大柔性基层性能及施工工艺
关键词：大粒径沥青碎石，基层，性能，施工工艺
1概述
随着国民经济的高速发展，交通量迅速增长，车辆大型化，严重超载等现象使沥青路面面临严峻的考验，许多高速公路建成后不久就不能适应交通的需要，早期破坏的情况时有发生。为缓解高速公路重载交通下的动水压力，我国开始应用大粒径透水性沥青混合料（LargeStonePorousasphaltMixes,以下简称LSPM）是指混合料最大粒径大于26.5mm,具有一定空隙率能够将水分自由排出路面结构的沥青混合料。此结构更好的减少了沥青层的温度收缩裂缝和防止反射裂缝的发生，进一步改善路面使用性能，提高了其使用寿命。
2LSPM性能
2.1高温稳定性
LSPM为单一粒径骨架嵌挤型混合料，9.5mm以上粗集料比例在70％左右，形成了完整的骨架嵌挤，因此具有良好的高温稳定性，研究表明设计更合理的LSPM是解决重交通下高温车辙问题最经济有效的途径之一。
评价混合料高温稳定性的试验方法有多种，通常我们采用的方法是动稳定度试验，即车辙试验。沥青混合料车辙试验是试件在规定温度及荷载条件下，测定轮往返行走所形成的车辙变形速率，以变形稳定期内每产生1mm变形的行走次数即动稳定度表示。车辙试验最大的特点是能够充分模拟沥青路面上车轮行驶的实际情况，在用于试验研究时，还可以改变温度、荷载、试件尺寸、成型条件等因素，以较好的模拟路面的实际情况。
由于LSPM粒径较大，一般情况下最大粒径可达到37.5mm，因此传统的5cm车辙试件厚度已不适用。对于LSPM应有最小压实厚度，当车辙试件厚度小于该厚度时粗集料之间不能形成良好的骨架结构，集料之间不能互相嵌挤，此时的试验数据不能反映真实情况。根据混合料压实厚度应为最大公称粒径的3－4倍原则，通过大量的试验验证，表明对于LSPM车辙试验最小应采用8cm厚度，试验温度采用现行规范中规定的60℃。
2.2水稳定性
沥青混合料在浸水条件下，由于沥青与矿料的粘附力降低，表现为混合料的整体力学强度降低。尤其对于LSPM，由于孔隙较大，沥青用量少，矿料之间的接触点比普通沥青混合料少，更应该考虑水稳定性。为了更好的保证混合料的水稳定性，对于LSPM的胶结料宜采用较高粘度的改性沥青，能够形成较厚的沥青膜，可使沥青膜的厚度大于12um。大量的试验研究表明，LSPM具有良好的水稳定性。
2.3疲劳性能
沥青路面的疲劳开裂也是沥青路面最主要的破坏模式之一，因而沥青混合料的疲劳性能一直受到研究人员的广泛关注。沥青路面使用期间，经受车轮荷载的反复作用，其应力或应变长期处于交迭变化状态，致使路面结构强度逐渐下降。当荷载重复作用超过一定的次数以后，在荷载作用下路面内产生的应力就会超过路面结构强度下降后的结构抗力，在路面处治层底部产生疲劳开裂，在荷载继续作用下，裂缝扩展至路表面形成疲劳裂缝。
LSPM为嵌挤型混合料，粗集料比例很大、沥青用量较低、空隙率较大，因此其疲劳性能要较密级配、密实型沥青混合料低，但与密级配沥青稳定碎石基层（ATB）疲劳性能相当。
2.4渗透性能
LSPM的主要功能之一是能迅速将渗入路面中的水迅速排出，因此，渗透性能是评价透水性沥青混合料最为关键的指标之一。透水性能常用渗透系数表示，但在目前我国没有试验测定透水性沥青混合料的渗透系数。
LSPM空隙率达到13％时，混合料的渗透系数发生突变，而空隙率达到18％以后渗透系数变化不明显，一般渗透系数为0.01cm/s到1.0cm/s之间，此时能够满足混合料排水性能的要求，而对于密级配沥青混合料即使空隙率达到10％，其渗透系数的数量级一般为10-5这也就是说混合料的渗透性能不仅与空隙率有关，更重要是与混合料的连通空隙有关。正是基于上面的原因LSPM的设计空隙率可以定为13－18％，混合料渗透系数要求为大于0.01cm/s。
2.5抵抗反射裂缝能力
由于作用路面的实际荷载为运动荷载，总会经历对称加载和非对称加载过程，在交通荷载作用下导致基层或旧路面中的裂缝向沥青面层反射的主要原因裂缝尖端剪应力的奇异性。无论是对称荷载还是非对称荷载作用，裂缝尖端的应力强度因子都将随着加铺基层模量的增大而增大。沥青混合料是一种温度敏感性材料，其模量随温度的变化十分明显，因此冬季出现反射裂缝的概率远大于夏季，而且当气温下降速度和幅度都很大时，加铺层中反射裂缝的发展也很迅速。LSPM由于空隙率较大、沥青含量低，因此其模量也较低，一般在400－600Mpa之间，远较密级配沥青混合料低。
根据断裂力学分析，混合料中没有空隙率或空隙率非常小时无论是对称荷载还是非对称荷载作用，裂缝尖端应力状态都有很大的奇异性，当存在较大空隙时将极大的消减了裂缝尖端的应力集中，这就说明在裂缝扩展过程中，大空隙的存在能阻碍其进一步的发展。
根据以上分析，LSPM模量较低，空隙率较大，混合料中存在较大连通空隙，具有较强的抵抗反射裂缝的能力。
3LSPM施工工艺
3.1施工前准备
施工前及下承层准备认真编写《试验路段施工组织设计》，报监理工程师批准，按常规调试拌和楼，满足生产配合比各项要求；对下承层和施工机具作全面检查，现场就位。
3.2拌和站控制
混合料拌和沥青混合料拌和采用SPECO-3000型沥青拌合楼拌和，混合料拌和时间每锅不少于45s（其中干拌不少于5s－10s）。拌和时严格控制混合料的温度和拌和时间。沥青采用导热油加热，矿料加热温度为170℃~185℃，沥青与矿料的加热温度应调节到使拌和的沥青混合料出场温度在175℃~185℃，不得有花白料、超温料，当沥青混合料超过195℃的应立即废弃，混合料运到现场温度不得低于175℃~180℃，对于每车料出场温度要有专人检测。
3.3施工现场控制
3．3．1运输混合料的运输从拌和机向运料车上放料时，应每卸一斗混合料挪动一下汽车位置，以减少粗集料的离析现象。尽量缩小下落的落距，运料车用篷布覆盖。摊铺过程中运料车应在摊铺机前10～30㎝处停住，不得撞击摊铺机，卸料过程中运料车挂空挡，靠摊铺机推动前进。混合料运输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3辆运料车等候卸车。
3．3．2摊铺混合料的摊铺时应控制好松铺厚度。施工时采用两台摊铺机联合摊铺，前一台摊铺机靠中央分隔带一侧摊铺，一侧传感器搭在钢铰线上，另一侧用浮动基准梁，后一台摊铺机一侧传感器搭在钢绞线上，另一侧用滑靴，两台摊铺机相距一般为5—10m，横向搭接宽度应有5—10㎝，把滑靴放在前一台摊铺机铺出的基准面，调整好横坡，进行摊铺。摊铺过程中，摊铺机速度保持1m/min均匀行驶，在铺筑过程中，摊铺机螺旋送料器应不停顿的转动，两侧保持有不少于送料器高度2/3的混合料，并保证在全宽断面上不离析。
3．3．3碾压混合料的压实及成型压实设备配有DD130双光轮振动压路机（13T）1台，BMG203双光轮振动压路机（10.5T）1台，SW850双光轮振动压路机（11.5T）2台，，选择合理组合方式及初压、复压和终压三碾压步骤，压路机以匀速行驶，速度符合规范要求。碾压时由低向高即由路外侧向内侧进行，超高段由曲线内侧向外侧进行，碾压方向与路线方向平行，并沿同一轮迹返回，每次错轴重叠1/3～1/2轮宽，压路机不能中途停留、转向或制动。并不得停留在当天摊铺的路面上或高于110℃的已经压过的路面上。另外，摊铺温度控制在175℃~180℃,初压温度控制在170℃~180℃,复压温度控制在150℃~165℃,终压温度不低于120℃。当表面温度大于40℃时不得开放交通。初压：第一遍先用DD130前进静压，后退振动；第二遍采用BMG203前进后退均为振动，第三遍采用SW850，压实速度控制在1.5Km/h,压路机振动时采用高频低幅压实;终压采用SW850静压,使其表面直至无轮迹为止。接缝处理横缝与铺筑方向垂直，形成一条碾压密实的边缘，下次摊铺前，在上次末端涂补适量粘层沥青，在碾压横接缝时先纵向后横向碾压，将压路机位于已压实的面层上，错过新铺层15cm，然后每压一遍向新铺层推进15-20cm，以推进到压路机轮宽度的1/3处进为止，改为正常碾压，在碾压时由专门人员用三米直尺检查接头处，发现问题及时处理保证接头部位的平整度。注意上、下层的横缝要错开至少1m的距离。施工注意事项注意原材料质量及混合料级配；保证混合料拌和温度和拌和时间，观察出仓沥青混合料色泽、拌和均匀性、让沥青充分裹覆集料；保温运输、保证混合料摊铺、碾压温度，减小沥青混合料离析和集料离析；调试摊铺机具，确保摊铺厚度，合理组织压实机具，增大压实功，确保压实度。
4总结
LSPM采用了新的理念，从级配设计角度考虑，LSPM应当是一种新型的沥青混合料，通常由较大粒径（25mm－62mm）的单粒径集料形成骨架由一定量的细集料形成填充而组成骨架型沥青混合料。它不同于一般的沥青处治碎石混合料（ATPB）基层，也不同于密级配沥青稳定碎石混合料（ATB）。LSPM级配形成了单一粒径骨架嵌挤，并且采用少量细集料进行填充，提高混合料模量与耐久性，在满足排水要求的前提下降低混合料的空隙率，因此其具有良好的排水性能又具有较高模量与耐久性。