桂来高速公路沥青路面施工质量控制及病害原因分析

'学校代号10536学号12101040054分类号U416密级公开硕士学位论文桂来高速公路沥青路面施工质量控制及病害原因分析学位申请人姓名邹林所在学院交通运输工程学院指导教师秦仁杰教授学科专业交通运输工程（道路与铁道工程）研究方向道路设计与施工论文提交日期2015年04月 学校代号：10536学号：12101040054密级：公开长沙理工大学硕士学位论文桂来高速公路沥青路面施工质量控制及病害原因分析学位申请人姓名邹林指导教师秦仁杰教授所在学院交通运输工程学院专业名称交通运输工程（道路与铁道工程）论文提交日期2015年04月论文答辩日期2015年05月答辩委员会主席吴超凡研究员 QualityControlofConstructionandAnalysisofDistressCausetoAsphaltPavementofGuilaiHighwaybyZouLinB.E.(ChangshaUniversityofScience&Technology)2012AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinRoadandRailwayEngineeringinChangshaUniversityofScience&TechnologySupervisorProfessorQinrenjieMay,2015 长沙理工大学学位论文原创性声明－：本／＾動明；所虽泌晚克尉人在导师斷靜下３帖迸柿悅卿１雛厕究＾。除了文中編咖Ｊｌｔ猫Ｆ，＾＾弓巧的内歡本论文不包含任？（也个人＾体＾＾表或＾的成果作品。对本文的和究做出Ｍ贡商敞个人巧集化均已在丈中卽月确方式标明。本人完＾＾細声明６＾后果由本Ａｍ６：毒才名木曰期：邸年月２曰ｆ学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全７１＾＾关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有规］交歡的复吼牛和电孤词利剖词。本ＡＳ权长紗班大学可鱗Ｆ本学位做的全部瓣晚内薇＾有游雕库进衍可闕拥影印、缩印離鱗复靠臟僻贿论文。１、髓□，在年臟／ｇｉＭ搬权书。２、細。＾站《作名：４畔日躲牌月？日（２哥１權各二ｆ、日親邱年＾月日／； 摘要自从4万亿计划实施以来，我国加大了基础设施建设，极大促进了高速公路的蓬勃发展。由于水泥混凝土路面维修困难等缺点，沥青路面逐步替代水泥混凝土路面成为了我国公路的主要路面结构。由于交通量大幅上升，导致实际交通量比预估交通量大，路面承受不了重载的作用等原因，沥青路面出现早期破坏情况普遍。为了提高沥青路面的服务质量，增长沥青路面的使用寿命，研究沥青路面的施工控制技术很有必要。本文以桂来高速公路为依托，以实际调查结果和大量试验数据为基础，首先对沥青路面上面层AC-13、中面层AC-20、下面层AC-25进行了目标配合比设计；基于沥青混合料空隙率、间隙率偏小的原因，对AC-13的混合料级配进行了优化；结合实体工程的地质和气候特点以及项目的建管模式，提出了适应桂来高速公路沥青路面的施工质量控制方案。其次，基于对施工质量控制的需要，对车辙试验、表干法测定试件密度或相对密度试验和集料与沥青粘附性等试验方法进行了探讨。最后，针对桂来高速公路建设工程中存在的中面层泛白、基层损伤、冒水现象等质量问题，分析其产生的主要成因，结果表明，桂来高速中面层AC-20泛白主要是由于施工工序不规范导致的，沥青和集料粘附性较差以及集料抗压碎性能不强等也对泛白病害的产生起了一定的催化作用；基层损伤是由于施工工序的不合理安排、工期的延长、施工运输车辆超载以及偷工减料等原因造成；冒水是由于施工过程不精细，导致冒水路段压实度不够，空隙率较大，加之中央分隔带边缘没有及时施工完成，导致雨水下渗引起的，在此基础上提出相应的解决措施。关键词：沥青路面；配合比设计；施工期病害；处置措施；级配优化；试验探讨I ABSTRACTSincethe“FourThousandBillionStimulusPlan”wascarriedout,infrastructureofChinahasdevelopedrapidly,includinghighway.Ascementconcretepavementhasmanydisadvantagessuchasdifficultiesofrehabilitation,asphaltpavementhastakenitsplaceandbecomethemainpavementstructureinChina.Trafficvolumehasbeengrowingsofastthattrafficvolumeinplaceismuchlargerthanthatanticipated.Besides,trafficloadisbeyondthecapacityofpavement.Asaresult,earlystagedamageisverycommoninasphaltpavement.Inordertoimprovepavementquality,andprolongservicelife,itisnecessarytostudythecontrollingtechnologyforasphaltpavementconstruction.ThisthesisisbasedonGuilaiHighway.First,targetmixtureratioofAC-13,AC-20andAC-25wasdesignedonthebasisofin-placesurveyandmountainsoftestdata.GradationofAC-13wasoptimizedaccordingthelocalclimateandmaterialquality.Constructionqualitycontrolschemewasproposedinaccordancewiththeengineeringcharacteristicandin-placeinvestigation.Second,ruttingtest,saturatedsurfacedrymethodfordensityorrelativedensity,andadhesionofaggregateandasphaltwerediscussedbecauseoftheneedsoftheconstructionqualitycontrol.Finally,distresscauseinGuilaiHighwayconstructionwasanalyzed,suchaswhitingofsurface,damageofbase,andwatergushing.Theresultsshowthatwhitingofsurfacewasduetonon-standardofconstructionprocess,pooradhesionofasphaltandaggregate,pooraggregatecrushingresistance;damageofbasewasduetounreasonableofconstructionprocess,extensionofconstructionperiod,transportvehicleoverload,jerry-built;watergushingwascausedbecausetheconstructionprocesswasnotfineandmedialstripedgewasnotcompletedintime.Meanwhile,aseriesoftreatmentmeasureswereputforwardtosolvequalityproblemsinGuilaiHighwayconstruction.II Keywords:Asphaltpavement;Mixtureratiodesign;Constructiondamage;Treatmentmeasure;Gradationoptimization;TestdiscussionIII 目录摘要....................................................................IABSTRACT...............................................................................................................................II第一章绪论..........................................................................................................................11.1研究背景及意义.........................................................................................................11.2国内外研究现状.........................................................................................................21.3主要研究内容及技术路线.......................................................................................11第二章桂来高速沥青路面面层目标配合比设计及施工质量控制..................132.1依托工程概况...........................................................................................................132.2中面层AC-20目标配合比设计..............................................................................142.3上面层AC-13目标配合比矿料级配优化..............................................................232.4下面层AC-25目标配合比设计..............................................................................282.5沥青路面施工质量控制要点...................................................................................312.6本章小结...................................................................................................................34第三章沥青路面施工质量控制指标的试验方法探讨.........................................353.1表干法测试件密度或相对密度试验探讨...............................................................353.2车辙试验的探讨.......................................................................................................393.3沥青与集料粘附性试验的探讨...............................................................................443.4本章小结...................................................................................................................48第四章施工过程中的质量缺陷成因分析和解决措施.........................................494.1中面层AC-20泛白问题的原因分析与解决方案..................................................494.2基层损坏问题的原因分析与解决方案...................................................................564.3水损害的原因分析与解决方案...............................................................................644.4本章小结...................................................................................................................66结论与展望...........................................................................................................................69主要结论..........................................................................................................................69展望..................................................................................................................................70参考文献...............................................................................................................................71致谢....................................................................................................................................76附录A(攻读硕士学位期间发表学术论文情况)...................................................77附录B(攻读学位论文期间参与课题目录).............................................................78 第一章绪论1.1研究背景及意义自从2008年11月18日4万亿计划实施以来，我国加大了基础设施建设，极大地促进了公路蓬勃发展，特别是广西、新疆一些边远地区，公路建设得到了前所未有的发展。截至2014年底，我国高速公路通车总里程达到11.2万公里，已超过美国跃居世界第一。随着以习近平为总书记的党中央领导集体上台，为了解决中国货币超发和地方政府债务危机，李克强总理开始收紧银根，高速公路建设开始严格实行BOT模式，基础设施建设的脚步开始放缓。但为了实现全国各族人民共同富裕以及政府的扶贫政策，一些贫困地区的基础设施建设将会持续进行，加上一些公路正在建设中，公路建设的规模依旧庞大。由于我国公路特别是高速公路建设初期，理论、规范等不太成熟以及其他一些原因，我国公路使用寿命都较短，加上水泥混凝土路面维修困难、行车舒适性较沥青路面差等缺点，我国在建的高速公路逐渐淘汰了水泥混凝土路面，沥青路面逐步成为了我国高速公路的主要路面结构。沥青路面具有平整度好、维修容易等优点，但我们也应该清晰地认识到，我国沥青路面也有一些如早期损坏现象普遍和耐久性差等突出问题。我国沥青路面出现早期破坏的主要原因有以下几点：（1）设计不合理。首先是对交通量的调查不够详细，预估交通量较实际交通量低，加上中国超载严重，导致路面承受不了重载的作用力。其次是路面结构设计不能满足不同地区的特殊要求，如有些地区存在长期高温情况，有些地区存在长期冰冻情况，有些地区有特殊土，如果设计时不能完全把这些因素考虑进去，将会导致路面结构设计不完善。（2）施工控制不到位。有些施工单位受利益的驱使和虚荣心作祟，盲目赶工现象严重；有些施工单位偷工减料现象严重，同时路面检测、验收不规范，导致一些小问题处理不及时累积成大问题。此外，我国缺乏完整系统的质量控制和质量保证（QC/QA）体系。（3）受地区的限制，有些地区原材料质量较差，有些地区路基土质情况复杂，考虑经济因素的影响，导致路面建设困难，出现早期破坏在所难免。本研究依托广西桂(平)至来(宾)高速公路建设(以下简称桂来高速公路)，通过实地调1 查以及室内外试验，研究桂来高速公路沥青路面目标配合比设计及级配优化；桂来高速公路沥青路面施工质量控制；沥青路面泛白、水损害和基层损伤等病害的原因分析和处治措施；对表干法测试件密度或相对密度、车辙试验、集料和沥青粘附性试验进行了探讨，以期为高速公路沥青路面的建设提供了一定的技术支持。1.2国内外研究现状1.2.1施工质量控制研究现状对于沥青路面施工质量的控制，国外形成了一个比较完整的体系，例如美国的质量控制和质量保证(QC/QA)体系。国内尚未形成完善的标准体系，仅从单个环节或关键参数进行研究，没有量化，较为分散，因此需要对其进行进一步的研究。1957年，美国加利福尼亚公路管理局对具有代表性的45项道路工程的机械化施工做出工序曲线，就施工的时间与生产量的关系进行调查研究，在美国运输交通技术协会年会的道路会议上，首次提出了香蕉曲线理论，对施工进度进行控制。国外从60年代就开始运用排队论研究挖掘机——汽车系统的生产率，80年代仍有对最低费用和最佳汽车斗容量的研究。日本学者佐用泰司在60、70年代对机械化施工的合理化进行了系统研究，他重点研究机械化施工的工程量与施工效率、机械的经济选型与合理组合、工程速度的经济型与工程管理的合理化及机械化施工的合理化等一系列问题，并提出了自己的研究结论，成为后来众多学者研究机械化施工的理论基础。日本小松公司开发的OFR服务系统，主要是根据施工计划和机械的使用计划，考虑成本，对各种机械进行组配，进行分析，选择其中的最佳组合。1987年美国设立了著名的战略公路研究项目(SHRP)计划，对沥青混凝土路面中的沥青材料特性、新型沥青混合料、沥青路面施工工艺和设备进行研究，并取得一系列研究成果。在施工技术方面美国推出的不间断摊铺和二次复拌新工艺在解决沥青混合料在施工中的材料离析和温度离析问题上取得了突破性的进展，并开发了热沥青混合料的转运车和多重二次复拌装置。同时美国联邦公路管理局也对沥青路面的设计、施工和早期破坏进行了研究，提出了许多有用的建议和管理办法，并联合其他国家对筑路机械计算机集成控制系统进行了研究，其中一个重要的成果就是运用GPS系统和局域网解决了公路设计以数据传输到沥青混凝土路面施工机群中的问2 题。近年来国外许多学者如美国SteveRead、Herbjakob和部门如美国国家沥青混凝土技术中心还对沥青混合料施工中存在的骨料离析和温度离析进行了研究，发现这两方面的问题在很大程度上影响着沥青路面建成后的使用寿命和维修成本。在机群协同作业方面，法国、芬兰、德国、英国、瑞典五个国家的七家单位合作，在欧盟计划支持下进行了“计算机集成道路建设计划”的研究。该项目运用高精度GPS(RTK模式)定位技术，独立开发激光引导技术，并融合这两种定位技术，对压路机、摊铺机机群进行精确定位引导。整个控制系统由地面子系统(GSS)、定位子系统(PSS)和机载子系统(OBSS)组成。摊铺机和压路机由道路设计数据得到几何数据，在地面子系统和机载子系统的显示屏上，可以清楚地看到机群的施工情况。设备施工的准备、进行、以及完成都由计算机控制系统进行管理和控制。该项目开发了两个原型机：计算机集成压路机和计算机集成摊铺机。国内很多学者和部门也对沥青路面的原材料、设计、施工和设备进行了研究。西安公路交通大学的王国安教授采用随机服务系统及伏化理论，对水泥混凝土路面机械化施工中的配置进行了研究，对沥青路面的施工也有一定的借鉴意义。重庆交通学院的郭小宏教授在90年代初从概率论和数理统计的角度出发，运用网络计划技术对成渝高速公路的施工机械优化配置进行了研究。西安公路交通大学的郑忠敏和杨秦森教授利用循环作业网络CYCLONE模型分析技术对沥青路面机械化施工机械进行了仿真研究，可以对施工机械的机型、数量以及作业参数做出选择，并且可以预测出施工的最短工期和最低施工费用。近年来，沙庆林院士对沥青路面早期破坏现象和原因进行了研究，指出了路面施工中存在的一些问题和改进的办法；同时沈金安研究员也对沥青混合料的不均匀性和离析现象进行了研究，从施工工艺和设备配置上提出了一些中肯的建议。他们研究的最终目的就是想如何充分利用有效的资源，节约施土费用，来获取最大的经济效益。此外国内许多工程机械生产厂家也分别对沥青路面施工机械设备进行了研究和开发，生产出一批符合国内需要的比较先进的工程设备，如徐州工程机械厂生产的摊铺机和压路机、陕西建设机械厂引进德国技术生产的TITAN系列沥青混合料摊铺机、三一重工的LTU系列摊铺机和YZ系列压路机、中联重科的压路机，这些设备不但可以满足国内市场的需要，3 而且在技术和性能上都比较先进、可靠，缩短了同国外同类产品的差距在沥青路面施工工艺中，施工机械是完成各项工程施工的主要工具，是确保工程质量和安全生产、加快工程进度、提高经济效益、改善劳动条件、降低工程成本的重要技术装备。研究公路路面施工机械设备的重点是沥青混凝土搅拌、运输、摊铺和碾压这四个工艺环节的相互配合问题。一方面，它们之间密切联系又相互制约，任何一个环节配合不当，都会使整个施工系统阻塞和混乱；另一方面，上述四个工艺环节中所需的设备是公路施工的主要机械设备，数量多、投资大、使用范围的局限性较大，绝大部分是专用机械，每一种机械只能完成一、二项或者三、四项性质相近的工程。公路路面施工机械的选用受作业内容、土质条件、运距远近、气象环境等各个方面的影响和制约。1.2.2水损害研究现状大量研究表明沥青路面发生破坏多多少少与水相关，沙庆林院士[1]认为沥青路面发生水损害是必然的，只是破坏发生的时间点不同、破坏程度不同。水损害主要表现形式有坑洞、唧泥等。沥青路面发生水损害后，轻则需要进行微表处或稀浆封层处理等，重则必须彻底挖除，重新铺筑，由此可见，关于沥青路面水损害的研究十分重要。沥青路面水损害产生的原因分为主、客观两个方面，主观方面主要是由于路面压实不够导致路面空隙率较大，客观方面主要是雨季或雪季车辆荷载的作用下沥青路面结构层内部产生的孔隙水压力降低了沥青与集料间的粘结力，从而导致沥青混合料出现松散等病害[2]。目前预防沥青路面发生水损害的措施主要有以下几种：（1）设置合理有效的沥青路面排水系统；（2）提高压实标准，保证路面压实效果，使路面空隙率控制在5%以下；（3）在沥青混合料中添加消石灰、水泥等替代矿粉做填料，用来提高沥青与集料间的粘结力。评价沥青混合料水稳定性的方法有很多，分为试验评价、专用仪器评价和理论评价方法。潘宝峰[3]研制开发了高频高压动水压力发生器，这种仪器能够评价路面在动水压力作用下抵抗破坏的能力。罗志刚[4]、彭永恒[5]等人分别利用有限元和矩阵法等分析研究孔隙水压力对路面的作用，但这些方法都有一定的局限性。国内外常用浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、浸水车辙试验等试验评价方法，但是这些试验方法与现场的情况都有差距，不能很好的模拟实际情况。因此，国内外仍在不断研究能够更好的模拟现场实4 际条件的新方法，寻找水损害产生的原因，并寻找出更合适的方法来预防水损害。1.2.3沥青与集料粘附性研究现状粘附性是评价沥青混合料性能的一个重要指标，沥青与集料的粘附性低是导致沥青路面发生水稳定性破坏的一个主要原因，直接关系到路面的质量和使用寿命。影响沥青与集料粘附性的因素众多，主要包括沥青和集料本身的性质以及沥青与集料之间的相互作用等几个方面。（1）沥青方面：沥青各组分中沥青质和胶质含量对粘附性影响最大[6]，饱和分也有重要影响[7]，沥青组分的结构差异也会影响其粘度及粘附性[8]，同时酸值低、蜡含量低、粘度高的沥青粘附性相对较好[9]。廖玉春等人研究表明橡胶沥青与石料粘附性最好，SBS改性沥青次之，基质沥青最差[10]。（2）集料方面：集料的矿物成分对沥青与集料的粘附性影响最大，含粉量和干燥程度等对沥青与集料的粘附性也有重要影响。一般情况下，石灰岩＞闪长岩和玄武岩＞辉绿岩＞花岗岩[11]，但这同时也受材料其他性质影响，如沥青与集料之间的合理配伍[12]，不是所有的碱性矿料都与沥青之间有良好的粘附性，这也从侧面反映了我国修筑的石灰岩碎石沥青路面为什么会出现严重剥落。（3）沥青与集料之间的相互作用：沥青与集料的黏附过程是复杂的物理化学作用过程，目前解释沥青与集料之间粘附性的理论诸多，如力学理论、表面能理论、化学反应理论和分子定向理论等，但以上几种全是从沥青集料黏附理论的某一方面来进行解释的，其中任何一种单独的理论都无法做到全面、系统地来解释沥青集料的黏附性[13]。目前改善沥青集料间粘附性的措施主要有以下几种：（1）在沥青中适量加入抗剥落剂；（2）适量掺加消石灰或水泥等碱性粉料替代矿粉做填料；（3）进行石灰浆处理等。剥落剂有胺类抗剥落剂和非胺类抗剥落剂等，掺加消石灰代替矿粉能显著提高沥青和集料之间的粘附性，且比添加抗剥落剂更耐老化，耐久性更好[14][15]。掺加适当水泥代替矿粉能显著提高沥青与集料的粘附性且成本较低，是可优先的选择，有研究表明添加防水剂也能显著提高沥青和集料的黏附性，而且优于其他方法处理效果[16]。王抒音等人认为掺加含铬外加剂可以有效地提高沥青与酸性集料的粘附性[17]。沥青与集料粘附性的常见试验方法有水煮法、水浸法、光电比色法和净吸附法等，除了这些方法外，一些学者也研究出了新方法来评价沥青与集料之间的粘附性。例如：基于表面能评价沥青与集料之间的粘附性的方法；基于超声波评价沥青与集料粘附性试5 验方法；采用水煮法并辅以矿料表面裹覆沥青损失率作为量化指标的方法；重量法；NAT法；采用沥青-甲苯溶液质量浓度的改变来表征沥青与集料的粘附性能试验方法[18]；以最大剪切强度来评价沥青与石料之间粘附性和水稳性的新方法[19]；剥离试验方法[20]；应用微热量计测定沥青与集料之间的粘附性[21]等。其中，表面能理论从能量的角度出发，很好地描述了沥青与集料的相互作用，很直观地解释了水如何促使沥青膜从集料表面剥离的过程，进而如何破坏沥青与集料之间的黏附作用，同时还利用黏附功和剥落功使这一过程得到了量化[22][23]。1.2.4表干法试验研究现状沥青路面发生早期损害的另一个重要原因是配合比设计不合理，配合比设计要求全面考虑当地自然气候因素，适应的交通量和不同的气候地质等具体情况。配合比设计的一个重要控制指标是空隙率。湿热地区目标空隙率一般控制在4.0~4.5%之间，现场空隙率也必须控制在3~6%之间。影响沥青混合料空隙率的因素众多，集料密度对混合料空隙率的影响不容忽视。研究表明，控制沥青含量不变，沥青混合料的空隙率与集料密度大小成反比。因此，为了防止空隙率过低，密度过大的矿料设计级配曲线应远离MDL[24]。配合比设计中一个关键指标是马歇尔试件的毛体积密度，它直接影响着沥青混合料的空隙率、骨架间隙率、饱和度以及现场的压实度等，压实沥青混合料试件的密度或相对密度的测定方法主要有以下4种：表干法、水中重法、蜡封法、体积法。不同的测定方法测定的试验结果差距较大，有研究发现，对同一种压实沥青混合料，不同的试验方法测出的相对密度最大差值可以达到0.04[25]，随着密度的变化，其他体积参数如空隙率、矿料间隙率等也跟着变化，这些将影响沥青最佳油石比的确定以及矿料级配的选定，进而影响路面的整体性能。为了消除这种误差给路面带来的影响，因此必须规定四种方法最适合的适用范围，规程规定水中重法只适用于吸水率小于0.5%的特别致密的沥青混合料，表干法仅适合测定吸水率不超过2%的压实混合料试件，蜡封法仅适用于吸水率大于2%的混合料，体积法仅适用于不能用表干法、蜡封法测定的空隙率较大的沥青混合料。同时也有人认为规程仅以吸水率为2%作为区分测定试件密度方法的临界点不够细化。彭波等人认为应另外加两个吸水率临界点0.7%和1.0%，吸水率小于0.7%6 以及大于1.0%小于2.0%宜采用蜡封法，而吸水率处于0.7%～1.0%之间宜采用表干法测定试件密度更为合适[25][26]。由于表干法适用范围广，操作简便，可重复性较好，精确度较高，所以是工程中常用的也是较佳的方法。但杨瑞华认为表干法仅适用于最大公称粒径<25mm的压实沥青混合料；如果用表干法测定最大公称粒径≥25mm压实沥青混合料时，必须对试验结果进行修订[27]。针对2000版公路工程沥青及沥青混合料试验规程表干法的缺陷，2011版对2000版进行了修订，此次修订幅度比较大。主要修订如下：（1）在适用范围里面去掉了原来的Ⅰ或者Ⅱ型沥青混凝土，统称为密级配沥青混凝土；对试验所用的试件增加了现场取芯样试件，提出了试件的保存条件。如果现场钻取的芯样表面有污染如表面黏附有粘层油和细集料颗粒等，必须对芯样表面进行清理保持洁净。当现场钻取的芯样与多个面层沥青混合料联结时，一般要采用切割方法进行分离，并注意观察切割后的试件不能包含相邻层的混合料。（2）对试件毛体积密度或毛体积相对密度的试验允许误差进行了明确规定，试件毛体积密度试验重复性的允许误差为0.020g/cm3，试件毛体积相对密度试验重复性的允许误差为0.020。（3）对试验温度进行了明确规定，由原规程的室温条件修订为严格的25℃±0.5℃，同时计算试件毛体积密度所用水的密度也由原规程的常温水的密度（≈1g/cm3）修订为25℃时的密度（0.9971g/cm3）。（4）原试验规程中计算VMA时，先按公式计算沥青的体积百分率VA，且以VMA=VA+VV，进而计算沥青饱和度。本次修订考虑了沥青被集料吸收，因此引用了有效相对密度、有效沥青用量、有效沥青膜厚度、有效沥青体积率等概念，由总的沥青用量计算的VA实际上已经没有意义。1.2.5高温抗车辙试验研究现状高温稳定性是沥青路面温度稳定性的一个重要方面，特别是对于具有长期高温的地区（如广西）。高温稳定性不足引起的病害包括车辙、推移、拥包等。对于渠化交通的沥青混凝土路面来说，高温稳定性不足主要表现为车辙。车辙即永久不可恢复的变形，会导致路面积水，在车辆荷载作用下，车辙处沥青膜变薄，进而影响面层甚至整体路面结构的强度，从而引起其他病害如水损害等。因此，车辙的出现会严重影响路面的质量如行车安全性等，并大大降低路面的使用寿命。7 按照车辙行成的起因，车辙可分为失稳型车辙、结构型车辙和磨耗性车辙三种类型。三种类型车辙中以失稳型车辙最为严重，其次是磨耗型车辙，在软土地区、路基路面结构整体承载力不足时产生结构型车辙的可能性较大。纵观车辙形成过程，可分为初始阶段的压密、沥青混合料的侧向流动和矿质集料的重新排列及矿质骨架的破坏三个过程。影响沥青路面车辙的因素有很多，包括集料的性质、结合料的性质以及沥青混合料的压实度等，其中沥青混合料的压实度会直接对其内部结构产生影响，是影响沥青路面车辙的重要因素。沥青混合料高温稳定性评价方法有：单轴压缩试验、马歇尔试验、蠕变试验、轮辙试验和简单剪切试验等。我国采用最多的是马歇尔试验和轮辙试验，2000年版规程中的车辙试验采用的是300mm×300mm×50mm的碾压板块试件。研究表明不止上面层，中下面层甚至基层的高温稳定性同样重要。实际路面上、中、下面层厚度不一致，如果车辙试件只采用50mm厚的碾压板块试件，则不能很好的与路面实际情况相吻合，为了改善这一缺陷，2011版的公路工程沥青及沥青混合料试验规程中车辙试验对2000版进行了修订，把试件厚度由原规程的50mm修改为50mm~100mm，根据工程需要也可采用其他尺寸的试件，把适用范围由供沥青混合料配合比设计时的高温稳定性检验使用也修改为不仅可由供沥青混合料配合比设计时也可用于现场沥青混合料的高温稳定性检验，何爱军等人对不同厚度试件车辙试验进行了相关性分析，相关系数都达到了0.9以上，也验证了修订的合理性[28]。胡卫国等人研究表明对现场路面进行切块制成试件来进行车辙试验是完全可行的，运用现场切块试件进行车辙试验不仅能检验路面铺筑的实际情况，还能直观地反映沥青混合料的级配类型以及路面材料的抗车辙性能。此外，运用现场切块试件进行车辙试验还可以反映沥青层和下卧层间的黏结情况，所以胡卫国等人认为在施工过程中以路面切块试件进行车辙试验是可行的，而且建议以路面切块车辙试验作为衡量沥青混合料高温稳定性的依据[29]。新规程把试件保温时间也进行了修订，由原规程的5~24h修改为5~12h，减少养生时间对试验的影响。颜佳富等人的试验表明放置时间对沥青混合料的车辙深度具有一定的影响，且放置的时间越长，其试验得到的车辙深度较小[30]。车辙试验有很多缺点，如工程上发生车辙的实际条件包括荷载、温度、行车速度等都与车辙试验的标准条件有差距。这些目前室内轮辙试验解决不了的因素对沥青混合料8 高温稳定性起着非常重要的作用。而不同的温度、行车荷载和行车速度与标准条件之间不存在固定的换算模式，即便是个别研究得到的换算关系也并无通用性。林方虎等人认为马歇尔动稳定度作为评价沥青混合料高温稳定性性能的指标意义不大，只能在沥青混合料配合比设计中选择最佳沥青用量时使用，因为动稳定度指标与实际路面情况的相关性不佳，基本上不能比较各种沥青混合料高温稳定性性能的优劣[31]。为了解决车辙试验中的这些问题，关宏信等人改进了车辙仪，在车辙仪内设计车辙试件温度梯度控制系统，这个系统可以使单层或多层车辙试件内部形成自上而下的温度梯度，能够反映沥青路面实际的温度状况，该系统适合用于检验和评价沥青面层整体的抗车辙性能[32]；同时开发了可以控制轮压荷载和车辙轮碾速度的车辙仪，以适用重载低速等条件下的高温稳定性研究，试验表明重载低速条件下更易发生车辙，这也与高速公路爬坡路段车辙现象更严重相吻合。同时为了保证试验轮碾压次数相等，修正了变速车辙试验的试验时间和动稳定度计算公式[33]。利用改进的仪器，研究了中温甚至低温、重载低速情况下寒冷地区的车辙变形[34]，石立万等人研究高温轻载条件下沥青路面车辙的情况[35]。此外，为了改进常规车辙试验不能对沥青路面整体的高温稳定性做研究的缺点，关宏信等人开发了全厚式车辙试验仪作为检测沥青路面高温抗车辙性能的补充试验，可用于新建路面结构的优化，能够减少设计的盲目性[36][37]。1.2.6沥青路面基层开裂研究现状国内许多学者对减少和控制半刚性基层（底基层）裂缝进行了大量的研究，主要集中在混合料材料选择、配合比设计、干（温）缩性能和抗反射裂缝等，而对施工期的基层结构损伤研究很少。实际上随着施工运输车辆荷载的增大和作用次数的增加，许多高速公路基层施工期间即发现大量的裂缝，因为此时基层龄期较短，材料强度还处于增长阶段，尚未达到设计的回弹模量和强度，但却要直接承受车辆荷载的作用，处于非常不利的受力状态，容易产生疲劳裂缝和一次性荷载作用下的极限断裂。沙爱民教授利用NI1520动态应变仪和MTS疲劳试验机采用3~4个应力水平对4种常用半刚性基层材料的模量衰变规律进行了试验研究，通过试验结果确定了模量衰变的三个阶段：迅速衰减阶段、稳定降低阶段和快速破坏阶段。不同半刚性基层材料模量的衰变率均随着应力水平的增加而增加，模量衰变规律差异主要体现在初始模量值和各阶9 段衰变幅度的不同[38]。王孙富、冯德成等人调查了山东某二级公路半刚性基层施工时的车辆轴重，将施工时的车辆作用次数换算成标准轴载次数，利用弹性层状体系计算了荷载作用下各层层底应力状况，初步评价了结构损伤并定义了结构损伤度（施工轴载次数与结构容许轴载次数之比），认为施工期荷载损失路面结构的使用寿命[39]。王艳通过室内外试验认为适当低于现行水泥稳定碎石基层水泥剂量标准仍然可以满足目前规范对于抗压强度的要求，而试验测得2.5%水泥剂量的中值级配的水泥稳定碎石混合料的7d强度已经满足目前规范的要求，利用MTS试验机（MaterialTestSystem）选用四个应力比（0.65、0.73、0.80、0.90）对不同剂量水泥稳定碎石混合料进行了疲劳试验并对试验结果回归得到疲劳方程，试验结果表明抗疲劳性能并不是随着水泥剂量的增加而变好[40]。王兆军通过对试验路长期的跟踪调查，建立了路面基层温度与大气温度和地表温度之间的关系，调查统计了沥青路面施工及开放交通初期车辆的轴载，对开放交通初期重载车辆对沥青路面结构的影响进行了重点研究，运用bisar3.0软件分析了半刚性基层应力（层间剪应力、基层层底拉应力、基层弯沉）在不同结构层铺筑时随荷载、半刚性基层龄期、基层模量变化的规律，研究结果表明底基层材料的抗拉能力及限制单轴轴载能够防止施工期基层的一次性破坏[42]。许新权、吴传海等人结合广东云罗高速公路的实际施工情况，对满载的运输车辆进行了称重调查，采用弹性层状体系理论计算程序对各结构层铺筑时各结构层的层底应力及沥青层的剪应力进行了计算，分析认为控制车辆荷载轴重是防止施工过程中路面结构层发生破坏的主要措施[43]。刘俊琴、马士宾等人通过试验测得半刚性基层材料不同温度下不同龄期的路用性能参数，利用KENPAVE软件分析了开放交通初期路面结构在车辆荷载作用下的力学响应，得到了路表竖向位移、路基顶压应变、各结构层的层底应力随水泥稳定碎石基层龄期、温度、车辆轴载变化的规律，并结合永清连接线沥青路面中埋设的应变片测试结果验证了计算结果的正确性[44]。李頔、蒋应军等人结合振动法成型试件得到的水泥稳定碎石力学参数特性，通过计算施工期各工况下水泥稳定碎石基层荷载应力，以水泥稳定碎石弯拉强度不低于施工车辆作用下底基层层底拉应力为依据确定水泥稳定石灰岩、花岗岩碎石底基层允许开放交通的最低养生龄期，提出了基于施工期的抗极限破坏强度标准和运营期的抗疲劳破坏强度标准，按照集料岩性提出了相应的抗压强度指标，并建议增加劈裂强度指标以解决基10 层在反复交通荷载作用下的疲劳断裂问题[45]。陈忠达等人对半刚性基层施工期间的运输车辆荷载进行了调查，采用振动法成型试件测定了不同水泥剂量的水泥稳定碎石材料的力学参数，运用bisar3.0软件分析了施工期间两种不同的底基层结构的层底拉应力值，通过计算分析基层层底的最大拉应力位置随着施工车辆重量的增加而改变，当车辆重量小于35t时，发生在双轮中心处；当施工车辆大于35t时，发生在双轮组内侧边缘。通过试验和实际工程调研得知：水泥稳定碎石材料的干缩系数和应变随着水泥剂量的增大呈现先减小后增大的趋势，开裂间距的变化规律为先增大后减小[46]。李淑明、许志鸿等人利用“沥青路面设计指标与参数的研究”成果，针对不同的累计当量轴次、超载率、超载幅度提出了7d抗压强度最低标准的建议，并对施工期的水泥稳定碎石基层受力状态进行计算分析，结合实际工程的使用，发现此标准是可行的[47]。李明杰、张丙炎等人采用振动成型和静压成型两种试验方法分别对骨架密实型、悬浮密实型水泥稳定碎石分别进行室内外试验得到无侧限抗压强度、劈裂抗拉强度随龄期、水泥剂量的增长规律、养生条件对抗压强度和劈裂强度的影响和抗压回弹模量与抗压强度的关系，根据级配类型、水泥剂量、龄期提出了相应的抗压强度、劈裂强度、抗压回弹模量推荐值[48][49]。1.3主要研究内容及技术路线1.3.1主要研究内容本文结合桂来高速公路新建工程实际状况，对桂来高速公路施工控制技术进行相关技术研究，主要内容如下：（1）沥青混凝土面层目标配合比设计以及性能检验根据设计文件，采用马歇尔配合比设计方法对桂来高速公路沥青路面面层进行了目标配合比设计。包括原材料基本性能检测、最佳沥青用量和矿料级配范围的确定以及沥青混合料试件基本性能的检验等。结合路面的实际情况和室内试验，对AC-13目标配合比进行了集料级配优化设计。（2）路面施工质量控制结合桂来高速公路的工程特点和实际调查结果，提出了适应桂来高速公路的施工质11 量控制方案，其中包括施工前的准备工作及施工过程中的质量控制和日常检测等。（3）沥青路面施工质量控制指标的试验方法探讨基于沥青路面施工质量控制的需要，对车辙试验、表干法测定试件密度或相对密度试验和集料与沥青粘附性试验等试验方法进行了探讨。（4）依托工程施工中的质量问题成因分析和解决措施针对桂来高速公路施工中存在的质量问题，如中面层泛白、基层损坏、冒水现象等，通过实地调查研究，分析质量问题产生的主要成因，并提出相应的解决措施。1.3.2技术路线图本文在现有国内外研究的基础上，依托桂来高速公路新建工程项目，对桂来高速沥青路面施工控制技术进行研究，技术路线如图1.1所示。桂来高速公路路面施工控制技术研究依托工程概况沥青路面面层目标配合比设计及性能检测路面施工质量控制沥青路面施工质量控制指标的试验方法探讨关于表干法测定试件密关于集料与沥青关于车辙试验度或相对密度试验探讨粘附性试验探讨试验的探讨路面建设中存在质量问题的原因分析与处治方法沥青路面中面基层损坏的沥青路面水损层泛白原因分原因分析和害原因分析和析和处治措施处治措施处治措施图1.1技术路线12 第二章桂来高速沥青路面面层目标配合比设计及施工质量控制2.1依托工程概况桂平至来宾高速公路（简称桂来高速）是我国高速公路网的重要组成部分。该工程对于完善我国公路网络布局，提高公路网整体效益，整合旅游资源，加快广西中部、东南部地区经济社会发展，具有重要意义，同时，桂来高速给广西省桂平至来宾的交通提供了极大的便利。高速未通之前，桂平至来宾需要经过几条国道，由于国道使用年限较长，路面状况较差，急需完善区域内的路网。桂来高速公路主线起于桂平市石龙镇珍垌村，起点桩号K146+672.259，终于来宾市兴宾区良江镇吉利村，终点桩号K233+979.315，主线全长约87km，武宣连接线长约8.356km，来宾南连接线长约5.596km。高速公路全线设计速度100km/h，桂平(石龙)至武宣县湾龙段(K146+672.259~K172+500，约26km)按六车道设计，路基宽33.5m，湾龙至来宾段(K172+500~K233+979.315，约61km)按四车道设计，路基宽26m，武宣、来宾南联线为双车道二级公路标准，设计速度80km/h，路基宽15m，批复总概算为45.53亿元。按照本项目施工图批复，路面结构采用水泥混凝土路面，广西桂和高速公路有限公司桂和函〔2012〕26号文提出，“桂平至来宾高速公路项目路面结构层由原来的水泥混凝土路面变更成沥青混凝土路面”。变更设计后，主线路面结构组合为：4cmAC-13C（改性沥青）+70号热沥青粘层+6cmAC-20C（改性沥青）+70号热沥青粘层+8cmAC-25C+1cm同步沥青碎石封层+透层+35cm5%水泥稳定碎石基层+20cm4%水泥稳定碎石底基层+20cm级配碎石垫层，总厚度为94cm。互通匝道路面结构变更后比主线路面结构减少了8cmAC-25C下面层，总厚度86cm。二级公路联线路面结构为7cm（AC-16C）单一沥青混凝土面层，其他结构层与主线相同，总厚度83cm。13 2.2中面层AC-20目标配合比设计沥青混合料配合比设计的目的是确定沥青混合料各种原材料的品种、矿料级配范围、最佳油石比。我国一般采用马歇尔试验方法对沥青混合料进行配合比设计，沥青混合料目标配合比设计应严格按照规定的程序和方法进行。生产配合比设计应以目标配合比为基础，原则上可以参照上述目标配合比运用程序进行。由于本文第四章需要验证中面层AC-20目标配合比设计合不合格，所以本节先以中面层AC-20目标配合比设计为例，详细介绍沥青混合料目标配合比设计过程。2.2.1原材料选择与性能检测2.2.1.1改性沥青性能检测由于广西处于南方湿热地区，有长时间的高温天气出现，施工图设计文件中要求采用SBS改性沥青作为中面层的胶结料。根据项目业主的调查结果，桂来高速中面层AC-20所用的沥青，选取广西国创道路材料有限公司生产的SBS(I-D)改性70#沥青，按照规范试验方法，测定改性沥青各项技术指标符合桂来高速公路工程中所规定的设计要求。其各项质量技术指标如表2.1。表2.1SBS改性沥青性能指标检测结果序号检测项目单位技术指标检测结果结果判定针入度针入度（25℃，100g，5s）（0.1mm）40~6057合格1试验针入度指数PI－≥00.38合格2软化点(℃)≥6082.5合格3延度（5℃）（cm）≥2032.5合格4135℃运动粘度（布氏粘度计法）（Pa·s）≤33.0合格5闪点（℃）≥230358合格6溶解度（%）≥9999.8合格7弹性恢复25℃（%）≥7595.0合格8贮存稳定度（离析，48h软化点差）（℃）≤2.51合格14 续表2.1序号检测项目单位技术指标检测结果结果判定（旋转）质量损失（%）±1.00.2合格9薄膜加热针入度比25℃（%）≥6570.3合格试验5℃延度（cm）≥1516.5合格10相对密度（25℃）（g/cm3）－1.034合格2.2.1.2集料性能检测桂来高速中面层AC-20所用的集料为广西来宾市武宣县思灵乡盘古村大往采石场生产的石灰岩碎石，集料干燥、无杂质。参照《公路工程集料试验规程》JTJE42-2005经试验测定其质量指标，符合桂来高速公路工程关于沥青面层集料质量技术要求，其各项质量技术指标如表2.2。表2.2集料性能指标检测结果检验项目计量单位技术要求检验数据判定结论检验方法集料压碎值%≯2824.6合格T0316-2005磨耗值%≯3015.2合格T0317-200519～26.5mm2.74316～19mm2.73413.2～16mm2.738T0304-20059.5～13.2mm2.7444.75～9.5mm2.725表观2.36～4.75mmg/cm3≮2.502.693合格密度1.18～2.36mm2.7220.6～1.18mm2.7270.3～0.6mm2.722T0328-20050.15～0.3mm2.7360.075～0.15mm2.75015 续表2.2检验项目计量单位技术要求检验数据判定结论检验方法19～26.5mm0.1916～19mm0.1613.2～16mm0.17T0304-20059.5～13.2mm0.194.75～9.5mm0.24吸2.36～4.75mm0.36水%≯3.0合格1.18～2.36mm0.67率0.6～1.18mm0.700.3～0.6mm1.06T0330-20050.15～0.3mm0.650.07～0.15mm0.17针片19～26.5mm11.7≯15状颗9.5～19mm%10.9合格T0312-2005粒含4.75～9.5mm≯2010.8量19～26.5mm0.37合格含9.5～19mm0.32合格泥%≯1.0T0310-20054.75～9.5mm0.83合格量2.36～4.75mm0.45合格砂当0～2.36mm%≮6076.2合格T0334-2005量对沥青的粘附性等级≥4级4级合格T0616-20002.2.1.3填料性能检测桂来高速中面层AC-20所用填料为西部中大建设集团自行磨制而成的普通石灰岩矿粉，矿粉干燥、洁净、无团粒结块、加热颜色无变化，经试验测定其质量符合桂来高速公路工程中规定的沥青面层路用矿粉质量技术要求。其各项质量技术指标如表2.3。16 表2.3矿粉性能指标检测结果试验项目单位技术要求检验数据判定结论检验方法表观密度g/cm3≮2.502.694合格T0352-2005含水量%≯10.56合格T0103-2005亲水系数%－＜10.42合格T353-2005塑性指数%＜13.2合格T354-2005<0.6mm100100合格粒径范围<0.15mm90%～10099.71合格T0351-2005<0.075mm75～10096合格无团粒，无团粒，外观－合格－不结块不结块2.2.2AC-20集料级配设计选择级配范围是一个复杂的过程，需要充分借鉴本地区高速公路的成功经验，综合考虑气候、交通等各个因素并且经过详细的技术经济论证后选定。在高温持续时间长的地区或交通负荷特别重的路段，应主要考虑抗车辙高温稳定性的能力，可适当减少4.75mm及2.36mm的通过率，可选用较高的设计空隙率。矿料合成级配范围的选定是沥青混合料配合比设计的重要一步，良好的级配是沥青混合料具备良好的路用性能的前提条件。本论文只列举了沥青混合料各项性能均达到设计要求且优良的级配。表2.4为AC-20矿料合成级配表。图2.1为AC-20矿料级配图，其中红色线为AC-20目标配合比级配曲线。表2.4AC-20矿料合成级配表配合通过下列筛孔(mm)重量百分数(%)材料名称成分26.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075(%)19-24mm91004613.53.61.00.70.70.70.70.70.70.710-19mm4310098.584.659.614.70.70.60.60.60.60.60.66-10mm1810010010010097.19.51.21.11.11.11.11.117 续表2.4配合通过下列筛孔(mm)重量百分数(%)材料名称成分26.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075(%)3-6mm1010010010010010098.64.40.70.70.70.70.70-3mm1910010010010010010094.871.848.32920.815.4矿粉110010010010010010010010099.9999.9499.8596.00合成级配(%)10094.585.674.053.931.920.015.210.87.15.54.5设计要求中值1009585716141302316.011.095.0通过率上限值1001009280725644332417137(%)下限值100907862502616128543表中的配合成分比例是根据筛分结果得出的推荐各档料比例，备注仅供生产配比参考使用，实际比例应由生产配合比确定。图2.1AC-20C级配曲线图2.2.3确定最佳油石比现行规范中确定最佳油石比采用的标准试验是马歇尔试验。首先是制作马歇尔试件，试件制作过程中最重要的是温度控制，温度的高低直接影响着试件的压实情况。一般来18 说，SBS改性70#沥青加热温度为165-175℃，矿料加热温度为170-180℃，沥青混合料拌和温度为165-175℃，试件击实温度为155-165℃，试件成型后测定毛体积密度γ、流值FL和稳定度MS，再按照公式分别计算空隙率VV、矿料间隙率VMA、沥青饱和度VFA等指标。表2.5和图2.2为AC-20C马歇尔试验结果和确定最佳油石比图。表2.5AC-20马歇尔试验数据矿料沥青试件相对密度试件油石比稳定度流值空隙率间隙率饱和度编号(%)(KN)(0.1mm)(%)实测理论(%)(%)13.22.4242.59216.1024.686.513.250.6523.72.4342.57416.0129.685.413.258.9534.22.4382.55614.8229.934.613.565.9444.72.4392.53815.2928.343.913.971.9755.22.4482.52015.0530.732.914.079.46技术－实测计算≥820～504～6≮13.565～75要求1．以上各项指标均为5个以上试件的算术平均值；2．技术要求参照《公路沥青路面施工技术规范》JTGF40-2004；备注3．确认最佳油石比OAC＝4.3%，对应的沥青混合料密度ρ30＝2.438g/cm；4．确定油石比曲线图见图2.2。2.45)6)%2.445cm32.43隙率(4(g/空3毛体积密度2.423.23.74.24.75.223.23.74.24.75.2油石比(%)油石比(%)19 3280)7530700.1mm28656026流值(饱和度(%)5524503.23.74.24.75.23.23.74.24.75.2油石比(%)油石比(%)16.5141613.75KN)13.515.513.2515稳定度(粒料间隙率(%)1314.53.23.74.24.75.23.23.74.24.75.2油石比(%)油石比(%)密度7空隙率6稳定度5流值4矿料间隙3率2饱和度1共同范围3.23.74.24.75.2油石比（%）图2.2油石比与马歇尔指标关系由图2.2知：（1）马歇尔试件的毛体积密度曲线没有出现峰值，据规范可直接以目标空隙率4.5%所对应的油石比4.3%作为OAC1；（2）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油石比OACmin~OACmax，计算沥青最佳油石比的初始值OAC2。OACmin=4.15，OACmax=4.6，OAC2=（OACmin+OACmax)/2=4.38%；（3）最佳油石比OAC=（OAC1+OAC2)/2≈4.3%。2.2.4中面层沥青混合料性能检测沥青混合料稳定性检验主要包括抗车辙高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性和渗水20 性能几个方面。考虑到广西地区气候状况为湿热，本文试验将不考虑低温抗裂性能，只进行抗车辙高温性能、水稳定性能和渗水性能的试验。2.2.4.1高温稳定性检验高温稳定性检验是采用车辙试验进行的，用动稳定度进行衡量。对于高温持续时间长的地区或交通负荷特别繁重的路段，规程明确规定可适当提高动稳定度要求。由于广西地区夏天会出现长时间的高温天气，所以设计时适当提高了动稳定度要求。表2.6为动稳定度试验结果。表2.6动稳定度试验结果类型及动稳定度（次/mm）CV试验温度轮胎压力设计要求编号单个值平均值(%)()℃(MPa)（次/mm）AC-20C-19090AC-20C-2915686457.8600.7≥3500AC-20C-376902.2.4.2抗水损害性能检验研究表明，路面破坏或多或少与水有关。由于广西地区处于多雨地区，所以路面抗水损害性能力一定要优良。抗水损害性能检验采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验。表2.7、表2.8分别为浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验结果表。表2.7马歇尔残留稳定度比浸水48小时浸水30～40min残余规范油石比实测密度稳定度流值实测密度稳定度流值稳定度要求(%)(g/cm3)(kN)(mm)(g/cm3)(kN)(mm)(%)(%)2.43115.203.122.43514.452.232.44114.672.942.43615.722.894.32.43615.122.682.43014.783.8395≥852.43913.972.602.44217.653.18平均值2.43714.732.842.43615.53.0321 表2.8冻融劈裂强度比冻融循环未冻融循环残余规范油石比劈裂抗劈裂抗试件高度最大荷试件高度最大荷强度比要求(%)拉强度拉强度(mm)载(kN)(mm)载(kN)(%)(%)(Mpa)(Mpa)64.17.160.7064.410.671.0464.38.810.8664.011.201.094.363.910.391.0264.09.650.9587≥8064.39.710.9563.910.521.04平均值64.49.020.8864.0810.511.032.2.4.3渗水性能检验沥青路面渗水性能是反映路面沥青混合料级配组成的一个间接指标，也是沥青路面水稳定性的一个重要指标。渗水系数指标对于提高沥青路面的施工质量、衡量沥青路面通行状况、预防沥青路面水损害、进行合理的路面养护有着重要意义。表2.9为渗水试验结果。表2.9渗水试验结果渗水系数Cw（mL/min）类型及编号规范要求（mL/min）单个值平均值AC-20C-1不渗水AC-20C-2不渗水不渗水≤120AC-20C-3不渗水2.2.5中面层最佳配比推荐方案从性能检测试验结果可以看出，在最佳油石比条件下，AC-20级配曲线所表现出的各项性能均满足设计要求，尤其是抗车辙性能，检测结果远大于设计要求。结合广西地区自然条件，可得出AC-20最佳油石比为4.3%。沥青混合料的推荐级配范围，如表2.10所示。22 表2.10推荐级配范围通过下列筛孔(mm)重量百分数(%)26.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075上限10095.286.374.754.632.621.516.712.38.67.06.0中值10094.585.674.053.931.920.015.210.87.15.54.5下限10093.884.973.353.231.218.513.79.35.64.03.0表2.10所示推荐数据只是级配曲线中各个筛孔通过率的范围，级配曲线应该拟合成为平滑曲线，不能出现驼峰或毛刺，尤其是关键筛孔4.75、2.36和0.075mm处。2.3上面层AC-13目标配合比矿料级配优化上面层AC-13所用沥青和矿粉与中面层相同，性能检测结果详见章节2.2。上面层AC-13所用粗集料采用广西河池市大化县岩滩镇飞龙石料厂生产的辉绿岩，细集料采用广西来宾市武宣思灵盘古村大往采石场生产的石灰岩，集料性能检测结果如表2.11。表2.11集料性能指标检测结果序号检验项目计量单位技术要求检验数据判定结论检验方法一集料1压碎值%≯2616.3合格T0316-200513.2～16mm3.0729.5～13.2mm3.073T0304-20054.75～9.5mm3.0732.36～4.75mm2.724表观321.18～2.36mmg/cm≮2.502.708合格密度0.6～1.18mm2.7270.3～0.6mm2.722T0328-20050.15～0.3mm2.7360.075～0.15mm2.75023 续表2.11序号检验项目计量单位技术要求检验数据判定结论检验方法13.2～16mm0.449.5～13.2mm0.52T0304-20054.75～9.5mm0.762.36～4.75mm0.77吸1.18～2.36mm≮2.500.62合格水0.6～1.18mm0.82%率0.3～0.6mm0.75T0330-20050.15～0.3mm0.750.075～0.15mm0.67针片9.5～16mm≯1510.0状颗3合格T0312-2005粒含4.75～9.5mm≯2010.2量含9.5～16mm0.694泥%≯1.0合格T0310-20054.75～9.5mm0.75量砂当50～4.75mm≮6073.8合格T0334-2005量6对沥青的粘附性等级≥5级5级合格T0616-2000沥青路面配合比设计要求全面考虑当地自然气候因素，适应重交通和不同的气候地质等具体情况，不同地区存在着不同的地质、土质与气候条件，有些地区存在着特殊土或长期高温等气候条件，如果配合比设计时未能把这些特殊自然气候因素考虑在内，则可能出现材料组成和级配设计的不完善等，从而导致一些高速公路的材料组成和级配设计不能完全适应重交通与不同的气候地质等具体情况。本项目处于南方湿热地区，对于混合料的设计，就上面层而言，必须兼顾高温抗永久变形能力、抗水损害能力以及抗滑能力。在进行沥青混合料目标配合比设计时，合适的级配范围往往使沥青混合料的力学特性、稳定性、耐久性和施工性能等大幅提高，拥有更好的经济效益。本文在原有设计基础上，为增强沥青混合料的力学性能和满足使用24 要求，在施工控制过程中，采用骨架密实结构，基于这种考虑，对设计文件中所提出AC-13C的级配组成进行了优化。目前，目标配合比设计中一般采用的是《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）中5.3.2条各表中规定值作为级配范围，为了使该范围具有全国通用性，所以这个范围规定得很宽。但不同的地区有不同的气候条件和交通条件，所以这个范围并不一定是某地区最合适的级配范围。沥青混合料的级配设计理论都是以不同粒径的集料体积比来衡量级配的合理性的。比如根据混合料的粗集料与细集料的体积比组成结构，分为悬浮密实型、骨架密实型和骨架空隙型，根据级配粒径（体积与粒径三次方成正比）含量的连续性又可分为连续级配和间断级配两类。但是，为了试验操作的方便，级配设计中衡量每档粒径含量的并不是该档集料体积占集料总体积的比值，而是该档集料质量占集料总质量的比值。所以，当粗集料与细集料密度相差较大时，且往往是粗集料密度大于细集料密度，在相同的级配下，会导致该级配实际构成偏细，这也是做沥青混合料配合比设计时应注意的一个问题。综合广西当地气候条件，桂来高速原材料性能及沥青混合料性能等因素，选取《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）附件5中表5-3江苏省交通科学研究院推荐的工程级配范围作为配合比设计参考依据，原因有三：(1)广西壮族自治区与江苏省两地区气候环境相似，从温度分区来看，两地同属夏炎热冬温地区；从雨量分区来看，两地年降雨量也很接近，广西全区范围为潮湿区，江苏北部为湿润区，南部为潮湿区，所以江苏省交通科学研究院推荐的工程级配范围具有较好的参考意义。(2)粗集料与细集料的密度差距较大，桂来高速公路三分部上面层AC-13C选用的粗集料为辉绿岩，细集料为石灰岩，其中粗集料各档粒径集料的毛体积相对密度在3.003~3.031之间，表观相对密度在3.072~3.073之间；细集料各档粒径集料的表观相对密度在2.708~2.750之间，如表2.11。在沥青含量不变条件下，给定级配的沥青混合料的空隙率，随着集料密度的增大而减小。为使空隙率增大，由密度较高集料组成的混合料的级配曲线将处于离MDL较远的位置[24]。若采用规范中5.3.2-1及5.3.2-2条的级配范围规定，则实际的级配曲线将偏细，所以适当降低粗集料各档筛孔的通过量是合适的。(3)按照规范中5.3.2-1及5.3.2-2条级配范围试打了10余组级配，但马歇尔试件性25 能均存在不达标的问题，主要反映在空隙率、间隙率偏小，有效沥青饱和度偏大及稳定度相对偏低等，如表2.13。而采用规范附件5中表5-3推荐级配范围制作的马歇尔试件，沥青混合料各项指标，如空隙率、间隙率、有效沥青饱和度等均能符合规范要求，其力学性能也相对更优，稳定度更大，流值变化也更稳定。两种不同的沥青混合料的级配范围见表2.12。表2.12AC-13C沥青混合料级配范围对比通过下列筛孔的质量百分率(%)选用级配范围1613.29.54.752.361.180.60.30.150.0755.3.2条规级配上限100100856850382820158定值级配下限100906838241510754附件5表级配上限1001008053403023181285-3规定值级配下限100906030201510754修改的级配曲线图如图2.3。经试验验证，选用《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）附件5中表5-3江苏省交通科学研究院推荐的工程级配范围作为广西桂来高速上面层AC-13C沥青混合料目标配合比设计的设计依据取得了良好的效果，修改级配范围后，马歇尔试验结果显示矿料间隙率、空隙率、沥青饱和度都有极大改善，详见表2.13。此外，高温稳定性、水稳性均良好，见表2.14。26 AC-13矿料合成级配图表100908070(%)605040通过百分率30201000.0750.150.30.61.182.364.759.513.216筛孔尺寸(mm)规范下限规范中值规范上限合成级配图2.3AC-13C级配曲线表2.13马歇尔试验结果对比矿料沥青试件相对密度油石稳定度流值空隙选用级配范围间隙率饱和度比(%)(KN)(0.1mm)率(%)实测理论(%)(%)5.3.2条规定值4.82.5762.64716.3542.62.713.179.5附件5表5-3规定值4.82.5912.70419.7128.44.214.671.6表2.14沥青混合料配合比设计试验结果汇总表浸水马歇尔冻融劈裂残最佳油石比动稳定度渗水系数项目残留稳定度留强度比（%）（次/mm）（mL/min）（%）（%）AC-13C4.88205.7093.994.5不渗水设计要求－≥3500≥85≥80≤10027 2.4下面层AC-25目标配合比设计下面层AC-25所用矿粉与中面层相同，性能检测结果详见章节2.2。下面层所用沥青采用广西国创道路材料有限公司生产的70#A级道路石油沥青，沥青性能检测结果如表2.15。所用集料采用广西来宾市武宣县思灵乡盘古村大往采石场生产的石灰岩，集料性能检测结果如表2.16。下面层AC-25目标配合比设计过程与中面层相似，本节不累述。集料级配曲线图如图2.4。最佳油石比以及马歇尔试验结果表如表2.17。沥青混合料性能检测结果汇总表如表2.18。表2.15沥青性能检测结果表检测项目单位技术指标检测结果结果判定检测方法1针入度(25℃,100g，5s)0.1mm60～8075合格T0604-20112延度（15℃，5cm/min）cm≮100＞100合格T0605-20113软化点（R＆B）℃46≮46.5合格T0606-20114密度(15℃)g/cm3实测1.037合格T0603-2011RTFOT后5质量损失%≯±0.8-0.04合格T0610-20116残留针入度比%≮6179合格T0604-20117延度（15℃）cm≮1519合格T0605-201128 表2.16集料性能检测结果表序号检验项目计量单位技术要求检验数据判定结论检验方法一集料1压碎值%≯2824.6合格T0316-200526.5～31.5mm2.73419～26.5mm2.73616～19mm2.72213.2～16mm2.708T0304-20059.5～13.2mm2.702表观4.75～9.5mm2.740g/cm32.50≮合格密度2.36～4.75mm2.6981.18～2.36mm2.7230.6～1.18mm2.7190.3～0.6mm2.681T0328-20050.15～0.3mm2.6990.075～0.15mm2.589226.5～31.5mm0.3119～26.5mm0.2216～19mm0.1913.2～16mm0.299.5～13.2mm0.27吸4.75～9.5mm0.34水%≯3.0合格T0330-20052.36～4.75mm0.56率1.18～2.36mm0.670.6～1.18mm0.700.3～0.6mm1.060.15～0.3mm0.650.075～0.15mm0.17针片19～26.5mm13.8状颗≯1539.5～19mm%10.7合格T0312-2005粒含量4.75～9.5mm≯2011.4含19～31.5mm0.2合格4泥9.5～19mm%≯1.00.37合格T0310-2005量4.75～9.5mm0.46合格29 续表2.16序号检验项目计量单位技术要求检验数据判定结论检验方法砂当50～4.75mm%≮6082.5合格T0334-2005量6对沥青的粘附性等级≥4级4级合格T0616-20001009080706050通过量%4030201000.0750.30.61.182.364.759.513.2161926.5筛孔mm图2.4AC-25级配曲线表2.17最佳油石比以及马歇尔试验结果表矿料最佳油稳定度流值空隙率沥青饱和试件相对密度间隙率石比(%)(KN)(0.1mm)(%)度(%)(%)实测理论3.72.4652.56812.8317.934.012.066.55要求实测实测≥815～403～6≮1265～7530 表2.18沥青混合料性能检测结果汇总表指结对应浸水马歇尔冻融劈裂残标最佳油石比马歇尔动稳定度渗水系数残留稳定度留强度比构（%）密度（次/mm）（ml/min）（%）（%）(g/cm3)层AC-253.72.465306687.582.7不渗水设计要求－－≥1500≥85≥80≤1002.5沥青路面施工质量控制要点路面发生早期破坏的一个重要原因就是施工质量控制不到位造成的，合理有序的施工质量控制不仅能保证路面的基本性能，而且能避免返工节省时间，进而节省人工和机械成本，做到经济和进度双赢。2.5.1原材料施工质量控制要点2.5.1.1沥青施工质量控制要点沥青要做到每批都抽样检测，检测包括三大指标和老化性能等。70号道路石油沥青和SBS(I-D)改性沥青的技术指标均应符合规范要求。根据广西壮族自治区近年SBS改性沥青的使用经验及市场上所能提供的产品，25℃针入度可提高到40~60（0.1mm），5℃延度可提高到25cm，软化点可提高到75℃，弹性恢复可提高到85%，检测不合格的沥青坚决不能用。沥青的贮存最好使用桶装，同时应防止沥青被污染。2.5.1.2集料施工质量控制要点集料必须由具有生产许可证的采石场生产，集料应洁净、干燥、无风化、无杂质，并有适当的颗粒级配。集料必须做到每批都抽样检测。检测项目包括粗集料含粉量、针片状含量、压碎值、磨耗值、与沥青的粘附性、细集料的砂当量以及粗、细集料含水率和筛分结果等。粗集料含粉量高和细集料砂当量小的材料应充分水洗晾干后再使用，含水率大的应充分晾干后再使用。针片状含量高应充分破碎后再使用，应使用反击式或圆锥式破碎机进行二级以上加工。压碎值和磨耗值大的集料不应采用，与沥青粘附性差的集料应添加抗剥落剂或加入水泥或石灰增加沥青和集料间的粘附性。筛分结果与生产配31 合比筛分结果差距较大的应及时调整生产配合比各档料掺量。集料堆放应该分档，注意做好防湿保护，防止料场积水。2.5.1.3矿粉施工质量控制要点矿粉应干燥、洁净，能自由地从矿粉仓流出，其质量应符合规范技术要求，小于0.075mm的含量应大于85%。沥青混合料拌和厂的回收粉尘不允许作为替代矿粉。当采用石灰替代作填料时，其用量不宜超过矿料总量的2%，水泥宜为2~3%。2.5.2沥青混合料生产质量控制要点2.5.2.1生产配比生产配合比设计应以目标配合比为基础，原则上可以参照目标配合比运用程序进行。生产配合比最佳沥青用量一般采用目标配合比设计所确定的最佳沥青用量，生产配合比合成级配曲线与目标配合比合成级配曲线接近，表2.19是生产级配和目标级配通过率表。表2.19生产级配和目标级配通过率表筛孔26.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075目标级配(%)10094.585.674.053.931.920.015.210.87.15.54.5生产级配(%)10092.783.871.955.034.025.017.411.87.46.35.12.5.2.2沥青混合料拌合拌合前要控制好供料速度，准确计算好沥青、集料、填料的量，防止发生溢料。拌合时间长短主要由拌合温度和沥青混合料的外观决定，要做到温度达标、无花白料、无离析。拌合后要及时进行温度测试和抽提试验，温度不达标时要及时调整拌合场温度，抽提后的筛分结果如果与配合比级配相差较大，应及时调整供油和供料，再进行试拌，保证务必满足要求。2.5.3沥青混合料施工质量控制要点2.5.3.1运输运输到现场的沥青混合料要做到每车必检温度，测量温度不满足要求的应废弃不用。运输前应清扫干净车厢，装料时应按照后-前-中的顺序装料。运输车辆的数量应保证摊铺连续不间断的进行，运输车辆应有防雨、保温等保护措施，为了应对天气的突然变化，32 有条件的可以设置运输车辆临时停靠场所，被淋湿的或在运料车辆卸料时滞留于车上的混合料应废弃不用，运输到现场的混合料应及时完成摊铺和压实。2.5.3.2摊铺下卧层验收合格后，方可铺筑沥青混合料。摊铺前需要进行相关准备工作，如提前0.5~1h预热熨平板使其温度不低于100℃、清理将要摊铺的路段等。为减少沥青混合料在摊铺过程中的离析，沥青混合料运至施工现场后，建议通过沥青转运车后再输到摊铺机进行摊铺。摊铺必须均匀、缓慢、连续不断的进行，摊铺速度对普通沥青混合料宜控制在2~6m/min，对改性沥青混合料宜控制在1~3m/min。摊铺温度应符合规定，摊铺过程中应保证平整度、厚度等指标符合要求。摊铺后应及时进行压实。2.5.3.3压实路面压实是路面施工的一个关键环节，压实如果不过关，路面极易发生水损害等病害。压实设备应保证压实连续不间断的进行，一般要有两台钢轮压路机、两台胶轮压路机、一台振动压路机和相应的备用压路机。如果有大型压路机压实不到的或者压实不方便的地方，应相应的配备小型压路机或配备人工夯实机械。压实一般分为初压、复压与终压三个阶段。按照摊铺-初压-复压-终压的顺序连续不间断的进行，中间不应有过多停留，必须一步一步紧接着进行。三个阶段的压实温度、压实速度、压实遍数等应按照规范要求或铺筑试验段确定。压实时应及时检测平整度、路拱等，如不合格，应及时处理。压实后应及时进行取芯进行压实度测试，不合格应及时进行相应的处理。2.5.4施工质量检测路面施工应保证动态控制、实时检测。路面施工检测包括原材料质量、拌合后混合料质量、铺筑质量等检测。原材料有沥青、粗集料、细集料、填料等，沥青检测项目包括三大指标和老化等，粗集料检测项目包括含粉量、针片状、筛分、压碎值、磨耗值、含水率等，细集料检测项目包括砂当量、含水率、筛分等，矿粉检测项目包括外观、含水率、筛分等。沥青混合料检测项目包括拌合温度、出站外观、马歇尔试验、抽提试验、冻融劈裂强度、车辙试验等，铺筑质量检测项目包括平整度、宽度、厚度、压实度、横坡、渗水系数、接缝等，检测项目对应的检测频率应不少于规范要求。33 2.6本章小结本章根据设计文件要求，采用马歇尔配合比设计方法对桂来高速公路沥青路面面层进行了目标配合比设计，包括原材料基本性能检测、最佳沥青用量和推荐矿料级配范围的确定以及沥青混合料试件基本性能的检验等。采用马歇尔试验配合比设计方法对沥青混合料进行配合比设计，要求全面考虑当地自然气候因素，适应重交通和不同的气候地质等具体情况。配合比设计可依据自然气候因素、矿料间隙率、空隙率、沥青饱和度、高温稳定性和水稳定性等适当调整级配，必要时可以改变级配范围。同时结合桂来高速公路的工程特点和实际调查研究，提出了适应桂来高速公路的施工质量控制方案，包括原材料的质量控制、沥青混合料生产质量控制、沥青混合料施工质量控制以及施工质量检测。34 第三章沥青路面施工质量控制指标的试验方法探讨由于广西地区的辉绿岩密度过大，导致配合比设计耗费了较长工期。加之长期雨天的影响，桂来高速公路施工进度出现了一定的延误。施工质量控制不仅要保证施工质量达标，而且要保持施工合理有序地进行，以达到节省人力物力，保证施工进度。但是，施工质量控制由许许多多细节控制组成，其中多多少少存在着一些问题，如实际路面情况呈现出沥青与集料之间的粘附性不好，但沥青与集料粘附性检测却合格，以及苛刻的试验条件或试验步骤影响施工进度浪费人力物力等。为了达到省时省财省力的效果，需要对施工质量控制诸多细节进行优化。本章将针对施工质量控制过程中存在的问题，包括表干法测试件密度时温度有没有必要严格控制在25℃±0.5℃，车辙试验一块车辙板碾压两次对结果是否有影响，多因素对沥青和集料粘附性的影响等，进行相关质量控制指标试验探讨，以求达到施工质量控制细节优化，节省人力物力，缩短施工进度的效果。3.1表干法测试件密度或相对密度试验探讨2011版的公路工程沥青及沥青混合料试验规程中表干法进行了修订，其中包括试验温度的修订和试验允许误差的修订。这些修订给试验增添了不少工作量，而这些修订是否有必要呢？本节将进行相关试验探讨。压实沥青混合料试件的密度试验方法有4个：表干法、水中重法、蜡封法、体积法。由于表干法操作简便，可重复性较好，精确度较高，所以是工程中常用的也是最佳的方法，本文的沥青混合料试件的毛体积密度都是通过表干法测定的。用表干法测定时，关键是试验人员试验时要制造真正的饱和面干状态。2011版的公路工程沥青及沥青混合料试验规程中对表干法进行了修订。主要修订如下：（1）在适用范围里面去掉了原来的Ⅰ或者Ⅱ型沥青混凝土，统称为密级配沥青混凝土；对试验所用的试件增加了现场取芯样试件，提出了试件的保存条件。如果现场钻取的芯样表面有污染如表面黏附有粘层油和细集料颗粒等，必须对芯样表面进行清理保持洁净。当现场钻取的芯样与多个面层沥青混合料联结时，一般要采用切割方法进行分离，并注意观察切割后的试件不能包含相邻层的混合料。（2）对试件毛体积密度或毛35 体积相对密度试验允许误差进行了明确规定，试件毛体积密度试验重复性的允许误差为0.020g/cm3。试件毛体积相对密度试验重复性的允许误差为0.020。（3）对试验温度进行了明确规定，由原规程的室温条件修订为严格的25℃±0.5℃。同时计算试件毛体积密度所用水的密度也由原规程的常温水的密度（≈1g/cm3）修订为25℃时的密度（0.9971g/cm3）。（4）原试验规程中计算VMA时，先按公式计算沥青的体积百分率VA，且以VMA=VA+VV，进而计算沥青饱和度。本次修订考虑了沥青被集料吸收，因此引用了有效相对密度、有效沥青用量、有效沥青膜厚度、有效沥青体积率等概念，由总的沥青用量计算的VA实际上已经没有意义。下面就修订的第2、3条探讨它的必要性与否。（1）对试件毛体积密度或毛体积相对密度试验允许误差进行了明确规定是否有必要？关于允许误差，AASHTO规定试件毛体积密度试验重复性的允许误差为0.020g/cm3。美国各州基本采用AASHTO方法。ASTM早期版本规定重复性允许误差为0.035g/cm3，再现性允许误差为0.076g/cm3。而ASTMD2726-08规定，重复性允许误差对于公称粒径12.5mm为0.023g/cm3，对于公称粒径19mm为0.037g/cm3；再现性允许误差为0.042g/cm3。新规程是参考了AASHTOT166-07进行了规定。沥青混合料试件体积指标包括空隙率、沥青饱和度、矿料间隙率等，其中空隙率是配合比设计的一个重要控制指标。湿热地区目标空隙率一般控制在4.0%~4.5%。下面以目标空隙率上下变动0.5%来研究毛体积密度的变化，进而探讨试件毛体积密度或毛体积相对密度试验允许误差进行了明确规定的必要性与否。表3.1是不同空隙率和最大理论密度对应的毛体积相对密度变化。36 表3.1不同空隙率和最大理论密度对应的毛体积相对密度变化表空隙率（%）最大理论3.53.74.04.24.54.75.0相对密度2.2002.1232.1192.1122.1082.1012.0972.0902.3002.2202.2152.2082.2032.1972.1922.1852.4002.3162.3112.3042.2992.2922.2872.2802.5002.4132.4082.4002.3952.3882.3832.3752.6002.5092.5042.4962.4912.4832.4782.4702.7002.6062.6002.5922.5872.5792.5732.5652.8002.7022.6962.6882.6822.6742.6682.6602.9002.7992.7932.7842.7782.7702.7642.7553.0002.8952.8892.8802.8742.8652.8592.8503.1002.9922.9852.9762.9702.9612.9542.9453.2003.0883.0823.0723.0663.0563.0503.040从表3.1可以看出：在最大理论相对密度相同的情况下，毛体积相对密度波动0.020，空隙率波动范围为0.6~0.9%。这个范围对于目标配合比设计空隙率的控制还在可允许范围内。如果毛体积相对密度波动范围再加大的话，空隙率波动范围将会超过1.0%，这个误差将不容忽视。因此，笔者认为对“试件毛体积密度试验重复性的允许误差为0.020g/cm3。”的规定很有必要，有效地避免了因人为因素等产生的较大误差。（2）对试验温度进行了明确规定，由原规程的室温条件修订为严格的25℃±0.5℃。同时计算试件毛体积密度所用水的密度也由原规程的常温水的密度（≈1g/cm3）修订为25℃时的密度（0.9971g/cm3）是否有必要？关于温度，ASTMD2726规定试件在25℃±1℃水中浸泡3~5min，称水中重，试件温度与水温度相差超过2℃时，试件在水中浸湿时间应增加至10~15min。AASHTOT166则要求将试件冷却到25℃±5℃，然后称取干燥试件质量，在25℃±1℃水中浸泡3~5min，称水中重，实际上美国很多州都采用AASHTO方法。而日本规定浸水的时间为1min。早期版本的ASTM和AASHTO允许在非标准温度下测定试件密度然后进行温37 度修正，而ASTMD2726-08和AASHTOT166-07中取消了温度修正，要求严格按照标准温度进行。我国现规程参考真空法测定理论最大相对密度试验方法，真空法规定试验时水温控制在25℃±0.5℃；同时计算试件毛体积密度所用水的密度也采用25℃时的密度。表干法测定毛体积相对密度或者毛体积密度的理论依据是阿基米德浮力原理，即将试件的体积视为当试件全部浸没在水中时排出水的体积。F=G-F（3.1）w浮其中：Fw为试件水中重量，F=mg；G为试件重力，G=mg；F浮为试件所受浮wwf力，F=ρgV。mw为试件水中质量，mf为试件表干质量，ρw为水的密度，V毛为试浮w毛件毛体积。代入式3.1可以得到V=（m-m）/ρ（3.2）毛fww同时，试件毛体积密度ρ=m/V（3.3）fa毛所以，可以得到ρ=m/(m-m)×ρ（3.4）fafww或者，试件毛体积相对密度γ=ρ/ρ=m（/m-m）（3.5）ffwafw可以看出，试件毛体积相对密度与水的密度成反比。由于我国不同地区实际室温差异较大，有些地方试验室温度能够达到35℃以上，而寒冷地区甚至低于5℃，即便是同一地区昼夜温差也相差较大。考虑到沥青相对密度试验温度是25℃，真空法测试件最大理论相对密度试验温度为25℃，网篮法测粗集料相对密度试验温度为15℃℃~25，细集料相对密度试验温度为23℃，矿粉相对密度试验温度为20℃，纤维相对密度试验为25℃。下面针对这几个关键温度研究温度对毛体积相对密度的影响。表3.2是水的密度跟温度以及试件毛体积密度变化的关系表。38 表3.2水的密度跟温度以及试件毛体积密度变化的关系表温度（℃）密度（g/cm3）ρ？w/ρ25℃w试件毛体积相对密度50.9999651.002929662.407150.9990991.002061092.405200.9982031.001162442.403230.9975301.000487442.401250.99704412.400350.9940300.996977062.393注：ρ？W为相应温度水的密度，ρ25℃w为25℃温度水的密度从表3.2可以看出，5℃跟35℃的试件毛体积相对密度相差达到了0.014，这个误差显然不容忽视。另一方面从我国长期实践看，严格使用25℃测定过于繁复。此外，计算矿料间隙率VMA、有效沥青饱和度VFA等指标时测定的粗集料相对密度、细集料相对密度、矿粉相对密度试验温度不是25℃，15℃跟25℃的试件毛体积相对密度相差只有0.005，空隙率波动也只有0.2%而已。所以，笔者认为：为了避免繁琐，表干法测定试件毛体积相对密度试验温度没必要严格控制在25℃±0.5℃，控制在15℃~25℃即可，如果要求更严格点可控制在20℃~25℃，同时保证粗集料相对密度试验温度也控制在20℃~25℃。此外，当试验温度难以调配在20℃~25℃时，也可按“温度和水的密度表”和公式“γ=ρ/ρ*γ”f25℃？w25℃wf？℃进行温度修订，其中ρ？W为试验水温，γf？℃为试验水温下的试件毛体积相对密度。3.2车辙试验的探讨车辙试验试件制作比较耗时和需大量的材料，而且由于人为因素和仪器原因试件动稳定度不太稳定，波动幅度往往较大，工地试验室一般只有3块试件模板，如果3个试件动稳定度变异系数一旦大于20%，将要重新再制作试件，这无疑增加了工作量和时间量。如果一个试件能进行两次试验，无疑能减少不少劳动量。那么一块车辙板碾压两次对车辙试验结果是否有影响呢？本节进行相关试验探讨。车辙的出现会严重影响路面的质量如行车安全性等，并大大降低路面的使用寿命。沥青路面必须具有良好的高温稳定性。在路面结构设计和材料选择时，不仅要考虑到上39 面层的高温稳定性设计，也要重视中面层的高温稳定性设计，同时要保证面层的施工质量。王辉等人关于车辙调查分析发现车辙变形一般均由沥青面层产生且中面层变形最大即约占车辙总量的60%。产生这种现象的原因是：中面层虽然温度低于表面层，但中面层承受着高压应力和剪切应力，而一般情况下中面层的抗剪切能力有限[53]。车辙试验起源于英国TRRL，如今已经成为了全世界大部分国家测沥青混合料高温稳定性的通用试验。自从1993年的规程修订时增加了车辙试验的方法以来，我国一直采用动稳定度来反映沥青路面在高温季节抵抗形成车辙的能力。2000年参照日本道路协会铺装试验法及相关课题的研究成果并结合我国车辙机的实际应用情况进行了修订。影响车辙试验的因素有：空隙率和试验温度、试件类型和压实方法、加载大小、级配、集料公称最大粒径和试件养生时间等等，其中空隙率和试验温度对车辙试验结果影响最大。温度和空隙率大小与车辙深度成正比，与动稳定度成反比。关于试件的空隙率，有人认为应为7%左右。因为路面施工完毕空隙率往往达不到马歇尔压实试件的理想空隙率，为了更好地模拟实际路面情况，试件空隙率应约为7%。有人则认为应约为4%左右，因为沥青路面主要是发生剪切破坏，而发生剪切破坏时的空隙率一般在3%以下，此外，考虑到马歇尔压实试件的空隙率一般控制在4%左右，所以车辙试件应与之对应。为了保证空隙率合格，车辙板密度最好在标准马歇尔密度的(100±1)%，试件碾压次数与沥青混合料的矿料级配密切相关，不同矿料级配的沥青混合料达到压实效果需要的碾压次数不同，普通沥青混合料碾压次数最好在9～16次的范围，SMA碾压次数控制在20次左右，不要为追求车辙试验结果随意增加碾压次数，导致出现过压，致使集料破碎，胶结料上浮，导致试验结果与实际分离，破坏车辙试验与路面实际良好的相关性。3.2.1车辙试验动稳定度是不是衡量高温稳定性的合格指标的研究动稳定度作为衡量高温稳定性的指标一直饱受争议。一方面认为动稳定度能较好地反映沥青路面在高温季节抵抗形成车辙的能力，我国在“七五”国家科技攻关研究课题组对此进行了研究，并提出以此作为沥青混合料配合比设计的检测手段。另一方面有人认为动稳定度指标只考虑了45min和60min两个时间点，实际上只反映的45min到60min的平均剪切变形，并没有把试验总时间60min内的累积变形考虑在内。有时两种不同的沥青混合料，动稳定度结果相同，但试验结束时累积变形相差很大。实际上，沥青路面40 车辙的形成更直接地表现为其车辙深度即累积变形，单纯的动稳定度指标并不能全面评价沥青混合料的抗高温车辙性能[54]。曹林涛等人研究表明车辙试验45min至60min间的车辙深度曲线一般处于稳定的蠕变期，因此选择该段曲线并且采用平滑曲线计算蠕变率比采用45min和60min两点计算蠕变率精度更高[55]。王昌衡等人通过大量试验比较了动稳定度和相对变形量，研究表明，相对变形率作为评价抗高温车辙性能较为合理[56]。向晋源等人建议采用相对变形和蠕变率联合评价，并且以相对变形为主[57]。而郑传峰等人认为在进行骨架密实型结构类别内的沥青混合料高温稳定性判定时，相对变形可以在车辙动稳定度判定基础上进行结果的纠偏和辅助判定[58]。彭波等人认为应该用车辙系数来评价抗高温车辙性能，研究表明车辙系数评价沥青混合料的高温稳定性比动稳定度指标更合理，准确度更高，有效地避免了动稳定度相同而车辙深度差别较大的不合理情况。这是因为车辙系数综合考虑了行车速率、累积永久变形量和最大变形量等因素，使之与工程实际中车辙形成规律相一致[59]。但代琦等人认为动稳定度比相对变形率能更好地评价抗高温车辙性能。因为相对变形率指标包括试验开始时的变形，影响因素和不可控因素较多，重现性不好，偶然性较大，甚至会出现明显错误的评价结果，所以不适合评价室内60min的车辙试验。相反，动稳定度指标能较好地反映出车辙的发展趋势，适合评价60min的室内车辙试验[60]。对于用总变形或者相对变形率代替目前规程中的动稳定度来作为衡量高温稳定性的指标，2011版的公路工程沥青及沥青混合料试验规程中做了特别说明。指出美国汉堡车辙试验中总变形量或相对变形率是用来评价沥青混合料的抗水损坏性能的，只有蠕变斜率也就是动稳定度是用来评价沥青混合料的高温抗车辙性能的。原因在于蠕变阶段和变形阶段很难判断，不同混合料差异很大，有时即使车辙达到20~30mm也不会出现剥落变形点，剥落变形点和剥落变形斜率是较好地评价混合料抗水损坏的参数，而总变形量，由于采用钢轮会使颗粒破碎进而产生变形，会对总变形产生较大影响。此外，美国一些州对于APA试验实际应用也各有差异，有的采用总变形有的采用变形斜率。澳大利亚虽然采用两个指标-总变形和动稳定度，但也表明动稳定度比总变形量评价高温车辙合理。法国习惯采用总变形率，而英国习惯采用变形斜率和总变形量。总之，各国的车辙试验方法均有差异，一般认为变形斜率即动稳定度是最为可靠、最为常见的指标。41 3.2.2车辙试验一块车辙板碾压两次对结果影响的研究一般情况下，车辙试验要求试验时试验轮在试件的中央部分行走。但同时规程注明对试验变形较小的试件，也可对一个试件在两侧1/3位置上进行两次试验，然后取平均值，不过规程并未对变形较小的试件变形量进行量化。车辙试验要求至少平行试验3个试件，且3个试件动稳定度变异系数不大于20%。试件制作比较耗时和需大量的材料，而且由于人为因素和仪器原因试件动稳定度不太稳定，波动幅度往往较大，工地试验室一般只有3块试件模板，如果3个试件动稳定度变异系数一旦大于20%，将要重新再制作试件，这无疑增加了工作量和时间量。如果一个试件能进行两次试验，无疑能减少不少劳动量。以常见的沥青路面材料SMA-13，AC-13，AC-20，AC-25为原材料制作试件进行车辙试验，探究哪种材料可以一块试件进行两次试验。表3.3为SMA-13，AC-13，AC-20，AC-25四种材料制作的试件的不同位置动稳定度试验结果。变形量d1、d2的单位为mm，动稳定度单位为次/mm，动稳定度平均值μ单位为次/mm，动稳定度变异系数Cv为%。表3.3四种材料制作的试件的不同位置动稳定度结果中央中央左侧左侧右侧右侧动稳动稳动稳材料位置位置1/3位1/3位1/3位1/3位定度定度定度d1d2置d1置d2置d1置d21.83441.906287741.89981.968192241.92422.015577491.84271.910393191.90671.971397521.92882.01377420SMA-131.71181.793477211.84911.921487141.87331.938197221.93442.016776551.87571.959475271.83211.909481501.66791.742584451.67821.757279751.71891.78249921μ838386388592Cv15.519.424.942 续表3.3中央中央左侧左侧右侧右侧动稳动稳动稳材料位置位置1/3位1/3位1/3位1/3位定度定度定度d1d2置d1置d2置d1置d21.25851.337479851.24171.321878651.26511.337886661.28321.355986661.20651.283481921.21821.28978811AC-131.11801.187390911.17351.248084561.34111.425274911.30271.378683001.31871.386592921.21341.293278951.18321.265976181.28491.368375541.33771.40659157μ833282728404Cv12.614.615.01.42401.522164221.51661.612665631.46321.557766671.40811.526053441.45831.557963251.42901.53815775AC-201.43901.542161111.39761.484672411.45651.569155951.48321.595955901.39251.475376091.50731.604764681.38321.475967961.43171.545255511.46741.58435389μ605366585979Cv15.319.714.52.48252.702828602.57612.816726182.64622.971319382.62842.820132862.72383.025420892.78133.01322717AC-252.73493.004823342.80113.125519422.85733.125523492.62382.802735222.62292.831730172.86013.033736292.69322.928526772.77942.985730542.75272.91563867μ293625442900Cv17.520.430.7注：试验中央位置与1/3位置的试件是用同样材料压实成型的不同试件。从表3.3可以看出：（1）车辙深度AC-25>SMA-13>AC-20>AC-13。这是因为AC-25和SMA-13粗集料较多，而AC-20和AC-13粗集料较少，采用轮碾法制作试件时，轮43 碾压实效果前者较后者差；（2）中央位置的动稳定度变异系数较1/3位置的动稳定度变异系数小。这是因为受人为铲料影响造成试模边混合料不均匀、采用击实锤难以击实以及试模边轮碾强度较中间低等引起试模边压实效果有较大差异造成的；（3）SMA-13、AC-20、AC-25制作的试件1/3位置车辙试验动稳定度与中央位置相差较大，动稳定度变异系数有时超过了规程要求的20%以内。而AC-13制作的试件中央位置与1/3位置的车辙试验稳定度相差不大，变异系数也相差不大。这是因为AC-13混合料比较均匀，受人为铲料的影响较小，且粗集料较少，无论是采用击实锤还是采用轮碾都容易压实。为了验证上述结论的正确性，分别对SMA-13、AC-13、AC-20、AC-25轮碾试件进行了切割，分别取中央位置和左、右1/3位置的一小块试件进行密度测试。结果表明，仅AC-13不同位置的试件密度大小相差较小，在0.020g/cm3以内，其余材料制作的试件不同位置的试件密度都相差较大，有的超过了0.040g/cm3。上述结果充分证明了AC-13采用轮碾法制作车辙试件容易压实，且试件各个位置压实较均匀，一块车辙板在左、右1/3位置碾压两次对动稳定度测试结果的影响不大，是可行的。而SMA-13、AC-20、AC-25制作的试件在左、右1/3位置碾压两次对结果的影响较大，不建议使用。由于试验样本有限，结论还需进行大量试验验证其正确性。3.3沥青与集料粘附性试验的探讨桂来高速中面层出现泛白，路面实际情况呈现出沥青与集料之间的粘附性较差，但沥青与集料粘附性试验检测出沥青与集料之间的粘附性合格，这之间存在着不小的差距。为了探究这其中的原因，本节对沥青与集料粘附性试验进行了探讨。沥青与集料粘附性低是沥青路面发生水稳定性破坏的一个重要原因，粘附性好坏直接关系到路面的质量和使用寿命。沥青与集料粘附性的常见试验方法有水煮法、水浸法、光电比色法和净吸附法等，水煮法的优点是试验操作简单易行，鉴别方法比较直观，可重复性强，所以广泛运用于工程中。水煮法的缺点是试验样品量较少，分级较粗，试验条件不够严格，缺乏定量指标，试验结果受人为因素影响较大。水浸法的优点是样品量较多，试验条件比水煮法严格，有标准剥落率图对照评价，所以试验结果比水煮法可靠。水浸法的缺点是试验较水煮法复杂，缺乏定量指标，试验受人为因素的影响较大。光电比色法的优点是有定量指标评定粘附率，受人为因素影响较小，适用于科学研究。光电44 比色法的缺点是试验复杂，可重复性差，试验剥落率普遍偏大。搅动水净吸附法的优点是试验结果准确，有定量指标评定粘附性。缺点是技术难度较大，推广性不强，仅适合在科研项目中使用[61]。考虑到经济和可重复性的影响，在工程项目中推广光电比色法和搅动水净吸附法显然是不现实的，相比之下水煮法和水浸法简单，易操作，时间短，可重复性高，显得更易于接受和普及。水煮法和水浸法试验要求集料干燥洁净，形状规则，这就不能充分反映集料含粉量、含水性、表面粗糙程度和棱角性等因素对沥青和集料粘附性的影响。下面从以上几个方面研究各个因素对沥青和集料粘附性的影响。3.3.1含粉量对集料和沥青粘附性的影响表3.4为不同含泥量的石灰岩粗集料与沥青粘附性表，试验方法为水煮法，试验结果均为5个集料颗粒的平均值。图3.1为不同含泥量的粗集料与沥青粘附性等级图。表3.4含泥量不同的石灰岩粗集料与沥青粘附性表含粉量0%0.2%0.5%0.8%1.5%3%5%剥落面积约5%约5%约6%约12%约15%约50%约60%等级4443322图3.1不同含泥量的粗集料与沥青粘附性等级图从表3.4可以看出随着粗集料含粉量的增大，粗集料表面粘附的沥青剥落面积增大，粗集料与沥青的粘附性等级降低。产生这种现象的原因是：附着在集料表面的泥粉阻碍了集料与沥青的接触，使水的渗透变得更便利，进而促使沥青从集料表面剥落；同时，在水和温度的作用下，高塑形指数的泥粉可能使沥青发生乳化，进而造成沥青从集料上剥落；此外，过量的泥粉会使沥青变脆、变硬，造成沥青和集料粘附性变差。从图3.145 可以看出当含粉量超过0.5%以后，集料与沥青之间的粘附性显著变低。因此建议粗集料水洗法小于0.075mm颗粒含量限制在0.5%以内。同时，其他学者研究表明随着粗集料含粉量的增加，沥青混合料马歇尔稳定度MS、劈裂强度σ、车辙动稳定度DS、浸水车辙残留动稳定度DS和低温弯曲ε均会明显减小[62][63]，即使添加抗剥落剂也是无济于事的[64]。所以道路施工应严格控制含粉量，保持集料洁净。3.3.2针片状对集料和沥青粘附性的影响表3.5为棱角规则和针片状石灰岩粗集料与沥青粘附性表，试验方法为水煮法，试验结果均为5个集料颗粒的平均值。表3.5棱角规则和针片状石灰岩粗集料与沥青粘附性表集料类型形状规则针片状剥落面积约5%约12%等级43从表3.5可以看出针片状对沥青与粗集料的粘附性有一定影响，增大的剥落面积主要是针片区域。同时其他学者研究表明：针片状含量增大，VV和VMA增大、VFA降低，混合料的浸水残留稳定度和冻融劈裂试验强度比都减小、动稳定减少、车辙深度增大、抗疲劳性能也变差[65][66]。对高速公路沥青面层用粗集料，针片状颗粒含量应按10%控制[67]。3.3.3水对集料和沥青粘附性的影响为了研究水对集料和沥青粘附性的影响，设置一组沾满沥青的集料浸水12h，研究浸水前与浸水后水煮法测定的粘附性结果，试验结果均为5个集料颗粒的平均值。表3.6为浸水前后沥青与集料粘附性情况。表3.6浸水前后沥青与集料粘附性情况条件浸水前浸水后剥落面积约5%约25%等级43从表3.6可以看出浸水前后沥青与集料粘附性差异较大。水进入沥青薄膜和集料之46 间，阻断沥青与集料的相互黏结，由于集料表面对水比对沥青有更强的吸附性，从而使沥青与集料表面的接触面减少，使沥青从集料表面剥落。3.3.4集料表面粗糙度对集料和沥青粘附性的影响表3.7为表面粗糙和表面光滑石灰岩粗集料与沥青粘附性表。试验方法为水煮法，试验结果均为5个集料颗粒的平均值。表3.7集料表面粗糙度对沥青与集料粘附性影响集料类型表面粗糙表面光滑剥落面积约5%约15%等级43从表3.7可以看出表面粗糙度对集料与沥青粘附性有一定影响，集料表面越粗糙，沥青与集料的粘附性越好。董文姣等人采用抛光技术改变集料表面粗糙度再进行粘附性试验也证明集料表面越粗糙，集料表面残留的沥青越多，集料与沥青之间的黏附性能越好[68]。3.3.5沥青老化对集料和沥青粘附性的影响沥青在施工和使用过程中多多少少会发生短期或长期的老化，为了研究沥青短期或长期老化对沥青集料间粘附性的影响，采用薄膜烘箱试验(TFOT)和旋转薄膜烘箱试验(RTFOT)模拟沥青的短期老化，采用压力老化试验(PAV)模拟沥青的长期老化过程[69,70]。为了了解沥青热稳定性，设计了延时烘箱老化方法对沥青进行不同程度的老化。为了更好地研究沥青老化对沥青集料间的粘附性的影响，集料选用粘附性较好的辉绿岩，沥青选用70#基质沥青Ⅰ和70#改性沥青Ⅱ进行对比，集料与70#基质沥青Ⅰ和70#改性沥青Ⅱ的初始粘附等级均为5级。在相同的条件下，制作了6组试样，分别进行不同程度的老化，老化时间分别为0h、5h、48h、96h、144h、192h。到设定老化时间后，取出试样按照水煮法进行试验，测定沥青剥落面积和沥青集料间粘附等级。表3.8分别给出了基质沥青Ⅰ和改性沥青Ⅱ进行不同程度老化后粘附性相关指标的测试结果。试验方法为水煮法，试验结果均为5个集料颗粒的平均值。47 表3.8沥青进行不同程度老化后粘附性相关指标的测试结果剥落面积粘附等级/级老化时间/h基质沥青Ⅰ改性沥青Ⅱ基质沥青Ⅰ改性沥青Ⅱ000555约4%接近于04548约10%约8%4496约15%约10%34144约20%约12%33192约28%约20%33从表3.8可以看出：基质沥青Ⅰ和改性沥青Ⅱ与集料粘附等级随老化时间的延长而降低，其中基质沥青Ⅰ的粘附性等级下降速度比改性沥青Ⅱ快，总体粘附等级低近1级。相关研究也表明：沥青粘附性能随老化时间的延长而降低，改性沥青的抗粘附衰变性比基质沥青好。3.4本章小结（1）2011版的公路工程沥青及沥青混合料试验规程中对表干法关于试件毛体积密度或毛体积相对密度试验允许误差的修订很有必要，对温度的修订导致试验繁琐，笔者认为试验温度规定可适当放宽，同时也可根据试验的繁琐程度考虑进行温度修订。（2）AC-13采用轮碾法制作车辙试件容易压实，且试件各个位置压实较均匀。一块车辙板在左、右1/3位置碾压两次进行车辙试验对结果的影响不大，是可行的。而SMA-13、AC-20、AC-25制作的试件在左、右1/3位置碾压两次进行车辙试验对结果的影响较大，不建议使用。（3）沥青与集料的粘附性受很多因素影响，其中集料含泥粉量和含水量对其影响明显，集料针片状、沥青老化和集料表面粗糙程度对其也有一定影响。规程中标准沥青与集料的黏附性试验能一定程度地反映沥青与集料之间粘附性好坏；由于实际路面沥青与集料之间的黏附受多个因素的影响，不一定与试验结果完全一致。所以为了保证黏附性试验与实际情况一致性良好，施工时粗集料含泥粉量尽量控制在0.5%以内，针片状尽量控制在10%以内，同时应保持集料干燥粗糙，保证沥青不被老化。48 第四章施工过程中的质量缺陷成因分析和解决措施沥青路面建设过程中受设计、施工以及其他不可抗力的影响，多多少少会出现一些质量问题。本章针对桂来高速公路路面建设过程中出现的质量问题，包括中面层泛白、基层损伤、冒水现象等，进行调查分析，提出相应的解决方案。4.1中面层AC-20泛白问题的原因分析与解决方案由于城市道路表面层一般采用石灰岩，而高速公路表面层一般采用玄武岩或辉绿岩，所以沥青路面出现比较严重的泛白问题在城市道路常见，但在高速公路却不多见。桂来高速中面层采用SBS改性沥青AC-20，中面层施工完成后没有按施工技术规范要求立即铺设表面层，中间相隔10个月之久，在没有开放交通的情况下，中面层出现了大范围比较严重的泛白现象，如图4.1。沥青路面泛白与设计阶段路面原材料的选择和配合比设计、施工阶段的质量控制等密切相关[50]。本节从以上几个方面对桂来高速中面层AC-20泛白的原因进行探析并提出相应的解决措施。图4.1沥青路面泛白49 4.1.1泛白路段原材料性能及AC-20目标配合比设计情况4.1.1.1沥青材料性能检测泛白路段中面层AC-20采用的是广西国创道路材料有限公司生产的SBS(I-D)改性70#沥青。通过室内试验，得到SBS改性沥青各项指标检测结果，如表4.1。表4.1沥青各项指标检测结果序号检测项目单位技术指标检测结果结果判定针入度针入度（25℃，100g，5s）（0.1mm）40~6059合格1试验针入度指数PI－≥00.38合格2软化点（℃）≥6089合格3延度（5℃）（cm）≥2031合格4135℃运动粘度（布氏粘度计法）（Pa·s）≤33.0合格5闪点（℃）≥230358合格6溶解度（%）≥9999.8合格7弹性恢复25℃（%）≥7595.0合格8贮存稳定度（离析，48h软化点差）（℃）≤2.51合格质量损失（%）±1.00.025合格（旋转）9针入度比25℃（%）≥6579.0合格薄膜加热试验5℃延度（cm）≥1516合格10与粗集料（石灰岩）的粘附性－≥4级4级合格11相对密度（25℃）（g/cm3）－1.034合格4.1.1.2集料性能检测泛白路段中面层AC-20采用的是广西河池市大化县岩滩镇飞龙石料厂生产的石灰岩。石料颜色呈灰白色，表面较光滑，石料杂岩较多，如图4.2。通过试验，得到集料各项指标检测结果，如表4.2。50 图4.2集料表4.2集料各项指标检测结果检测项目单位技术指标检测结果结果判定压碎值%≯2826.6合格磨耗值%≯3015.2合格19～26.5mm13.7针片状颗粒≯159.5～19mm12.9%合格含量4.75～9.5mm≯2010.819~26.5mm0.87合格含9.5～19mm0.92合格泥%1.0≯4.75～9.5mm1.33不合格量2.36~4.75mm0.85合格砂当量0～2.36mm%≮6076.2合格酸碱性检测－非酸性中性合格AC-20目标配合比设计情况详见章节2.2。4.1.2施工质量施工质量直接关系到路面性能的好坏。沥青膜厚度、沥青用量、压实度、空隙率和渗水状况等都是引起路面泛白的关键指标。通过对泛白路段路面取芯以及其他检测，得到路面各项性能检测结果，压实度结果如表4.3，抽提结果如表4.4，抽提筛分结果如表51 4.5，总检测结果如表4.6。表4.3泛白路段芯样压实结果表芯样室内芯样规芯样芯样饱和吸马歇压压现场厚毛体范最大规范空中水中面干水尔试实实空隙桩号度积相要理论要求重重重率件相度度率mm对密求密度%（g）（g）（g）%对密%%%度%度K209+722551097.4647.11098.60.32.4312.46098.8≥972.55695.1≥934.9K210+549581080.6639.21082.10.32.4212.45399.5≥972.55295.6≥934.4K211+528661170.4689.91172.10.42.4272.44499.3≥972.55295.1≥934.9K213+355651079.2637.21080.50.32.4332.45399.2≥972.55095.4≥934.6K214+223731123.7661.41125.20.32.4232.44199.3≥972.54295.3≥934.7表4.4泛白路段芯样溶解抽提结果设计混合料滤纸重抽提后泄露油石比均值矿料质量g值质量gg滤纸+矿料g矿料重g%%%2263.819.232135.658.22174.64.14.04.22198.720.962070.264.92114.14.052 表4.5泛白路段芯样溶解抽提筛分结果试验孔径26.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075筛底分计筛余056.5241.4176.1328.4519.7347.9182.743.510.9106.641.3113.61质量通过10097.486.378.263.139.223.214.812.812.37.45.5率分计筛余065.5205.0188.2298.0600.4232.6202.954.923.393.038.0107.42质量通过10096.987.278.364.235.824.815.212.611.57.15.3率通过率平均10097.286.878.363.637.524.015.012.711.97.25.4值生产合成级99.992.783.871.955.034.025.017.411.87.46.35.1配设计级配上10098.789.877.961.040.030.022.416.812.411.37.1限设计级配下93.986.777.865.949.028.020.012.46.82.41.33.1线53 表4.6泛白路段路面各项性能检测结果汇总表压实度（%）压实度（%）芯样熔解抽空隙率渗水状况检测项目（相对于室内马（相对于最提结果：油石（%）（ml/min）歇尔试件密度）大理论密度）比（%）检测结果99.295.34.04.7107规范要求≥97≥933.9~4.23~6≤300备注：以上数据均为10个以上检测点平均值粉胶比和有效沥青膜厚度计算：粉胶比计算公式：FB=P/P（4.1）.0075be其中：FB为粉胶比；P0.075为矿料级配中0.075mm的通过率（水洗法）；Pbe为有效沥青含量。沥青混合料有效沥青膜厚度计算公式：DA=P（/γ×SA）×10（4.2）beb式中：DA为沥青膜有效厚度；Pbe为有效沥青含量；γb为沥青的相对密度（25℃）。SA为集料的比表面积总和。计算粉胶比和有效沥青膜厚度关键数据见表4.7。表4.7计算粉胶比和有效沥青膜厚度关键数据筛孔尺寸19mm16mm13.2mm9.5mm4.75mm2.36mm1.18mm0.6mm0.3mm0.15mm0.075mm表观相对2.7432.7342.7382.7442.7252.6932.7222.7272.7222.7362.750密度毛体积相2.7352.7262.7292.7342.7142.6772.7222.7272.7222.7362.750对密度通过率97.286.878.363.637.524.015.012.711.97.25.4备注：第四行通过率为现场芯样熔解抽提筛分结果通过率因此可以计算出：Pbe=3.619，FB=1.5（规范要求0.8~1.2）。SA=4.76m2/kg，DA=3.619/（1.034×4.76）×10=7.34μm（规范要求6~8μm）54 4.1.3原因分析（1）从沥青检测结果可以看出，沥青与粗集料的粘附性较差。同时，沥青针入度、135℃运动黏度均偏大，反映出沥青稠度低，黏度小，从而导致沥青对集料的裹覆力不足，对集料的裹覆厚度小。在高温和紫外线以及车辆荷载的推挤振动和雨水的冲蚀下，造成沥青与集料分离，表面沥青被雨水和车轮带走，导致集料表面裸露，在车辆的长期碰撞和磨擦下则集料磨耗面增大，进而呈现出泛白现象。此外，沥青针入度为59（0.1mm），而软化点达到了89℃，这一现象反常（具体原因有待进一步探究），很有可能是由于改性沥青中SBS掺量不够或掺入了其他杂质造成的，这样将会影响沥青与集料之间的粘结。（2）从集料检测结果可以看出，集料含泥量偏大，集料为中性集料，同时石料表面较光滑，这些都导致集料与沥青的粘附性不高。在高温、荷载、紫外线等外部因素的影响下导致中面层表面沥青提早脱落，骨料外露，在车辆和其他外力的碰撞、剪切以及磨耗下，导致骨料棱角磨平呈现泛白。此外，石料杂岩较多，压碎值偏大，针片状含量偏多，反映出骨料的抗压碎能力不强。在路面结构受力（特别是压路机的作用）情况下，表面容易压碎，挣脱沥青的裹覆而裸露，呈现大面积泛白。（3）从施工质量检测结果可以看出，粉胶比过大，反映出有效沥青含量偏低，同时中面层碾压主要以胶轮碾压为主，有时防粘剂涂抹过多，使表面油膜一部分被稀释，被胶轮带走，在车辆荷载的作用下，集料逐渐裸露，进而呈现泛白。中面层摊铺施工完至上面层施工长达10个月之久，中面层表面基本未做任何保护措施，交叉施工现象严重，料车以及其他车辆荷载随意进出，导致路面污染严重，路面干燥时随处可见尘土飞扬，到达雨季则路面容易滞留水分。由于未能及时排出积水，破坏了沥青与集料之间的粘结力。在负压的作用下，轮胎与路面的界面沥青被剥离，导致集料裸露，进而路面泛白。同时，由于中上面层施工间隔过久，在高温、荷载、紫外线等外部因素的影响下，沥青老化，导致路面表面沥青剥落形成泛白。（4）从原材料检测结果可以看出，虽然沥青针入度、135℃运动黏度均偏大，集料含泥量偏大，杂岩较多，压碎值偏大，针片状含量偏多且集料为中性集料，但除了含泥量超标外，其他检测指标均在规范允许范围内，不能充分说明产生泛白病害的原因，只55 是对泛白病害的产生起了一定的催化作用，产生泛白病害的主要原因在于施工工序不规范。4.1.4解决方案（1）上面层施工前严格清扫中面层，保持路面清洁，保证摊铺上面层时路面干燥无积水，减少料车以及其他车辆荷载随意进出。（2）撒布粘层油尽量偏上限，用量至少为0.4kg/m2，同时保持撒铺均匀。（3）选择稠度高、黏性大的沥青品种。保证对集料的裹附力充足，对集料的裹附厚度足够，同时提高表面耐磨性防止骨料外露，防止在车辆荷载的磨擦作用下呈现泛白。（4）选择非酸性、杂质少、强度高、硬度大和多棱角的块状集料，充分水洗减少含泥量，同时添加一定量的水泥或消石灰替代矿粉做填料或者在沥青中添加一定量的抗剥落剂。保证集料和沥青的粘附性足够，防止沥青剥落；保证集料强度，防止骨料被压碎。（5）确定最佳油石比和合理级配，严格控制粉胶比和沥青膜厚度，同时保证路面压实度、空隙率和压实厚度。防止因油量不足导致骨料裸露，同时防止路面遭受雨水侵蚀消弱集料与沥青之间的粘附性。（6）严格按规范要求施工，路面压实时一定要先用钢轮压路机先压平，胶轮压路机防粘剂涂抹一定要适量均匀，及时排出路面积水，及时清除路面污染特别是油污污染。4.2基层损坏问题的原因分析与解决方案基层作为路面的承重层，质量必须保证合格。基层一旦出现问题，将会影响路面的使用质量和使用寿命。比如，基层裂缝类结构损伤将会影响半刚性基层的整体性和结构承载能力，使得沥青面层提前出现反射裂缝，同时裂缝处容易导致基层的水损害，后期养护维修困难；基层表面坑槽、松散、脱皮等结构损伤将会影响路面结构强度和结构厚度的均匀性等。基层出现破坏越早发现并及时处理越好，早期轻微损伤处理比较方便，随着时间的推移，路面将会出现结构性损伤，那时处理将会要停工或返工处理，不但浪费经济也影响效率。桂来高速公路半刚性基层采用骨架密实型级配水泥稳定碎石，集料的最大粒径为31.5mm。水泥稳定碎石混合料配合比为：基层按水泥：碎石=5：100；底基层按水泥：56 碎石=4：100。2014年2月份以来，桂来高速公路部分路段水泥稳定碎石结构层出现了质量缺陷，通过实地钻芯取样、局部路段开挖、弯沉测试、裂缝与病害的全面调查发现，水泥稳定结构层质量缺陷问题主要表现为底基层表面裂缝和局部网裂、表面松散和脱皮、表面磨耗等，下基层和上基层表面磨耗与松散、部分裂缝等问题，另有2段存在路基不均匀沉降所产生的不规则裂缝（不属于施工期结构损伤，为质量问题）。其详细病害调查结果如表4.8，图4.3为路面裂缝及其它病害图。表4.8基层质量缺陷问题调查统计表水泥稳定碎石上基层质量缺陷问题外业调查统计表路幅桩号范围外业质量调查情况K173+000~K173+380路幅中部表面脱皮松散较为严重，局部轻微坑槽K173+520~K173+752K173+613处网裂，表面轻微脱粒路幅中部局部轻微坑槽。其中K173+645有不规则横向裂K173+752~K174+100缝，K174+033横向裂缝较大，约1cmK174+100~K174+130路幅中部坑洞较深左幅中部轻微脱皮。其中K174+185左侧8m处相隔30cm连续2条横向裂缝，K174+252、K174+255连续2条横向裂缝，K174+130~K174+460K174+338中部不规则横向裂缝，K174+350横向裂缝、居中7m处网裂;K174+140不规则横向裂缝缝宽较大，达1cmK174+460~K174+743路幅中部脱皮脱粒严重，局部坑槽较深K173+100~K173+380局部脱皮严重（与某在建高速路立交施工现场）右幅K181+090~K182+120局部左侧边缘1m范围内松散（底、下基层已覆盖）57 续表4.8水泥稳定碎石下基层质量缺陷问题外业调查统计表路幅桩号范围外业质量调查情况K163+490~K163+630路幅中部轻微脱皮、磨损K163+630~K163+680较为严重磨损、脱皮、松散K163+680~K164+460路幅中部局部脱皮、松散较为严重表面脱皮、松散、局部网裂(K164+700~K164+780K164+460~K165+638松散脱皮极为严重)K165+895~K166+647局部较为严重脱皮、松散(K166+060~K166+070软弹、网裂)中部和右半幅离析脱皮松散右幅（K166+943~K167+560中部、K167+090~K167+300中右K166+843~K167+763部、K167+320~K167+560中部严重；K167+240处中部网裂、对应底基层边缘处松散强度低显示底基层水泥剂量不足）中部轻微松散脱粒，其中K182+080~K182+090（靠搭板处）K168+082~K168+545左右表面麻面松散严重K169+160~K169+280中部严重松散脱皮K169+400~K169+44658 续表4.8水泥稳定碎石底基层质量缺陷问题外业调查统计表路幅桩号范围外业质量调查情况K167+167~+560居中5~9m范围内、K167+579~+759局部轻微松散；K167+167~K167+759K167+220~+230、K167+240存在不规则裂缝、网裂；K167+257~+274距中约5m处、K167+590~+640中部存在纵向裂缝中间7m内脱皮松散较严重，局部存在纵向裂缝和网裂。其中：K168+120~+240纵向裂缝，K168+170~+180中部2m范围内存在不K168+120~K168+546规则裂缝、网裂；K168+272横向裂缝，缝宽达5mm；K168+410处松散严重；左幅表面脱皮松散严重，存在纵向裂缝和严重网裂。其中：K168+890~K169+010左半幅范围内坑槽；K168+930、K169+020、K168+890~K169+610K169+120~+130、K169+530不规则裂缝或网裂；K169+015~+025、K169+110~+130、K169+480处纵向裂缝；K171+670~K171+740路基下沉路段，K171+735处有沉降裂缝表面脱皮脱粒较为严重。其中K172+600~K172+800表面存在严重K172+560~K173+000脱皮和不规则裂缝、网裂、纵向裂缝，芯样不成型K181+090~K182+120表面脱皮松散严重、网裂、纵横向裂缝较多中部轻微脱粒，其中K169+490~K169+500纵向裂缝，K169+480处K169+446~K169+580存在沉降斜向裂缝轻微脱粒、脱皮，其中K170+935~K171+060中右部、K171+070~+100K170+935~K171+453中右部、K171+150~+180中部、K171+190~+210全幅、K171+240~+280右边缘3m脱粒、离析较严重，芯样不成型右幅K171+670~K171+740多条斜向沉降裂缝，裂缝较宽、错台（路基沉降）纵向裂缝、不规则裂缝和网裂、脱皮、松散严重。K172+700~K172+865K172+805右侧横向裂缝贯穿路基。脱皮较为严重。其中K172+896~+918纵向裂缝，K172+950~970网K172+865~K173+020裂严重（某匝道路口处）59 图4.3纵向、横向、网状裂缝（左）和表面磨耗、松散（右）经过调查统计发现，各基层的施工期结构损伤严重程度对比结果为：底基层＞下基层＞上基层；底基层的施工期结构损伤主要表现形式为裂缝、表面出现坑槽、松散、脱皮等现象；对于上、下基层，其主要表现形式为表面出现坑槽、松散、脱皮等现象。4.2.1原因分析为了避免基层损坏的进一步扩大，对基层损坏的原因进行了调查分析。调查研究表明，产生基层损坏的主要原因如下：（1）基层铺筑前底基层受到超载运输车辆（后八轮）的轴载作用，而底基层仅20cm厚，强度有限。为分析施工运输车辆对施工期结构损伤的影响，对本高速公路和相邻新建改扩建工程施工运输车辆进行调查，结合国内相关文献对施工期超载运输车辆荷载的研究可知，目前我国高速公路混合料运输车辆为重型自卸运输车辆（前桥为单轴单轮，后桥为双联轴每侧双轮组，俗称“后八轮”）。此外，“后八轮”运营者通常对出厂的运输车辆车厢进行加高加长改造，以尽快回收成本并获取最大利润，造成车辆荷载远远超过了车辆设计的额定荷载。对依托工程某一天的水泥稳定碎石运输车辆进行称重，包括空车质量、整车质量、后轴轴重，称重及记录数据如下图4.4、表4.9所示。60 图4.4磅房水稳料车称重表4.9磅房水稳料车称重记录空车质量水稳料质量整车质量双后轴质量双后轴轴重(t)(t)(t)(t)(kN)17.547.865.353.06520.0216.746.563.253.55524.7416.446.863.249.18481.9517.946.264.149.28482.9716.646.863.451.52504.8917.546.163.653.88528.0617.446.563.949.72487.2819.952.172.055.36542.49由以图4.4和表4.9可知，运输车辆的双后轴轴重最大值已经达到542kN，达到了规范规定值180kN的3倍，严重超载。有研究表明底基层层底应力随荷载的增大而增大，所以容易造成底基层损伤；基层铺筑后，受超载运输车辆的轴载作用，底基层层底应力值增加，水泥稳定碎石基层应力强度比也会随着增加，基层会出现疲劳损伤，严重者将导致基层疲劳破坏，基层最大拉应力值超过材料的极限劈裂强度时，基层将出现荷载型裂缝导致结构破坏。（2）在工期安排上面，依托工程某些路段底基层在2013年12月份完成铺筑，次年2月底仍然没有铺筑下一结构层，但是工程除春节期间放假停工之外其他时间并没有停工，而是长达50多天的施工运输车辆反复作用，重车荷载长期反复作用加重了本路段61 的施工期结构损伤。（3）半刚性基层厚度一般大于20cm，为了保证压实度能够达到要求，通常需分层铺筑分层成型，一般要求底基层水泥稳定碎石碾压完后采用重型振动压路机碾压，宜养生7d后铺筑下基层水泥稳定碎石。由于铺筑下基层时底基层已经养生7d，且下基层铺筑时施工运输车辆对底基层造成污染和损伤，虽然对底基层进行拉毛处理，并撒布水泥浆或水泥粉，但是仍然导致下、底基层层间联结不紧密，整体性差，容易分离，对于上下基层之间同样存在这种情况。（4）施工时部分基层或底基层损伤路段水泥剂量不足，如图4.5、表4.10，表4.10为EDTA滴定法测得K166+800-K167+800底基层水泥剂量，从表4.10可以看K166+800-K167+800底基层水泥剂量只有3%左右。同时部分基层或底基层铺设厚度也不够（K170+900-K171+500上基层厚度不足15cm），导致基层或底基层强度不够且底基层层底拉应力过大，进而造成基层损坏。图4.5EDTA标准曲线表4.10EDTA滴定法测得水泥剂量表滴定前读数V1滴定后读数V2耗EDTA平均(ml)水泥剂量(%)(ml)(ml)(ml)22.419.62.82.73.224.221.82.618.716.12.62.62.923.420.92.562 4.2.2解决方案对于依托工程出现的施工期结构损坏，针对不同层位不同病害类型拟定如下处治措施：（1）底基层纵、横向和网裂路段的处理底基层纵、横向和网裂路段，存在结构承载能力降低问题，需要恢复路面结构的承载能力。结合弯沉测试结果，适当增加下基层结构的水泥剂量，提高下基层结构强度和抗弯拉强度，将原底基层承受的弯拉应力上移至由下基层承受。要求底基层损坏路段铺筑的下基层混合料水泥剂量提高到5.5%~6%，材料设计抗压强度提高到6MPa；对弯沉特异值点位进行挖补。其上的上基层按正常施工，保证水泥剂量和结构强度。（2）下基层纵、横向和网裂的处理下基层纵、横向和网裂路段，同样存在结构承载能力降低问题，需要恢复路面结构的承载能力。结合弯沉测试结果，适当增加上基层结构的水泥剂量，提高上基层结构强度和抗弯拉强度。要求下基层损坏路段铺筑的上基层混合料水泥剂量提高到5.5%~6%，材料设计抗压强度提高到6MPa；对弯沉特异值点位进行挖补并重新摊铺下基层。（3）基层结构表面严重松散与坑槽的处理由于长时间开放交通，局部基层结构表面出现严重松散与坑槽，应对局部进行铣刨或挖除修补，修补深度应不小于10cm。修补基层混合料水泥剂量应适当提高，级配不宜太粗，并应在坑槽周边洒水湿润，并洒水泥浆或水泥粉，加强界面的结合。（4）底基层、下基层表面磨耗与脱皮处理底基层、下基层表面磨耗与脱皮后，造成表面污染，影响上下基层结构的结合，建议用强力清扫设备对表面松散颗粒进行清除，施工上层结构时洒水泥浆或水泥粉，加强界面的结合。同时施工上层结构时，应测标高、挂线，控制模板高度，保证上层结构的标高与总体结构厚度。（5）上基层表面磨耗与脱皮处理上基层表面磨耗与脱皮，造成表面污染，将影响上基层与沥青面层的结合，也影响上基层表面热沥青封层的质量，建议用强力清扫设备对表面松散颗粒进行清除，并适当增加热沥青的用量，采用设计文件要求的上限1.8kg/m2。63 （6）水泥剂量不足路段处理水泥剂量不足的K163+490~K167+763右幅下基层局部路段，建议铺筑的上基层混合料水泥剂量提高到5.5%~6%，材料设计抗压强度提高到6MPa。（7）限制施工运输车辆轴重以减小路面结构施工期损伤；合理安排路面结构的施工工序与工期，避免薄结构层在路面施工期出现结构损伤；加强路面结构各层之间的结合；加强原材料质量控制，如控制原材料含泥量；加强基层施工过程的均衡性与质量控制；重视路面污染问题，保持良好的路容路貌。4.3水损害的原因分析与解决方案大量研究表明沥青路面发生早期破坏多多少少与水相关。水损害给沥青路面带来的影响直接关系着路面的质量和使用寿命。路面发生水损害后，轻则需要进行微表处或稀浆封层处理等，重则必须彻底挖除，重新铺筑，水损害越早发现并及时处理越有利。2014年以来，广西地区降水丰富，4月初桂来高速公路部分路段中面层表面出现冒水的现象。从现场情况来看，冒水出现的位置主要集中在行车道和硬路肩位置，如图4.6所示。沥青路面水损害产生的原因分为主、客观两个方面。主观方面的原因有：由于路面压实不够导致路面空隙率较大；路面排水设施不完善；沥青集料间的粘附性不足等[51]。客观方面主要是雨季车载的作用等。图4.6冒水情况4.3.1原因分析为了避免通车后产生早期水损害，针对桂来高速部分路段产生的冒水现象，对冒水路段进行调查，分析冒水产生的原因。研究表明，产生冒水现象的主要原因是：1）施64 工过程不精细。在摊铺过程中施工接缝位置碾压不密实，出现了局部离析，如图4.7；2）施工质量不过关，经检测，冒水路段现场芯样压实度只有95%（相对于室内马歇尔试件相对密度），新铺沥青混合料结构层的空隙率达到了9%左右，如表4.11；3）路面排水设施不完善。由于中央分隔带边缘没有及时施工完成，导致雨水下渗，渗入到路面结构层中的水份，可能会沿以下几个地方流动，如路面结构层的孔隙、中面层的底面或下面层的底面，流动方向为路拱方向或合成坡度方向。由于沿路拱方向或合成坡度方向下游处沥青混合料较密实，水流动到行车道或硬路肩位置则无法侧向移动，造成雨水的集聚。晴天来临时，在阳光的照射下，由于热胀冷缩的作用水份会沿没有空隙率较大的区域上升，产生冒水现象。4）集料与沥青之间的粘附性较差，粘附等级只有4级，为雨水的渗入产生了一定的影响。图4.7施工接缝处离析表4.11水损害路段芯样压实结果表芯样室内芯样规芯样芯样饱和马歇压压现场厚毛体范最大规范空中水中面干尔试实实空隙桩号度积相要理论要求重重重件相度度率mm对密求密度%（g）（g）（g）对密%%%度%度K149+610571128.3645.91131.62.3232.45894.5≥972.55391.0≥939.0K152+549591056.5607.21058.32.3422.44795.7≥972.55495.6≥938.3K155+130621071.7613.31074.22.3252.44595.1≥972.55495.1≥939.0K157+623611114.6638.61119.22.3192.45794.4≥972.54895.3≥939.065 4.3.2解决方案通过对施工现场情况调查及冒水现象原因分析，参考了以往高速公路路面冒水处理的成功经验[52]，综合考虑施工进度及施工成本的情况下，制定了路面冒水路段处治方案，具体措施如下：（1）对于已经加铺AC-20路段，无论冒水位置是在行车道还是硬路肩，均按合成坡度或横坡度方向开槽处治，开槽位置在冒水处的下侧，开槽宽度不宜小于45cm，深度不宜小于16cm；坑槽开挖要求严格按照路拱横坡或合成坡度的大小开挖到位，底部清理干净。（2）自下而上填筑5cm粒径为10~30mm的碎石+厚度不小于4cm的C35小石子混凝土+封层+粘层+7cmAC-20，如图4.8所示。（3）盲沟底部、顶部、较低一侧采用防水土工布进行包裹，较高一侧采用透水土工布进行包裹。（4）长大纵坡位置、凹型竖曲线底部根据现场状况，采用开槽处治方式时应适当进行加密(对于长大纵坡的挖方路段，开槽可根据情况采用20m左右的间距，对于凹形竖曲线底部，在最低点以及最低点两侧间距10m的位置开槽)。（5）冒水位置坑槽边缘以及撒铺热沥青，提高有效沥青饱和度，降低空隙率，改善沥青混合料的防水性能，提高水稳定性。图4.8重铺结构层4.4本章小结本章针对桂来高速公路施工过程中的路面质量缺陷，进行调查分析其原因，提出相应的解决方案。针对桂来高速中面层AC-20泛白现象，从原材料、配合比、施工质量等方面探析了原因。分析结果表明，桂来高速中面层AC-20泛白主要是由于施工工序不规范导致的，66 沥青和集料粘附性较差以及集料抗压碎性能不强等也对泛白病害的产生起了一定的催化作用。同时提出了相应的解决措施，对相似路面的设计和施工具有一定的指导意义。针对桂来高速部分路段基层损伤现象，分析结果表明，基层损伤是由于施工工序的不合理安排、工期的延长、施工运输车辆超载以及偷工减料等原因造成，同时针对不同层位不同病害类型提出了相应的处治措施。针对桂来高速部分路段冒水现象，分析结果表明，冒水是由于施工过程不精细，导致冒水路段压实度不够，空隙率较大，加之中央分隔带边缘没有及时施工完成，导致雨水下渗引起的，同时采用沿合成坡度开槽、设渗沟加强横向排水的处治措施来排除沥青结构层中积水，解决冒水的问题。67 68 结论与展望主要结论（1）沥青混合料配合比设计的目的是确定沥青混合料各种原材料的品种及配合比、矿料级配范围、最佳油石比。采用马歇尔试验配合比设计方法对沥青混合料进行配合比设计，要求全面考虑当地自然气候因素，适应重交通和不同的气候地质等具体情况。配合比设计可依据自然气候因素、矿料间隙率、空隙率、沥青饱和度、高温稳定性和水稳定性等适当调整级配，必要时可以改变级配范围。（2）表干法操作简便，可重复性较好，精确度较高，是工程中常用的也是最佳的方法。2011版的公路工程沥青及沥青混合料试验规程中表干法对2000版关于试件毛体积密度或毛体积相对密度试验允许误差明确规定的修订很有必要，对温度的修订导致试验繁琐，笔者认为试验温度规定没必要那么严格，可适当放宽，同时也可根据试验的繁琐程度考虑进行温度修订。（3）用动稳定度作为衡量高温稳定性的指标，虽然有很多缺陷，但仍是目前最为可靠、最为常见的衡量高温稳定性的指标。AC-13采用轮碾法制作车辙试件容易压实，且试件各个位置压实较均匀。一块车辙板在左、右1/3位置碾压两次进行车辙试验对结果的影响不大，是可行的。而SMA-13、AC-20、AC-25制作的试件在左、右1/3位置碾压两次进行车辙试验对结果的影响较大，不建议使用。（4）沥青与集料的粘附性受很多因素影响，其中集料含泥粉量和含水量对其影响明显，集料针片状、沥青老化和集料表面粗糙程度对其也有一定影响。规程中标准沥青与集料的黏附性试验能一定程度地反映沥青与集料之间粘附性好坏，但由于实际路面施工沥青与集料之间的黏附受多个因素的影响，不一定与试验结果完全一致。所以为了保证黏附性试验与实际情况一致性良好，施工时粗集料含泥粉量尽量控制在0.5%以内，针片状尽量控制在10%以内，同时应保持集料干燥粗糙，保证沥青不被老化。（5）桂来高速中面层AC-20泛白主要是由于施工工序不规范导致的，沥青和集料粘附性较差以及集料抗压碎性能不强等也对泛白病害的产生起了一定的催化作用。桂来高速部分路段基层损伤现象产生的原因是由于施工工序的不合理安排、工期的延长、施69 工运输车辆超载以及偷工减料等原因造成的。桂来高速部分路段冒水现象产生的原因是由于施工过程不精细，导致冒水路段压实度不够，空隙率较大。加之中央分隔带边缘没有及时施工完成，导致雨水下渗引起的。同时，采用沿合成坡度开槽、设渗沟加强横向排水的处治措施可用来排除沥青结构层中积水，解决冒水的问题。展望（1）桂来高速公路上面层选取《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）附件5中表5-3江苏省交通科学研究院推荐的工程级配范围作为配合比设计参考依据。这在广西地区运用很少，施工效果有待时间的考证。（2）关于表干法温度修订对试验结果影响的探讨没有考虑材料（包括沥青和沥青混合料等）的温度敏感性，需要进一步研究。（3）车辙试验条件与实践路面条件有很大的差距，包括对高温稳定性影响较大的温度、加载大小等。需要研究一种可以调节温度、轮压速度和加载大小等方面的车辙仪，以模拟不同的路面条件。关于车辙试验一块车辙板碾压两次对结果影响的研究样本量较少，还需要进行大量试验验证其结果的正确性。（4）集料针片状和表面粗糙程度对沥青集料间黏附性的影响还可以更加细化，研究不同针片状含量和表面粗糙程度对粘附性的影响，采用其他试验评价其粘附性。同时，各因素对沥青集料间粘附性的影响试验样本量较少，还需要进行大量试验验证其结果的正确性。70 参考文献[1]沙庆林.高速公路沥青路面早期破坏现象及预防[M].北京:人民交通出版社2001:140-171.[2]罗志刚,周志刚,郑健龙等.沥青路面水损害分析[J].长沙交通学院学报,2005,21(3):32-36.[3]潘宝峰.动水压力作用下路面材料损伤的评价方法研究[D].大连:大连理工大学,2010.[4]罗志刚,凌建明,周志刚等.沥青混凝土路面层间孔隙水压力计算[J].公路,2005,11:86-89.[5]彭永恒,任瑞波,宋凤立等.轴对称条件下层状弹性体超孔隙水压力的求解[J].工程力学,2004,21(4):204-208.[6]张雷.沥青组分对沥青与集料粘附性影响的研究[J].北方交通,2009,01.[7]傅珍,延西利,蔡婷等.沥青组分对粘附性能影响的灰关联分析[J].武汉理工大学学报,2014,01.[8]傅珍,延西利,蔡婷等.三角形坐标系下沥青组分与粘度、粘附性关系[J].交通运输工程学报,2014,03.[9]周卫峰,张秀丽,原健安等.基于沥青与集料界面粘附性的抗剥落剂的开发[J].长安大学学报,2005,02.[10]廖玉春,史朝辉,霍典等.基于表面能评价沥青-石料界面黏结性能的研究[J].公路,2013,05.[11]陈实,雷宇,李刚等.集料与沥青的性质对沥青与集料粘附性的影响[J].中外公路,2010,06.[12]张平等.基于表面能理论的沥青与集料粘附及剥落机理分析[J].公路工程,2013,04.[13]朱迪等.沥青与集料的粘附性分析[J].内蒙古科技与经济,2009,13.[14]王延海等.三种沥青抗剥落剂的性能对比研究[J].公路工程,2011,03.[15]王明存,王献庄等.消石灰提高集料与沥青粘附性的机理分析[J].山西科技,2008,04.[16]王中合等.防水剂处理石料提高与沥青粘附性试验研究[J].交通世界,2009,06.[17]王抒音,周纯秀等.提高沥青-酸性集料抗水损害的试验研究[J].中国公路学71 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致谢人的一生可能最重要的也是最快乐的时光就是大学到研究生的这段时间了。这个年纪的我们少了年少时的稚嫩，但也保持着学生时代的那份纯真。这个时期的我们是一个不上不下的年纪，有着一颗想左想右的心。大部分人没有成家没有立业但都即将面对这一切。这个时期的我们有些迷茫，不知道什么样的工作适合自己，不知道怎样的生活可以让自己满意。不知不觉三年的研究生生活也即将画上了句号。这三年在长沙理工大学的学习和生活，让我成长了不少也收获了很多。首先，非常感谢长沙理工大学。学校浓厚的学习氛围培养了我喜欢安静看书的习惯；公平正义的处事风格教会了我为人处事的道理。校园的一草一木都深深地刻在了我心里，将会成为了我一生中永久美好的回忆。然后，十分感谢我的导师秦仁杰老师。他不仅教会我专业上的知识，还给了我实践的机会，让我能把理论与实践相结合，更好的掌握专业知识。论文能够如期完成，与秦老师的指导密不可分，从论文题目的选取、研究方案的制定到内容的修改，秦老师都给了我很多宝贵的意见。在此，向恩师致以衷心的感谢与诚挚的祝福！论文写作期间，还有幸得到刘朝晖老师、秦志斌老师、赵锋军老师、李盛老师的热心指导，感谢你们对我的关心与帮助，衷心地祝福你们！同时也要感谢在研究生期间陪伴在我身边的朋友们。感谢师兄们在实践经验和学习上的帮助；感谢同门兄弟姐妹的相互帮助，让我们共同进步；感谢师弟们热心的关心与帮助。因为有你，我的研究生生活才如此丰富与精彩，谢谢你们！最后还要感谢我的家人，谢谢你们在背后对我默默无闻的付出与支持，是你们给了我勇往直前的动力，由衷地感谢你们！由于本人水平有限，文中缺点和错误在所难免，恳请各位批评指正。邹林2015年4月于长沙76 附录A(攻读硕士学位期间发表学术论文情况)攻读学位期间发表论文目录[1]秦仁杰,邹林.桂来高速中面层AC-20泛白原因分析及解决措施[J].公路与汽运,2015,04.77 附录B(攻读学位论文期间参与课题目录)1.2013-2014年，参与桂来高速公路新建工程路面关键技术研究项目78'