公路瀝青面層類型及特征詮釋范文
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面層是直接承受行車荷載作用和大氣降水、溫度變化影響的路面結構層,應具有足夠的結構強度,良好的溫度穩定性,耐磨、抗滑、平整和不透水性。高等級公路瀝青面層可分上、中、下3層或上、下2層。較少的裂縫,較輕的車轍,良好的平整度,較強的抗滑能力及經久耐用,是高等級公路對瀝青面層的基本要求。能否達到這些使用要求,則與面層所使用的瀝青材料,瀝青混合料的類型和性質以及瀝青面層的厚度有較大的關系。在實際工程中應根據當地的交通狀況、氣候條件、降雨量、材料情況、施工工藝、經濟造價等因素選擇合適的瀝青面層類型。從我國目前高等級公路瀝青路面來看,主要有以下幾種結構形式:
(1)傳統的瀝青混凝土面層(AC);
(2)多碎石瀝青混凝土面層(SAC);
(3)瀝青瑪蹄脂碎石混合料面層(SMA)。1傳統的瀝青混凝土面層(AC)《公路瀝青路面設計規范》JTJ014—97,根據“七五”國家科技攻關研究及修訂該規范的專題研究,統一將瀝青混合料中集料粒徑標準由圓孔篩標準改為方孔篩標準。
其主要原因為:①計量標準向ISO國際標準靠近;②便于參考國外同類結構形式的級配標準;③世行項目增多,便于國際招標、監理及質量檢驗;④許多國外拌和設備均以方孔篩為標準。瀝青混凝土的符號由原LH改為AC.
1.1按瀝青混合料集料的粒徑分類
a、細粒式瀝青混凝土:AC—9.5mm或AC—13.2mm.
b、中粒式瀝青混凝土:AC—16mm或AC—19mm.c、粗粒式瀝青混凝土:AC—26.5mm或AC—31.5mm.其組合原則是:瀝青面層集料的最大粒徑宜從上層至下層逐漸增大。上層宜使用中粒式及細粒式,且上面層瀝青混合料集料的最大粒徑不宜超過層厚1/2,中、下面層集料的最大粒徑不宜超過層厚的2/3.1.2按瀝青混合料壓實后的孔隙率大小分類a、Ⅰ型密級配瀝青混凝土:孔隙率為(3%~6%)b、Ⅱ型密級配瀝青混凝土:孔隙率為(4%~10%)
c、AM型開級配熱拌瀝青碎石:孔隙率為(大于10%)其組合原則是:瀝青面層至少有一層是Ⅰ型密級配瀝青混凝土,以防水下滲。若上面層采用Ⅱ型瀝青混凝土,中面層須采用Ⅰ型瀝青混凝土,AM型開級配瀝青碎石不宜作面層,僅可做聯結層。
2多碎石瀝青混凝土面層(SAC)
2.1產生背景
較大流量的車輛在高速公路上安全、舒適高速地通行,瀝青面層必須具有良好的抗滑性能。這就要求瀝青面層不但要有較大的磨擦系數,而且要有較深的表面構造深度(構造深度是高速行車減低噪音和減少水〖LM〗漂、濺水影響司機視線的主要因素)。近年來的研究成果表明:“瀝青面層的抗滑性能是由面層結構的微觀構造和宏觀構造兩部分形成。其中宏觀構造來源于瀝青混合料的配合比,主要由骨料的粗細、級配形式決定”。80年代中期我國開始修筑高等級公路,從瀝青面層的結構形式來看:Ⅰ型瀝青混凝土,空隙率3%~6%,透水性小,耐久性好,表面層的摩擦系數能達到要求,但表面構造深度較小,遠不能達到要求。Ⅱ型瀝青混凝土空隙率6%~10%,表面構造深,抗變形能力較強,但其透水性、耐久性較差。為了解決瀝青面層的抗滑性能(特別是表面層在構造深度較大的情況下,又具有良好的防水性的結構形式),多碎石瀝青混凝土面層被加以研究和使用。
2.2多碎石瀝青混凝土面層的特點
多碎石瀝青混合料是采用較多的粗碎石形成骨架,瀝青砂膠填充骨架中的孔隙并使骨架膠合在一起而形成的瀝青混合料形式。具體組成為:粗集料含量69%~78%,礦粉6%~10%,油石比5%左右。經幾條高等公路的實踐證明,多碎石瀝青混凝土面層既能提供較深的表面構造,又具有傳統Ⅰ型瀝青混凝土那樣的較小空隙及較小透水性,同時又具有較好的抗形變能力(動穩定度較高)。換言之,“多碎石瀝青混凝土既具有傳統Ⅰ型瀝青混凝土的優點,又具有Ⅱ型瀝青混凝土的優點,同時又避免了兩種傳統瀝青混凝土結構形式的不足。”
2.3多碎石瀝青混凝土面層的具體運用
八五期間,我國先后在海南東線高速公路、濟青高速公路、膠州灣高速公路、滬寧高速公路、石安高速公路、安新高速公路、泉廈高速公路推廣運用了多碎石瀝青混凝土面層。其使用性能達到了預定的目的。
3瀝青瑪蹄脂碎石混合料面層(SMA)
3.1形成背景60年代的德國交通十分發達,公路工作者根據本國的氣候特點(夏季氣溫20℃左右,冬季不太冷),習慣修筑“澆筑式瀝青混凝土”路面。這種結構中瀝青含量12%左右,礦粉含量高。使用中發現路面的車轍十分嚴重,另外當時該國家的汽車為了防滑的需要,經常使用帶釘的輪胎(包括歐洲一些國家亦如此),其結果是路面磨耗十分嚴重(1年可減薄4cm左右)。為了克服日益嚴重的車轍,減少路面的磨耗,公路工作者對瀝青混合料的配合比進行調整,增大粗集料的比例,添加纖維穩定劑,形成了SMA結構的初形。1984年德國交通部門正式制定了一個SMA路面的設計及施工規范,SMA路面結構形式基本得以完善。這種新型的路面結構先后在德國、歐洲一些國家逐漸被推廣、運用。90年代初,美國公路界認為其公路路面質量不如歐洲國家的路面質量好。經考察發現存在兩個方面的差距:①在改性瀝青的運用上;②在路面的結構形式上(即SMA)。1991、1992年開始加以研究、推廣SMA這種結構形式,最典型的是:1995年亞特蘭大市為舉辦奧運會對公路網進行改建和新建,全部采用了SMA這種結構形式做路面。
3.2瀝青瑪蹄脂碎石混合料路面(SMA)的組成原理及特點
瀝青瑪蹄脂碎石混合料(SMA)是一種以瀝青、礦粉及纖維穩定劑組成的瀝青瑪蹄脂結合料,填充于間斷級配的礦料骨架中,所形成的混合料。
其組成特征主要包括兩個方面:
①含量較多的粗集料互相嵌鎖組成高穩定性(抗變形能力強)的結構骨架;
②細集料礦粉、瀝青和纖維穩定劑組成的瀝青瑪蹄脂將骨架膠結一起,并填充骨架空隙,使混合料有較好的柔性及耐久性。SMA的結構組成可概括為“三多一少,即:粗集料多、礦粉多、瀝青多、細集料少”。具體講:①SMA是一種間斷級配的瀝青混合料,5mm以上的粗集料比例高達70%~80%,礦粉的用量達7%~13%,(“粉膠比”超出通常值1.2的限制)。由此形成的間斷級配,很少使用細集料;②為加入較多的瀝青,一方面增加礦粉用量,同時使用纖維作為穩定劑;③瀝青用量較多,高達6.5%~7%,粘結性要求高,并希望選用針入度小、軟化點高、溫度穩定性好的瀝青(最好采用改性瀝青)
3.2.2SMA的特點瀝青瑪蹄脂碎石混合料是當前國際上公認(使用較多)的一種抗變形能力強,耐久性較好的瀝青面層混合料。由于粗集料的良好嵌擠,混合料有非常好的高溫抗車轍能力,同時由于瀝青瑪蹄脂的粘結作用,低溫變形性能和水穩定性也有較多的改善。添加纖維穩定劑,使瀝青結合料保持高粘度,其攤鋪和壓實效果較好。間斷級配在表面形成大孔隙,構造深度大,抗滑性能好。同時混合料的空隙又很小,耐老化性能及耐久性都很好,從而全面提高了瀝青混合料的路面性能。
3.3瀝青瑪蹄脂碎石混合料(SMA)面層在我國的具體運用1993年首都機場高速公路開始修建(當時正申辦奧運會),首次在國內采用SMA做表面層(厚4cm)。隨后江蘇、遼寧等省也先后鋪筑了SMA試驗段。1996年北京機場東跑道進行改造(1975年修建的水泥混凝土面板),由于經費較足,做了一個較為完整的SMA結構形式。并將這種結構的級配運用到八達嶺高速公路上,從目前看使用效果較好。1997年北京市政府決定大修東西長安街(為迎接香港回歸),又采用了SMA這種結構形式。SMA路面面層在我國的具體運用可概括為:“在中國第一路上起步,第一道上取得成功,第一街上得以發展”。
