的设计。(5)根据配合比拌制几组车辙成型混合料,预估几组不同的碾压次数进行试件碾压.成型冷却后,对成型的试件进行取芯,芯样直径为15cm，待芯样完全风干后,测定芯样密度,建立芯样“毛体积相对密度与碾压次数”的关系曲线，在曲线上，以出现明显拐点处的碾压次数为轮碾成型碾压次数。即轮碾成型试件的取芯试件密度不随碾压次数(压力不变)而发生明显变化为止（本项目通过反复试验,确定碾压次数为４4次）.（6)进行试验用的取芯试件,必须保证试件取芯面光滑顺直，无错棱、起伏。否则将影响试验结果。进行马歇尔试验时,试验结果必须根据试件的实际高度按“沥青路面芯样马歇尔试验”进行修正。(7）试件成型,轮碾法与击实法比较，轮碾法的试件毛体积相对密度较击实法大0．11～0．０2２，空隙率小０。4％～0。8％，最佳油石比小0。１6％～０.31%。(８）当选用大试件进行ATB-3０沥青混合料配合比设计时,试件内部的大粒径石料在击实和碾压过程中可以更加充分的移动、嵌挤，使试件更加密实。这说明在一定尺寸范围内，适当加大成型试件尺寸有利于提高试件的密度，可以有效降低油石比、提高经济效益。4柔性基层施工工艺４.1下承层的检测铺筑柔性基层前，要检查下封层的完整性及其与下承层表面的粘结性。对局部下承层外露和下封层两侧宽度不足部分按下封层施工要求进行修铺，对已成型的下封层，用铲子铲破后与基层表面相粘结，以不能整层被撕开为合格。对下封层表面浮动的石屑扫到路面以外，提前把表面的杂物、灰尘清扫干净。4。２混合料的拌和沥青稳定碎石混合料采用三一重工ＬB—４000型具有二次除尘设备间歇式拌和机拌和,并配有200吨的混合料储料仓，该拌和楼设置为7个冷料斗（其中1个是备用）,6个热料仓，1个矿粉罐和１个石灰粉罐.ATB-30沥青混合料各个阶段要求的温度比普通沥青混合料要求的温度偏高,见表１1.表11

ATB-30沥青稳定碎石混合料施工温度(℃）沥青加热温度155—１６5矿料加热温度1７0—190混合料出厂温度1５5-165混合料废弃温度＞195混合料运到现场温度不低于15０摊铺温度正常施工不低于140—1５0,且不超过175低温施工不低于1４5—155，且不超过18０初压温度正常施工１3５-145｀低温施工１45-1５5，不低于13５复压温度正常施工130－14０，不低于1２5低温施工1３５—145，不低于13５终压温度正常施工11０-125低温施工1１5－135,不低于100拌合时间以沥青混合料拌和均匀,所有矿料颗粒全部裹覆沥青胶结料为度,本项目采用干拌7秒,湿拌33秒。混合料不得在储料仓中储存过夜。4．３混合料的运输运输采用大于15吨的运料车,为了减少在运输过程中混合料的温度损失，在运料车的车厢外侧四个侧面和顶面设置夹棉的凡布保温被.混合料装车前，在车厢内均匀喷洒肥皂水隔离剂，以防止沥青混合料粘附在车厢上。混合料装车时，顺序为前、后、中,以减少混合料的离析.车箱装满及时将顶层密封苫盖后，质检员进行测温,填写出厂合格单运入施工现场。超出废弃温度的混合料严禁运到施工现场。连续摊铺过程中，运料车在摊铺机前１0cｍ至30cm处停住，不得撞击摊铺机。卸料过程中运料车挂空档,靠摊铺机推动前进。运料车的运量较摊铺速度有所富余，施工过程中摊铺机前方应有不少于４辆运料车等候卸车，以保证摊铺的连续性。4．4混合料的摊铺施工时采用两台AＢＧ4２３摊铺机同时作业联合摊铺的方式:前行的第一台摊铺机靠中央分隔带一侧,边缘采用钢丝绳拉线，一侧传感器搭在钢铰线上,另一侧用浮动基准梁，后行的第二台摊铺机靠硬路肩一侧，一侧传感器搭在钢铰线上，另一侧用滑靴，两台摊铺机相距5ｍ-1０m,横向搭接宽度10cm—15ｃm，把滑靴放在前一台摊铺机铺出的基准面上，调整好横坡,进行摊铺。通过试铺得出ＡTB－30沥青稳定碎石混合料松铺系数为1。１9(符合1.1５—1。30之间的规定），摊铺速度为1。2ｍ／mｉn。４。5混合料的压实与成型压实是沥青路面施工最后一道工序，若采用了优良的筑路材料，精良的拌和与摊铺设备及良好的施工技术，摊铺出了较理想的混合料层，而好的路面质量最终要通过碾压来体现。如果碾压过程中出现任何质量缺陷,必将前功尽弃。因此,必须重视压实工作。压实的目的是提高沥青混合料的强度、稳定性和抗疲劳性。研究表明，标准压实度相应的空隙率增加１％时，疲劳寿命将要降低约３5％，压实度每降低1%，沥青混凝土路面的渗透性提高两倍，压实不足,导致路面空隙率增大,从而加速沥青混合料的老化，因此，必须合理的进行碾压。压实程序分为初压、复压和终压三道工序.初压是为了整平和稳定混合料，同时为复压创造有利条件，是压实的基础，所以要注意压实的及时性和平整性；复压的目的是使沥青混合料密实、稳定、成型,沥青混合料的密实程度取决于这一道工序,必须与初压紧密衔接，而且要采用重型压路机；终压是为了消除轮迹、收光,最后形成平整的压实面。为了保证沥青稳定碎石混合料的密实、平整及外形规则，碾压作业应如下进行：4。5。1压实程序初压时采用一台双驱双振戴纳派克C6２2(13吨)钢轮压路机碾压一遍，前进关闭振动，后退开启振动。对于AＴB-30沥青稳定碎石混合料,由于集料粒径较大,复压采用双驱双振压路机与重型轮胎压路机联合碾压的组合方式，在复压时先采用一台ＸP261（26吨）轮胎压路机碾压一遍,再用一台XＰ261(26吨）轮胎压路机碾压一遍。终压采用一台戴纳派克Ｃ522（12吨）钢轮压路机碾压两遍进行收光。4。５。２压实方式碾压时压路机应由路边压向路中,这样就能始终保持压路机以压实后的沥青稳定碎石混合料作为支承边。每次相邻重叠宽度为：双驱双振钢轮压路机30cm，轮胎压路机20cｍ，钢轮压路机60cm。4。5。3压实温度压实温度的高低，直接影响沥青混合料的压实质量。混合料温度高时,可用较少的碾压遍数，获得较高的密实度和较好的压实效果;而温度较低时，碾压工作变得较为困难，且易产生很难消除的轮迹，造成基层不平整和压实度不足等现象。因此，要在摊铺完毕后及时进行碾压,摊铺机后面的碾压作业段长度以30m左右为宜。一般来说,压路机尽可能靠近摊铺机进行碾压。达到了密实度后,再以最少的碾压遍数进行表面修整收光，此时压路机可离摊铺机远一点。实践证明,沥青稳定碎石混合料的最佳压实温度为12０—１30℃之间，也就是说能在120℃前完成复压作业是最理想的.压实质量与压实温度有直接关系，而摊铺后5—15min内(指的是正常施工）温度损失最大，约２．０－4．5℃，因此必须掌握好有效压实时间,适时碾压。4。６应注意的其他问题（1）加强原材料管理，由于沥青稳定碎石ATＢ—３０材料较粗,粒径大，在生产、推铺时比较容易产生离析,因此要从材料的源头开