隧道阻燃沥青路面施工工艺及施工质量控制研究

'摘要本论文以蒙新高速公路为依托，针对高速公路隧道路面防火要求高的特点，对隧道路面阻燃沥青混合料施工工艺与施工质量控制进行了较为详细的研究。首先，通过对不同种类不同掺量的阻燃沥青的正交试验分析，筛选出相对性能较好的阻燃剂及其相对最佳掺量，在此基础上，通过马歇尔试验设计阻燃沥青混合料的目标级配和生产级配，并对相应目标级配下的阻燃沥青混合料路用性能和阻燃性能进行室内试验研究。试验结果表明阻燃沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳性等路用性能均能满足要求；阻燃性能显著，能达到较好的阻燃效果。其次，应用BISAR软件对进行隧道路面结构力学分析，通过力学计算分析隧道路面结构的力学特征。计算结果表明，隧道路面结构形式不仅起到了承重作用，还可以起到缓冲反射裂缝的作用。最后，对隧道阻燃沥青混合料的施工工艺和施工质量控制进行了研究。由于阻燃沥青混合料是一种连续级配的骨架嵌挤密实结构，加之其中添加了阻燃剂和抗车辙剂，具有很高的剪切强度和抗变形能力，属于较难施工、较难压实的混合料范畴，研究过程中，通过大量的工程实践和调查研究，我们将隧道阻燃沥青混合料施工主要难题确定为加入阻燃剂和抗车辙剂后混合料拌和与摊铺碾压时的温度控制，同时，对施工质量随时进行检测，出现问题及时调整解决。对蒙新高速公路隧道路面施工质量检测结果表明，对混合料拌和与摊铺碾压时的温度控制很好的提高了隧道路面施工质量，对摊铺机起步位置、摊铺机停机位与运输车停车位距离以及摊铺机收料斗位置的严格控制，很好的改善了施工中的离析现象。关键词：阻燃沥青；路用性能；阻燃性能；路面结构设计；施工工艺；质量控制 ABSTRACTThisthesisreliesonMengxinhighways，accordingtothecharacteristicsoftunnelroadfiresafetyrequirementofthehighway，tomakeamoredetailedstudyofasphaltmixtureflameretardantconstructiontechnologyandconstructionqualitycontr01．Firstofall，throughthedifferentcontentandtypesofflameretardantasphaltorthogonaltestanalysis，weselectedtherelativeperformanceofflameretardantandthebestcontent．Onthisbasis，throughtheMarshallexperimentaltodetermineasphaltmixtureflame-retardantgradationandproductionproportioning，studythecorrespondinggradationflame-retardantasphaltmixtureperformanceandflame—retardantproperties。Testresultssdemostratethattheflameretardantasphaltmixtureshowshi。ghtemperaturestability，lowtemperaturecrackresistance，waterstability，suchperformanceCanmeettherequirements，flame—retardantpropertiesarerelativelybetter，andachievegoodflame—retardanteffect．Secondly，theapplicationsoftwareforBISARstructuralmechanicsanalysisoftheroadtunnel，thetunnelthroughtheanalysisofthemechanicalstructureofthemechanicalcharacteristicsoftheroad．Theresultsshowthatthestructureoftheformofroadtunnelsisnotonlyplayedaroleinload-bearing，butalsoplayedtheroleofreflectivecrackingbuffer．Finally，thetunnelflameretardantasphaltmixtureconstructiontechnologyandconstructionqualitycontrolwerestudied．Becauseflame—retardantasphaltmixtm"eisacontinuousgradationoftheframeworkembeddedcrowdeddensestructures，andaddsflameretardantsandanti-ruttingagent，SOithashighshearstrengthandanti—deformationcapability，belongstoamixturescopeofdifficultingtoconstructandcompacte。Inthestudyprocess，throughmanyengineeringpracticeandresearch，wedefinemainproblemsoftunnelfire-retardantconstructionofasphaltmixtureasflameretardantagentandanti—ruttingafterputtinginthemixturetemperaturecontrolatthetimeofmixing，rollingandspreading。Atthesametime，weshouldtestconstructionqualityatanytime，solveproblemsatthesametime．TheconstructionqualitytestresultsofMengxinhighwaytunnelpavementshowedthatthestirringofthemixtureandtemperaturecontrolofmixing，rollingandspreadingimprovethetunnelpavementconstructionquality，Thestrictcontrollofpaverstartinglocation，paver andtruckparkingspacesthepaverhopperclosedposition，improvethesegregationoftheconstruction．KEYWORDS：FlamePavementstructuredesign：asphalt；Performance；Constructiontechnology；Flameretardantproperty；Qualitycontrol 重庆交通大学学位论文原创性声本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：锡丹日期：劫Dc7年争月睁日重庆交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本人学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并进行信息服务(包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等)，同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。学位论文作者签名：彭舟日期：洳了年4月／牛日指导教师签名：掬乙?b日期。叼年≯月，午日本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊(光盘版)电子杂志社CNKI系列数据库中全文发布，并按《中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程》规定享受相关权益。学位论文作者签名：勃丹日期：泐丫年斗月f年日指导教师签名：拗。吼刁年中月(甲日 第一章绪论第一章绪论目前，我国公路建设发展迅速，桥梁、隧道不断增多，截止到2005年底除港、澳、台外，我国公路隧道达2889处，单洞总长达152．7万延米。按照规划，我国十年内还将新建成4×104km新路，“五纵七横”国道主干线将贯通最新规划的“7918"高速公路网将全面开始建设，公路隧道将再建设155km以上。目前，我国己成为世界上隧道最多、最复杂、发展最快的国家。特别是国家西部大开发战略的实施，我国西部多山地区公路建设将保持较大的建设规模和较快的发展速度，隧道的里程将大大增加。与一般路段相比，隧道内环境条件和使用条件有其特殊性：隧道内的环境比较潮湿，C02、S02等有害气体多，常导致隧道路面容易受到酸的侵蚀；此外，隧道内温度变化幅度较一般路段小得多。这些特殊的使用环境对路面材料提出了更高的要求：如要求抗滑性能好、耐久性高、噪声低、灰尘小，铺装具有一定的耐油性和阻燃性，并适应于隧道内潮湿的使用环境【l~3】。1．1隧道公路沥青路面及阻燃沥青发展概况1．1．1我国隧道公路沥青路面发展概况路面材料的选择是高速公路的建设中的重要组成部分。长期以来，隧道内路面铺装材料主要局限于水泥混凝土。水泥混凝土在隧道内潮湿的使用条件下不易发生结构性破坏，施工简单，路面的耐久性相对较好，这是人们选择水泥混凝土作为隧道内路面的主要原因。随着我国高等级公路的不断修建，公路隧道的等级也在不断地提高，水泥混凝土路面使用性能的缺陷逐渐显现出来，不利于车辆高速、安全、舒适地行驶：(1)路面平整度差、行车舒适性不好。水泥混凝土的模量大，收缩性强，平整度差，汽车在其上行驶时，振动较大，影响行车舒适；(2)水泥混土路面的抗滑性能衰减较快，行车安全性较差。水泥混凝土路面在刚通车时，采取拉槽刻痕等技术措施来改善其表面的抗滑能力，随着时间的摧移，磨耗增大，且抗滑能力很快降低，这给道路的高速行驶带来了安全隐患；(3)灰尘大、行车噪声大，环境质量差。汽车在水泥混凝土路面上行驶时，会产生较大的摩擦声和发动机振动的声音，加之汽车行驶时轮胎摩擦路面产生大量灰尘，汽车尾气排放使隧道内的C02和S02浓度增大，使得隧道内的环境质量较差。显然，普通水泥混凝土路面已难以满足现代隧道路面铺装的特殊要求。 2第一章绪论与水泥混凝土路面相比，沥青混凝土路面的抗滑性、平整性、吸音性等比较优良，且养护容易，在公路建设中得到了广泛应用，但隧道内相对特殊的使用环境制约了它在长大型公路隧道路面中的应用，隧道内温差小、潮湿的环境导致沥青路面施工困难，还会直接影响沥青路面的使用性能与耐久性，而且沥青路面抗水损害能力差、亮度低，尤其是在油浸蚀时发生火灾后会产生大量的有毒气体危害严重，隧道施工或发生火灾时，极易造成人员和财产的重大损失。因此，国内外建议一般情况下采用水泥混凝土路面[41。目前为了改善隧道路面的行车条件，一般采取在水泥混凝土路面结构的基础上加铺一层或二层沥青混凝土(称为复合式路面)。德国、日本的隧道路面普遍采用浇注式沥青混凝土结构，在浇注式沥青混凝土表面还撒布一层锻烧白色隧石，使路面的使用功能优良，照明度良好，使用寿命延长。国内曾有学者建议在隧道内铺筑沥青玛蹄脂碎石混合料(SAM)和多孔开级配抗滑面层(OGFC)，以提高隧道路面的抗滑性能。近年来，重庆交通科研设计院等单位尝试采用阻燃改性沥青混合料铺装和薄层抗滑层铺装等方法来改进隧道内沥青路面的使用性能，并进行了大量的研究和现场试验，取等了一定的成果【5J。上述研究工作对改善隧道路面使用性能做出了一定的贡献，但是并没有从根本上解决隧道内特殊使用环境与路面使用要求间的矛盾。如普通的复合式路面就由于未考虑沥青混凝土在隧道内特殊的使用条件，加之一般的复合式路面容易产生反射裂缝及脱层、坑槽等病害，耐久性较差，路面的使用性能并不很优良；半柔性路面由于在施工时易导致水泥浆浮于路面上，而使路面的抗滑性能降低，综合使用性能并不太理想；浇注式沥青混凝土结构及薄层抗滑层铺装方法同样存在防火安全与路面耐久性的问题等等。这些因路面材料的原因带来的公路隧道的施工、防火安全、行驶舒适和耐久性的矛盾己成了当前公路隧道建设高潮中急需解决的问题。1．1．2阻燃沥青国内外发展状况沥青是由碳、氢及氧、硫、氮等元素组成的复杂的高分子聚合物，不同产地的石油沥青，其组成各不相同。沥青具有易燃的特点，一般来讲，碳和氢约占石油沥青的90％--一95％，其中碳含量约为82％--一88％，氢含量不超过11％。氧、氮元素含量虽然很少，但这些元素组成的化合物分子量确是很大的，而且每个非碳氢化合物的分子中都含有氧、硫、氮原子。阻燃沥青的研究最早可以追溯N1987年和1989年发表的两篇美国专利【6~7】“阻燃沥青共混料”，主要是以卤系和磷作为阻燃剂，制备的阻燃沥青用于屋面阻燃油毡。在国内，原武汉工业大学有机材料研究所早在上世纪90年代就开始进行这方面的研究【8~91，主要应用于沥青油毡、 第一章绪论3防水材料方面，其后见于报导绝大多数阻燃沥青的研究都是沥青防水卷材和油毡。这些阻燃沥青主要用ATH或Mg(OH)3作为阻燃剂，在油毡、防水材料中阻燃剂的掺量大，阻燃性能不是很好，而且由于这些无机阻燃剂掺量大，与沥青和基材的相容性和亲和力差，因此对卷材、油毡的物理性能影响较大。而对于道路应用的阻燃沥青的研究却少见报导【l们。重庆交通科研设计院的陈辉强、陈仕周等人曾从事过这方面的研究fl卜121，并进行了大量的研究和现场试验，取得了一定的成果，但制备的阻燃剂复合改性沥青的阻燃性能不高，氧指数仅23．0，难以满足隧道中对沥青材料的阻燃要求，而且选用的阻燃剂对沥青路用性能影响较大。中国专利95117026．0公开了一种防火的石油沥青油毡，它是在沥青中加入阻燃剂如磷酸铝(或硫酸铝)、氢氧化镁和交联剂如二硫化四甲基秋兰母。所制得的石油沥青毡能起防火作用。但是其主要是应用在屋顶作为防水材料，没有应用在路面上。美国专利US4659381公开了一种阻燃沥青混合料，它是通过在改性沥青中添加至少一种卤系阻燃剂和至少一种含磷的无机化合物，如磷酸铝或红磷，来达到防火阻燃的目的，卤系阻燃剂有良好的阻燃效果，可抑烟作用却不明显；红磷是一种有效的阻燃剂，但由于它在摩擦碰撞时易燃，而且抑烟效果也不明显；所以难以满足现代防火隧道路面的使用要求。另外，辽宁石油化工大学的廖克俭【14】等人也从事过阻燃沥青的研究，虽然能提高沥青的阻燃性能，但制备的阻燃沥青的物理性能较差，难以满足工程需求。阻燃沥青的研制将为隧道内沥青路面发生火灾后争取时间营救顾客生命以及保护国家财产具有现实意义。沥青燃烧的过程，首先熔融、滴落、流淌，接着是熔珠燃烧、再由燃烧的熔珠洒落、流淌，造成火势蔓延扩大，酿成火灾。沥青的燃烧是一个放热、分解的物理化学过程，燃烧中分解出氢、甲烷、苯及烷烃类易燃气体。这些气体的燃烧又进一步加快了沥青的热分解【131。所以沥青火灾的特点是来势猛、扩展快、范围广、损失大。因此，解决沥青的难燃化问题，首先要解决沥青在受热时不熔滴、不流淌，达到提高沥青熔点和分解温度，增加分解气体中的不燃成份或增加燃烧膜中的抑制成份，以达到提高其燃烧氧指数的目的。1。1．3阻燃技术在道路沥青中的应用状况预防火灾，是人类社会安全的一个永恒主题。现在工农业和人民日常生活中广泛的使用高分子材料，绝大多数在空气中是可燃和易燃的，它们的极限氧指数多低于21。因此，近几十年来世界各国所发生的火灾，相当大一部分是由高分子材料被引燃所致的。鉴于此，目前全球各发达国家都对高分子材料的阻燃处理给予极大的重视，并且日益认识到，采用阻燃材料是防止和减少火灾的战略性措施之一，是关系到“环境和人类"的重大举措。人类最早对阻燃的尝试是企图降低 4第一章绪论天然纤维素材料(如棉花及木材)的可燃性。有关这方面的发展的最初文献是希腊人Herodotus在公元前450年所做的记载。他指出，希腊人将木材浸渍于硫酸铝钾溶液中可赋予木材一定程度的阻燃性。大约200年后，罗马人改进了这一处理过程，即在硫酸铝钾浸液中加入了醋，提高了木材的阻燃耐久性。公元前一世纪，古罗马报道了阻燃技术在军事上的应用，如用矾液来处理木城堡，用以抵御火攻，采用以头发增强的粘土作成的涂层来保护围城塔，以免被纵火材料毁坏。17世纪，德国人以粘土和石膏的混合物处理帆布，制得了一种“不燃”布，它用作剧院的窗帘L16J。有关阻燃科学和理论的基础研究，是从法国的J．L．Gaylussac开始的。他注意到，硫酸、盐酸和磷酸的铵盐对大麻和亚麻都具有很好的阻燃性，而如果采用氯化铵、磷酸铵和硼砂的混合物，则阻燃效率可明显提高。这个研究成果经受了时间的考验，现在仍然是实用的。由此可见，现代阻燃化学的基本原理在19世纪初即已有所发展。合成高聚物的出现，对阻燃技术的发展具有深远的意义。因为在此之前使用的无机盐阻燃剂，在基本上是疏水性的高聚物中用途甚为有限。所以，阻燃技术的近代发展集中在研究和制备与高聚物相容的永久性阻燃剂【17～20]。现在己有多种技术，可以赋予高分子材料阻燃性，包括接枝和交联改性技术、抑制降解技术、催化阻燃技术、气相阻燃技术、成炭隔热技术、冷却降温技术等。但是，目前最有实用价值的方法是在高聚物中掺加添加型阻燃剂或在合成时加入反应型阻燃剂。各种阻燃改性技术情况简述如下：①接枝和交联阻燃接枝和交联是使高分子材料功能化的～种有效方法，而且这种方法也己用于使高分子材料阻燃化，例如：早期的PE和PP的卤化就可以视为接枝阻燃方法的一个实例；采用Si、B试剂对PS和PVAL接枝改性，使它们部分硅烷化和硼酸酷化，也可明显提高材料阻燃性。采用过氧化物或辐射使聚烯烃交联，例如：二枯基过氧化物可以使铅一硅体系阻燃的PE交联，可使PE的LOI(极限氧指数)由21左右提高至25左右，在水平燃烧实验中达到自熄。交联不仅在高聚物本身间发生，在高聚物的热裂产物间也发生交联，这样通过减少可燃物的生成量也可以改善材料的阻燃性。②气相阻燃现在广泛应用的添加型卤系阻燃剂及卤．锑阻燃体系，起阻燃作用的是卤化氢和锑卤化合物，主要是通过在气相中捕获高活性自由基中断燃烧的气相阻燃机理。当前，人们又发现一些更有效的燃烧抑制剂，如能与气相中的自由基结合的催化剂，极少量的这类化合物(如Mn、Sn、U的某些盐类)即可清除气相中大量的自由基而使燃烧自熄，其阻燃效率估计至少可比三氯化锑高出一两个数量级。 第一章绪论5③凝聚相中自由基抑制剂高聚物中加入自由基抑制剂(抗氧化剂的一种)，可延缓材料表面氧化和降低高聚物的氧化降解速度，从而产生的阻燃作用使燃烧自熄。但不是所有的自由基抑制剂都可以起作用，某些自由基抑制剂在高聚物氧化裂解温度下被破坏而失效。通过研究表明有些具有多共扼芳香结构或金属还原型的高温自由基抑制剂可以产生作用，特别是一些分子中同时含卤代酰亚胺及受阻酚的自由基抑制剂，则同时具有卤素阻燃作用和在凝聚相中抑制自由基的功能。④催化成炭催化阻燃系统是指那些在一定条件下能使聚合物脱水成酸而促进高聚物成炭的系统，磷系阻燃剂及膨胀型阻燃剂就是典型的催化阻燃体系，但是这些阻燃剂的需用量较高。高聚物的阻燃性与其热裂或燃烧时的成炭率十分有关(炭层的结构也影响阻燃性)，有人试验得：当温度达700℃时，lmm厚的具有连续的闭孔结构、耐高温氧化、强度足够高的炭层就足以保护炭层下的基质不被引燃。⑤冷却阻燃在适当温度范围内可分解产生水的金属水合物具有冷却阻燃作用，例如氢氧化铝、氢氧化镁等常用作高聚物的阻燃剂，这是因为这些物质分解时吸热，且产生的水挥发时又消耗大量的气化热，故可使被阻燃高聚物冷却降温，从而发挥阻燃作用。⑥耐燃涂层一些不燃的无机物自古以来就被人类用为耐火材料，以外涂层保护材料的技术在现代仍被广泛的采用。但是，由于无机物与高聚物的相容性不佳，且两者的热膨胀差异较大，因此在实用上还有一定难度，只是很少数涂层(例如SiC、金属)可在阻燃上获得实用。此外，在高聚物的加工过程中加入Si、B、SiC，某些硼酸盐、磷酸盐和低熔点的玻璃等物质，可使改性的高聚物在燃烧时表面形成一层无机涂层而阻燃。1．2论文研究方法、内容及研究路线1．2．1研究方法本研究是以蒙新高速公路为依托，研究隧道阻燃沥青混合料的施工工艺与施工质量控制。结合施工现场环境条件和通车情况，本研究将面层混合料设计为下面层AC．20C，上面层AC．16F。由于阻燃沥青混合料是一种连续级配的骨架嵌挤密实结构，加之其中添加了阻燃剂和抗车辙剂，具有很高的剪切强度和抗变形能 6第一章绪论力，属于较难施工、较难压实的混合料范畴，因此对该混合料的材料特征、施工工艺及施工质量控制进行研究，对保证路面质量具有重要的意义。研究的主要从如下几个方面入手：1．阻燃沥青的性能研究；2．进行阻燃沥青混合料的配合比设计并研究其混合料的性能；3．进行隧道阻燃沥青路面的路面结构设计；4．隧道阻燃沥青混合料路面施工工艺与施工质量控制研究。研究过程中，通过大量的工程实践和调查研究，我们将隧道阻燃沥青混合料施工主要难题确定为加入阻燃剂和抗车辙剂的沥青混合料拌和与摊铺碾压时的温度控制。本论文采用理论分析和现场试验研究相互结合，互为补充的方法。一方面通过研究阻燃剂对沥青路用性能和阻燃性能的影响，结合正交试验，确定较优试验组合(选定某种阻燃剂及其掺量)；通过室内马歇尔指标试验设计混合料目标级配和生产级配，并对混合料的路用性能和阻燃性能进行试验研究；应用路面设计软件进行隧道路面结构设计。另一方面，针对阻燃沥青混合料施工时产生推移、压实难度高等问题产生的各种原因，从集料生产、混合料的拌和、运输、摊铺、碾压等提出消除和降低施工难度、尽量避免施工问题产生的施工措施；该项目研究成果为今后进行阻燃沥青混合料的制备和研究以及对隧道阻燃沥青混合料路面的施工工艺与质量控制研究具有重要的理论意义和参考价值。1．2．2研究内容①原材料性能研究通过对研究用沥青、阻燃剂、集料等原材料进行试验，获得原材料技术参数。②阻燃沥青性能研究1)通过对实验室制备的阻燃沥青研究，选定三组掺量，分别为：10％、20％、30％：2)在选定三组掺量的基础上，选择三种不同的阻燃剂(③号阻燃剂、②号阻燃剂、①号阻燃剂)，按照正交试验进行试验研究；3)参照我国现行技术规范或Superpave等相关试验方法及评价指标，以基质沥青为参照，通过实验测试，对阻燃沥青延度、针入度、软化点等进行综合评价，并进行阻燃沥青阻燃性能检测，通过对比分析得到一组使阻燃沥青性能相对较好的阻燃剂掺量。⑧阻燃沥青混合料路用性能研究 第一章绪论71)沥青混合料的配合比设计为了更清楚的了解阻燃沥青混合料的路用效果，选定设计目标级配的AC—16F沥青混合料，参照现有的热拌沥青混合料配合比设计及成型工艺方法，确定基质沥青混合料的最佳沥青用量(或油石比)。在相同沥青用量(或油石比)条件下，用阻燃沥青拌制混合料，实验确定并优化阻燃沥青混合料的路用性能参数。2)阻燃沥青混合料路用性能测试与评价按我国现行技术规范等对阻燃沥青混合料高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性等进行测试和评价，得出结论。3)阻燃沥青混合料阻燃性能测试与分析通过查阅国内外资料和室内试验，采用燃料燃烧模拟法对阻燃沥青混合料进行阻燃性能试验，分析阻燃沥青混合料的阻燃性能。④隧道阻燃沥青混合料路面结构设计研究根据交通等级划分、土基等级划分、推荐的路面材料设计参数、路面结构组合设计原则和设计标准，应用路面设计软件，结合蒙新隧道高速公路的工程实践，经综合分析，设计出蒙新隧道高速公路路面典型结构，可供有关单位设计时直接选用。⑤隧道阻燃沥青混合料路面施工工艺与施工质量控制研究随着新技术和新材料的应用新的问题不断出现，沥青混合料的施工方法正进行改进和修正以适应材料的各种特性。但综合目前的研究发现，近年来虽对施工过程中造成路面质量变异性、离析发生的原因以及相应的处理措施进行了研究，但这些研究大多只停留在沥青路面损坏特征和一些较粗放型的预防措施上。在目前沥青路面建设中，还没有一个贯穿于沥青混合料设计、拌和、运输、摊铺、碾压、检测等全过程的控制质量保证体系，难以对沥青路面施工进行合理的、定性的甚至定量的质量控制标准。控制和减少沥青路面施工过程中的各种不利影响，仍是一个亟待解决的问题。本论文以蒙新高速公路建设工程为依托(项目概况在本论文第六章介绍)，采用沥青混合料机械化施工技术，研究阻燃沥青混合料路面施工过程中施工工艺和施工质量控制技术，具有较强的针对性和实用性。研究的目的是通过控制和消除阻燃沥青混合料在拌和、运输、摊铺等过程中出现的推移、离析等现象，及其对沥青路面质量的不利影响，系统解决阻燃沥青混合料在施工和质量控制过程中的技术问题，减少因施工温度、离析等造成的路面早期损害，确保路面质量。 8第一章绪论1．2．3研究路线图1．1隧道阻燃沥青路面施工工艺与质量控制研究的研究路线Fi91．1Theresearchedrouteofconstructiontechnologyandqualitycontrolontunnelflame—retardantasphaltpavement 第二章原材料性能研究9材料是影响路面使用性能的重要因素。我国公路沥青路面的发展史，实际上是一部路面材料变革的历史。材料在沥青路面的建设过程中起到了决定性的作用。材料质量不理想，达不到要求，沥青混合料的质量也不可能达到要求。沥青结合料的性能、集料的质量、集料与结合料粘结效果都对混合料的性质产生极大的影响。现在，我国的公路建设又进入了一个新的时期，对沥青和集料都提出了更高的要求，沥青结合料更多采用改性沥青。因此，寻找各种途径改善材料的性能和质量，充分发挥材料的性能，对于保证工程质量，延长工程使用寿命，降低工程造价起着至关重要的作用。沥青混合料是由沥青和矿质混合料组成的混合物，矿质混合料又由粗集料、细集料和填料组成。作为沥青混合料的重要组成部分，混合料的性能取决于下列因素：矿物骨架结构、沥青的结构、矿物材料与沥青相互作用的特点、沥青混合料的密实度及其毛细孔隙结构的特点。阻燃沥青混合料是采用阻燃沥青，提高沥青路面的阻燃性能，可使沥青路面由可燃性变为自熄性，提高路面的安全性。2．1沥青沥青是沥青混合料中最重要的组成材料，其性能直接影响沥青混合料的各种技术性质。沥青路面所用沥青等级应根据气候条件和沥青混合料类型、道路等级、交通性质、路面类型、施工方法以及当地使用经验等，经技术论证后确定。本论文研究采用埃索70号基质沥青，改性沥青采用特立尼达湖沥青(英文简称TLA)。依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTJ052．2000)》和《公路沥青路面施工技术规范(JTGF40．2004)》对基质沥青进行试验，其常规指标试验【16】结果如表2．1、表2．2所示。表2．1基质沥青常规指标试验结果技术要求(卜3区)[41技术指标单位试验结果A级B级C级针入度(25。C，5s，0．1mm60～8060．9lOOg)针入度指数．1．5～+1．O—1．8～+1．O．1．34 第二章原材料性能研究软化点(R＆B)℃>46>44>4350．415℃Cm之100≥100>4016l延度10℃Cm>20≥158．2蜡含量(蒸馏法)％52．29．0s4．52．1闪点(COC)℃>230>245>260272溶解度(三氯乙烯)％>99．599．8密度(15。C)g／cm3实测记录1．02沥青旋转薄摸烘箱老化RTFOT质量变化％士0．8．O．6残留针入度比(25℃)％>61>58>5469残留延度(10"C)Cm26芝46．5表2．2ILk,改性沥青试验结果技术指标单位技术要求(卜3区)DO]试验结果针入度(25"C，5s，lOOg)O．1mm0～548软化点(R＆B)℃>909315℃Cm>100120延度10℃Cm2205．4蜡含量(蒸馏法)％0闪点(COC)℃>260272溶解度(三氯乙烯)％>99．599．6弹性恢复％芝7095沥青旋转薄摸烘箱老化RTFOT质量变化％士O．8+0．057残留针入度比(25℃)％芝5078残留延度(10℃)Cm>44．7 第二章原材料性能研究由表2．1、2．2可知：本论文研究采用的埃索70号基质沥青基本满足A级沥青要求，可用做改性沥青、乳化沥青、改性乳化沥青、稀释沥青的基质沥青。特立尼达湖沥青满足改性沥青的各项指标要求，可用作改性沥青。2．2集料在考虑材料对沥青混合料的影响时，往往比较重视对沥青的影响，而对集料的影响重视不够。集料是沥青混合料的支撑，集料质量差，必然结果是混合料的质量也差，要研究沥青混合料的性能，必要条件是保证集料的质量，然后再考虑矿料级配的控制。因此，我们应该采取有效措施，提高矿料质量，保证颗粒组成的稳定性。对集料根据粒径大小可将集料分为粗集料和细集料。按我国规范规定，粒径大于2．36ram的集料为粗集料，小于2．36ram的集料为细集料。本论文将对粗、细集料分别进行试验研究‘171。2．2，1粗集料沥青层用粗集料包括碎石、破碎砾石、筛选砾石、钢渣等。粗集料应该洁净、干燥、表面粗糙，无风化和不含杂质等，且与沥青具有较好的粘附性。本论文研究采用玄武岩碎石，根据现场配合比设计要求，按不同粒径范围的两档料来进行分析。依据《公路工程集料试验规程(JTGE42．2005)》对各档粒径碎石进行试验，其常规指标试验结果如表2．3所示。表2．3粗集料试验结果规格编号检测项目技术指标实测值1视密度g／cm3≥2．52．8452吸水率％牛20，975含泥量(水煮法<0．075mm颗粒含量)3牛10．3％104软石含量％牛30．7mm5坚固性％丰12ll6扁平细长颗粒含量3：1牛1823．3l7二个破碎面以上的碎石含量％≥9086101视密度g／cm3≥2．52．871 12第二章原材料性能研究，～2吸水率％牛20．5820含泥量(水煮法<0．075mm颗粒含量)3牛1O．4rain％4软石含量％丰30．65坚固性％牛12106扁平细长颗粒含量3：1丰1219．047二个破碎面以上的碎石含量％≥90878压碎值％丰2613．989洛杉矶磨耗率(LA)％丰2810．3810磨光值(PSV)％≥4245与粘结料的粘附性(掺抗剥落剂后)1l5级2．2．2细集料用于拌制沥青混合料的细集料包括天然砂、机制砂或石屑。细集料应洁净、干燥、无风化和杂质。本论文研究采用重庆产石灰岩机制砂，与粗集料一样，为了减少颗粒级配不稳定带来的误差，所用机制砂全部经过水洗烘干后备用。依据《公路工程集料试验规程(JTGE42．2005)》进行试验，各粒径主要指标试验结果如表2．4所示。’表2．4细集料试验结果粒径(mm)技术指标单位1．18～2．360．6～1．180．3"--0．6O．15～0．30．075～O．15表观相对密2．7082．6982．6992．6822．699度坚固性％8．8棱角性S48．243．437．431．827．6压碎值％17．9 第二章原材料性能研究132．2．3填料沥青混合料中，填料通常是指矿粉，其他填料如消石灰粉、水泥常作为抗剥落剂使用。矿粉必须采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经过磨细得到，应干燥、洁净和不含杂质。本论文研究采用重庆产石灰岩磨细矿粉，与粗细集料一样，为了减少颗粒级配不稳定带来的误差，矿粉只采用小于0．075mm部分(大于0．075mm的部分计入到其他矿料级配中)。依据《公路工程集料试验规程(JTGE42．2005)》进行试验，其主要指标试验结果如表2．5所示。表2．5矿粉试验结果Table2．5Thetestresultsofmineralfiller技术指标单位试验结果试验方法表观密度’t／m32．746T0352含水量％O．4T0103外观无团粒结块亲水系数O．6T0353塑性指数％2．6T0354加热安定性无颜色变化T03552．3阻燃剂阻燃材料一般是本身不具有可燃性或加入阻燃剂后使之不具有可燃性，一些不燃或难燃的材料加入到易燃材料中可以降低材料的可燃性，这种难燃材料便是阻燃剂。通过阻燃剂加入是否与被阻燃材料发生化学反应可以将阻燃剂分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂。添加型阻燃剂加入后只是与被阻燃物质机械的混合生成均匀的混合物，而反应型阻燃剂是与被阻燃物质发生一定的化学反应，生成的物质具有难燃性能。在实验室试验阶段，为了筛选出相对适合的阻燃剂用于蒙新高速公路项目施工，本论文研究选择了三种阻燃剂进行对比试验，分别是：③号阻燃剂、②号阻燃剂和①号阻燃剂。其中③号与②号阻燃剂为白色粉末状，①号阻燃剂为红色颗粒。③号阻燃剂为复合阻燃剂，阻燃剂具有良好的阻燃抑烟效果，且与有机材料有很好的相容性；②号阻燃剂为无卤阻燃聚丙烯组成物；①号阻燃剂为添加了复 4第二章原材料性能研究合抑烟剂的阻燃剂，改阻燃剂在具备有效阻燃性的同时，还具有良好的抑烟性能，阻燃剂炯密度<75，烟气毒性达到准安全二级以上。图21q号阻燃剂刷醇IHaiehuanflameretardanls通过室内试验研究(本章2．5节详述)，蒙新高速公路项目施工的阻燃剂最终确定为①号阻燃剂，其性能指标如表26的所示。表26①号阻燃剂的性能指标项目技术指标外观红色颗粒分子量95912密度，g／cm3甲均粒往，[tim盟0分解温度>320℃项目技术指标熔程，℃300～310挥发份，％501演音量．％282游离演，ppm520溶解性溶氯化芳泾；不溶于水、乙醇、丙酮、苯 第二章原材料性能研究2．4试样制备及试验方法241阻燃沥青的制备目前，阻燃沥青的制备主要有两大类：一次掺配法和二次掺配法。搅拌法、混融法、胶乳法适用于采用一次掺配法制备阻燃沥青，母体法适用于采用二次掺配法制各阻燃沥青。阻燃沥青的制备足采用高速搅拌方式使阻燃剂均匀分散在基质沥青中。本论文所用的制备阻燃沥青的设各为$0400高速旋转剪切仪(见图2．2)，转速010000转／min。其工作原理足：在高速旋转下，所产生极高的线速度和高频机械效应带来的强劲动能，使物料在定转子精密的间隙中受到强烈的液力剪切、液层摩擦、离心挤压、撞击撕裂和湍流等综合作用，高效、均匀、快速地将一个相或多个相分布到另一个连续相中。阻燃改性沥青的制备过程是首先将沥青加热到175士5"C，使其可以自由流动。然后掺入所需剂量的阻燃剂，在高速搅拌机下以转速为1800转／min搅拌30min制成所需的阻燃沥青试样。囤22旋转剪切仪Fi922rotationalsheafinginterferometer242沥青及阻燃沥青的试验方法阻燃沥青是将阻燃剂按照一定的工艺加入沥苛中而形成的，工艺解决的问题是使阻燃剂均匀稳定地分散于沥青当中。本文实验采用的是高速搅拌法使阻燃剂 16第二章原材料性能研究均匀的分散在沥青中，这是一种借助机械工艺使阻燃剂分散并与沥青混溶在一起。由于阻燃剂与沥青在分子量、密度、溶解度参数及其它物理、化学性质等方面均存在较大的差异，致使两者之间的相容性较差，并且沥青的性能会发生改变121-23]o路用性能：采用沥青常规指标的变化评价阻燃剂对沥青性能的影响。如针入度，软化点，延度及粘度等性能的变化。试验按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052—2000)中的规定进行。阻燃性能：关于如何评价阻燃改性沥青的阻燃性能，目前国内外还没有合适的方法进行测试，仍在探讨之中。本文采用沥青极限氧指数指标OI(Oxygenlndex)的变化来评价阻燃效果。利用HC～2型氧指数测定仪测试氧指数，参照GBl0707的规定进行测试。考虑到沥青的软化点低，在燃烧中纯沥青试样容易发生弯曲和流淌，试样的制备方法如下：剪取一块140mmx50mm的托盘，水平放置于涂有隔离剂的试验台上，将剪切好的阻燃沥青加热到160℃并搅拌均匀后，浇注于托盘上，保证阻燃沥青的质量为80士29。等其冷却到室温后，将其裁剪成长80"--"120mm，宽6．5±0．5mm，厚6±0．5mm的试样，每组试样不少于3根。然后将试件夹在氧指数仪试样架上进行试验。试验仪器如图2．2所示。图2．2氧指数仪结构图Fi92．2TheconstructionofOxygenIndexInstrument 第二章原材料性能研究172．5阻燃沥青的性能2．5．1阻燃沥青路用性能本论文通过常规试验分析阻燃沥青的路用性能，沥青针入度试验采用正交试验进行研究。正交实验设计是研究和处理多因素实验的一种科学方法，它利用“正交表"来安排实验。正交表的优点可以概括为“节省、方便、信息量大"。由于正交表的构造有“均衡搭配"的特点，利用它能够选出代表性较强的少数实验来求得最优或较优的实验组合。●针入度针入度试验作为一种剪切蠕变试验，其物理意义为表观粘度，它反映了沥青在荷载作用下的变形能力。但是，按标准条件测定的针入度值，只能反映沥青在特定条件下的粘稠性能，这种粘稠性能会随试验条件的变化而发生改变。而沥青的流变性能主要指沥青在不同温度和不同剪变率(剪切速率)下所呈现的流动和变形性能，该性能与沥青的路用性能有直接关系【24】。针入度试验是国际上经常用来测定粘稠沥青稠度的一种方法。是指在规定的温度和时间内，附加一定质量的标准针垂直贯入试样的深度，以0．1mm表示。通常稠度越高的沥青，针入度值愈小，表示沥青愈硬；相反稠度越低的沥青，针入度值愈大，表示沥青愈软。针入度试验中应注意的几项问题为：(1)针入度试验属于条件性试验，因此试验时要注意环境条件。针入度的试验条件有温度、时间和针质量。不同的试验条件会获得不同的试验结果。因此试验时要注意对试验条件的控制，检验标准针型号，尤其不能使用针尖被损的标准针，在每次试验时，均用三氯乙烯擦拭标准针。同时要严格控制温度，使其满足精度要求。(2)影响沥青针入度测定值的一个非常重要的步骤就是标准针与试样表面的接触情况。在试验时，一定要让标准针刚接触试样表面；试验时可将针入度仪置于光线照射处，从试样表面观察标准针的倒影，而后调节标准针升降，使标准针与其倒影刚好接触即可。(3)将沥青试样注入试皿时，不应留有气泡。若有气泡，可用明火将其消掉，以免影响结果的正确性。试验正交表见表2．7。试验中采用不同阻燃剂和掺量配制阻燃沥青，在规定的条件下测试针入度，试验条件为温度15℃、25℃、30℃，荷重lOOg，贯入时间5s。试验结果如图2．4所示，正交试验结果和试验数据分析见表2．8、2．9。 18第二章原材料性能研究表2．7因素与水平表Table2．7Thefactorandleveltable因素号ABC水平号阻燃剂种类阻燃剂含量(％)实验温度(℃)1③号10152②号20253①号3035注：①阻燃剂含量为阻燃剂和沥青的百分比图2．4针入度试验结果Fi薛．4Thetestresultofneedlepenetration表2．8正交试验结果阻燃剂用量(％)阻燃剂种类温度(℃)针入度(0．1ram)1l(10％)③号1(15℃)721②号2(25℃)2631①号3(35℃)4742(20％)③号22052②号32262①号11273(30％)③号31283②号11393①号2 第二章原材料性能研究19表2．9试验数据分析结果阻燃剂用量(％)阻燃剂种类温度(℃)水平1均值26．71814．3水平2均值1320．325．7水平3均值10．721．327R(极差)16．0003．312．7P(显著概率)0．4460．9540．554由图2．4、表2．8和2．9结果可知：a．阻燃沥青的针入度与掺量呈抛物线变化关系：当温度越高，针入度随掺量增加的减小速率越快，越明显，表明温度增加时，部分阻燃剂熔化在沥青中，增加了沥青的稠度；b．由P值可知，阻燃剂种类对针入度的影响最显著，表明，选择好的阻燃剂能适当提高阻燃沥青的针入度；从正交试验结果可以看出，较优的试验组合为：①号阻燃剂、10％掺量和35℃的试验温度；c．从三种阻燃剂的不同掺量试验结果图可以看出，在同一温度下，①号阻燃沥青的针入度比其他两种阻燃沥青的针入度要稍大；对上述结果产生的原因分析可知，③号和②号阻燃剂都为粉末状，这种阻燃剂不能与沥青形成比较稳定的相容结构，在很低的掺量时能均匀分散于沥青相中，而掺量增大以后，使阻燃改性沥青的稳定性下降，阻燃剂分散的不均匀性使得沥青的耐热性急剧下降，因而针入度呈下降的趋势。①号阻燃剂颗粒状，这样的阻燃剂和沥青的相容性更差，在掺量较少时，相当于填料，使沥青的稠度增加，针入度降低，当掺量达到一定量之后，颗粒状阻燃剂与沥青接触面积增大，相容能力增强，稠度降低，针入度增加。●软化点沥青材料是一种非晶质高分子材料，它由液态凝结为固态，或由固态熔化为液态，没有敏锐的固化点或液化点，通常采用条件的硬化点和滴落点来表示。沥青材料在硬化点至滴落点之间的温度阶段时，是一种粘滞流动状态。我国现行规范试验法是采用环球软化点法。沥青的软化点是试样在规定尺寸的金属环内，上置规定尺寸和质量的钢球，放于水(或甘油)中，以一定的温升速度加热，至钢球下沉达规定距离时的温度，以℃表示。试验中应注意的几项问题为：(1)加热速度要控制为5±0．5℃／min，如加热速度比规定值过快，测量的结果会比实际值偏高；而如加热速度比规定值过慢，则测量的结果会比实际值偏低。所以在 20第二章原材料性能研究加热过程中，如温度上升速度不在规定范围内，则应重新试验。(2)中层板与底板间距离应为25．4cm。(3)加热的介质采用水时，应采用新煮沸并冷却至所需温度的蒸馏水，防止在加热过程中产生气泡对试验结果的造成影响。不同阻燃剂和掺量条件下的软化点试验结果入图2．5所示：图2．5软化点试验结果Fi92．5Thetestresultofsofteningpoint由试验数据分析可知，阻燃剂掺入后可以提高沥青的软化点，阻燃剂在沥青中是机械的混合，软化点的大小受混合的均匀性影响较大。阻燃剂与沥青不相容，沥青本身就没有敏锐的固化点和液化点，采用阻燃剂后，沥青的软化点出现不规律变化。根据③号阻燃剂的分子结构和参考文献【251；并进行大量的试验分析后，可得出：③号阻燃剂使得改性沥青的软化点大幅增加，可能是因为阻燃剂中的一些成分与沥青发生了轻度交联并形成空间网状结构，使改性沥青的软化点升高【25】；②号阻燃剂是一种粉末状无机物，与沥青的相容性相对要差一些，不能形成一种稳定的结构，在低掺量时，粉末颗粒表面还能吸附沥青中的一些轻质成分，降低了②号阻燃剂粉末与沥青之间的界面张力，因而软化点增加，但掺量增IJn至U20％以后，②号阻燃剂在沥青中只能起到填料的作用，由于密度、相容性等原因，不能均匀分散于沥青中，从而导致温度敏感性增大，软化点下降；①号阻燃剂为颗粒状，相容性相对要更差，颗粒不能完全分散于沥青中而出现团聚，导致耐热性能下降，软化点降低。·延度沥青的延性是当沥青受到外力的拉伸作用时，所能承受的塑造性变形的总和，通常是用延度作为条件延性指标来表征。沥青的延度是规定形状的试样在规定温度下，以一定速度受拉伸至断开时的长度，以厘米(cm)表示。试验中应注意 第二章原材料性能研究2I的几项问题为：(1)在浇筑试样时，隔离剂配置要适当，以免试样取不下来，对于粘结在玻璃上的，应放弃。在试模底部涂隔离剂时，不易太多，以免隔离剂占用试样部分体积，冷却后造成试样断面不合格，影响试验结果。(2)在灌模时应使试样高出试模，以免试样冷却后欠模，厚度不合格。(3)在刮模时，应将沥青与试模刮为齐平，尤其是试模中部，不应有低凹现象。(4)在试验中，如发现沥青细丝浮于水面或沉入槽底时，则应在水中加入酒精或食盐，调整水的密度至与试样相近后，重新试验。本论文测试阻燃沥青10℃的延度，试验结果如图2．6所示。图2．6延度试验结果Fi92．6Thetestresultofprolongation图2．6的试验结果所示：阻燃剂加入到沥青后，沥青的延度呈折线变化，掺量为20％时延度达到最大值为9．2cm，在掺量大于20％时延度急速下降。说明阻燃剂对沥青的抗变形能力影响较大，随着阻燃剂量的增加，沥青塑性变形的能力越来越小。从结果可以看出，对三种阻燃剂而言，随着阻燃剂用量的增加，沥青的延度呈下降趋势，但是下降速度不同，总的来说，沥青的延度对外加剂非常敏感，即使很少的添加量就使得延度发生明显变化，这是因为阻燃剂与沥青之间只是物理意义上的共混过程，界面张力很大，很容易由于缺陷而出现应力集中而发生断裂。由于①号阻燃剂为颗粒状，其相容性相对较低，在加入之初只起到填料的作用，增加至!j一定量之后，随着阻燃剂颗粒和沥青接触的面积增加，也会达到共混过程，使得沥青延度降低。2．5．2阻燃沥青阻燃性能●阻燃设计理论 第二章原材料性能研究燃烧是沥青表面发生复杂的氧化反应，在有足够氧气或氧化剂及外部热源存在下便会发生燃烧。当外部热源施加给沥青时，沥青将会分解出：可燃气体，如甲烷、乙烷、乙烯、一氧化碳、甲醛；不燃气体，如二氧化碳、水蒸气等：残留物，一般是含碳量高的难燃物等，一些小的残留物会悬浮在空气中形成烟。这些可燃的气体达到可燃的浓度，并获得足够的热量达到着火点时，燃烧发生。根据能量守恒定律，沥青燃烧时过程遵循式(2．1)的能量平衡关系126】：Q+Qe=Qd-Q。式(2．1)式中；Q⋯外部热源供应的热量；Q。⋯沥青燃烧热；Qr-一沥青分解气化所需的热量；Q。一损失的热量；沥青的燃烧热O。等于或大于燃烧过程中所需要的总能量Qf+Q。时，燃烧便会维持下去，此时不再需要外部的热源。沥青的燃烧热是沥青材料的固有特性。但是，损失的热量却是一个变化性极大的量，取决于沥青以外的环境条件。可以通过控制沥青燃烧时热量的损失或改变沥青周围的环境来达到阻燃的目的。加入阻燃剂后的能量平衡关系如下式(2．2)[271；Q+Q。+QE=Q—QF+Qs式(2．2)式中：Q一外部热源供应的热量；OE．．一阻燃剂的燃烧热；Q。⋯沥青燃烧热；QF_-．阻燃剂分解气化所需的热量；Q。⋯损失的热量；Qr～沥青分解气化所需的热量如式(2．1)，(2．2)所示，为了达到阻燃的目的，可以通过以下方式实现：1)增加Qf即增加沥青组分分解所需的能量，这样可以减少可燃气体的生成量，要达到燃烧必须获得更多的能量；2)减小QF，但是促使不燃性气体的产生，这样可以稀释沥青分解的可燃气体的浓度，又可以降低可燃气体的温度，提高材料吸热和散热能力，达到阻燃的目的。3)通过裂解产生捕捉燃烧活性自由基的物质，减小活性自由基的浓度，减慢燃烧的速率，降低燃烧热O。，达到阻燃的目的。4)在沥青燃烧体的表面形成隔离层，创造一个“冷源”，割断沥青燃烧体与氧气接触，使沥青燃烧体火焰能够自熄。试验结果通过极限氧指数法对阻燃沥青的氧指数进行试验，试验结果如图2．4所示。氧指数0．I．按式(2|3)计算o·I·2丽LU21×100式(2．3)式中：【02卜-I临界氧浓度时混合气流中氧的体积流量； 第二章原材料性能研究队卜一临界氧浓度时混合气流中氮气的体积流量。注：本研究氧指数按GBl0707规定进行测试。图2．6氧指数试验结果Fi92．6ThetestresultofOxygenIndex阻燃剂掺入到沥青中，可以提高沥青的氧指数。基质沥青的氧指数大约为20，阻燃剂加入后，沥青的阻燃性能可以得到提高。由试验结果可以看出，加入20％阻燃剂之后，氧指数变化曲线趋于水平，说明一定量的阻燃剂之后再添加阻燃剂的效果和掺量20％的阻燃效果相差不大，从经济角度出发，20％的阻燃剂掺量为最佳添加量。通过室内试验研究，蒙新高速公路最终选择①号阻燃剂作为项目施工阻燃剂，阻燃剂掺量为20％。2．6本章小结(1)通过对基质沥青、粗细集料和填料进行试验研究，原材料均能满足《公路沥青路面施工技术规范(JTGF40—2004)》技术要求。(2)本章从阻燃剂对沥青性能的影响入手，通过对加入阻燃剂后沥青三大指标的试验检测和氧指数试验，研究阻燃沥青的路用性能和阻燃性能。试验结果表明：阻燃剂对沥青的路用性能有一定的影响，能显著的提高沥青的阻燃性能；在对阻燃沥青进行试验分析后，最终选定①号阻燃剂作为项目施工的阻燃剂，20％的掺量为阻燃剂的最佳掺量。 24第三章阻燃沥青混合料的配合比设计沥青混合料是由沥青、粗集料、细集料和矿粉按照一定比例拌和而成的一种复合材料，其中沥青是沥青混合料的重要组成材料之一。本章将在阻燃沥青的基础上，根据《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40．2004)的要求，对阻燃沥青混合料配合比设计以及生产级配设计进行系统研究。3．1阻燃沥青混合料配合比设计沥青混合料配合比设计主要包括矿料级配的确定与最佳用油量的确定两部分。矿料级配的不同而构成不同的组成结构，诸如悬浮．密实结构、骨架．空隙结构和骨架．密实结构等。级配组成的不同，会影响到沥青混合料的路用性能，室内试验和实际工程都己经证实骨架．空隙型和骨架．密实型级配沥青混合料的高温稳定性要优于悬浮．密实型沥青混合料。国内外都在不断对沥青混合料的级配进行调整，例如我国的SAC沥青混合料就是为提高高速公路沥青路面的表面粗糙度，使高速行车更安全而研究开发的一种新型级配沥青混合料，而SHRP对级配进行了比较完整的研究，其研究成果提出了禁区与控制点的概念。确定合适的沥青用量是混合料配合比设计最关键步骤，过高的沥青用量容易导致夏季高温季节路面泛油，产生车辙等病害，而沥青用量过低又容易导致低温开裂，水稳定性能下降。3．1．1上面层AC-16F矿料配合比设计级配设计方法要以级配设计理论作为理论依据与指导，而根据级配理论计算出的级配曲线，通常只能用于理论研究，而并不能直接应用于实际工程。我国最常用的AC型密级配沥青混合料级配就是基于最大密度级配理论建立的。近年来，众多国内外的研究者都在总结现有级配的优缺点的基础上，结合工程实际经验，提出新的级配形式与级配设计方法，如AK-16C，AC．16K和SAC等，同时德国提出的SMA和美国提出的SHRP设计方法也引起了较多的重视。为了更好的对比研究不同沥青混合料的路用性能，本论文直接选择《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40—2004)中AC．16F密级配沥青混凝土矿料级配范围进行研究【4】。为了保证试验结果的准确性，矿质混合料级配设计全部采取经水洗烘干后的粗、细集料配制而成。①沥青混合料目标级配设计 第三章阻燃沥青混合料的配合比设计25本文主要是通过对配合比的调试，使沥青混合料的目标级配与初试极配相协调。沥青混合料目标级配设计步骤如下图表3．1，主要结论见表3．1和图3．2。图3．1沥青混合料目标极配设计操作步骤Fi93．1Thedesignstepsofasphalt-mixobjectivegradation表3．1AC-16F沥青混合料目标配合比初试级配组成设计Table3．1TheAC一16Fasphalt—mixpreliminarycombinationdesign料堆名称1撑2拌3捍4撑5群矿粉备注：阻燃剂掺量：15％料堆比例级配lO3226635l(沥青重量比例)级配203229632lPR掺量：2％o(％)级配3O43291023l(混合料重量比例)通过下列筛孔尺寸(mm)的百分通过率(％)0．07设计混合料31．526．5191613．29．54．752．361．180．60．30．155级配110097．286．87045．433．620．616．210．98．26级配210097．286．869．942．83119．114．910．17．75．6级配310096．382．260．136．923．214．311．37．864．5上10092806248362618148设计文件限要求下1009076603420139754限 第三掌黼燃沥青混合耨戆配合毙设计根据上面的表3．1，绘制的级配示意图见下面的图3．2：图3．2Ac_16F初试级配示意图Fi93．2ThepreliminarygradationofAC一16F初试油石比采用4．8％，初试油石比下的马歇尔指标见下面的表3．2：表3．2各级配结构的马歇尔指标Table3．2AtalllevelswiththegradationoftheMarshalltarget马歇尔试验结果汇总试验项目级配l级配2级配3设计要求理论最大相对密度2．6162．6222．634|空隙率VV，％3．54．14．73～6合成荛体积裾对密度2．7542。76l2．787|合成液观相对密度2．8762。8832．904l矿料阕黧率VMA，％l2。6l3。2l3．9之13饱和度VFA，％72．168．566．455～70稳定度MS，kNlO。8912。6415．000芝8。0流值FL，mm4．943．782．902～4备注：1．经测定埃索70#：ffjj秀j：15℃时密度为1．0409／cm3；2．成型试件时马歇尔双面备击实75次。 第三章阻燃沥青混合料的配合比设计27考虑蒙新高速公路各个施工路段的气候、交通量情况、层位功能，初拟设计空隙率为4．2％，从上表可以看出，三个级配中级配2的马歇尔性质较好的满足规范和设计文件的要求，因此，这里采用级配2作为设计目标级配。②最佳沥青用量的确定沥青混合料中沥青的用量对沥青混合料的使用性能有重要的影响，沥青用量太大易导致车辙和泛油，沥青用量太小易出现耐久性问题，如水破坏、沥青老化等，因此确定沥青混合料的最佳沥青用量是沥青混合料组成设计中至关重要的环节。确定最佳沥青用量【281日前常用的有马歇尔法、维姆法以及Superpave体积设计法，另外GTM设计法也越来越得到工程界的重视。其中维姆法只有美国少数几个州在应用；而马歇尔法则在世界上绝大多数国家使用，仅在技术指标的确定和一些细节上略有不同；Superpave体积设计法是美国SHRP研究计划的一项重要成果，是在基于性能考虑的基础上提出的一种新型沥青混合料设计方法；GTM设计法现在应用并不广泛，但是因其成型试件的过程可以很好地模拟路面的实际受力情况，且可以设计出抗车辙性能良好的沥青混合料，所以GTM设计法也不断得到推广。我国现行国标采用马歇尔混合料设计法。该方法由密西西比州公路局的布鲁斯．马歇尔(BruceMarshall)提出，由美国陆军工程兵部队加以改进并增加某些性能，以作为ASTMD1559和AASHTOT245的正式方法固定下来。马歇尔法旨在通过稳定度、流值、密实度、空隙率等控制指标的分析，提出适合的沥青混合料组成。马歇尔法的优点是它注意到沥青混合料的密实度和孔隙特性，强调合适的空隙性质以获得耐久的沥青混合料。马歇尔设计法确定最佳用油量的步骤【4】为：1)制备试样按表3．1确定的矿质混合料配合比，计算各种矿质材料的用量，并按式(3．1)计算矿料的合成毛体积相对密度。‰：F÷～式(3．1)y站2i—1广————F武Lj·l夕l+l+⋯⋯+二生y1y2’，n式中：鼻、只、⋯、只一各种矿料成分的配合比，其和为100；^、7：、⋯、以一各种矿料相应的毛体积相对密度。根据AC．16F推荐的沥青用量范围，预估AC一16F的最佳油石比只为4．5％，拌和2组沥青混合料，采用真空法实测最大相对密度，取平均值。然后由式(3．2)反算合成矿料的有效相对密度y。。驴糌式(3．2)‰2而厂责武¨z’ytyhlh 28第三章阻燃沥青混合料的配合比设计式中：y。。一合成矿料的有效相对密度：忍一试验采用的沥青用量，忍=只／(100+只)，％；以—试验沥青用量条件下实测得到的最大相对密度，无量纲；以一沥青的相对密度(25*C／25℃)，无量纲。以预估的油石比为中值，按0．3％间隔选择4．2％、4．5％、4．8％、5．1％和5．4％五个油石比按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(T0702．2000)的方法成型马歇尔试件，并通过式(3．2)反算各油石比条件下的最大理论密度。2)沥青混合料体积特征参数测定沥青混合料是由沥青和矿质混合料组成的复合材料，沥青混合料组成材料质量与体积的关系密切，其体积特征参数由密度、空隙率、矿料间隙率和沥青饱和度等指标表征，它们反映了压实后沥青混合料各组成材料之间质量与体积的关系。这些参数取决于沥青混合料中沥青与集料性质、组成材料用量比例、沥青混合料成型条件等因素，并对沥青混合料的路用性能有着显著影响，也是沥青混合料配合比设计的重要参数【291。a．沥青混合料密度是指压实沥青混合料试件单位体积的干质量。理论最大密度(实测)和毛体积密度是沥青混合料配合比设计的重要参数。沥青混合料的毛体积是指试件在饱和面干状态下表面轮廓水膜所包裹的全部体积，此时，试件内部与外界流通的所有开口孔隙均已被水充满。在工程中，常根据试件的空隙率大小，选择用表干法、蜡封法或体积法测定沥青混合料的毛体积。由于AC．16F为密级配沥青混合料，马歇尔试件较密实且吸水很少，选择表干法测定试件的毛体积密度。根据测试结果，按式(3．3)计算。Y，=—!生一式(3．3)～md一／"nw式中：7，一由表干法确定的沥青混合料试件毛体积相对密度；m。—沥青混合料干燥试件在空气中的质量，g；m。一沥青混合料试件在水中的质量，g；肌d一沥青混合料饱和面干状态试件在空气中的质量，g。b．沥青混合料试件的空隙率是指压实状态下沥青混合料内矿料与沥青实体之外的空隙(不包括矿料本身或表面已被沥青封闭的孔隙)的体积占试件总体积的百分率，根据压实沥青混合料试件密度和理论最大密度按式(3．4)计算。"，‘W=(1一尘)×100％式(3．4)7t式中：阿～沥青混合料试件空隙率，％；Y，、以一意义分别同式(3．2)和式(3．3)。 第三章阻燃沥青混合料的配合比设计29c．沥青混合料矿料间隙率是指压实沥青混合料试件中矿料实体以外的空间体积占试件总体积的百分率，由式(3．5)表示。，，1，、VMA=l1一．竺×只l×100％式(3．5)＼y曲‘)式中：VMA—试件的矿料间隙率，％；只—各种矿料占沥青混合料总质量的百分率之和，即只=100一只，％：‰一矿料的合成毛体积相对密度，按式(3．1)计算。，，，一意义同式(3．2)。d．沥青饱和度是指压实沥青混合料试件中沥青实体体积占矿料骨架实体以外的空间体积的百分率，由式(3．6)表示。VFA：—VMA—-W×100％式(3．6)删3)测定力学指标为确定沥青混合料的沥青最佳用量，按《公路工程沥青沥青及沥青混合料试验规程》(T0709．2000)方法测定马歇尔试件的稳定度MS和流值FL。4)绘制坐标曲线以油石比或沥青用量为横坐标，以马歇尔试验的各项体积参数和力学指标为纵坐标，将试验结果点入图中，连成圆滑的曲线。确定均符合规范规定(如表3．3)的沥青用量范围OAC晌"一OACm觚。选择的沥青用量必须涵盖设计空隙率的全部范围，并尽可能涵盖沥青饱和度的要求范围，并使密度及稳定度曲线出现峰值。如果没有涵盖设计空隙率的全部范围，试验必须扩大沥青用量范围重新进行。表3．3AC．16F沥青混合料马歇尔试验技术标准[41Table3．3ThetechniquestandardsofAC-16FasphaltmixturesthroughMarshallexperiment试验指标单位技术标准击实次数(双面)次75试件尺寸mmq"101．6×63．5mm空隙率VV％3～6稳定度MS，不小kN8于流值FLmm1．5～4矿料间隙率VMA设计空隙23456(％)，不小于率(％)11．512．513．514．515．5沥青饱和度VFA％65～75 30第三章阻燃沥青混合料的配合比设计5)确定目标最佳沥青用量(或油石比)a．根据试验曲线的走势，按下列方法确定沥青混合料的目标最佳沥青用量OACl。a)．在曲线图求取相应于密度最大值、稳定度最大值、目标空隙率(或中值)、饱和度范围的中值的沥青用量al、a2、a3、a4。按式(3．7)取平均值作为OACl。OACl=(a2+a2+a3+a4)／4式(3．7)b)．如果在所选择的沥青用量范围未能涵盖沥青饱和度的要求范围，按式(3．8)求取3者的平均值作为OACl。OACI=(al+a2+a3)／3式(3．8)c>．对所选择试验的沥青用量范围，密度或稳定度没有出现峰值(最大值经常在曲线的两端)时，可直接以目标空隙率所对应的沥青用量a3作为OACl，但OACl必须介于OACmin～oACmax的范围内。否则应重新进行配合比设计。b．以各项指标均符合技术标准(不含VMA)的沥青用量范围OAC嘶～OACm“的中值作为OAC2。OAC2=(OACmin+OACm■／2式(3．9)c．通常情况下取OACl及OAC2的中值作为计算的最佳沥青用量OAC。OAC=(OACI+OAC2)／2式(3．10)d．检查曲线图中相应于此OAC的各项指标是否均符合马歇尔试验技术标准。本论文根据上述马歇尔设计方法最佳沥青用量(或油石比)设计步骤，AC．16C基质沥青混合料各油石比的体积参数和力学指标如表3．4所示，各油石比与体积参数和力学指标曲线图如图3．3所示。表3．4AC．16F马歇尔试验体积参数一力学指标测定结果汇总表Table3．4TheAC一16FsummarytableofdeterminatingvolumeparametersandmechnicalindicatorsthroughMarshallexperiment油石比理论密毛体积相空隙率饱和度矿料间隙率稳定度流值VVVFA(％)度对密度VMA(％)(kN)(mm)(％)4．22．6462．4756．554，214．112．63．14．52．6342．5025．O62．813．516．O3．84．82．6262．5164．268．413．315．53．35．12，6122．5203．574．913．415．63．1 第三章阻燃沥青混合料的配合比设计3l5．42．6002．5232．978．313．514．74．2技术指标3~665～75之13之8．01．5~4图3．3沥青油石比与马歇尔试验指标的关系曲线Fi93．3Therelationcurvebetweenasphalt-aggregateratioandMarshallTestindex根据图3．3沥青油石比与体积参数及马歇尔试验指标的关系曲线确定AC．16F基质沥青混合料的最佳油石比如下：最大毛体积密度时油石比a1=5．4％；最大稳定度时油石比a2=4．5％；设计空隙率中值4．5％时油石比a3=4．6％，沥青饱和度中值70％时油石比a4=4．8％，从而可计算最佳油石比初始值OACl：OACl=(al+a2+a3+a4)／4=(5．4+4．5+4．6+4．8)／4=4．83％ 32第三章阻燃沥青混合料的配合比设计图3。4沥青油石比与马歇尔试验指标的关系曲线Fi93．4Therelationcurvebetweenasphalt—aggregateratioandMarshalltestindex同时，根据沥青混合料的马歇尔试验技术标准，求出各项指标均符合技术标准的沥青用量OACmin-43ACm觚，计算沥青最佳油石比的初始值OAC2：OAC2=(OACmin+OACm觚)／2=(4．6+5．10)／2=4．85％根据OACl和OAC2综合确定最佳油石比OAC：OAC=(OACI+0AC2)／2=(4．83+4．85)／2=4．84％考虑到蒙新高速公路路面施工路段气温高、交通量大的特点，这里取空隙率为4．2％对应下的油石比4．8％作为最佳油石比。沥青混合料在最佳油石比条件下马歇尔试验参数如表3．5所示。表3．5沥青混合料最佳油石比条件下马歇尔试验参数马歇尔标准相VFA(％VⅣ【AMS最佳油石比(％)毛体积相对密度对密度)(％)(KN)4．82．6232．51668．413．315．5采用马歇尔试验设计方法确定阻燃沥青混合料的最佳油石比为4．8％。第四章章将在最佳油石比条件下，分析研究阻燃沥青沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性等路用性能，以及阻燃沥青混合料的阻燃性能。 第三章阻燃沥青混合料的配合比设计333．1．2下面层AC一20C矿料配合比设计①目标级配设计蒙新高速公路隧道路面下面层采用改性沥青的AC．20C结构，改性沥青采用特立尼达湖沥青(英文简称TLA)，这种改性沥青的高温稳定性和低温抗裂性较好，TLA改性沥青能减缓沥青混合料的老化过程，对氧化作用有较强的抗老化能力。n扎改性沥青的试验检测结果见表(表2．2)按照施工技术规范的要求采用马歇尔方法进行沥青混合料的目标级配设计，首先选择三组初试级配进行调试，然后对调试好的三组级配(级配1、级配2、级配3)进行马歇尔试验，比较确定目标级配。设计级配见下表：表3．6AC-20C沥青混合料目标配合比初试级配组成设计Table3．6TheAC一20Casphalt—mixpreliminarycombinationdesign料堆名称1#2#3#4#5#矿粉备注料堆比例级配lO82534321级配2O6253137l(％)级配3072924391通过下列筛孔尺寸(咖)的百分通过率(％)设计混合料31．526．5191613．29．54．752．361．18O．60．3O．150．075级配l1009281．972．256．435．622．914．610．47．864．7级配21009483．974．259．440．226．116．5l1．68．76．55．2级配31009382．173．156．737．527．217．212．18．96．75．2上设计文件限1009280725644332417137要求下1009281．972．256．435．622．914．610．47．864．7限图3．5AC-20C初试级配示意图Fi93．5ThepreliminarygradationofAC一20C 第三章阻燃沥青混合料的配合比设计初试油石比采用4．5％，初试油石比下的马歇尔指标见下面的表3．7：表3．7各级配结构的马歇尔指标Table3．7AtalllevelswiththegradationoftheMarshalltarget4．5％沥青用量试验项目级配1级配2级配3设计要求理论最大相对密度2．5482．549}空隙率VV，％6．54．73．33～6合成毛体积相对密度2．695}合成表观相对密度2．718}矿料间隙率VMA，％15．413．712．4≥13．5饱和度VFA，％57．766．073．855～70稳定度MS，kNlO．619．32lO．58≥8．0流值FL，mill3．032．603．822～41．经测定30％湖沥青改性沥青15"(2时密度为1．0909／cm3；备注：2，成型试件时马歇尔双面各击实75次。考虑路面施工路段的气候、交通量情况，初拟设计空隙率为5．5％，从上表可以看出，三个级配中的级配2的马歇尔性质满足规范和设计文件的要求，因此，这里采用级配2作为设计目标级配。②最佳油石比设计本论文根据上述马歇尔设计方法最佳沥青用量(或油石比)设计步骤，AC．20C基质沥青混合料各油石比的体积参数和力学指标如表3．8所示。表3．8AC．20C马歇尔试验体积参数．力学指标测定结果汇总表Table3．8TheAC一20CsummarytableofdeterminatingvolumeparametersandmechnicalindicatorsthroughMarshallexperiment试验项目混合料性质要求沥青用量(％)3．5％4．0％4．5％5．0％5．5％I毛体积密度(g／cm3)2．4022．4252．4362．4372．435|理论最大相对密度(g／am3)2．5672。5492．5322。5152．489|空隙率VV(％)6．44．93．83．12．24～6试件矿料空隙率VMA(％)14．013．613．714．114．6>13．5沥青饱和度VFA(％)54．064．372．278．O85．265～75 第三章阻燃沥青混合料的配合比设计35稳定度Ms(1(N)l9．7I9．4Ilo．1I9．38．7I之8．03．9l2"--4流值FL(mm)I3．1I3．5l3．7I3．8备注：成型试件时马歇尔双面各击实75次最大毛体积密度时油石比al=5．0％；最大稳定度时油石比a2=4．5％；设计空隙率中值4．5％时油石比a3=4．4％，沥青饱和度中值70％时油石比a4=4．4％，从而可计算最佳油石比初始值OACl：OACl=(al+a2+a3+a4)／4=(5．0+4．5“．4+4．4)“=4．6％同时，根据沥青混合料的马歇尔试验技术标准，求出各项指标均符合技术标准的沥青用量OACmin--OACmax，计算沥青最佳油石比的初始值OAC2：OAC2=(OACmin+OACmax)／2=(4．2+4．5)／2=4．4％根据OACI和C》AC2综合确定最佳油石比OAC：OAC=(OACI+OAC2)／2=(4．6+4．4)／2=4．5％考虑到蒙新高速公路路面施工路段气温高、交通量大的特点，这里选取4．5％作为设计沥青用量。沥青混合料在最佳油石比条件下马歇尔试验参数如表3．9所示。表3．9沥青混合料最佳油石比条件下马歇尔试验参数Table3．9TheMarshallparameterofasphaltmixturesatoptimumasphalt-aggregateratioVMAMS最佳油石比(％)理论最大密度马歇尔标准相对密度VFA(％)(％)(KN)4．52．5322．43672．213．7lO．1采用马歇尔试验设计方法确定阻燃沥青混合料的最佳油石比分别为4．5％。3．2生产级配设计对沥青拌和站的堆料场中的各种粗细集料均要重新取样进行筛分试验，如筛分结果发现集料的颗粒组成与进行目标配合比设计的颗粒有明显差别，则要重新进行矿料配合比计算，重新确定各冷料仓的出料比例。拌和站冷料仓的集料按目标配合比确定的比例进入烘干筒烘干后，热料经过二次筛分后分成4种不同粒径的集料，分别进人拌合楼内的热料仓。各个热料仓中集料颗粒组成不同于冷料仓，需要重新进行矿料比计算，以确定各个热料仓进人拌和缸的比例，并检验确定最佳沥青用量。沥青混合料生产级配设计图框如下图3．6： 第三章阻燃沥青混合料的配合比设计实验室确定的目标配合比上料场集料校核颗粒组成0热料仓集料筛分0热料仓配合比设计1LI马歇尔试验确定最佳沥青用量图3．6生产级配设计图框Fi93．6Proportioningdesignborders在进行生产级配设计时，应注意以下几个方面问题：①生产级配设计源于目标配合比设计，因此应以目标配合比相接近。在生产级配设计时，主要是采用目标配合比的最佳沥青用量及最佳沥青用量±O．3％等三个改性沥青用量进行马氏试验，确定生产级配的最佳沥青用量。如果采用目标配合比设计最佳沥青用量4-0．2％还不能满足有关的规定要求，那只能重新进行目标配合比设计。②确定各热料仓和矿粉用量时，必须从二次筛分后进人各热料仓的矿料取样进行筛分。因此，在利用间歇式拌和楼进行拌和前，必须对设备进行调试，以保证运转正常、计量准确无误，特别应核对热料仓的振动方孔筛的筛孔是否与试验室用的相匹配，因为热料仓的比例就是由这几种筛孔来决定的，而生产级配正是由热料仓内的材料比例来决定，必须反复调整冷料仓的进料比例、采用正确的振动方孔筛、合理分配热料仓内的材料比例，才能最大限度地使生产级配符合目标配合比【311。③残留稳定度检验。按设计的生产级配，用室内小型拌和机拌制沥青混合料，做浸水48h马歇尔试验，检验残留稳定度，必须满足规范要求。④生产级配验证阶段主要是使用沥青混合料拌和设备按生产级配进行试拌、试铺试验路，将试拌的混合料进行抽提试验，通过试铺的混合料进行马氏试验，由此确定生产用标准的配合比，通过试拌试铺，为正式铺筑提供经验和数据。在生产时如料源发生变化或检测指标不符合要求时，应及时调整部分筛孔的通过率。⑤生产级配验证阶段主要应确定： 第三章阻燃沥青混合料的配合比设计371)根据改性沥青路面各施工机械相匹配原理，确定合理的施工机械、机械数量及组合方式。2)通过试拌确定拌和时上料速度、拌和数量与拌和时间、拌和温度等；验证沥青混合料的配合比设计，决定正式生产用的矿料配合比和油石比。3)通过试铺确定摊铺机的摊铺温度、摊铺速度、摊铺宽度、初步振捣夯实的方式和强度、自动找平方式等摊铺工艺。4)通过试铺确定压路机的压实工序、碾压温度、碾压速度及遍数以及松铺系数、接缝方法等。5)各种沥青面层的松铺系数。在量测厚度时注意：非对应点量测虚厚和实厚不少于40点和20点，均为随机取点；用精密水准仪测量高程时，基层表面、沥青层末碾压前和压实后的表面定点(事先按随机数表确定点位)对应测量点位不小于30点；随机测量高程不小于40点【321。6)在拌合站出料处或摊铺机现场采集沥青混合料试样进行马歇尔试验和沥青含量、筛分试验，检验沥青混合料是否符合规定的要求，同时进行车辙试验、浸水马歇尔试验以检验高温稳定性和水稳性。由此确定正常生产用的标准配合比，作为生产控制的依据和质量检验的标准。确定施工产量及作业的长度，修订施工作业计划。确定施工组织及管理体系、质保体系、人员、机械设备、检测设备、通信及指挥方式。7)温度的确定：在120℃，130℃，140℃，150℃，160℃，170℃，180℃等4．6个不同温度下，分别制作基质沥青和改性沥青马氏试件，并测出其相应的粘度值，选择粘度值最大时的温度即初压温度，比初压温度高10℃左右就是摊铺温度，高20"C左右就是拌和温度，然后通过试验路来进一步验证和调整[331。8)冷料仓上料速度测定根据工程需要，首先由拌和楼有经验的操作人员初步确定拌和楼冷料仓放料口的开口大小，并固定该开口尺寸。分别采用拌和楼额定的最低转速到最高转速(其间分5点)对某一冷料单独上料5"-"10分钟，采用拌和楼计量系统对上石料进行计量，从而确定该料仓在开口大小情况下，转速与上料速度的关系曲线。对每一冷料仓均绘制出转速与上料速度的关系曲线【33】。当某种级配混合料需要的某种上料速度高于或低于拌和楼允许转速情况下，应重新调整冷料仓的开口大小，重新完成上述测定，使所有需要的上料速度相应的转速均在机械设备允许的范围内。在拌制沥青混合料时，可根据拌和能力计算从上述转速与上料速度的关系曲线中查得需要相应转速，并按此速度上料，确保各冷料仓上料速度的平衡。 38第三章阻燃沥青混合料的配合比设计试验完成后，冷料仓开口大小必须完全固定，一旦改变开口大小，上述曲线必须重新测定。试验段完成后，按规范要求检验沥青含量、钻芯取样检查压实度、厚度、施工孔隙率、并完成混合料的车辙及冻融试验。3．2．1隧道路面生产级配设计根据目标配合比设计结论，工程项目课题组驻现场进行了沥青路面生产级配设计，并进行相关的马歇尔试验及检测工作。下面层生产级配设计结果见下表。表3．10AC一20C生产级配设计结果Table3．10TheresultofAC一20Cproportioningdesign筛孔尺寸31．526．5191613．29．54．752．361．18O．6O．3O．150．075目标级配10099．890．981．167．454．636．126．516．412．68．87．26生产级配1009280．370．857．135．1241711．87．65．74．5工程级配上限1009280725644332417137工程级配下限100907862502616128543图3．7下面层生产级配设计结果Fi驴．7Theresultofproportioningdesigntothebasepavement依据目标配合比设计结论，本论文进行了最佳油石比下生产级配的马歇尔试验，生产级配在最佳油石比下的马歇尔试验结果见下表： 第三章阻燃沥青混合料的配合比设计39表3．11马歇尔试验结果Table3．11MarshallTestresult试验设计用油马歇尔标准相空隙率矿料间隙饱和度稳定度流值指标量(％)对密度(％)率(％)(％)(KN)(mm)设计4．32．4328．415．746．814．893．28结果规范l|3--．6芝13．455～70芝8．02--,4要求从马歇尔试验结果来看，生产级配在最佳油石比下的试验指标均能满足要求，与目标设计结论基本一致。上面层AC．16F沥青混合料的生产级配设计结果见下表：表3．12AC一16F生产级配设计结果Table3．12TheresuRofAC·16Fproportioningdesign筛孔尺寸31．526．5191613．29．54．752．361．18O．6O．3O．150．075目标级配10097．286．869．942．83l19．114．910．17．75．6生产级配1009788．974．951．626．817．9139．87．35．8工程级配上限10092806248362618148工程级配下限1009076603420139754图3．8上面层生产级配设计结果Fi93．8Theresultofproportioningdesigntothepavement对上面层生产级配进行最佳油石比下的马歇尔试验，试验结果见下表： 第三章阻燃沥青混合料的配合比设计表3．13马歇尔试验结果Table3．13MarshallTestresult试验设计用马歇尔标准空隙矿料间饱和度稳定度流值粉胶指标油量(％)相对密度率(％)隙率(％)(％)(kN)(mm)比设计1．234．82．46l4．515．270．212．92．89结果规范0．8～|3"--6之1465～75芝8．02～4要求1．6从马歇尔试验结果来看，按照目标级配设计调试的生产级配，在最佳油石比下的马歇尔试验各项指标均满足规范要求。3．3本章小结本章主要对阻燃沥青混合料进行配合比和生产级配设计，通过马歇尔指标试验检测结果来确定目标最佳级配和最终生产级配。①通过沥青混合料体积特性参数、力学参数等确定了混合料的最佳油石比，得出的结论为：上面层AC．16F最佳油石比为4．8％，下面层AC一20C最佳油石比为4．5％；②通过马歇尔指标试验确定了目标级配，设计目标级配为：1)上面层AC．16F目标级配为初试极三组级配中的级配二，阻燃剂掺量为15％，PR掺量为2％o；．，2)下面层AC一20C目标级配为初试级配三组级配中的级配二，下面层为改性沥青混合料，改性沥青选用特立尼达湖沥青。③通过试铺的混合料进行马氏试验，确定了生产用标准的配合比，通过试拌试铺，为正式铺筑提供经验和数据。 第四章阻燃沥青混合料的性能研究41第四章阻燃沥青混合料的性能研究4．1阻燃沥青混合料路用性能沥青混合料作为沥青路面的面层材料，在使用过程中将承受车辆荷载反复作用以及环境因素的作用，沥青混合料应具有足够的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、抗老化性、抗滑性等技术性能，以保证沥青路面优良的服务性能，经久耐用。该小节主要研究阻燃沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性等路用性能。4．1．1高温稳定性沥青混合料的高温稳定性，即沥青路面抵抗流动变形的能力，是路面使用性能的重要指标之一。沥青混合料高温稳定性不足，一般出现在高温、低加荷速率以及抗剪切能力低时，也即沥青路面的劲度较低的情况下。推移、拥包、搓板、泛油等路面破坏现象均是由于沥青路面高温稳定性差所引起。现今，随着交通量的日益增长，车辆交通的渠化以及轴载轮压的不断增加，使得沥青路面在行车荷载的反复作用下，由于永久变形的累积而导致路表面出现车辙。沥青路面车辙的出现会影响路面的平整度，导致轮迹处沥青层厚度减薄，削弱了面层及路面结构的整体强度，同时造成雨天路表排水不畅，降低了路面的抗滑能力，甚至会由于车辙内积水而致车辆漂滑，影响行车安全。因此，车辙的产生将严重影响路面的使用寿命和服务质量。对于渠化交通的沥青路面来说，高温稳定性方面的破坏主要表现为车辙破坏，车辙已经成为当前沥青路面三大破损形式(疲劳开裂、车辙、低温开裂)中最为突出的问题。可用于沥青混合料高温性能试验的方法很多【34~371，包括试验室圆柱试件的单轴静载、动载、重复试验，三轴静载、动载、重复试验，径向静载、动载、重复试验，简单剪切的静载、重复加载和动力试验，此外还有中空圆柱试件的动力、剪切试验，棱柱形梁试件的弯曲蠕变试验，车辙试验等。本论文将采用试验室内经常使用的马歇尔稳定度试验和车辙试验。①马歇尔稳定度试验马歇尔稳定度试验方法是由美国密西西Lt,J,i·I公路局布鲁斯·马歇尔(BruceMarshall)提出的，迄今已经历了半个多世纪。马歇尔稳定度设备简单、操作方便，被世界上许多国家采用，也是目前我国评价沥青混合料高温性能的主要试验之一。 42第四章阻燃沥青混合料的性能研究马歇尔试验用于测定沥青混合料试件的破坏荷载和抗变形能力，主要力学指标为马歇尔稳定度MS和流值FL，稳定度是指试件受压破坏时承受的最大荷载，以KN计，流值是达到最大破坏荷载时试件的垂直变形，以inln计。本论文研究将AC．16F沥青混合料制备成101．6x(①63．5+1．3)rnin圆柱体试件，比较基质沥青、阻燃改性沥青混合料在最佳油石比条件下的稳定度，试验数据如表4．1所示。表4．1沥青混合料试样的马歇尔稳定度(单位：KN)Table4．1TheMarshallstabilityofasphaltmixtures(unit：KN)混合料最大理论毛体积空隙率饱和度矿料间隙率稳定度MS类型密度VV(％)VFA(％)VMA(％)(kN)基质2．4442．3374．067．212．811．4阻燃2．5082．4034．267．812．912．7技术指标3～665～75≥13≥8．0所用油石比为最佳油石比4．8％，阻燃沥青为最佳阻燃剂掺量20％，成型8个试件，采用式3．4计算其空隙率，依据空隙率将其分为空隙率较为均衡的两组，一组用于常规马歇尔试验，试验结果如表4．1所示；另一组用于的浸水马歇尔试验，试验结果如表4．4所示。由表4．4试验结果可知：马歇尔稳定度远远大于规范规定的大于等于8．0。但是，在相同试验条件下，阻燃剂的掺入，对提高沥青混合料的力学性能并不显著，这主要是因为在相同油石比的条件下，阻燃沥青相较于基质粘稠性变化不大。马歇尔稳定度和流值与路面相关性不好，对于控制车辙更是相距甚远，因此采用车辙试验对沥青混合料高温稳定性进一步试验。车辙试验是一种模拟实际车轮荷载在路面上行走而形成车辙的工程试验方法。从广义上来说，室内小型往复车辙试验、旋转压实试验、大型环道试验、直道试验等都可以认为是属于车辙试验的范畴，这些试验最基本的和相同的原理就是通过采用车轮在板状试件表面或路面结构上反复行走，观察和检测试快或路面结构的响应，用动稳定度或车辙深度来表征试验结果。②车辙试验在沥青路面由于高温而引起的破坏现象中，车辙问题非常突出，它除了影响行车舒适性外，还直接影响行车安全，例如车辆在变换车道时操作困难，车辙内积水及产生高速行车水漂(水上飞行)或结冰，在气候条件恶劣时制动距离不足等等。 第四章阻燃沥青混合料的性能研究43根据形成原因，一般把车辙分为三种类型：结构性车辙、失稳性车辙和磨损性车辙。结构性车辙主要由于压实不足或者荷载超过路面各层的强度而形成的。失稳性车辙主要由于在高温季节里车轮反复碾压条件下超过了沥青混合料的抗剪强度，使沥青混合料发生侧向流动变形，从而形成车辙。它的表面形态与结构性车辙的主要不同之处在于它除了有辙槽之外，在辙槽两边还有隆起现象，而结构性车辙没有明显的隆起现象。磨损性车辙主要是由于车轮对沥青混合料路面的磨损而形成的，例如工程车履带或者冬季车轮抗滑链对路面的磨损。我国沥青路面车辙主要是失稳性车辙和结构性车辙。在对车辙成因的研究中，一般认为结构性车辙主要是在路面高温条件下车轮对沥青混合料的继续压密，产生这种车辙的时间早，通车后的第一个高温季节就会产生，施工时碾压不足或者低温碾压极易造成这种车辙；对于失稳性车辙早在1962年美国从SHO试验路研究期间就对它进行了详细的研究。研究者称产生车辙的主要原因是剪切应力，并推荐使用高强度路面材料。多年实践和研究表明：用马歇尔稳定度试验指标预估沥青混合料性能是不够的，它是一种经验性指标，具有一定的局限性，不能确切反映沥青混合料永久变形产生的机理，与沥青路面的抗车辙能力相关性不好。对于某些沥青混合料，即使马歇尔稳定度满足技术要求，也很难避免车辙的出现。因此在评价沥青混合料的高温抗车辙能力时，还需要采用其它试验方法。主要有单轴加载试验、三轴压缩试验、小型模拟试验设备的车辙试验、大型环道试验等。实际生产中用室内车辙试验进行控制和检验。目前我国的车辙试验是采用标准方法成型沥青混合料板块状试件，在规定的温度下，试验轮以42±1次／min的频率，通过板状试件与车轮间往复相对运动，使试块在车轮重复作用下产生压密、剪切、推移和流动，从而产生车辙，用仪器将试块的变形和试验时间进行测定就可以用来检验沥青混合料高温性能。该方法能够充分模拟沥青路面上车轮行驶的实际情况，而且试验方法思路清晰、简单，因此研究采用车辙试验检验混合料高温稳定性。其评价指标为动稳定度(DS)和相对变形(RD)等。动稳定度DS是指以产生lmm车辙变形所需要的行走次数。动稳定度由式(4．1)计算。DS=盟二业．c，．c，式(4．1)d2一盔‘式中：DS一沥青混合料的动稳定度，次／mm；t．、t2一试验时间，通常为45rain和60min；矾、d：一与试验时间f1和r，对应的试件表面的变形量，mm； 第四章阻燃沥青混合料的性能研究42一每分钟行走次数，次／miraq、C2一试验机或试样修正系数。本论文研究将最佳油石比阻燃沥青混合料制备成300x300x50mm块状试件，成型一组平行试验试件，测试在60。C、O．7MPa轮压下的动稳定度DS，试验数据如表4．2所示。表4．2沥青混合料试样的动稳定度(单位：次／mm)Table4．2Thedynamicalstabilityofasphaltmixtures(unit：times／ram)平行试验毛体积密度空隙率(％)动稳定度(次／mm)动稳定度平均值G“SV"mm)12．5094．3411722．4994．74315457532．5074．45294由表4．2可以知道：平行试验试件动稳定度的变异系数为13．8％<20％(允许值)，阻燃沥青混合料动稳定度满足大于3000次／mm，表明阻燃沥青混合料的高温稳定性满足路面高温稳定性能的要求。4．1．2低温抗裂性当冬季气温降低时，沥青面层将产生体积收缩，而在基层结构与周围材料的约束作用下，沥青混合料不能自由收缩，将在结构层中产生温度应力。由于沥青混合料具有一定的应力松弛能力，当降温速率较慢时，所产生的温度应力会随着时间逐渐松弛减小，不会对沥青路面产生较大的危害。但当气温骤降时，所产生的温度应力来不及松弛，当温度应力超过沥青混合料的容许应力值时，沥青混合料被拉裂，导致沥青路面出现裂缝造成路面的破坏。因此，要求沥青混合料具备一定的低温抗裂性能，即要求沥青混合料具有较高的低温强度或较大的低温变形能力。目前用于研究和评价沥青混合料低温抗裂性的方法【38~39】可以分为三类：预估沥青混合料的开裂温度；评价沥青混合料的低温变形能力或应力松弛能力；评价沥青混合料断裂能。相关的试验主要包括：等应变加载的破坏试验，如间接拉伸试验、直接拉伸试验；低温收缩试验；低温蠕变弯曲试验；受限试件温度应力试验；应力松弛试验等。本论文将通过低温弯曲试验来对阻燃沥青混合料的低温性能进行探讨，以得出一些相关结论。·低温弯曲试验 第四章阻燃沥青混合料的性能研究45沥青混合料低温弯曲试验可用来评价混合料的抗弯强度、破坏弯拉应变及破坏时的弯曲劲度模量。抗弯拉强度表征混合料抵抗弯拉应力作用的能力，抗弯拉强度越高，材料抵抗破坏的能力越强，低温时抵抗收缩应力的能力就越强，路面低温抗裂性越好。低温时混合料的破坏弯拉应变与破坏时弯曲劲度模量也是表征混合料低温抗裂性的指标。本论文按照沥青混合料弯曲试验规程进行，将轮辙成型的试件切割成30mmX35mmX250ram的小粱，跨径为200mm，试验温度为O"C、一5℃、．10℃、．15℃、．20℃五种温度，加载速率为50mm／min，采用路面材料试验机。试验步骤如下}1)试验准备：按马歇尔法确定的最佳油石比和视密度成型300ramX300x50ram的板，切成301aimX35mmx250ram的棱柱体小梁备用，一组试验用小粱四根，在环境保温箱中对试件进行保温至少6h。2)试验：从恒温箱中取出试件，立即对称安放在支座上，试件上下方向应与试件成型时的方向一致，对位移测定装置和荷载传感器进行量程和调零处理，开动压力机进行中点加载，同时启动计算机采集测试数据，如图4．1所示。圈41沥青混合料低温弯曲试验F1941Theflexurallestofasphaltmixtures“lowtemperature根据采集到的不同荷载P，和跨中的变形d值，可绘制出荷载与变形的曲线如图4．2所示。 第四章阻燃沥青混合料的性能研究籁律挠度籁栏d挠度d繇框图4．2弯曲试验荷载一跨中挠度曲线Fi酣．2Thecurvebetweenloadandmidspandeflectionforflexuraltest将图中荷载．挠度曲线的直线段延长与横坐标相交作为曲线的原点，进行跨中挠度修正，得到试件破坏时的跨中挠度d(ram)。由最大破坏荷载只和最大破坏荷载对应的挠度d(IIlIll)，可得到抗弯拉强度R。(MPa)，破坏时梁底最大弯拉应变F占和破坏时弯曲劲度模量&(MPa)：耻等式(4．2)s。：掣式(4．3)S背=—I～氏Lq．j，‘匕S。=塑式(4．4)‘sB式中：R。—试件破坏时的抗弯拉强度，MPa；sR一试件破坏时的最大弯拉应变；sB一试件破坏时的弯曲劲度模量，MPa；b一跨中断面试件的宽度，Im；h一跨中断面试件的高度，min；三—试件的跨径，mm；B—试件破坏时的最大荷载，N；d一试件破坏时的跨中挠度，mln。本论文阻燃沥青混合料试件破坏时的抗弯拉强度、破坏强度、弯拉应变、弯曲劲度模量见表4．3。各试验参数与温度关系曲线见图4．3至图4．6。 第四章阻燃沥青混合料的性能研究47图4．3沥青混合料抗弯拉强度曲线图Fi94．3Thechiveofflexuraltensilestrengthaboutasphaltmixtures表4．3沥青混合料低温弯曲试验结果Table4．3Thetestresultsofflexuraltestaboutasphaltmixturesatlowtemperature试验温度破坏荷载跨中挠度抗弯拉强度最大弯拉应变弯曲劲度模沥青种类(℃)(kN)(mm)(～IPa)陋量(脚a)．200．9320．2311．8015037853．22．151．013O．2511．9415677619．86．101．108O．2711．4616426982．07阻燃沥青．51．0540．3l10．8118845738．1201．0090．359．4921324453．37100．9530377．1922653176．24图4．4沥青混合料破坏荷载曲线图Fi酣．4Thecurveoffailureloadaboutasphaltmixtures 48第四章阻燃沥青混合料的性能研究图4．5沥青混合料弯曲劲度模量曲线图Fi酣．5Thecurveofbendingstiffnessmodulusaboutasphaltmixtures图4。6沥青混合料最大弯拉应变曲线图Fi94．6Thecurveofmaximumflexural-tensileaboutasphaltmixtures由表4．3和图4．3至4．6可以知道：1)在相同级配情况下，阻燃沥青混合料的弯拉强度、劲度模量随温度变化的趋势一致；混合料的破坏强度在一定温度范围内随温度升高，强度逐渐增大，到达峰值后，逐渐降低；随着温度的升高，各混合料极限应变增大，表明温度越高混合料的柔韧性越好。随着温度的降低，极限应变减小，而减小的程度也随温度下降而减小，这表明温度越低，混合料的变形能力越弱，变形由粘弹性过渡到几乎完全弹形变形；阻燃沥青混合料的劲度模量随温度增加而逐渐降低。2)在一定的加载速率下，阻燃沥青混合料的抗弯拉强度一温度(R8一T)曲线有一峰值点，如图4．3，其值在8---，10MPa之间，对应的温度为脆化点温度。当温度低于此温度时，混合料呈脆性破坏，高于此温度，呈柔性破坏。3)劲度模量是温度、时间的函数，～般从理论上来说，低温劲度模量越大，其抗变形能力越差。从图4．5中可以看出劲度模量S目随温度增加而降低，温 第四章阻燃沥青混合料的性能研究49度较低时变化缓慢，温度高于某一值后，曲线急速下降，此时的温度转化点与R8．T曲线确定的脆化点温度相对应。加入阻燃剂后混合料的劲度模量在各温度下大都降低。4)最大弯拉应变：占R-T曲线大致呈缓的S型，如图4．6，曲线斜率变化点处的温度与尺日．T曲线上峰值处的温度相对应。加入阻燃剂后，随温度降低阻燃沥青混合料的抗弯拉强度有所提高。5)试验过程中在．IO。C左右时，阻燃沥青混合料裂缝主要来自于结合料的断裂，但是当温度继续下降到．20℃时，阻燃沥青混合料将出现骨料破坏。这是由于结合料在．10℃时粘性减小，脆性增加，从而抵制不了由于温度降低所产生的温缩应力，当温度继续下降，骨料相应的脆性增加，受到外力作用时，骨料发生脆性断裂。4．1．3水稳定性除了荷载及水分供给条件等外在因素外，沥青混合料的抗水损害能力是决定路面的水稳定性的根本性因素。沥青路面水损害无论在冰冻地区还是在南方潮湿多雨地区，水损害都有可能发生。水损害发生后使得沥青与集料脱离，从而使路面出现松散、剥离、坑洞等病害，严重危害道路使用性能。本论文主要采用浸水马歇尔试验残留稳定度MS和冻融劈裂试验劈裂强度比TSR双指标来评价阻燃沥青混合料的抗水害能力。①残留稳定度MS按规程规定，一组马歇尔试件在60℃热水中恒温30min"-"-"40min后测定其稳定度值MSl，另一组在60。C水中恒温48h后测定稳定度值MS，，用二者的比值来评价混合料的水稳性，得到浸水残留稳定度MS，有下面公式：一一MS：—MS—2×100％式(4．5)MSl式中：MS—试件的残留稳定度，％；MS，一试件浸水48h后的稳定度，kN；脸，—试件浸水30min后的稳定度，kN。MS值越大，水稳性越好。本论文对比研究基质沥青、阻燃沥青混合料的残留稳定度，试验结果如表4．4所示。 50第四章阻燃沥青混合料的性能研究表4．4沥青混合料浸水马歇尔试验结果Table4．4TheMarshalltestresultsofasphaltmixturesinsoaking混合料类型稳定度朋Sl(kN)稳定度MS2(kN)残留稳定度旌(％)基质12．711．691．3阻燃13．112．494．7②冻融劈裂试验劈裂强度比TSR冻融劈裂试验的名义上为冻融试验，但其真正含义上是检验沥青混合料的水稳定性，且试验条件较一般的浸水试验条件苛刻一些，试验结果与实际情况较为吻合，是目前使用较为广泛的试验。按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052．2000T0729)的方法制备马歇尔试件，正反双面击实50次，试件分两组，每组不少于4个。一组在25℃水浴中浸泡2h后测试劈裂强度尺r，；另一组先在25℃水中浸泡2h，然后在0．09MPa浸水抽真空15min，再在一18℃冰箱中置放16h，而后放到60℃水浴中恒温24h，再放到25℃水中浸泡2h后测试其劈裂强度尺r，。在冻融过程中，集料颗粒表面的沥青膜经历了水的冻胀剥落作用，促使沥青从集料表面剥落，导致沥青混合料松散，劈裂强度降低。劈裂抗拉强度Rr。、尺丁，按式(4．6)及(4．7)计算，冻融劈裂抗拉强度比按式(4．8)计算：DR，．=0．006287"rl式(4．6)一啊DR，，=0．006287"r2一。式(4．7)～h2pTSR=二二堕×100％式(4．8)坼l式中：Rr．一未进行冻融循环的第一组试件的劈裂抗拉强度，MPa；尺r，一经受冻融劈裂试验的第二组试件的劈裂抗拉强度，MPa；弓．、弓，一分别为第一组和第二组的试验荷载的最大值，N；甄、h2一分别为第一组和第二组的试件的高度，ranl；撇一冻融劈裂试验强度比，％。本论文对比研究基质沥青、阻燃沥青混合料在两个不同条件下的劈裂抗拉强度Rr。、Rr：残留稳定度，冻融劈裂抗拉强度比试验结果如表4．5所示。 第四章阻燃沥青混合料的性能研究5l表4．5沥青混合料冻融劈裂试验结果Table4．5Theresultsofsplittingtestthroughfreeze-thawaboutasphaltmixtures未冻融试件Rrl冻融试件Rr2冻融劈裂抗拉强度比混合料类型(Ⅳ咿a)(Ⅳ田a)嬲足(％)基质0．8790．75185．44阻燃1．0320．95692．64图4．6沥青混合料水稳定性试验结果Fi94．6Thetestresultsofwaterstabilityaboutasphaltmixtures由表4．4、表4．5和图4．6可以知道：阻燃沥青混合料的残留稳定度可以达到90％以上，普通沥青混合料的残留稳定度也能达到90％；阻燃沥青混合料的冻融劈裂强度比在90％左右，与基质沥青混合料相比要稍大些。从水稳定性试验结果可以看出：基质沥青混合料，在加入阻燃剂后，相应的水稳定性有一定的提高。从试验数据可以看出，沥青混合料残留稳定度和冻融劈裂强度比始终是阻燃沥青混合料要稍高于基质沥青混合料，说明阻燃沥青混合料的水稳性较好，但两者的差值并不是很大，这也说明基质沥青加入阻燃剂之后水稳性并没有很显著的提高。4．2阻燃沥青混合料阻燃性能由于试验条件的限制，阻燃沥青混合料的阻燃性能测试不能再采用氧指数法，沥青混合料是由集料和沥青组成，集料间靠沥青的粘结使之成为一体。当温度升高时，沥青的粘结性能下降，集料间的粘结力随着下降。如果用氧指数法测试阻燃沥青混合料的阻燃性能时，由于试件的燃烧端温度很高，集料在重力的作 第四章阻燃浙青混合料的性能研究用下自由掉落，带有火焰的集料掉落后，使燃烧端的火焰产生熄灭，使试验结果偏差很大，所测试的结果也不能真实的反映式样的阻燃性能。所以本文通过燃料燃烧模拟的方法H01进行阻燃沥青混合料阻燃性能试验，分析阻燃沥青对混合料阻燃性能的提高。4．2．1燃料燃烧模拟分析公路隧道火灾的发生通常是与液体燃料发生着火有关的，这些燃料一般是车辆运输的过程中发生泄漏并遇到火源产牛燃烧的。通过试骑聿对现场燃料发生泄漏并发生火灾条件的模拟，研究阻燃沥青混凝土对火灾发生时所产生的阻燃作用。具体试验步骤如F：1、采片j相同集料级配、相l司的油石比条件下的阻燃沥青混合料(三组掺量10％、20％、30％)和普通改性沥青混合料(aN入PR的基质沥青)分别成犁标准马歇尔试什(Cal016±025ram，h635±15ram)。2、成型好的阻燃沥青混合料试件和普通沥青混合料试件各分成六组，使每一组试件的体积性能相l刊，准备进行常规试验和燃烧后试验；3、将燃烧试件分别浸没到93#汽油L}J，时问分别为5s、10s、15s取出，立即点燃试件测试燃烧时间；待自熄后放在60"(2烘箱中5h烘干，称量重量损失，未燃烧的常规试件同样放入烘箱中5h； 第四章阻燃沥青亍岜台科的性能研究围47燃烧的马歇尔试件F1947ThebumingMarshallspecimen1)燃烧时间对阻燃沥青混合料和普通改性沥青混合料的燃烧试件进行测试，测试结果表4．6浸泡5s后的燃烧试件试验结果Table46Thetestresultofburning-specimenwhichhavebeenmarinatedfiveseconds编号56平均阻燃洲青捏合料(掺量lo％)s8592899380阻燃沥青混合料(掺量20％)s阻燃沥青混台料(掺量30％)s86普通沥青混合料s9384表47浸泡10s后的燃烧试件试验结果Table46Thetestresultofburning-specimenwhichhaveheenmarinatedtenseconds编号2356平均阻燃沥青混合料(掺量1095)s7692969087阻燃沥青混合料(掺餐20％)s908985阻燃沥青混台料(掺量30％)s95普通沥青混合料s98899】5 54第四章阻燃沥青混合料的性能研究表4．8浸泡15s后的燃烧试件试验结果Table4．6Thetestresultofburning—specimenwhichhavebeenmarinatedfifteenseconds编号l23456平均阻燃沥青混合料(掺量1096)S8910080811028589．5阻燃沥青混合料(掺量20％)S90798693809487阻燃沥青混合料(掺量3096)S8l907589879385．8普通沥青混合料S10598937984llO94．8从不同浸泡时间下的平均燃烧时间来看，采用阻燃沥青的混合料时间燃烧时间稍微短一些。由表4．6～表4．8可以得出以下几点结论：①同一掺量的阻燃沥青混合料，浸泡时间越长，燃烧时间也越长；相同浸泡时间的阻燃沥青混合料，阻燃剂掺量越大，燃烧时间越短；相同浸泡时间，掺入阻燃剂的沥青混合料燃烧时间比普通沥青混合料要稍短些；②浸泡5s后燃烧，三种不同阻燃剂掺量沥青混合料的平均燃烧时间相差不大随着浸泡时间的增加，三种掺量混合料的平均燃烧时间差距逐渐增长。分析产生上述结果的原因主要是：①有些采用阻燃沥青的混合料试件的燃烧时间比未采用阻燃沥青的混合料燃烧时间还要长。这是因为，燃烧的是汽油，沥青基本没有多少参与燃烧，而汽油是极易燃物质，单靠阻燃沥青去阻止汽油的燃烧是达不到的，阻燃剂只能在沥青发生燃烧时才可以发挥阻燃作用，而且这种阻燃作用只是对沥青有一定作用，而对汽油的作用是极其微弱的。②阻燃沥青中的阻燃剂分散在沥青中，当沥青发生燃烧时，沥青开始分解或燃烧，使部分阻燃剂暴露出来，暴露出的阻燃剂在受热或火源的作用下开始对沥青的分解和燃烧发挥阻碍作用；在燃料汽油发生燃烧时，沥青中暴露的阻燃剂很少，不足以对燃料汽油进行阻燃。由此可知，通过燃烧时间不能很好的判断阻燃沥青混合料阻燃性能的优越性2)质量的损失表4．8～4．11显示出阻燃沥青混合料和普通沥青混合料在燃烧前后质量的变化。相同类型的试件中，普通沥青混合料质量损失大于阻燃沥青混合料的质量损失；不同掺量的阻燃沥青混合料，掺量较大的沥青混合料质量损失要较少，当浸泡时间增加时，质量损失差距更加明显，阻燃剂的阻燃效果越明显。试件质量的损失主要是由于燃烧时沥青参与燃烧并发生氧化反应，生成气体和水等物质而损失，沥青在参与燃烧时，阻燃剂也参与了燃烧，但参与燃烧的阻燃剂降低了参与燃烧的沥青量，降低了混合料燃烧后的质量损失。 第四章阻燃沥青混合料的性能研究55表4．9浸泡5s后的燃烧试件质量损失Table4．9Themasslossofburning-specimenwhichhavebeenmarinatedfiveseconds编号l23456平均阻燃沥青混合料(掺量1096)g17．414．212．817．118．115．515．85阻燃沥青混合料(掺量2096)g13．715．517．61816．314．115．87阻燃沥青混合料(掺量30％)g18．312．117．517．616．113．415．83普通沥青混合料g23．425．726．218．928．529．425．35表4．10浸泡10s后的燃烧试件质量损失Table4．10Themasslossofburning-specimenwhichhavebeenmarinatedtenseconds编号l23456平均阻燃沥青混合料(掺量10％)g15．214．318．515．617．918．716．7阻燃沥青混合料(掺量20％)g12．916．615．918．715．319．116．42阻燃沥青混合料(掺量30％)g17．517．414-318．816-313．216．25普通沥青混合料g26．727．828．124．721．630．226．52表4．11浸泡15s后的燃烧试件质量损失Table4．11Themasslossofburning-specimenwhichhavebeenmarinatedfifteenseconds编号l23456平均阻燃沥青混合料(掺量10％)g16．819．2·20．514．517．218．317．75阻燃沥青混合料(掺量20％)g19．315．814．117．816．818．217阻燃沥青混合料(掺量30％)g15．719．117．518．314．515．916．83普通沥青混合料g29．830．122．524．726．925．426．574．3本章小结本章主要以上面层AC．16F混合料为研究对象，对阻燃沥青混合料的路用性能和阻燃性能进行试验检测。路用性能包括：高温稳定性、低温抗裂性、水稳性。①通过马歇尔稳定度试验和车辙试验对阻燃沥青混合料的高温稳定性进行了检测，试验表明阻燃剂的掺入对混合料的高温稳定性并没有太大的影响，按照目标级配成型的试件高温性能满足要求；②通过低温弯曲试验对阻燃沥青混合料的低温抗裂性进行了研究，试验数据表明，阻燃沥青混合料的低温抗裂性基本符合要求； 第四章阻燃沥青混合料的性能研究③从MS和TSR值的试验数据可以看出，沥青混合料残留稳定度和冻融劈裂强度比始终是阻燃沥青混合料要稍高于基质沥青混合料，说明阻燃沥青混合料的水稳性较好，但两者的差值并不是很大，这也说明基质沥青加入阻燃剂之后水稳性并没有比较显著的提高。④通过燃烧分析试验测试了阻燃沥青混合料的阻燃性能，从燃烧时间和质量损失值得出，一定掺量的阻燃剂能起到较好的阻燃效果，相较于基质沥青混合料而言，阻燃沥青混合料的阻燃性非常显著，阻燃性能随掺量增加而增强；⑤阻燃沥青混合料的阻燃原因：分散在阻燃沥青中的阻燃剂，在沥青发生燃烧时，沥青开始分解或燃烧，使部分阻燃剂暴露出来，暴露出的阻燃剂在受热或火源的作用下开始对沥青的分解和燃烧发挥阻碍作用；在燃料汽油发生燃烧时，沥青中暴露的阻燃剂很少，不足于对燃料汽油进行阻燃。 第五章隧道阻燃沥青路面结构力学分析575．1隧道路面结构特点隧道内路基与路面是承受车辆长期行驶的基本载体，是公路隧道最重要的部位之一。稳定、密实和匀质的路基为路面提供均匀的支承，同时路面应具有一定的强度、抗滑性、平整度和耐磨性，这是保证行车安全、舒适的基本条件。路面要长期承受高速车辆荷载的冲击与摩擦，保证其耐久性更为重要。隧道路面具有如下特点：①隧道穿越地层，其埋置条件、应力条件与洞外路面受力特征方面有较大的不同。②隧道路基处于山体中，地下水位对隧道路面的影响较外面大。③隧道为管状构造物，空间狭小，存在汽车排放废气积聚等现象，废气、油烟、粉尘在路面表面的粘附比洞外路段大。油渍的污染、粉尘的粘聚使路面抗滑性能变差，且得不到天然降雨的冲洗，将严重影响路面的抗滑性能。④洞内发生火灾时，其温度对路面的影响比洞外严重。⑤洞内行车条件总体上为光线差、视觉环境差，对行车不利。⑥洞内路面受场地条件影响，施工条件差，维护难度大。⑦行车安全受气候环境影响大。雨天或低温时，洞口段冷空气变换，产生水珠，路面积雾，降低路面抗滑性能。5．2隧道路面结构类型及应用由于技术、经济条件及业主对路面要求的不同，不同在国家选择隧道路面结构形式时也存在差别。如欧洲几乎所有的隧道都采用沥青路面，而日本所修建的隧道则较多采用水泥混凝土路面。在我国，受经济、技术条件的限制以及国际上几次损失比较严重的隧道火灾的影响，到目前为止，在很多地区的隧道建设中仍以水泥混凝土路面为主。随着我国经济的发展、路面施工技术水平及道路使用者对路面要求的不断提高，原有的观念部分制约了我国隧道路面质量的提高。因此，有必要对我国当前隧道建设的实际进行分析，合理选择隧道路面的结构形式，并根据隧道中地质条件、水文条件、环境条件及交通状况等实际情况进行隧道路面结构组合的选择，这也是隧道路面设计的一个重点。目前，我国隧道路面主要结构形式是水泥混凝土路面(含钢纤维混凝土路面、连续配筋混凝土路面)结构形式，如位于山西晋阳(晋城一阳城)高速公路K5+890,--,K7+758的牛王山隧道(长1868m)和沈丹(沈阳一丹东)高速公路大峪隧道采用水泥混凝土路面等。 58第五章隧道阻燃沥青路面结构力学分析部分隧道也采用沥青混合料面层与水泥混凝土基层(钢纤维混凝土基层、连续配筋混凝土基层)组成的复合式路面结构，如福建省漳龙(漳州一龙岩)高速公路东家舍隧道的路面结构为4cmSBS改性沥青SMA．10+改性乳化沥青粘层及白粘式玻璃纤维格栅+4cm改性沥青AC．13+25cmC35水泥混凝土基层+C10贫混凝土找平层。5．2．1隧道路面形式及其应用情况①水泥混凝土路面水泥混凝土路面是我国隧道多年来主要采用的结构形式，其主要优点：水稳定性好、地下水对其影响小；结构强度高、承载能力强、耐久性好；颜色浅亮，对照明有利。但水泥混凝土路面自身也有一些不足：①因洞内路面潮湿，水泥混凝土表面摩擦系数不足，造成车辆制动效果不佳。②路面噪声大，路面结构接缝造成平整度相对较差，行车舒适程度不如沥青路面，一般路面抗滑性能难以满足技术要求。③颜色浅，路面标线与路面的对比度低，路面标线的效果受到影响。④一旦损坏，养护维修困难。因为隧道内空间狭小、亮度低，不利于作业和交通组织。近年来，随着我国公路建设的迅速发展，公路隧道尤其是高速公路中的隧道建设越来越多，对隧道路面的安全性与舒适性、表面抗滑性能和噪声要求较一般公路提出了更高的要求，而一般小型机具施工的水泥混凝土路面难以满足这方面的要求。②沥青路面‘以前隧道内路面较少采用沥青路面，主要考虑隧道内温差小、相对潮湿，全年保持在一个较低、较恒定的温度，如果采用层铺法和路拌法施工的沥青表面处治、沥青贯人式或乳化沥青混合料等，一般不易成型；而潮湿的使用环境影响了沥青路面的使用性能与耐久性，容易产生水损坏，耐久性不如水泥混凝土路面；沥青路面颜色黑，反射率低，直接影响路面的亮度(照明度)。但沥青路面平整度好，抗滑性能易保证，噪声低，行车舒适、安全，且损坏维修方便，与路面标线颜色对比显，有利于高速公路中的分道行驶。如前所述，国外大多数公路隧道采用沥青路面。我国也有专家提出，一般公路隧道可以采用水泥混凝土路面，但高速公路隧道宜采用沥青路面，特别是采用高性能沥青混合料(如SAC、SMA、OGFC等)作面层的沥青路面结构形式。如福建省漳龙高速公路东家舍隧道，通过半年的通车运行，效果良好，而旁边的如山头隧道的水泥混凝土路面，抗滑性能急剧下降，短短3个月就发生了近20起交通事故。 第五章隧道阻燃沥青路面结构力学分析59③复合式路面复合式路面主要由沥青混合料面层与水泥混凝土基层(或加筋水泥混凝土基层钢纤维混凝土基层、连续配筋混凝土基层)组成。随着公路修筑技术的发展，复合式路面在隧道中得到越来越广泛的应用。1985年，西班牙某高速公路拓宽车道施工中，在厚15cm的水泥稳定基层上铺筑23cm厚的RCC层，RCC层板加铺5cm热拌沥青混合料。1989年，澳大利亚Penith市成功地在水泥稳定基层上修筑了AC+RCC复合式路面。连续配筋混凝土(CRCP)是在纵向配有足够数量的钢筋以控制混凝土面板纵向收缩产生裂缝的结构形式。由于在纵向配有足够数量的钢筋以控制混凝土路面板纵向收缩产生开裂，因此，CRCP除需设置施工缝及构造需要的胀缝外，完全不需设置胀缝及缩缝。美国最先使用CRCP路面，现行的设计规范为1990年美国联邦公路局(FHWA)颁发的刚性路面规范，在美国修建高速公路和机场道面时大量采用CRCP路面。经过20多年的使用，绝大部分路面完好无损。在我国，由于用钢量较大、造价较高，受投资的影响，一般公路建设中极少采用CRCP。2000年以前，仅在江苏省的盐城和镇江两地各修筑了lkm的试验路；2002年，湖南耒宜(耒阳～宜章)高速公路修筑了44km的CRCP路面，经过近5年的使用，目前状况良好。另外，泰国采用英国设计规范于1988年在南北高速公路上铺筑了150kmCRCP路面。本研究针对蒙新高速公路交通量大、气候较干燥、偏离城镇的特点，隧道段路面，采用复合式路面。隧道洞内复合式路面采用沥青混合料面层与水泥混凝土基层组成的复合式路面，其面层由4cm厚的中粒式阻燃沥青混凝土抗滑层、6cm厚的中粒式沥青混凝土，基层由35号水泥混凝土组成。隧道内沥青上面层在沥青中掺入20％基质沥青重量的阻燃剂，使其在空气中不易燃烧。改性剂(即抗车辙剂)掺量为混合料重量的2‰。5．3路面结构形式蒙新高速公路隧道段全线路面采用复合式路面结构：表面层为中粒式沥青混凝土抗滑层AC一16F，厚4cm；下面层为中粒式沥青混凝土AC--20C，厚6cm基层为C35水泥混凝土，厚70"--100cm(由于隧道挖掘深度不同，水泥混凝土浇注厚度不同)；路面总厚度为80---,110cm。为加强路面结构层间的紧密结合及表面雨水下渗，在沥青面层与水泥混凝土基层之间采用了5mmES一2乳化沥青稀浆封层，沥青面层之间设粘层沥青，基层顶面洒透层沥青。 第五章隧道阻燃沥青路面结构力学分析我国高速公路大多采用半刚性基层作为承重层，常见的高速公路半刚性基层路面结构为：表面层为中粒式沥青混凝土抗滑层AC．16F，厚4cm；中面层为中粒式沥青混凝土AC--20C，厚5cm；下面层为粗粒式沥青混凝土，厚8cm；基层为水泥稳定碎石，厚20cm；底基层为级配碎石，厚20cm，路面总厚度为57cm。本论文对隧道路面结构和常见的高速公路路面结构作力学分析，考察两种路面结构的力学特征，并进行比较分析。5．4隧道路面结构力学分析国内外对沥青混凝土复合式路面的力学特征进行了大量的研究。日本将作用在沥青层表面的荷载按450角扩散到混凝土板上，按阿灵顿生经验公式计算板底应力；苏联则按应力扩散角考虑沥青层影响之后，用弹性地基上无限大板计算板的荷载应力；Luther等用线弹性断裂力学、Majizadath等人用二维有限元、Krauthammer等用考虑接缝传力的分析方法对沥青混凝土复合式路面进行了大量的研究，得到了许多有益的结论【411。本论文采用壳牌BISAR软件，对隧道路面结构和高速公路路面进行力学分析，考察路面结构的力学特征。5．4．1弹性层状体系力学计算①弹性层状体系的基本假设有：1)各层材料为均质、各向同性、完全弹性、变形微小，以弹性模量E和泊松比u表征其弹性性质(弹性常数只有两个E、u)；2)层间的接触面可为完全光滑，即层面间无摩擦阻力，可以相对滑移，接触面上的垂直位移和法向应力连续，或者层间的接触面为完全结合，层面间的位移和应力完全连续。②荷载形式_{i--10．65em8=10．65cnl6=10．65em图5．1荷载形式图Fig．5．1LoadformP 第五章隧道阻燃沥青路面结构力学分析6l③隧道路面结构形式及基本参数』』i1，』11，上上上上上上上：面层E1hlIll‘面层E2h2u2；层E3h3ll3。石E4h4u4ABCD图5．2路面结构组合形式及基本参数Fig．5．2Sn．ucturecombinationandbasicparameters④两种路面结构的力学分析1)隧道路面结构形式及力学参数表5．1路面结构及力学参数ThicknessModulusElasticityPoisson"sLayer(20℃)(cm)(MPa)Ratiol41．40E+030．35261．20E+03O．353803．15眺40．204岩石2．50B+-040．302)半刚性基层路面结构形式及力学参数表5．2路面结构及力学参数Table5．2PavementstructureandmechanicalparameterThicknessModulusElasticityPoisson"sLayer(20℃)(cm)Ratio(MPa)141．40E+03O．35251．20E+03O．35381．00E+030．35 第五章隧道阻燃沥青路面结构力学分析注：表中的抗压回弹横量和泊松比参照工程中的一般取值而定。·隧道路面结构力学计算结果图53隧道路面结构各计算线上的垂直位移随深度的变化曲线Fig53verticaldisplacementchangementwithdeepnessfortunnelpavememstructure图54隧道路面结构各计算线上的水平向位移(Y)Fig54DirectionYdisplacementchangementwithdeepn略sfortunnelpavementstructure从图53和图5．4的位移随路面深度的变化曲线可以看出，计算线A、B、c、D的竖向位移在沥青层内差别较大，当量圆心附近的位移最大，且在圆心至 第五章隧道阻燃沥青路面结构力学分析631／2半径之间的位移变化细微，再往外位移则明显减少，在双圆圆心作用线的对称轴上竖向位移最小；在面层和基层之间，四条计算线的位移产生交叉，各计算线的位移基本一致。水平方向(Y)的位移在面层同样表现复杂，A计算线由大变小，B和C则先由小变大，位移变化量比较大，在下面层顶面开始变小，而D线则位移为零，并1i随深度而变化；在基层和面层之间，四条计算线的水平位移产生交叉，各计算线的位移基本一致。图55隧道路面结构各计算线上的竖向应变Fig55Verticalstrainchangementwithdeepnessfortunnelpavementslrlleture图56隧道路面结构各计算线上的水平向应变(Y)FigS6Strainchangement(DirectionYlwithdeepnessfortunnelpavementstructtlre 第五章隧道阻燃沥青路面结构力学分析图57隧道路面结构各计算线上的水平向应变(x)Fig．57Strainchangement(DirectionX)withdeepnessfortunnelpavementStlUetu『e在路向结构层的应变方而，沥青层的应变在x、Y、z备向均较复杂。在竖向(z)，D线在路表面产生压应变，之后便转变为拉麻变，并随路面深度增加先产生一个不大的增加，之后即迅速减少，并在下面层再次出现了捱应变，其余各线均表现出随路面厚度增加压应变有较明显的增加，在下面层顶部开始减少：在水平Y方向，除C线的应变规律跟蛏向时一致外．其余均与竖向变化规律恰好相反；阿在水平x方向，各计算线变化规律一致，在上面层底部开始产生拉应变，并在下面层顶部附近达到最人值，之后丌始减少；在基层和面层之间．四条计算线的各项应变均产生交叉，备汁算线的各项应变均达到基本一敛。由【．图町知，在圆心下(A线)的竖向应变最大，为压应变。图58隧道路面结构各计算线上的竖向应力Fig58Veaicalstresschangemenlwithdeepne#fortunnelpavementStrUcture一5掣嚣巨蠹一 第五章隧道阻燃沥青路面结构力学分析65图59隧道路面结构各计算线上的Y向应力Fig59StresschangementwithdeepnessfortunnelpavementsLrlIctufe(DirectlonY)卜一由图5．8和图5．10可以看出，各计算线的应力在路表差别很大，随着深度的增加，备计算线的应力趋向一致，其中竖向应力在较深处(基层中间部位附近)汇合；Y方向应力汇合部位和竖向应力汇合部位基本一致，而x方向则在基层顶部附近汇合。总的柬说，各计算线的应力在路面层变化比较大，对着深度的增加，在基层上部或l+|部都应力趋向均能达到一致。a路面结构剪应力与剪应变 第五章隧道阻燃沥青路面结构力学分析图511隧道路面结构计算线上各点的剪应力Fig511ShearingstrengthchangementwithdeepnessfortunnelpavementstrLlcture囤512隧道路面结构各计算线上的剪应变Fig512Shearingstrainchangementwithdeepnessforturmelpavement$tDIeialte从图511至图512可以看出，隧道路面结构的最大剪应力出现在计算线A(当量圆圆心附近)下．即出现在沥青面层约3厘米深度处，最大剪应力达到了O25Mpa左右。同时，越是远离圆心的计算线，其下面出现的剪应力峰值越接近路表，如计算线C和D其剪应力峰值出现在路表附近。不难发现，最大剪应力出现的位置与最大剪应变出现的位置基本一致，同样都出现在沥青面层，最大剪应变约为270微应变，也是在计算线A下。4)半刚性基层路面力学计算 第五章隧道阻燃沥青路面结构力学分析67图513半刚性基层路面结构各计算线上的竖向位移随深度的变化曲线F{g513verticaldisplacementehangememwithdeepnessforsemirigidbasestructure图514半刚性基层路面结构各计算线上的水平向位移(Y)图515半刚性基层路面结构各计算线上的竖向应变Fig515VerticalstrainchangementwithdeepnessforsemirigidbaseStrUCtUPe 第五章隧道阻燃沥青路面结构力学分析图516半刚性基层路面结构各计算线上的水平向应变(Y)Fig516Strainchangement(DirecfioaY、withdeepnessmrsemirigidbasesIruclumF—IFig518VerticalStleSSchangementwithdeepnessforsemirigidbasestructure 第五章隧道阻燃沥青路面结构力学分析69图519半刚性基层路面结构各计算线上的Y向应力Fig519Stresschangementwithdeepnessforsemirigidbasestracture(DirectionY)图520半剐性基层路面结构各计算线上的x向应力Fig520Stresschangement(Directionx)withdeepnessforsemirigidbasestTLlctHie从图5．13至图5．20可以看出，常见的半刚性基层路面结构的力学特征主要有一下几点：a在所选择的四条计算线，通过当量圆圆心时其位移最大，且在圆心至1／2半径之间位移变化细微，再往外则明显减少，在双圆圆心作用线的对称轴上竖向位移最小；b在路面结构层的应变方面，竖向应变最大，沥青层的应变在竖向表现出随路面厚度增加压应变增加明显，到中面层底部才开始减少，但双圆圆心作用线的对称轴(D线)在路表面就出现了拉应变，并随路面深度增加先产生一个不大的增加，之后即迅速减少，井在中面层出现了压应变； 70第五章隧道阻燃沥青路面结构力学分析c．在正应力方面，应力在路表各点差别很大，随着深度的增加，各计算线的应力趋向一致，其中竖向应力在较深处(基层顶面附近)汇合，而X方向在中面层底部汇合，Y方向在上面层底部就出现了汇合，这说明竖向应力随厚度的变化没有水平向迅速，各沥青层均要起到较大的承重作用。4)比较两种路面结构形式的力学特征对于两种路面结构形式的力学计算结果进行对比分析，得出以下结论：a．两种路面结构形式的竖向位移在沥青面层变化相同，切位移相差不大，位移最大部位基本一致，在当量圆圆心处，但随着路面深度的增加，与半刚性基层路面结构形式不同的是，到达基层顶部时，隧道路面结构形式的四条计算线产生交叉，位移量基本一致；两种路面结构形式的水平位移(Y)的差别与竖向位移差别相同。b．与半刚性基层路面结构形式相比，隧道路面结构形式的应力、应变在沥青面层时较大，且变化幅度较大，而在基层部位，四条计算线的应力、应变会趋于一致。c．在路面结构层的应变方面，两种路面结构形式最大应变同为竖向应变，但从基层顶部开始，两种形式的应变变化趋势不一致，隧道路面结构形式四条计算线的应变在基层中间部位就出现汇合，相较出现汇合的深度要浅。d．从两种路面结构形式的力学特征比较结果来看，隧道路面结构形式以70,---,lOOcm厚水泥混凝土作为基层，不仅起到了承重作用，还可以缓冲路面作用力，与常见的半刚性基层相比，隧道路面结构形式的作用较大些，因此，本论文项目设计的隧道路面结构形式解决了承重问题，基层抗疲劳性能也好，整个路面结构的性能得到了很好的发挥。5．5本章小结通过对两种路面结构形式的力学分析，得到以下结论：①隧道路面结构形式力学计算1)位移随路面深度的变化曲线可以看出，计算线A、B、C、D的竖向位移在沥青层内差别较大，当量圆心附近的位移最大，且在圆心至1／2半径之间的位移变化细微，再往外位移则明显减少，在双圆圆心作用线的对称轴上竖向位移最小；在面层和基层之间，四条计算线的位移产生交叉，各计算线的位移基本一致。 第五章隧道阻燃沥青路面结构力学分析7l2)在路面结构层的应变方面，沥青层的应变在X、Y、Z各向均较复杂。在竖向(Z)，D线在路表面产生压应变，之后便转变为拉应变，并随路面深度增加先产生一个不大的增加，之后即迅速减少，并在下面层再次出现了压应变，其余各线均表现出随路面厚度增加压应变有较明显的增加，在下面层顶部开始减少；3)各计算线的应力在路表差别很大，随着深度的增加，各计算线的应力趋向一致，其中竖向应力在较深处(基层中间部位附近)汇合；Y方向应力汇合部位和竖向应力汇合部位基本一致，而X方向则在基层顶部附近汇合。②半刚性基层路面结构形式力学计算1)在所选择的四条计算线，通过当量圆圆心时其位移最大，且在圆心至1／2半径之间位移变化细微，再往外则明显减少，在双圆圆心作用线的对称轴上竖向位移最小；2)在路面结构层的应变方面，竖向应变最大，沥青层的应变在竖向表现出随路面厚度增加压应变增加明显，到中面层底部才开始减少，但双圆圆心作用线的对称轴(D线)在路表面就出现了拉应变，并随路面深度增加先产生一个不大的增加，之后即迅速减少，并在中面层出现了压应变；3)在正应力方面，应力在路表各点差别很大，随着深度的增加，各计算线的应力趋向一致，其中竖向应力在较深处(基层顶面附近)汇合，而X方向在中面层底部汇合，Y方向在上面层底部就出现了汇合，这说明竖向应力随厚度的变化没有水平向迅速，各沥青层均要起到较大的承重作用。③比较两种路面结构形式力学特征从两种路面结构形式的力学特征比较结果来看，隧道路面结构形式以70～100cm厚水泥混凝土作为基层，不仅起到了承重作用，还可以缓冲路面作用力，与常见的半刚性基层相比，隧道路面结构形式的作用较大些，因此，本论文项目设计的隧道路面结构形式解决了承重问题，基层抗疲劳性能也好，整个路面结构的性能得到了很好的发挥。 72第六章隧道阻燃沥青路面施工工艺研究第六章隧道阻燃沥青路面施工工艺研究本论文依托实体项目为蒙新高速公路，蒙新高速公路是国道主干线(GZ40)二连浩特～成都～昆明～河口公路云南省境内的重要一段，是我国外接越南及东南亚的重要国际大通道，也是我省滇东及滇南的主要经济干线，更是促进红河州经济发展的交通运输枢纽。蒙新高速公路全长85．413km，路基宽度24．5m，4车道设计，计算行车速度80km／h。全线共有桥梁155座，隧道29座，桥隧比例占路线总长的39．53％。路线经过蒙自～冷泉～蛮耗～新街一带属于典型的立体气候，最高海拔1640米，最低海拔120米，克服高差1460米，高山阴冷低谷炎热。从冷泉(K22+300)～蛮耗(K60+540)连续长大下坡达38．28km为全国之最，平均纵坡3．8％，最大纵坡6．O％，最高海拔1607．33m，最低海拔158．26m，降高差为1449．07米，且1／2的长大下坡路段属于热带气候【42J。蒙新公路处于热带和亚热带交接的变化带上，气候受地形影响，垂直变化较为明显，降雨量丰富，温度相对较大，从冷泉到凉水井常年大雾或小雨，全线最高气温43℃，最低气温0*C。K60+580～K85+413沿红河地段属热带气候，夏天最高气温达40度以上，沥青路面表面温度达70℃左右，年平均气温25℃左右【431。6．1隧道阻燃沥青路面铺装施工组织管理①要按合同要求，立即按投标时的承诺和依据工程量、技术规范和标书要求组建施工组织机构，组织项目经理部。经理部和施工队伍，要配备经验丰富、素质较高的管理人员和施工技术人员；根据工程特点和计划需要，并本着高效、先进、使用、不浪费的原则，配备好性能良好、符合标书要求的先进机械设备、试验、测量、仪器；形成组织严密、管理科学、指挥有力的施工组织和特别z日．匕l-,战斗的施工队伍，为圆满完成施工合同工程打下坚实的基础。图6．1施工组织机构框图Fig．6．1constuctionorganizationsandagencies 第六章隧道阻燃沥青路面施工工艺研究73②严格贯彻执行招标文件与规范为优质、高效地完成合同工程施工任务，开工前组织各作业班组认真学习《招标文件》、《合同文件》、《施工监理实施细则》及省部颁发的有关施工技术规范和检验标准，并依据有关规定编制施工方案细则，报驻地监理和业主审批。在严格实施批复的施工方案过程中，法现问题及时按变更程序要求加以完善。施工中对重点工程、关键部位或关键技术问题，组织技术人员要采取反复论证后制定作业指导书。特除技术问题要请专家或到外地参观学习，能使用新技术、新工艺等措施的，经监理批准后可应用并确保工程质量mJ。③严格控制原材料质量施工中项目经理部建立工地试验室，配备配齐施工项目必须的仪器设备和试验技术人员。关键材料如沥青水泥由经理部统一订购。原材料进场前先取样进行试验，不合格的材料，没有产品合格证的产品决不允许进入工地。对允许进入工地的原材料要用彩条布遮盖并按技术规范要求及时进行抽检，杜绝不合格的材料用于工程，从源头上防范，消除工程隐患。④认真贯彻执行业主和监理下达的各项规章制度施工过程中要认真贯彻执行业主和监理下发的各项规章制度，如安全施工条例、精品工程实施方案、工地例会制度等。积极主动参加业主组织开展的劳动竞赛活动，质量检查评比活动等，在活动中学先进找差距，创优质保安全，使各项规章制度落到实处，不断提高管理水平，确保工程进度和质量。⑤加强工程质量管理经理部建立完善的质量管理保证体系和质量检验体系，设专门的技术人员研究质量问题，进行质量管理，不断改善施工工艺和管理方法，同时执行严格的自检制度，把质量控制的重点放到过程控制中去，每月进行一次综合检查，实行内部质量奖惩制度政策，坚持做到工序自控自检，经理部专控专检，使质量问题消除在生产过程中，避免酿成质量事故，促进工程质量上水平。⑥加强工程进度管理保证工期是体现一个企业施工能力和水平的标志之一，也是企业守信用重合同的标志之一，同时又是企业能否赢得经济效益的关键问题。为此，为确保工期，经理部要始终把进度管理作为头等大事之一来抓。1)首先要编好总体施工组织设计和关键线路网络图根据合同工程量、工期、气候特点，认真编制总体施工计划及关键线路图，找出工程重点、难点，合理编排分项工程施工计划，科学配备人力、材料、设备 74第六章隧道阻燃沥青路面施工工艺研究资源。计划要留有余地，倒排工期。分项施工计划，细化到月、到旬、到日，确保计划按时完成。2)计划实行经济承包责任制计划任务层层分解，落实到队班组，进度指标完成情况与经济利益挂钩，调动施工人员的积极性，使每个队，每个班组，每个人都有进度指标，都感到有压力、有责任感，都不甘心落后，自觉地参加业主开展的劳动竞赛活动。3)加强现场施工的动态管理经理部管理和指挥人员，经常深入施工现场检查工程进度落实情况，对施工一线遇到的问题和困难，及时分析查找原因，帮助解决。班组作业间出现的矛盾随时给予协调。在设备、材料方面加强调度，合理使用，做到互不影响，使各班组都能按计划均衡生产，避免设备、材料资源的积压和窝工浪费。4)避雨季施工蒙新地区属亚热带季风气候，终年气候温和、雨热同期、干湿季分明、光照充足。因此高速公路施工期相对较长，各班组根据工程的特点，经监理同意后，在少雨季节(夏、春季多雨)可安排两班或三班作业，或早出晚归延长施工时间，对控制工期的工点、工序实行中午送饭到工地，并在人力、物力、财力各方面给予重点支持、优先保证。所有基础工程均在雨季到来前完成。在雨季要施工的项目做好防洪防冲刷措施，确保雨季生产不受影响。5)加强机械设备管理高速公路机械化生产程度很高，充分发挥机械施工的优势，是保证进度的重要条件，机械化施工必须保证机械的完好率，才能有进度。因此要备好易损件，做到机械科学管理、合理使用、定期保养、及时维修。以提高机械的完好率和利用率，从而加快工程进度。⑦坚持文明施工、规范化施工施工现场要保持整洁有序，坚持严格要求，照章办事，不折不扣地按规范和标书的有关规定施工。加强现场管理，实现文明施工，是实施精品工程的重要组成部分，是工程建设管理的重要环节，也是检施工单位管理水平和整体能力的重要尺度。为做好这方面工作，要制定“文明施工标准"并经业主批准要加大现场管理力度，将文明施工标准正式纳入各施工作业班组考核评比内容中。把实现文明施工作为程管理的重要内容并严格实施。为贯彻落实“文明施工标准”经理部有一位领导要负责这项工作，要坚持日常的督促检查工作，要每月织各作用班组进行一次文明施工检查，对不具备文明施工条件的作业班组不准开工，不准提出交工。坚消除施工现场脏、乱、差的不文明现象，创造一个整洁有序、文明的施工环境Ⅲ】。 第六章隧道阻燃沥青路面施工工艺研究75⑧积极与施工方之间进行协调蒙新高速公路隧道段施工难度较高，施工条件相对较差，由于隧道段路面使用添加阻燃剂和抗车辙剂的沥青混合料，温度控制、摊铺和碾压的质量控制要求更高，施工过程中必须与施工单位协调好，确保隧道段路面工程质量，尽量保证在工程施工进度内较高质量的完成隧道段路面工程。6．2阻燃沥青混合料的施工工艺6．2．1阻燃沥青混合料的拌和①阻燃沥青混合料宜随拌随用，沥青混合料采用间歇式拌和机拌和。拌和机必须配备计算机设备，拌和过程中逐盘采集并打印各个传感器测定的材料用量和沥青混合料拌和量、拌和温度等各种参数。每个台班结束时打印出一个台班的统计量进行沥青混合料生产质量及铺筑厚度的总量检验。总量检验的数据有异常波动时，应立即停止生产，分析原因。②拌和机的矿粉仓应配备振动装置以防治矿粉起拱。添加消石灰、水泥等外掺剂时，宜增加粉料仓，也可由专门管线和螺旋升送器直接加入拌和锅，若与矿粉混合使用时应注意二者因密度不同发生离析。拌和机必须有二级除尘装置，经一级除尘部分可直接回收使用，二级除尘部分可进入回收仓使用，对因除尘造成的粉料损失应补充等量新矿粉。③拌和机的振动筛规格应与矿料规格匹配，最大筛孔宣略大于混合料的最大粒径，其余筛的设置应考虑混合料的级配稳定，并尽量使热料仓大体均衡，不同级配混合料必须设置不同的筛孔组合。．④沥青混合料拌和时间应根据具体情况经试拌确定，以沥青均匀裹覆集料为度。间歇式拌和机每盘的生产周期不宜少于45s(其中干拌时间不少于5～lOs)。阻燃沥青的拌和时间应适当延长。间歇式拌和机宜备有保温性能良好的成品储料仓，贮存过程中混合料温降不得大于10℃、且不能有沥青滴漏，阻燃沥青混合料的贮存时间不宜超过24h(尽量做到随拌随用)。沥青混合料的生产温度应符合规范的要求(见表6．2)【42】。烘干集料的残余含水量不得大于1％。每天开始几盘集料应提高加热温度，并干拌几锅集料的废弃，再正式加沥青拌和混合料。沥青混合料出厂时应逐车检测沥青混合料的重量和温度，记录出厂时间，签发运料单。 第^章隧道阻燃沥青路面施-LI．艺研究图62沥青混合料拌合站F1962Asphaltmixinggrindingstation622阻燃沥青混合料的运输①选用15吨以上的自卸车作为运输车辆，为了保证路面平整度的要求，应确保在摊铺机前等待的运料不少于5辆。混合料运输车的车厢底板和侧板应抹一层隔离剂，并排除可见游离余液。②使用油水混合液作为隔离剂时，应严格控制油水比例，严禁使用纯石油制品。从拌和机向运料车上装料时，应多次挪动汽车位置，平衡装料，以减少混合料离析。运料车运输混合料运料车运输混合料宜用毡布覆盖保温、防雨、防污染。运料车进入摊铺现场时，轮胎上不得沾有泥土等可能污染路面的脏物，否则宣设水池洗净轮胎后进入工程现场。③沥青混合料在摊铺地点凭运料单接收，若混合料不符合施工温度要求，或已经结成团块、己遭阿淋的不得铺筑。摊铺过程中运料车应在摊辅机前100mm～300mm处停住，空挡等候，由摊辅机推动前进开始缓缓卸料，避免撞击摊辅机。④在有条件时，运料车可将混合料卸入转运车经j次拌和后向摊铺机连续均匀的供料。运料车每次卸料必须倒净，在有条件时，运料车可将混合料卸入转运车经二次拌合后向摊铺机连续均匀的供料。运料车每次卸料必须倒净，尤其是对阻燃沥青混合料，如有剩余，应及时清除，防止硬结。 第六章隧道阻燃沥青路面施工工艺研究77⑤采用数字显示插入式温度计检测沥青混合料的出厂温度，插入深度约为150mm，在运输卡车侧面中部设专用检测孔，孔口距车厢底面约30cm，所有温度计必须经校准后，至少有一只温度计经计量局标定。⑥连续摊铺过程中，运料车在摊铺机前lO"---"30em处停住，不得撞击摊铺机。此时汽车应挂空挡，等候摊铺机推动前进。卸料过程中必须有专人指挥。⑦装满沥青混合料的自卸汽车，不得随意中途停留，必须保证直接将沥青混合料送到现场，等候摊铺。6．2．3阻燃沥青混合料的摊铺①沥青混合料的摊铺应符合(JTGF40．2004)即《公路沥青路面施工技术规范》有关规定。②摊铺机在开始受料前，为确保摊铺熨平质量，摊铺机在操作前1h开始将熨平板加热，不低于80℃～100℃。并在收料斗和送料刮板上涂刷少许隔离剂(植物油)，防止沥青混合料粘结。③摊铺过程中，摊铺机夯锤振动频率要大于熨平板振幅，以提高沥青混合料摊铺后的初始压实密度。熨平板加宽铰接处的缝隙应仔细调节紧密，防止沥青混合料铺后留有痕迹。④连续稳定的摊铺是提高路面平整度最重要的措施，摊铺速度(能力)应该与拌合站的混合料生产相匹配，保证摊铺的连续性；摊铺机的摊铺速度应根据拌和机的产量、施工机械配套情况及摊铺厚度、摊铺宽度，按2"--"6rn／min予以调整选择，做到缓慢、均匀、不间断的摊铺。不得任意以快速摊铺几分钟，然后停下来等下一车料。切忌停铺用餐。争取做到每天收工停机一次。⑤派专人清扫干净摊铺机两条轨链板的行驶路线，使摊铺机能平稳前进，保证摊铺平整度。⑥摊铺过程中，控制料位传感器的高程。使储料箱中的螺旋送料器始终埋入沥青混合料不小于3／4的高度，以减少在摊铺过程中沥青混合料产生离析，当摊铺机不能连续作业时，摊铺机盛料斗中要保持有足够的沥青混合料，严禁摊铺机送料刮板外露，人为造成开机后摊铺面上有粗集料集中现象发生。⑦摊铺机的熨平板上，非本机工作人员不得站立和通行，防止浮动熨平板瞬间下沉。摊铺好的混合料未压实前，施工人员不得进入践踏。一般不得用人工不断的整修，只有在特殊情况下，需要在现场主管人员指挥下，允许用人工找补或更换混合料，缺陷较严重时应予铲除，并调整摊铺机或改进摊铺工艺。⑧上面层摊铺厚度采用非接触式平衡梁控制厚度，同时安排专人进行检查松铺厚度，当出现偏差时，要对摊铺机进行及时调整。 78第六章隧道阻燃沥青路面施工工艺研究⑨摊铺遇雨时，立即停止施工，并清除未压实成型的混合料，等候车上的混合料全部废弃，不得卸入摊铺机摊铺。⑩摊铺现场和搅拌站要加强联系，根据施工现场具体情况，应及时通知拌和站。如摊铺机发生故障，中途遇雨，拌和质量有异常。需要减量生产或停机等。6．2．4阻燃沥青混合料的压实①沥青混合料的压实应根据路面宽度、厚度、沥青混合料类型、混合料温度、空气温度、拌和、运输、摊铺能力等条件综合确定压路机数量、质量类型以及压路机的组合、编队等。②沥青混合料宜采用双轴双钢轮压路机，压路机轮迹的重叠宽度不应少于20em；③初压在混合料摊铺后较高温度下紧跟摊铺机进行碾压，摊铺机和压路机的间距不大于100米，不得产生推移、开裂，压路机应由下坡脚向上坡脚碾压，相邻碾压带应重叠30cm；并保证初压温度不低于150℃；④复压采用钢轮振动压路机高频低幅振动碾压，达到要求的压实度，并无明显轮迹。⑤压路机应以缓慢而均匀的速度碾压，混合料的压实应按初压、复压、终压三个阶段进行，其具体的碾压遍数为胶轮压路机初压l"--"2遍，复压采用钢轮2～4遍，终压1遍的组合方式。压路机的碾压速度应按下表进行。表6．1压路机碾压速度(kin／h)表6．1Therollingvelocity(kneh)初压复压．终压压路机类型适宜最大适宜最大适宜最大钢筒式压路机2～343～563～66轮胎压路机2～343～564～68静压振动静压振动压路机2～333---4．553～66⑥压路机应从外侧的低处向中心高处碾压。相邻碾压带应每次重叠l／3～112轮宽，最后直到碾压至路中及全幅宽度为一遍。当边缘有路缘石、纵向排水沟等支挡时，应紧靠支挡碾压。当无边缘支挡时，可用耙子将边缘的混合料稍稍耙高，然后将压路机的碾压轮伸出边缘外10cm以上碾压。在外侧边缘开始初压时，应先预留30～40cm宽不进行碾压，待压完一遍后，使压路机大部分重量重 第六章隧道阻燃沥青路面施工工艺研究79叠压实在已压实的表面上，将未压实的30"--"40cm压实，防止边缘处沥青混合料外移和发生纵向微小裂纹。⑦压路机不得在同一横断面处回程碾压，每次回程应前后错开不小于lm距离，在折回位置呈阶梯形随摊铺机向前推进。初压、复压和终压的回程应不在相同断面处，前后相距应在5"--"10m以上。本次碾压长度应与前一段碾压搭接重叠不小于10m。压路机改变进退方向，应在已压铺面上完成。>1．0m后图6．3碾压平面图Fi96．3Rollingplans摊铺前进方向----------—--————-——_●-～60m⑧为避免碾压时混合料推移产生拥包，碾压时应将驱动轮朝向摊铺机，碾压路线及方向不应突然改变；压路机起动、停止必须慢速缓行。对压路机无法压实的死角、边缘、接头等，应采用小型振动压路机或手扶振动夯板趁热压实。⑨在当天碾压的尚未冷却的沥青混合料面层上，不得停放任何机械设备或车辆，不得散落矿料、油料等杂物。⑩压实完混合料表面温度不高于50℃后，方可开放交通通行。6．2．5阻燃沥青混合料的压实度沥青路面的压实度是非常重要的质量指标，许多高速公路发生早期损害大都与压实度不足有关。利用钻孔法与核子密度仪无破损检测路面密度的对比关系，来确定路面机构的压实度。要求路面结构压实完成后其密度应达到实验室标准密度的98％。6．2．6阻燃沥青混合料的接缝沥青路面的施工必须接缝紧密、连接平顺，不得产生明显的接缝离析。上下层的纵缝应错开150mm(热接缝)或300"---400mm(冷接缝)以上。表面层横向接缝应采用垂直的平接缝，宜在当天施工结束后切割、清扫、成缝。以下各层采 80第六章隧道阻燃沥青路面施工工艺研究用自然碾压的斜接缝。斜接缝的搭接长度与层厚有关，宜为0．4"-"0．8m，搭接处应洒少量的沥青，混合料中的粗集料颗粒应予剔除，并不上细料，搭接平整，充分压实。摊铺时采用梯队作业的纵缝应采用热接缝，将已铺部分留下100200mm宽暂不碾压，作为后续部分的基准面，然后作跨缝碾压以消除缝迹。6．2．7稀浆封层施工工艺稀浆封层施工前，应彻底清除原路面的泥土、杂物，修补坑槽、凹陷、较宽的裂缝宜清理灌浆。稀浆封层的最低施工温度不得低于10℃，严禁在雨天施工，摊铺后尚未成型的混合料遇雨时应予铲除【33】。稀浆封层两幅纵缝搭接的宽度不宜超过80mm，横向接缝不宜做成对接缝。稀浆封层铺筑后的表面不得有超粒径料拖拉的严重划痕，横向接缝和纵向接缝处不得出现余料堆积或缺料现象。经养生和初期交通碾压稳定的稀浆封层在行车作用下应不飞散且完全密水。6．3阻燃沥青混合料施工质量控制6．3．1沥青混合料拌和控制近年来随着工程的需要，各施工单位购置了不少进口设备或国产设备，这些现代化的生产设备具有电子自动控制装置，称量灵敏准确，还附有布袋除尘装置或湿式除尘装置，除尘效果好，对环境损害能降到最低限度。由于沥青路面属于大规模生产，每天要求生产沥青混合料在1000"---3000吨左右，需要多台沥青拌和设备同时生产方能满足要求，拌和设备的喂料仓均为4个，若需铺装O"--"5cm厚度时，需要两种材料混合，应将料仓增至5个，以方便施ira61。拌和楼的控制主要有拌和楼的调试和标定、拌和筛孔的确定及沥青混凝土的拌和三方面内容。①沥青混凝土拌和楼的调试和标定由于石料生产过程的分筛网可能和沥青拌和站的筛网不同，经过拌和楼将石料干燥加热筛分后，到热料仓后被重新分配成四种新的规格料。施工配合比设计应该依据拌和楼重新分配的规格进行。拌和楼筛网安装后重新经过调试和标定。调试和标定应由拌和楼生产厂家、拌和楼操作人员、监理工程师和地方计量部门等参加。调试的目的是使拌和楼称量和温度等控制部分真实地反映生产的实际情况，使生产达到预定的控制。拌和楼调试和标定的最主要内容是称量系统的标定。用计量部门提供的标准重量砝码校对拌和楼控制室的显示数值以及相应的计算机打印数值。当控制室显示数值与实际计量重量的差值符合设备和设计允许的偏差范围时，拌和楼才算合格设备，才能投入生产，否则应调整称量元件和系统的参数，直至达到要求。 第六章隧道阻燃沥青路面施工工艺研究81此外，在各沥青层施工后，需对拌和站进行全面的设备检修和保养。随时检查各组成部分的电路和机械运转情况，使各部分均处于最佳的工作状态，减少后期生产的设备故障率。②拌和站控制随时到拌和站进行检查，严格控制混合料的拌制工艺，特别控制好拌和温度、计量准确、拌和均匀。保证生产出的混合料的级配满足试验室提出的合理级配，且能稳定生产。并进行混合料生产总量与铺筑厚度的总量检验，总量检验的数据有异常波动时，应立即停止生产，分析原因。且应在贮料、上料、装拌混合料等方面采用正确方法，减少离析。并按规范要求进行试验检验，沥青混合料主要检验的项目为：混合料温度、沥青含量、颗粒分析、马歇尔试验的稳定度和流值。中、上面层还应进行车辙试验和水稳性试验。③混合料的拌和控制在进行沥青准备时，沥青在加热时应该采用导热油加热，要求沥青温度稳定，具有一定稳定性，以能使沥青混合料拌和均匀，出料温度符合要求，并保证沥青源源不断地从贮罐输送到拌和机内为宜，本论文普通沥青加热温度不应超过165℃，改性沥青加热温度不应超过200℃。使用改性沥青时应先搅拌或循环拌和使其均匀后，方可使用，使用过程中也应该不断搅拌，避免改性剂离析。在进行集料准备时，集料铲运方向应与其流动方向垂直，以便保证铲运材料均匀，避免集料离析。同时每天开工前应检查含水量，以便调节冷料进料速度，并确定集料加热时间和温度。集料在送进拌和设备时的含水量不应超过1％，若集料含水量过大，不得使用。当集料级配发生变化或换用新材料时，应重新进行配合比设计，以确保混合料质量符合要求。④在沥青混合料的拌和过程中应该注意以下几个方面：1)集料和沥青应按生产级配确定的用量送进拌和机，矿粉直接从窗口加入。送入拌和机的集料温度、沥青温度、混合料出厂温度、摊铺和碾压温度应符合表6．3的规定。在试拌过程中，应通过现场温度测量对计算机打印出的温度进行检验，并在一段连续施工的工艺流程中保证温度的均衡性，以保证混合料摊铺温度和碾压温度为宜。表6．2沥青混合料的施工温度(℃)Table6．2Theconstructiontemperatureofasphaltmixing沥青类型埃索70#沥青TAL湖沥青沥青加热温度150～165170～180混合料出厂温度正常范围140～165正常170～180 82第六章隧道阻燃沥青路面施工工艺研究超过165时废弃超过185时废弃沥青混合料出料温度145～165135～185混合料贮料仓贮存温度贮存过程中温度降低不超过lO运输到现场温度不低于145170混合料摊铺温度正常施工135160不低于低温施工150165正常施工130155开始碾压的混合料内部温度不低于低温施工145150钢轮压路机7080碾压终了的表面温度不低于轮胎压路机8085振动压路机7075开放交通的路表温度不高于50注：①沥青混合料的施工温度采用具有金属探测针的插入式数显温度计测量。表面温度可采用表面接触式温度计测定。当采用红外线温度计测量表面温度时，应进行标定。2)把规定数量的集料和沥青送进拌和机后，应把两种材料充分拌和直至所有集料颗粒完全均匀地被沥青膜裹覆，沥青材料也完全均匀分布到整个混合料中，以混合料中无花白石子、无沥青团块，乌黑发亮为宜。当出现了花白石子，应停机分析其原因予以改进。其原因大致为：搅拌时间不够，细颗粒矿料比例增大，特别是加入的矿粉增多、沥青用量不够、矿料或沥青加热的温度不够。可能是其中的一项原因，也可能是几项原因综合所致。如果混合料颜色枯黄灰暗，可能的原因有：拌和温度过高、沥青用量不够、粉料过多、石料不干、柴油燃烧不透等。对出现花白、枯黄灰暗的混合料必须废弃不用。3)沥青混合料拌和机应有贮料仓，为了保证连续摊铺，可提前拌和混合料，将拌和好的混合料送入贮料仓中暂存，待开始摊铺后再运至摊铺现场。对拌和好的沥青混合料应进行跟踪质量抽检，检查集料级配、油石比等指标，发现问题及时调整生产级配。集料级配应在生产级配目标值的容许偏差范围内，目标值的容许偏差如下表6．3所示： 第六章隧道阻燃沥青路面施工工艺研究83表6．3沥青混合料配合比的容许偏差值Table6．3Themixingamountofproportioning项目矿料含量与规定值的容许偏差4．75mm筛孔上保存的集料4-5％通过2．36mm筛孔的集料4-6％通过0．075mm筛孔的集料4-2％油石比O～+O．3％压实沥青混合料的孔隙率士0．5％沥青饱和度士5％⑤混合料拌和质量控制为了加强对阻燃沥青路面的质量控制，本论文项目对阻燃沥青路面的施工过程进行了马歇尔指标及混合料级配油石比的检查。隧道路段下面层、上面层抽据级配试验结果以及隧道部分路段上面层AC．16F马歇尔指标检测结果见下表：表6．4下面层AC-20C检测抽提级配Table6．4TheextractiongradationofbasepavementAC-20C取样地点筛孔尺寸(姗)31．526．5191613．29．54．752．361．180．6O．3·O．150．075左幅：K10+685～10092．784．475．664．543．024．215．211．67．55．O3．OK12+025左幅：25+795"10026+18010093．186．175．860．439．428．819．915．79．775左幅：K30+878～100K31+02010088．579．369．455．638．628．719．815．79．66．95左幅：K38+012～K39+15310099．993．384．973．161．342．231．118．814．29．77．76．5左幅：K39+205～K39+49310099．379．670-359．44932．824．315．311．98．67．16目标级配10088．579．369．455．638．628．719．815．79．66．95级配上限1009280725644332417137级配下限100907862502616128543 第六章隧道阻燃沥青路面施工工艺研究图6．4下面层AC-20C检测抽提试验级配曲线Fir6．4TheextractiongradationcurvesofbasepavementAC一20C表6．5上面层AC-16F检测抽提级配Table6．5TheextractiongradationofpavementAC-16F筛孔尺寸(咖)取样地点31．526．5191613．29．54．752．361．180．60．30．150．075左幅：K10+685～100．10097．289．277．249．925．O16．513．911．O8．86．7K12+0250左幅：25+795～100．10093．181．667．241．732．O22．318．113．310．44．826+1800左幅：K30+878""100．10098．591．O74．848．233．720．115．48．14．82．4K3l+020O左幅：K38+012～100．lOO10098．191．482．547．631．O20．917．512．49．16．3K39+153O左幅：K39+205"一100．10096．387．172．747．433．423．1．19．114．210．16．3K39+493O目标级配10097．286．87045．433．620．616．210．98．26级配上限10092806248362618148级配下限lOO1009076603420139754 第六章隧道阻燃沥青路面施工工艺研究85图6．5上面层AC一16F检测抽提试验级配曲线Ti96．5TheextractiongradationcurvesofbasepavementAC-16F表6．6K10+720"---K11+925右幅隧道AC-16F马歇尔试验检测结果Table6．6TheMarshalltestresultofK10+720"--"K11+925fightpiecestunnelAC-16F毛体积密标油石比稳定度流值空隙率”妒阴饱和度理论密度度号(％)(KN)(0．1mm)(％)(呦(％)(g／cm")(g／cm3)l14．163．16413．670．72．5ll213．222．854．313．869．12．504313．953．954．614．167．62．496．414．053．143．913．571．12．5134．672．616514．653．223．713．372．22．519614．112．953．212．974．92．531平14．023．21413．670．92．512均从抽提结果来看，在隧道路段，各路面层的沥青混合料级配控制较好，但也有某些路面的某些筛孔出界的现象。对K10+720,---K11+925右幅隧道马歇尔指标的检测结果显示，上面层混合料的拌和效果良好，基本符合施工要求。 86第六章隧道阻燃沥青路面施工工艺研究6．3．2沥青混合料运输质量控制沥青混合料的运输控制，实际上是要求在这一环节中，既要保证沥青混合料的温度符合要求，也要保证其成分不受到影响。为此，需要做好以下几方面的工作：①尽量用大吨位的车辆进行运输，因为大吨位车易于保温，要求至少在七吨以上。特别在运距长，气温低的情况下不能使用小吨位车，混合料运至工地，降温不宜超过20℃。②运料车的数量应满足拌和站不停机及摊铺机连续摊铺的需要，并视生产规模及运距的情况而定。③运混合料的车，不得它用，以免污染车厢。车辆应有紧密、清洁、光滑的金属底版，每日运料前应喷洒柴油与水的混合物薄层，以防止混合料粘到底板上，但不得过多。④施工前应对全体驾驶员进行培训，加强对汽车的保养，避免运输中途汽车抛锚，导致混合料冷却受损。装料时汽车应按前、中、后的顺序来回移动，避免混合料离析；运料汽车应在摊铺机前10．30cm处停住，不得撞击摊铺机；卸料过程中运料汽车应诱挂空挡，靠摊铺机推动前进，以确保摊铺层的平整度。6．3．3沥青混合料摊铺质量控制沥青路面出现的各种质量问题，从很大程度上与沥青混合料的摊铺有关。控制沥青路面的摊铺实际上主要是控制路面各层摊铺的平整性。在进行摊铺前，必须清楚其摊铺原理。沥青混合料的摊铺原理为：沥青混凝土刚铺下时，其初始密度约为76％(以理论密度为标准)，在摊铺机整平板后面混合料的压实度可以达到82％，碾压必须进行到压实度约达到96％为止(以最大理论密度为标准，取决于有关部门的要求，通常混合料中的空气率为3％～5％)。根据施工经验得出，连续级配沥青混合料的松铺厚度通常是要求压实厚度的1．25倍。换言之，50mm厚的混合料层需要在路上铺筑62．5mm厚的混合料，然后将其压实到50mm。不同压实厚度时所需要的松铺厚度列在表6．7【45】。压实层厚度与密实度间的关系如表6．8所示【45】。如在不规则的表面上铺一层沥青混合料，则在一整平的表面与下卧层之间混合层的厚度是变化的。如第一层的表面由整平板整平和压实后将减少29．3％的不规则，需要再铺筑两层，以达到合理的平整度。当平整度是一个质量标准时，不应该忽视用分层摊铺来降低不平整度的实践经验，因为路面设计必须考虑能达到的平整度。 第六章隧道阻燃沥青路面施工工艺研究87表6．7松铺厚度Table6．7Spreadingdepth压实厚度(衄)松铺厚度(衄)压实厚度(衄)松铺厚度(衄)2531．27293．85062．5100125．0表6．8同压实度时的层厚Table6．8Thethicknessatthe$amgcompactiondepth压实度层厚(mm)96％(最后)25507510094％25．551．176．6102．292％26．152．278．3104．490％26．753．388106．688％27．354．581．8109．．86％27．955．883．7111．684％28．657．185．7114．282％29．358．587．811780％30609012078％30．861．592．312376％(初始)，31．663．294．7126．4①摊铺过程中的质量控制．沥青混合料摊铺过程中极易出现离析现象，影响路面的使用寿命。混合料的离析一般分为集料离析和温度离析两种，温度离析是由于混合料内外温度不均造成的。集料离析产生的来源很多，如：集料级配不当造成的、拌合设备自身缺陷造成的、卸料过程造成的、运输过程造成的、摊铺机布料时造成的等。总之离析现象产生的原因很复杂，本论文重点探讨蒙新高速公路隧道段摊铺过程中的离析及其预防。1)全路幅一次摊铺时，容易造成离析和压实不足，因此摊铺宽度不宜过大。分路幅多次摊铺时，纵向接缝处两侧粗料较多，且难以压实，平整度也不好。所以当采用分路幅多次摊铺时，应采用多台摊铺机成梯队作业的方式，蒙新高速公路隧道段路面宽度相对较窄，一台摊铺机能完成摊铺工作。摊铺现场如下图所示： 第六章隧道阻燃沥青路面施工工艺研究图66隧道阻燃沥青路面摊铺现场Fi966Thespreadingsiteoftumlelflameretardantmixing2)正确操作收料斗翼板．严禁收料斗内死料过多和翻转过速。尽可能保持摊铺机料斗内的余料均匀，保证连续均匀供料。严禁供料速度忽快忽慢、机械猛烈起步和紧急制动、摊铺速度快慢不均。摊铺速度确定后，应尽可能保持稳定和连续，速度以2～2．5m／rain为宜。3)调节料位传感器，使螺旋靠料器的转速尽可能均匀，保持熨平扳前料位均匀一致。确保螺旋布料器通道内的混合料左右流动通畅，摊铺过程中混合料处于螺旋布料器直径2／3的高度，如图6,7。建议采用具有大直径、低转速螺旋布料器的摊铺机，降低螺旋布料器的高度，并使混合料的高度超过螺旋布料器，这样可以提高螺旋布料器的输送率，降低转速，减小不同粒径颗粒之间的惯性差异。同时布料器埋于混合料中可以对混舍料实现二次搅拌，从而减少离析。螺旋布料器的高度应根据摊铺层厚度的变化进行调节。摊铺层厚，螺旋布料器的高度要增大，反之减少。螺旋布料器太高，mⅡ供料慢，两端供料不足。螺旋布料器太低，则阻力过大，供料不足。一般情况下，布料器下沿调至高出松铺层10～12cm为宜。 第A章隧道阻燃沥青路面施工工艺研究89圈67螺旋布{4器中的料位示意Table67Thedistributingscrewconveyoroflevelindicated4)对于有前后两幅调拱机构的摊铺机，其前拱拱度应调节的比后拱略太为宜。经验表明，一般人工接长调宽的熨平板，其前后拱之差为3--4mm，液压伸缩调宽的熨平板，差值以2mm为宜。前拱过大，中间部分混合料较多，于是出现中间紧密并刮出亮痕和纵向撕裂状条纹。反之，前拱过小，甚至小于后拱，中间部分的混合料偏少，于是就会出现中间疏松，两侧紧密并被刮出亮痕和纵向撕裂状条纹。5)选择振动系统的晟佳振幅和振频，可控制混合料的离析。振幅过大、振频过高，会造成集料压碎、细料上浮和泛油现象。振幅过小、振频过低，则初密殳度低，不利于压实作业，如图6-5。实践表明，采用ABG423摊铺机施工的沥青路面．铺层厚度为40～60mm，摊铺速度在2--3m／min时．振动夯选择振幅5mm，振频20--22Hz，熨甲板振动器振动频率选择35～40Hz，新铺沥青混合料能够获得较理想的初压实度和平整度。6)布料器的端部距熨平板边缘以15～20cm为宜，距离过大时，容易在熨平板前堆积死料，温度降低后会成团块状脱落，进入摊铺层后形成密实度不均，不易压实。距离过小时，会造成供料不足，大粒径骨料不易进入熨甲板下，也会损坏下承层。般情况下，摊铺厚度小于10cm的中粒式或粗粒武混合料时，应将熨平板与布料螺旋之间的距离调至中间位置。摊铺厚度较薄，粒径较小的混合料时，宜将距离调小。摊铺厚度较大，集料粒径也较大，混合料温度偏低，或发现摊铺层表面出现波纹时，宜将距离调大。 第六章隧道阻燃沥青路面施工工艺研究沥青面层达到预期平整度是沥青混合料摊铺的一个重要指标，要控制好平整度，沥青混合料的摊铺工艺至关重要，缓慢、连续、均匀、不间断的摊铺是提高路面平整度最主要的措施，因此摊铺机在操作过程中应注意以下几个方面：1)摊铺过程应保持连续，否则停顿处就可能不够平整。供料跟不上往往造成摊铺中断，因此拌合能力应与摊铺能力相匹配，尽量做到摊铺过程不停机，如发生短暂断料时，摊铺机应停止振捣并接通熨平板加热器，保证摊铺温度符合要求。2)摊铺机速度的变化一方面会导致熨平板受力系统的破坏，引起熨平板的上下浮动，造成路面平整度降低，另一方面单位面积的混合料受到的振捣次数也会变化，势必导致混合料的初始密实度不同，压实后的路面平整度受到影响。3)摊铺机性能不稳定，行走装置打滑，摊铺速度快慢不均，猛烈起步或紧急制动，供料系统速度变化都会造成路面不平整。4)摊铺机熨平板底面磨损或严重变形，摊铺时面层容易产生裂纹和拉沟。轮胎摊铺机车轮气压超限，摊铺机容易打滑，气压过低，机体会因受料质量变化而变化，使铺层出现波浪。履带式摊铺机履带的松紧超限将导致摊铺速度发生脉冲，使铺面形成搓板。②摊铺过程中的质量检测摊铺过程中的质量检测主要是沥青混合料直观检查、温度检查、摊铺厚度以及铺层表面检查。1)直观检查。正常的沥青混合料外观呈黑亮色，运输车上混合料呈圆锥状或在摊铺机受料斗中“蠕动”。如果混合料特别黑亮，在运料车上呈平坦状或沥青结合料有从骨料中分离出来现象，则表明沥青含量过大，或集料没有充分烘干。如果混合料呈褐色，暗而脆，粗骨料没有被沥青完全裹覆，摊铺机受料斗中的混合料不“蠕动"，则表明沥青含量过少，或拌合温度过高或拌合不充分。2)温度检测。沥青混合料在正常摊铺和碾压温度范围内，往往冒出淡蓝色蒸汽。混合料冒黄色蒸汽或缺少蒸汽说明温度过高或过低。本论文项目对路面摊铺温度定期作检测，下表为某时间段对上面层沥青路面摊铺时的温度检测。 第六章隧道阻燃沥青路面施工工艺研究表6．9隧道路面上面层^C-16F温度检测Table6．9TemperaturedetectionoftunnelpavementAC-16F工程名称路面工程检测地点：隧道摊铺现场结构类型AC．16F出料温度初压温度复压温度终压温度检测日期摊铺温度(℃)(℃)17917l151119941791701501199517916915012l942008．7-2718017l14912l951801701491219518l170150120951791701491219718017015012096180170149121962008．7．281791691491199518l1701501199518117115l12293表6．10隧道路面下面层AC-20C温度检测Table6．10TemperaturedetectionoftunnelpavementAC-20C工程名称路面工程检测地点：隧道摊铺现场结构类型AC．20C检测日期出料温度(℃)摊铺温度(℃)初压温度(℃)复压温度(℃)终压温度(℃)1621511301108716115012911185160150130109862007．7．2616015013111085160151130l1085159150129112842007—7—27160149129111851601501321ll8516015l13011185 第六章隧道阻燃沥青路面施工工艺研究160150130109861601501291098516015013211085由上表可以看出，本项目施工现场从出料到摊铺再到碾压温度，基本符合规范要求。3)厚度检查。摊铺机在摊铺过程中，应经常检测虚铺厚度，并与拟定的虚铺厚度作比较，发现问题及时解决。本项目试验路段的松铺厚度检测结果见下表：表6．10摊铺厚度检测Table6．10Compactiondepthdetected测点桩号松铺厚度(锄)松铺系数K38+072左5．2米8．21．29K38+162左6．3米8．11．31K38+252左4．7米8．01．30K38+342左7．2米8．31．31K38+432左6．1米8．41．32K38+522左5．7米8．O1．28K38+612左8．2米8．61．30K38+702左3．2米8．31．30K38+792左2．9米8．21．31一K38+882左8．1米8．11．30从对实验路段的松铺厚度来看，施工现场路面摊铺厚度控制基本符合要求，在隧道路面摊铺时，按照实验路段对摊铺机进行调试，路面摊铺效果较好。 第六章隧道阻燃沥青路面施工工艺研究93图68隧道路面混合料摊铺现场Fi968Thespreadingsiteoftunnelflamerctardantmixing4)铺层表面检查。未压实的混合料表面结构无论是纵向或横向都应平整、均匀密实、无局部粗糙、小波浪、撕裂或拉沟等现象，否则应查明原因及时处理。6．3．4沥青混合料碾压控制隧道路面的碾压必须严格按照试验路总结提出的压路机组合方式、碾压遍数和碾压方法进行初压、复压、终压。碾压过程中避免欠压和漏压造成的压实度不足以防止路面渗漏而产生水损害影响路面的耐久性。同时应避免过碾压，以防止压裂或孔隙率过小，路面投入使用后失稳。并按规范规定的方法处理好接缝，形成规范的操作制度。帮助施工单位制定严格的施工工艺流程和质量控制措施。在施工过程中发现异常情况，现场及时处理。沥青混料现场需进行的检测项目为碾压温度。①碾压施工控制1)碾压温度控制碾压温度的高低，直接影响沥青混合料的压实质量。碾压温度较高时，可用较少的碾压遍数，能得到较好的压实效果，但沥青混合料温度也不能超出规范要求的范围，除了要保证压实度以外，沥青混合料碾压还要保证混合料的其他路用性能。如果碾压温度较低，碾压会变得很困难，并且容易造成很难消除的轮痕。如下图所示： 第六章隧道阻燃涮青路面施EV_艺研究图69碾压温度过低产生轮痕Fi969Rollingtemperatureresultingwheelpath沥青混合料碾压温度应符合规范要求(见表62)，施工现场碾压温度检测见表6．9、610。①施工现场碾压安排1)下面层AC一20C碾压沥青中而层采用AC一20C型密级配的热拌沥青混合料，沥青采用埃索70#基质沥青与特立里达湖沥青，参配比例70％：30％，设计厚度6cm，沥青拌和站准确的拌制出台格的沥青混合料混合料以后．运至现场，采用摊铺机一层进行全幅铺筑。按试验路的总结和要求，一台摊铺机配4台压路机，压实工艺采用：初压：ttDl20振动压路机前静后振1遍，振压1遍，共2遍，速度2～25km／h(相邻碾压带应重叠10～20cm)：复压：DDll0J蕞路机静压2遍，速度25～3km／h：XP261轮胎压路机静压2遍，速度25～3km／h终压：YZCl2压路机静压1遍，速度2～25km／h。2)上面层AC16F碾压沥青上面层采用AC一16F型密级配的阻燃沥青混合料，沥青采用埃索70#基质沥青，外掺2％0(占混合料百分比)法国PR抗车辙剂和20％(阻燃剂与沥青百分比)①号阻燃剂，设计厚度4cm，th云南省公路科学技术研究所进行配合比设计，施工方的沥青拌和站能准确的拌制出合格的沥青棍合料混合料，运至现场后，采用摊铺机‘层进行全幅铺筑。按试验路的总结和要求，台摊铺机配4台压路机，压实工艺采用： 第六章隧道阻燃沥青路面施工工艺研究95初压：HDl20振动压路机前静后振1遍．振压1遍，共2遍。复压：BIVL202压路机振动碾压2遍：DDll0压路机振压l遍，静压1遍；终压：YZCl2压路机静压1谝．图610压路机碾压现场Fi9610Rollings．Ie②压实度控制方法沥青路面的质量指标一般是指路面的压实度、空隙率和平整度等，而重点控制的是路面的压实度。沥青路面的成败与否，压实是晟重要的工序。许多高速公路沥青路面发生早期损坏，大多数都是与压实度不足有关，因此，压实度的保证对沥青路面的质量起着至关重要的作用。在蒙新高速公路沥青混合料的施工控制中，主要以马歇尔标准密度和最大理论密度为标准控制压实度，进行双控，两个都必须达到规范要求。在施工控制过程中发现，当空隙率大于4％时，最大理论密度计算出的压实度小于马歇尔标准密度计算出的压实度，所以往往以晟大理论密度为主要评定标准。下图为沥青路面铺筑的压实度检测流程图。 第六章隧道阻燃沥青路面施工工艺研究图6．12沥青混合料路面压实度检测流程Fi96．12Theprocessofasphaltmixturecompactiondetected1)沥青混合料的标准密度以沥青拌和厂取样试验的马歇尔试验密度为准。沥青拌和厂按要求每天取样进行马歇尔试验，以实测的马歇尔试验密度(试件数不少于4个)的平均值作为该取料段压实度计算的标准密度。一般情况下马歇尔试件制备完成后须待次日方可脱模测定其体积率指标，而在实际的施工生产过程中，须发现问题及时处理才能保障路面的质量。经过多次反复验证后发现，制备成形后的马歇尔试件可借助风扇的风力使其温度在短时间根据实验结果，对拌合站进行调整 第六章隧道阻燃沥青路面施工工艺研究97内降低，这样便可大大缩短试件成型到脱模所消耗的时间，而其体积率指标与次日脱模测定的体积率指标无本质上的差异；时间上由原来的十几个小时变为了仅需2～3小时即可判定出所取料样的马歇尔试验密度，很大程度上保障了拌合厂的混合料出料质量。2)阻燃沥青混合料实测的最大理论密度最大理论密度作为标准密度是比较合理的方式，计算出来的压实度能够反映现场的实际情况。相对于其他标准密度，最大理论密度试验的影响因素少。当然，每天混合料的级配和油石比会发生不同程度变化，甚至在同一天，拌和时不同锅的混合料的级配和油石比都有波动。为了准确的测定出沥青混合料的最大理论密度，监控组购买了进口的最大理论密度测试仪，坚持每天对施工的沥青混合料进行最大理论相对密度试验，经研究后表明，由于级配和油石比小幅度的波动对于最大相对密度的变化影响很小。现场去钻芯样用灌砂法得出实测密度，结果见下表6．16、6．17：表6．16芯样分段实测密度统计一Table6．16Coresub-samplesinsitudensityStat．1测点桩号及位置实测密度(g，cm3)最大干密度压实度(％)(g／cm3)K10+700(上部)2．417102．80％K10+700(下部)2．26296．30％K10+800(上部)2．433103．50％2．35K10+800下部)2．359100．40％K11+060(上部)2．393101．80％K11+060(下部)一一2．25896．10％。表6．17芯样分段实测密度统计二Table6．17Coresub—samplesinsitudensityStat．2实测密度最大干密度测点桩号及位置压实度(％)备注(g／cm3)K25+798(上部)2．4062．37101．50％K25+798(下部)2．423102．20％两层铺筑K25+810(上部)2．424102．30％K25+810(下部)2．423102．30％K25+920(上部)2．447103．30％一层铺筑K25+920(下部12．33698．60％ 98第六章隧道阻燃沥青路面施工工艺研究K25+985(I--g"lj)2．475104．40％K25+985(-F部)2．35999．60％从上面两组数据可以得出如下结论：a、无论是分层还是一层铺筑，与室内最大干密度相比，上、下两个部位的压实度基本都能达到规范要求，且大部分都超100％。b、同一个芯样的上、下两个部位的密度差比明显，上部密度较大，下部较小，上部和下部的密度差值比约5％。c、从分两层铺筑上下两部分密度测试的数据来看，上下的密度相差不大，总体密度水平高于一层铺筑的密度，均衡性较好。3)压实功的控制目前碾压过程中存在的主要问题：a．压路机距离摊铺机太远，碾压温度偏低。控制，只要不推移，温度越高，效果越好。b．压路机碾压速度普遍偏快。碾压速度快，易影响平整度。建议不要按规范规定的最低温度作用时间短，碾压效果差，且容c．压路机碾压段长度过长。长度应与摊铺速度相适应，并保持大体稳定。压路机两端折回的位置应成阶梯形随摊铺机向前推进，使折回处不在同一横断面上。d．配备的压路机操作手少。压路机经常休息，应该做到人歇机不歇。e．碾压时没有将驱动轮面向摊铺机。在坡道上碾压时应将驱动轮由低向高处碾压；压路机碾压过程中喷水过多。喷水必须是雾状的，不地自流，喷嘴必须经常检查是否堵塞。现场施工中，在沥青混合料合格的前提下，运用光面钢轮压路机、振动压路机和胶轮压路机交替碾压，在规定温度范围内，保持合理的碾压工艺和必要的碾压遍数即可很容易达到满足要求的的压实度。6．3．5隧道阻燃沥青路面施工后路面质量检测①压实度检测对沥青混合料的碾压进行筛分检测和钻芯压实度检测。1)筛分检测筛分检测主要采用燃烧法，检测数据见下表： 第六章隧道阻燃沥青路面施工工艺研究表6．11隧道路面下面层AC-20C筛分检测Table6．11ThescreeningdetectionoftunnelbasecourseAC一20C检测日期检测项目检测值控制标准检测结论用油量(％)4．174．2士O．3％合格4．7538．837．14-6％合格关键筛孔(mm)2．3629．430．44-5％合格0．0754．95．2士2％合格2008．7．26用油量(％)4．144．2士0．3％合格4．7536．O37．14-6％合格关键筛孔(mm)2．3631．530．44-5％合格0．0754．65．2士2％合格用油量(％)4．204．2士0．3％合格4．7538．437．14-6％合格关键筛孔(mm)2．3630．830．44-5％合格’0．0754．95．2士2％合格2008-7—27用油量(％)4．254．2士0．3％合格4．7538．637．14-6％合格关键筛孔(Ⅱ蚰)2．3631．130．44-5％合格0．0754．75．2士2％合格表6．12隧道路面上面层AC-16F筛分检测Table6．12ThescreeningdetectionoftunnelpavementAC-16F检测日期检测项目检测值控制标准检测结论用油量(％)4．6l4．64-0．3％合格4．7540．142．84-6％合格关键筛孑L(mm)2．3632．8314-5％合格0．0755．95．64-2％合格2008—7—27用油量(％)4．604．64-0．3％合格4．7544．O42．84-6％合格关键筛孔(mm)2．3627．1314-5％合格0．0755．45．64-2％合格2008．7—28用油量(％)4．554．64-0．3％合格关键筛孔(mm)4．7544．642．84-6％合格 100第六章隧道阻燃沥青路面施工工艺研究2．3631．431+5％合格0．0755．75．6士2％合格用油量(％)4．654．6士0．3％合格4．7545．742．8+6％合格关键筛孑L(mm)2．3629．4314-5％合格0．0755．25．64-2％合格从矿料筛分几个关键筛孔汇总的数据来看，路面铺筑前期、中期级配控制得不错。到了后期，抽检的部分试样的部分筛孔数据表明，其中0．075mm筛孔存在偏差，说明后期施工中4群细集料的规格发生明显变化。施工现场拌合站立即对生产级配进行微调使级配满足设计。2)钻芯压实度检测对阻燃沥青混合料的碾压进行压实度检测，检测结果见下表：表6．13下面层AC-20C压实度检测结果Table6．13BasecourseAC一20Cdegreeofcompactiontestresults芯样厚度(mill)压实度(％)取样位置(里程)抽检数合格数合格率抽检数合格数合格率(个)(％)(个)(％)左幅：K10+700---,8787．58K12+015左幅：K10+715"～86758Kll+980左幅：K10+800～8562．58675K11+900左幅：K1l+352～86758KlI+392左幅：K10+860～8562．58K11+840右幅：K10+735～8787．58787．5K10+750右幅：K10+750～8787．58K11+905右幅：K10+320～84508787．5 第六章隧道阻燃沥青路面旅工工艺研究101K12+150右幅：K13+290～8562．58675K14+450右幅：KlO+820～86758100K11+875表6．14上面层AC-16F压实度检测结果Table6．13PavementAC-16Fdegreeofcompactiontestresults芯样厚度(mm)压实度(％)取样位置(里程)抽检数合格数合格率抽检数合格数合格率(个)(％)(个)(％)左幅：K25+798-一8337．58675怼6+177左幅：K25+810-～8787．58100怼6+160左幅：K25+900,--一84508675怼5+985左幅：K25+798---8562．58562．5K25+810左幅：K26+160--一，86758787．5K26+177左幅：K25+810,～8562．58100K26+920左幅：K25+940～8337．58787．5K26+160左幅：K25+920--一86758100怼5+940 02第六审隧道阻燃沥青路面施工工艺研究图61l钻芯芯祥F1舶1ICoredrillingsamples在试验路段，对铺筑好的AC．20C结构层进行过渗水试验，基本不透水，由于存在上述离析现象，这些局部封水效果不理想，从钻取芯样，空隙率的实测数据表明，这些离析部位的空隙率大干6％达不到设计要求。专家组对现场摊铺碾压过程作出认真分析(见表615)之后，对摊铺机料槽高度、摊铺机停机位与运料车之间的距离、倒料倾斜高度作了系列调整：将摊铺机料槽高度调低2％；摊铺机停机位与运料车车距略增加50era，以便倒料倾斜高度降低，料能平缓倒入摊铺机料斗。做出调整后在进行上面层路面铺装时，离析现象明显改善。上面层AC．16F渗水系数进行检测，其结果见表618。表615离析现象原因分析Table615Segregationanalysis编号6摊铺机起步忙置104(m)摊铺机停机位置5380103511681344150(m)收料斗位置(m)3257861081216运输车倒料位置32557868108512l614l5(m)料槽内混台料料料车倒科槽内料槽内混料槽内料槽内混位中间高、两端料速度混合料台料初料混合料台料料位低情况明显；后快，料韧料位位较低，料位一摊铺机料槽情况一直较料车倒料速度加槽内混较低．后料位渐直较高，倒料快，料槽内掘台台料料后料位高(中部料高，倒过快料料位越来越高位高渐高位过高)料过快 第六章隧道阻燃沥青路面施工工艺研究1034)渗水测定规范规定沥青混合料面层的施工压实度是指按规定方法钻孔的混合料芯样的实际密度与标准密度之比，以百分率表示。但在实际的施工过程中，混合料芯样的钻取时间一般都在路面铺筑完成后的第二天，如检测出其压实度不合格，但路面取已铺筑成型，问题得不到及时的解决从而对路面整体施工质量造成的不可估且亘。采用渗水试验对新铺筑完成的沥青路面进行空隙率和压实度控制检测，可以及时地了解路面施工过程中混合料的空隙率情况，发现问题便可及时地找寻原因(如检测混合料温度、压实功等)及采取相应的解决方法。经过多次反复试验证明，渗水情况良好的路段，其钻取芯样后评定出的压实度均满足要求。所采用HDSS—II型渗水试验仪(附四个配重块)，这种改进后的新型渗水仪是在我国以往实践经验的基础上，通过与原来的渗水仪进行对比试验，最后的定型产品。主要改进的方面是：增大了底座的外围直径，由原来的16．5cm增大为22cm，这样底盘的圆环宽度由原来的0．75cm增大为3．5am，增加了渗水仪的高度，由原来的31am增加为51．5am，还附带增加了和底盘形状面积一样的塑料环。其主要优点是：a．由于是一段式渗水仪，读数比较简单；b．底座改进后，接触地面是原来的5．5倍，增加了密封面积。c．附带塑料环使密封操作定位准确；d．现场操作起来比较方便、快捷。密封材料按照“操作容易，路面污染小，密封效果好”的原则选用了优质橡皮泥，减小了对路面的污染程度，容易清除并且可重复使用。试验中发现，渗水仪固定好于路面上，注水之前先将其阀门打开并用嘴对其吹气(嘴巴与颈口接触无漏气)，可利用气流预先检测出渗水仪的密封情况及待测位置是否容易渗水，如较容易吹入气流，且密封良好，则可判定该位置存在较大空隙；反之则可注水读取读数。方便快捷，很大程度上既提高了检测的效率，又减小了橡皮泥的浪费。表6．18上面层AC-16C渗水系数检测结果Table6．18ThepavementAC一16Ccoefficientofpermeabilitytestresults渗水系检测日期检测路段规范要求结论(mm／min)2008．7．29K38+072左幅100不大于合格K38+162左幅8l120mm／min合格K38+252左幅75合格K38+342左幅48合格 04第A章隧道阻燃沥青路面旆工工艺研究K38+432左幅90台格K38+002右幅台格K38+092右幅74合格2008000K38+182击幅合格K38+272右幅合格K38+362右幅96合格图613渗水测试现场Fi9613Seepagetestsite在对压实度控制的一系列过程中得出，空隙率在6％以内的沥青混合料路面渗水系数均不超过60ml／rain；而相应的压实度也可保证在94％以上：沥青混合料的空隙率越大，渗水性越人，压实度也就越小。《沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)中，对渗水系数这一指标做出了严格规定。要求在配合比设计阶段密级配沥青混合料的渗水系数要小于120mL／min，在施工质量检测时普通沥青路面路表渗水系数不大干300mL／min，进一步提高了对渗水性能的重视程度。渗水系数和空隙率有较好的相关关系，沥青混合料的渗水系数都随着空隙率的增大而变太，渗水系数是反映水在混合料内部受水压渗透的情况，它不仅与空隙率有关，主要与开空隙有火，在施工过程中要严格控制沥青混合料的拌和、摊铺、碾压，避免因混合料离析而发生开n：／L隙增大是十分有必要的。②纹理深度和摩擦系数检测 第六章隧道阻燃沥青路面施工工艺研究105路面离析与非离析区域沥青路面表面纹理深度会有明显的变化，本论文通过铺砂法测试路面构造深度，检测结果见下表。表6．19构造深度检测结果Table6．19Texturedepthtestresults摊铺砂的直径(nun)构造深度桩号测点两个垂直方向的直径每个测点平均直径(mm)22．Ol22O．6622．022．5湾田一号隧道左幅2220．6621．519．53200．8020．O‘21．0l210．7021．0湾田一号隧道左幅2210．7021．03210．70．21．O路面抗滑性能是指车辆轮胎受到制动时沿表面滑移所产生的力。通常，抗滑性能被看作是路面的表面特性，并用轮胎与路面间的摩阻系数来表示。表面特性包括路表面细构造和粗构造，影响抗滑性能的因素有路面表面特性、路面潮湿程度和行车速度。路面的抗滑摆值是指用标准的手提式摆式摩擦系数测定仪测定的路面在潮湿条件下对摆的摩擦阻力。路表构造深度是指一定面积的路表面凹凸不平的开口孔隙的平均深度。路面横向摩擦系数是指用标准的摩擦系数测定车测定，当测定轮与行车方向成一定角度且以一定速度行驶时，轮胎与潮湿路面之间的摩擦阻力与试验轮上荷载的比值。表6．20抗滑摆值检测结果Table6．20Testresultsbeforethevalueofanti—slide检测段落湾田1号隧道左幅结构层次上面层标定滑动长度(cm)12．6工程名称路面工程摆值5次平均路面温度温度修修正后3次测定测试桩号测试位置与部位(BPN)值T(℃)正值摆值平均值湾田1号l82．O8l24．21．68384 106第六章隧道阻燃沥青路面施工工艺研究隧道80．080．O82．080．0280．08024．21．68280．086．O386．O8624．21．68886．O84．0182．O8424．21．68684．085．0湾田1号隧●86．0286．08524．21．68788道84．0●。_84．O86．088．0388．08824．21．69089．O87．O由表6．19和表6．20的检测结果可知，隧道路面的纹理深度和摩擦系数基本符合规范要求。 第六章隧道阻燃沥青路面施工工艺研究1076．4本章小结本章对隧道阻燃沥青混合料的施工工艺和施工质量控制进行了研究，主要包括沥青混合料拌和施工和控制、混合料运输施工和控制以及现场摊铺和碾压施工工艺及质量控制。①阻燃沥青混合料拌和过程中，要做到准确调试拌和设备，合理选择拌和楼的筛网尺寸，沥青混合料在拌和过程中掌握好进料的温度、拌料时间，定时抽取拌和料进行拌和质量检测，出现问题，及时采取措施进行处理；②阻燃沥青混合料运输要做好混合料的保温工作，为尽量避免沥青混合料离析，对运输车的倒料位置要进行控制；③阻燃沥青混合料现场施工中，注意控制好摊铺温度和摊铺速度，为了确保摊铺质量，摊铺机起步位置、摊铺机停机位与运输车停车位距离以及摊铺机收料斗位置都应严格控制；④混合料碾压过程中应注意碾压顺序，加入阻燃剂和PR后的沥青混合料碾压更要严格控制碾压顺序，碾压工艺为：1)下面层AC一20C初压：HDl20振动压路机前静后振1遍，振压1遍，共2遍，速度2"-"2．5km／h(相邻碾压带应重叠10"--20cm)；复压：DDll0压路机静压2遍，速度2．5～3km／h；XP261轮胎压路机静压2遍，速度2．5"--"3km／h终压：YZCl2压路机静压1遍，速度2"-"2．5km／h；3)上面层AC一16F初压：HDl20振动压路机前静后振1遍，振压1遍，共2遍。复压：BM202压路机振动碾压2遍；DDl10压路机振压1遍，静压1遍；终压，YZCl2压路机静压l遍。⑤施工过程中要时刻关注施工的动态变化，对施工质量进行及时的检测，保证工程在科学的宏观调控下顺利完成。 108第七章结论及建议7．1主要结论本论文以蒙新高速建设为依托，通过确定阻燃剂的最佳掺量，设计阻燃沥青混合料的目标级配、生产级配，对目标级配下混合料的路用性能和阻燃性能进行试验研究，并运用软件进行路面结构设计，将设计成果应用于工程实践，在工程施工现场，对混合料的拌和、运输、摊铺、碾压过程的施工工艺和质量控制做出系统的研究，主要结论如下：①通过对阻燃沥青进行针入度、软化点、延度和氧指数的常规试验，研究了阻燃沥青的路用性能和阻燃性能，试验结果显示，阻燃沥青的路用性能和阻燃性能都比较好，满足规范要求；通过对阻燃沥青进行针入度、软化点、延度和氧指数的试验研究，确定阻燃沥青较优试验组合：①号阻燃剂、20％阻燃剂掺量。②通过沥青混合料体积特性参数、力学参数等确定了阻燃沥青混合料的最佳油石比，得出的结论为：上面层AC一16F最佳油石比为4．8％，下面层AC一20C最佳油石比为4．5％。③通过马歇尔稳定度试验、车辙试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验等研究了阻燃沥青混合料的路用性能，试验结果表明，阻燃沥青混合料的路用性能符合规范要求，阻燃剂的加入对混合料的路用性能有一定的影响，但影响并不显著。④通过燃烧分析试验测试了阻燃沥青混合料的阻燃性能，从燃烧时间和质量损失值得出，一定掺量的阻燃剂能起到较好的阻燃效果，相较基质沥青而言，阻燃性非常显著，阻燃性能随掺量增加而增强；⑤阻燃沥青混合料的阻燃原因：分散在阻燃沥青中的阻燃剂，在沥青发生燃烧时，沥青开始分解或燃烧，使部分阻燃剂暴露出来，暴露出的阻燃剂在受热或火源的作用下开始对沥青的分解和燃烧发挥阻碍作用；在燃料汽油发生燃烧时，沥青中暴露的阻燃剂很少，不足于对燃料汽油进行阻燃。⑥隧道路面结构形式力学计算1)位移随路面深度的变化曲线可以看出，计算线A、B、C、D的竖向位移在沥青层内差别较大，当量圆心附近的位移最大，且在圆心至1／2半径之间的位移变化细微，再往外位移则明显减少，在双圆圆心作用线的对称轴上竖向位移最小；在面层和基层之间，四条计算线的位移产生交叉，各计算线的位移基本一致。 第七章结论及建议1092)在路面结构层的应变方面，沥青层的应变在X、Y、Z各向均较复杂。在竖向(Z)，O线在路表面产生压应变，之后便转变为拉应变，并随路面深度增加先产生一个不大的增加，之后即迅速减少，并在下面层再次出现了压应变，其余各线均表现出随路面厚度增加压应变有较明显的增加，在下面层顶部开始减少；3)各计算线的应力在路表差别很大，随着深度的增加，各计算线的应力趋向一致，其中竖向应力在较深处(基层中间部位附近)汇合；Y方向应力汇合部位和竖向应力汇合部位基本一致，而X方向则在基层项部附近汇合。⑦从两种路面结构形式的力学特征比较结果来看，隧道路面结构形式以70～lOOcm厚水泥混凝土作为基层，不仅起到了承重作用，还可以缓冲路面作用力，与常见的半刚性基层相比，隧道路面结构形式的作用较大些，因此，本论文项目设计的隧道路面结构形式解决了承重问题，基层抗疲劳性能也好，整个路面结构的性能得到了很好的发挥。⑧阻燃沥青混合料拌和过程中，要做到准确调试拌和设备，合理选择拌和楼的筛网尺寸，沥青混合料在拌和过程中掌握好进料的温度、拌料时间，定时抽取拌和料进行拌和质量检测，出现问题，及时采取措施进行处理；⑨混合料碾压过程中应注意碾压顺序，加入阻燃剂和PR后的沥青混合料碾压更要严格控制碾压顺序，碾压工艺为：1)下面层Ac一20C初压：HDl20振动压路机前静后振1遍，振压1遍，共2遍，速度2～2．5km／h(相邻碾压带应重叠lO一--20cm)；复压：DDll0压路机静压2遍，速度2．5一-,3km／h；XP261轮胎压路机静压2遍，速度2．5一--3km／h终压：YZCl2压路机静压1遍，速度2-"--2．5km／h；1)上面层AC-16F初压：HOl20振动压路机前静后振1遍，振压1遍，共2遍。复压：BM202压路机振动碾压2遍；DDl10压路机振压l遍，静压1遍；终压：YZCl2压路机静压1遍。⑩阻燃沥青混合料运输要做好混合料的保温工作，为尽量避免沥青混合料离析，对运输车的倒料位置要进行控制；阻燃沥青混合料现场施工中，注意控制好摊铺温度和摊铺速度，为了确保摊铺质量，摊铺机起步位置、摊铺机停机位与运输车停车位距离以及摊铺机收料斗位置都应严格控制；混合料碾压过程中应注意碾压顺序，加入阻燃剂和PR后的沥青混合料碾压更要严格控制碾压顺序。 110第七章结论及建议7．2进一步研究建议本论结合蒙新高速公路建设实践，研究了阻燃沥青混合料面层的施工工艺和施工质量控制，主要从阻燃沥青混合料的配合比设计、阻燃沥青混合料面层施工这两方面进行了质量控制研究，提出了一些观点和结论，但由于我国区域广阔，各地气候、环境干差万别，很难有一个广泛适用的统一方法，只能具体问题具体研究。在实际工程中有待解决的问题有一下几点：①路面施工方法与混合料类型之间还缺少相关关系，对于不同类型的混合料，尚未提出相应的最佳机械组合、摊铺及压实方法；②沥青路面离析现象还未能根除，施工中尚缺乏较简便的离析评价方法；③混合料从运输到碾压过程温度控制还未有完整的符合工程实践的规范；④阻燃沥青混合料的阻燃性能评价缺乏规范的试验方法和评价方法；⑤阻燃沥青混合料路面质量缺乏长期性能评价指标与方法，现有方法未能对阻燃沥青混合料路面长期性能做出预测；以上存在的问题，在以后工程实践和科研中有待进一步研究。 致谢致谢本论文是在导师樊统江教授精心指导下完成的。在研究生近三年的学习生活中，导师渊博的学识、缜密的思维、严谨的治学态度、实事求是的科研作风、高尚的人格魅力将使学生终身受益。三年来导师不仅是授业解惑的恩师，更是宽厚平和的长者，在学习、生活、就业各方面给予学生最大的关怀和帮助，在此谨向樊老师致以最诚挚的敬意和衷心的感谢!在论文试验阶段，赵磊、李光颖、李胜强、王燕以及同f-ji)币兄弟和土木建筑学院各位老师都给予我极大的支持和帮助，在此表示诚挚的谢意!感谢亲爱的父母和弟弟们多年来对我追求学业的一贯支持和鼓励，在即将毕业踏入工作岗位之际，向他们表示深深的感激!．感谢王文武及其家人一直以来对我的关心和照顾，感谢我的姐妹张玲、赵春花、谭春霞、秦利萍陪我渡过研究生这段美好时光，感谢贾敬鹏、徐栋良两位师兄一直以来对我学术上的指导，衷心的感谢在我身边支持我、鼓励我、勉励我的朋友!悠悠岁月，漫漫长路，十余年的上下求索，十余年的苦苦追求，几多艰辛，几多彷徨。在求学生涯即将告一段落之时，思绪万千，感慨之情难于言表，只能在心中默默向我身边所有的人说声：谢谢!最后，衷心感谢百忙之中抽出时间来参加论文答辩的各位老师、专家和教授! 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