全面质量管理在沥青路面设计及修筑试验段中的应用

1 沥青混合料组成设计时的控制

沥青混合料的强度由两部分组成, 一是矿料之间的嵌挤力与内摩阻力, 二是沥青与矿料之间的黏结力, 说明如下。

(1) 矿料之间的嵌挤力与内摩阻力。沥青混合料中嵌挤力与内摩阻力的大小, 主要取决于矿料的尺寸均匀度, 颗粒形状及表面粗糙度。矿料尺寸较大, 颗粒均匀、有棱角、表面粗糙时, 所组成的混合料具有较大嵌挤力与内摩阻力。沥青含量对内摩阻力的大小也有影响, 摩阻力随沥青含量的减少而增大。沥青的黏度、混合料温度和受荷载时的变形速度, 对沥青混合料的嵌挤力和内摩阻力的影响小。

(2) 沥青混合料的黏聚力。沥青混合料的黏聚力主要取决于:矿料与沥青之间相互作用形成的黏结力和沥青材料本身的黏聚力。影响混合料的黏结力的主要因素有:沥青与矿料的性质、沥青用量及矿料的表面积。沥青的用量对混合料的黏聚力有较大的影响, 黏聚力的大小主要取决于沥青本身的性质。因此, 为了提高混合料的强度, 不但要选用优质沥青, 而且要严格控制沥青的合理用量, 使矿料表面在被沥青充分裹覆的前提下适当减薄沥青膜的厚度。

高等级公路面面层, 为汽车提高安全、经济、舒适的服务, 并直接受汽车荷载的作用和自然因素的影响。因此, 铺筑面层所用混合料的组成设计必须考虑温度稳定性、耐久性、抗滑稳定性、抗疲劳特征及工作度 (亦称施工和易性) 等问题。

(1) 高温稳定性。沥青混合料的强度和抗变形能力随温度的变化而变化。温度升高时, 沥青的黏滞度降低, 矿料之间的黏结力削弱, 导致强度与抗变形能力降低。因此, 在高温季节, 在行车荷载的作用下, 路面易出现车辙、波浪、推移等病害。提高高温稳定性, 可采用提高黏结力和内摩阻力的方法。在沥青混合料中, 增加粗矿料含量, 使粗矿料形成空间骨架结构, 从而提高沥青混合料内摩阻力。

我国过去评定沥青混合料的高温稳定性是采用高温时的抗压强度和温度稳定性系数两项指标。由于无侧限抗压强度试件的受力状态与沥青混合料在路面中实际受力状态不符, 如能所以以高温抗压强度和温度稳定性系数的试验结果, 往往不能反映沥青混合料的路用性能。目前我国采用马歇尔试验的稳定度和流值来评价沥青混合料的高温稳定性。研究表明, 马歇尔稳定度和流值指标与沥青混合料的高温稳定性有一定的相关性, 同时, 试验设备和方法较为简单, 便于现场质量控制, 因此马歇尔法被广泛应用。

(2) 低温抗裂性。随着温度的降低, 沥青的黏滞度增高, 强度增大, 但变形能力降低, 并出现脆性的破坏。路面裂缝往往出现在低温季节, 无论是低温荷载裂缝, 冻胀裂缝还是反射裂缝都是在外因作用下沥青混合料低温发“脆”所致, 而低温缩裂则是温度下降时内部应力所致。因此, 混合料组成设计中, 应选用温度敏感性低, 抗老化能力强的沥青。

(3) 耐久性。在自然因素的长期作用下, 要保证路面具有较长的使用年限, 必须具备较好的耐久性。沥青路面的使用年限还与混合料的沥青含量有很大影响。当沥青用量较正常的用量减少时, 则沥青膜变薄, 混合料的抗变形能力降低, 脆性增加, 如沥青用量偏少, 将使混合料的空隙率增大, 沥青膜暴露太多, 因而老化作用加速, 同时加大渗水性, 促使水对沥青的剥料与沥青膜之间的黏结力, 进而提高混合料的耐久性及沥青路面的质量。

(4) 抗滑性。沥青混合路面的抗滑性与矿料的表面性质、混合料的级配组成以及沥青混合料用量等因素有关。为提高其表面抗滑性, 配料时应特别注意粗矿料的耐磨性 (用磨光值检验) , 应选择硬质有棱角的矿料。沥青用量对抗滑性影响非常敏感, 沥青用量超过最佳用量的5%, 即可使抗滑系数明显降低。如果所用的沥青混合料的稳定性不佳, 路面易出现车辙和泛油现象。

(5) 抗疲劳性。抗疲劳性是沥青混合料抵抗荷载重复作用的能力。从组成设计方面考虑, 影响抗疲劳性能的主要因素有:沥青的质量与含量、混合料的空隙率、矿料的性质与级配。研究表明:最佳的疲劳寿命存在一个最佳的沥青含量。所以, 应从确定沥青最佳用量出发, 来提高路面质量。

(6) 工作度。工作度是指沥青混合料摊铺和碾压工作的难易程度。其影响因素很多, 诸如当地气温、施工条件以及混合料性质等。从混合料组成而言, 影响工作度的首先是混合料中的级配情况。此外, 沥青的等级和混合料中的用量都可影响工作度。

沥青的混合料组成设计的主要任务是选择合格的材料、确定各种粒径矿料和沥青的配比。设计的总目标是确定混合料的最佳组成, 使之满足路用性能要求, 而且经济。各国对沥青混合料最大粒径 (D) 同路面结构层最小厚度 (H) 的关系均有规定, 我国研究表明:随着H’D减小, 但耐久性降低, 特别是在H’D≤2时, 疲劳耐久性急剧下降。为此, 建议结构层的厚度H与最大粒径之比应控制在H’D≤2。只有控制了结构层厚度与最大粒径之比, 才能拌和均匀, 易于摊铺, 特别是在压实时, 易于达到要求的密实度和平整度, 保证施工质量。

2 在矿料配比设计过程时的质量控制

(1) 确定级配。此阶段设计, 要求保证具有一定的密实度, 又要保证稳定时的矿料级配组成。

(2) 计算各种矿料的配比。应选择符合质量要求的各种矿料, 分别进行筛析试验, 并测定各种材料的相对密实度。根据各种矿料的颗粒组成, 确定达到级配曲线要求时的各种矿料的配比。

3 修筑试验路段时的控制

沥青路面大面积施工前, 采用计划使用的机械设备和混合料配比铺筑试验路段。通过试验路段的修筑, 主要研究合适的拌和时间与温度;摊铺温度与速度;压实机械的合理组合;压实温度及压实方法;松铺系数;合适的作业长度等。在试验段中, 抽样检测每种沥青混合料的沥青含量、矿料级配、稳定度、流值、空隙率、饱和度和密实度等。沥青混合料压实12H后, 按标准方法进行密实度和厚度及抽检。

通过试验路段修筑, 优化拌和、运输、摊铺、碾压等施工机械设备的组合和工序衔接;提出混合料生产配合比;明确人员的岗位职责。最后提出标准施工方法。现将其中的问题讨论如下。

(1) 生产配合比的确定。按试验室所做的配合比经试拌合料的各种指标有时不满足要求, 因此结合试拌与试铺, 进行必要的调整, 方可作为生产配合比。调整混合料配比要以前次试验为基础, 针对出现的问题采取相应的措施进行局部调整。

(2) 机械组合。高等级公路路面的施工机械应优先选择自动化程度较高和生产能力较强的机械, 以摊铺、拌和为主导机械并与自卸汽车、碾压设备配套作业, 进行优化组合, 使沥青路面施工全部实现机械化。目前常见的问题是摊铺与拌和生产能力不配套, 不能保证连续作业, 从而影响施工进度和质量。特别是摊铺能力远大于拌和能力, 使摊铺机频繁停机影响了摊铺质量。所以在施工中, 应认真协调好机械间的组合问题, 避免机械停滞而造成浪费, 但更重要的是避免产生质量缺陷。

摘要：沥青混合料组成设计的控制和在矿料配比设计过程时的质量控制。

关键词：全面管理,沥青路面,设计,修筑,应用