摘要  討論了當前瀝青路面施工工藝存在的系統(tǒng)性技術缺陷，以及由此導致瀝青路面產生的病害和成因,提出了改進工藝的措施與控制技術。
關健詞   瀝青路面  病害  施工離析  溫差離析  實際孔隙率
瀝青路面被我國大多數干線公路所采用，特別是半剛性基層瀝青路面更成為我國高等級公路的典型路面結構。隨著經濟的快速發(fā)展，交通量及其軸重越來越大，對瀝青路面的結構要求和施工質量水平提出了更高的要求。
近年來我國的瀝青路面結構設計和施工控制技術水平取得了長足的發(fā)展，但由于研究領域更多的局限于結構和材料范疇，對施工工藝的研究重視不夠，仍停留在依靠經驗和引進設備的階段。根據多年來對施工過程和建成路段路況變化的觀測，我們認為當前瀝青路面便用質量頻頻出現問題，與施工工藝其控制技術是否科學合理的密切關系。本文針對施工過程中存在的這兩方面工藝技術問題進行探討。
1、瀝青路面施工離析控制技術
瀝青混合料離析的廣義概念應該是瀝青混合料性能的不均勻性變化,在施工中離析的表現是多種多樣的,如集料粗細顆粒的離析、混合料溫度不均勻導致的離析、混合料拌和不均勻產生的離析等等。我們經常稱為的瀝青混合料離析是指瀝青混合料施工過程中粗細集料的不均勻分離變化。根據多年的跟蹤調查，在運輸過程中由表及里瀝青混合料溫度發(fā)生不均勻變化，直接攤鋪后溫度較低的料團不易壓實，是路面發(fā)生早期破壞的重要因素之一。因此，研究溫度差異導致的離析是很有意義的。
1．1 瀝青混合料集料離析控制
半剛性基層瀝青路面是高速公路的典型路面結構，使用率達95%。其中，AC-16Ⅰ型瀝青砼路面經常被作為上面層使用。一般認為，AC-16Ⅰ混合料不易離析，用肉眼觀察表面集料分布，幾乎看不出離析現象。近年來，我們對幾條高速公路瀝青面層的施工進行了抽查，寬幅攤鋪AC-16Ⅰ型瀝青混合料的離析情況相當嚴重，改變了我們的習慣看法，在10.5米攤鋪機后尚未碾壓的段落,分左、中、右3個位置對稱取樣，其抽提試驗結果如表1
 尚未碾壓瀝青混合料抽提試驗  表1
孔徑(MM) 19 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
范圍 100 95~100 75~90 58~78 42~63 32~50 22~37 16~28 11~21 7~15 4~8
左 100 90.45 76.82 55.99 35.44 32.31 23 20.35 12.66 7.38 5.59
中 100 97.76 87.99 81.33 62.97 34.27 24.16 21.38 13.25 7.88 5.86
右 100 89.29 77.13 56.66 37.14 33.13 23.56 20.85 12.95 7.59 5.83
平均 100 93.81 82.48 68.83 49.63 33.5 23.72 21 13.03 7.68 5.79

從抽檢結果我們可以得出以下結論：
（1）、左、中、右三點的綜合平均通過率與未攤鋪同批攤鋪混合料的級配相符；
（2）、左、中、右三點≦2.36MM篩孔的通過率基本相同，證明≦2.36MM的集料未發(fā)生離析;
(3)、大于4.75MM以上篩孔的3 點通過率差異較大，證明集料顆料的離析嚴重，左右兩側的粗集料通過率基本相同，說明離析對稱發(fā)生；
（4）、粗集料向兩側分布，左右兩側大于4.75MM的粗骨料含量為64%，中間為36%，均超出規(guī)定的級配范圍。即攤鋪中心混合料明顯偏粗，兩側偏細。
寬幅攤鋪離析導致結果是嚴重的，他不僅影響了路面的使用性能，也促使了路面早期破壞，耐久性大打折扣。從現有調查結果看，其主要后果表現以下三個方面:：
（1）、由于離析，中部混合料偏細導致路面熱穩(wěn)定性嚴重下降。標準四車道高速公路一幅路面寬度為10.5米，施工攤鋪中心位于行車道左輪跡處，行車道左輪跡車轍比右輪跡嚴重，行車結果恰恰相反。由此看，因為離析使中部的熱穩(wěn)定性下降較為嚴重。
（2）由于離析，中部混合料偏細導致路面中部抗滑能力明顯比兩側弱。如高速公路行車道，經過一年運營后其磨擦系數和構造深度均比超車道要差得多，排除渠化交通因素外，行車道混合料偏細是主要因素，從表面紋理就可以直觀看出這一點。
（3）由于離析，兩側混合料較粗空隙率較大，滲水現象嚴重。高速公路超車道路面滲水后緩慢向行車道滲透，因行車道左輪跡處混合料細而密實，導致該處水分聚集，易發(fā)生破壞。調查結果顯示，行車道發(fā)生的路面損壞，一般占95%以上，其中行車道左輪上發(fā)生的破壞占85%以上。
事實上，大于7M的攤鋪寬度對于中粗粒徑的混合料來說，無法回避離析問題，解決問題的最基本方法就是不要寬幅攤鋪。許多工業(yè)化國家對大于11MM粒徑的混合料的攤鋪寬度均有比較嚴格的限制。而我國高等級公路瀝青層的粒徑均大于此，攤鋪寬度應嚴加控制。高速公路一幅路面寬度≥10.5M，采取并機梯形熱接縫施工完全可以保證施工質量，這在國外是通行的做法。但由于我國的施工管理粗放，使接縫平整度處理不好。所以，近年來大部分建設單位幾乎不加考慮的要求寬幅一次攤鋪。針對這種需要，國外設備廠家特為中國市場開發(fā)了攤鋪寬度達16M的攤鋪機，對于諸如此類的寬幅攤鋪機，在選擇時必須謹慎，應考慮我國混合料集料的使用特性分析采用。
1.2  瀝青混合料溫差離析控制
瀝青混合料拌制完成后，從拌和廠向攤鋪現場運輸的過程中，空氣與混合料之間的溫差一般大于120℃。加上因速度形成的相對風速較高，會導致混合料溫度在到達現場前有較大的下降。降溫幅度由表及里逐漸減少，最嚴重的降溫區(qū)發(fā)生在料堆表面和與軒廂的接觸面。降溫嚴重程度取決于運輸時間、速度、氣溫、保溫措施等因素。
接觸面到內部核心區(qū)降溫幅度在正常氣溫下平均可以達到15℃~45℃。接觸面15CM深度范圍內的平均降溫幅度可達到45℃~65℃，使表面混合料的粘度明顯增大。高溫季節(jié)表面混合料形成“軟”殼，低溫季度形成“硬”殼。
在現場我們以觀察到，混合料從運輸車向攤鋪機喂料斗卸料到刮料板輸料的過程中，接觸面表層料，特別是兩側車廂接觸面的表層料，在每車料中最后被刮料板送到螺旋布料器，即每一車料降溫幅度最大的表層“冷”料是集中被鋪出的。這樣的現象以每車料為單位周期性發(fā)生，在國際上被稱為“溫差離析”。當表面料降溫幅度較大，在正常的碾壓過程中壓實度難以達到要求，在氣溫低、風速大的氣候條件下施工，情況更為嚴重。在該處的壓實度低、表面紋理粗、空隙率大，是路面發(fā)生松散、坑槽和滲水破壞的薄弱點。
近年來，我們對高等級公路半剛性基層瀝青路面時期局部破壞情況進行長期的跟蹤觀測和調查，對早期破壞產生的看法從初期到現在有了很大的轉變。原來，普遍認為半剛性基層成型不好或基層下存在“素土”  層或局部層厚度不夠等施工缺陷是破損發(fā)生的直接原因。但后來發(fā)現，這種分析的局限性很大，不能從本質給予合理解釋，主要原因為：
（1） 這些施工缺陷在局部破壞處出現的比例很低；
（2） 我們把這些存在施工缺陷的路面假定為“柔軟路面”，也不應該在累計軸載很小的情況下發(fā)生破壞；
（3） 破壞很明顯與水有直接的關系，都經歷了滲水—唧漿—局部缺陷—松散—坑槽的過程，那么為什么在這些地方水下滲如此嚴重。經過對局部破壞形成過程的長期觀測，我們發(fā)現破損位置的瀝青表面紋理一般較粗，雨后表面濕潤狀況與周圍路面不同，滲水明顯，破損前有唧漿現象。取樣分析表明，這些地方的瀝青層密度低空隙率大，在攤鋪時混合料已經結塊，施工溫度越低混合料結塊發(fā)生的程度越嚴重，局部破壞產生的數量較大，溫差離析是導致這一結果的直接原因。因此，我們認為半剛性基層瀝青路面早期局部破壞發(fā)生的主要原因是溫差離析。
這一現象在國際上引起高度重視。1996年華盛頓大學的一位研究生，用紅外感溫成像儀對混合料運輸、攤鋪、路面成型和路面破損，進行了全面跟蹤檢測，發(fā)現“溫差離析”是瀝青路面發(fā)生早期局部破損的一個重要原因。當時，這一結論沒有引起運輸當局的注意，后在州運輸部的資助下，該研究生在更大范圍內開展了調查，最終確認了“溫差離析”的嚴重危害，在國際學術界引起了很大的反響。目前，日本、歐洲等國已全面開展了對這一現象的調查研究。德國已開發(fā)投入使用。對于我國的施工組織水平和混合料性質來說，采用這種工藝措施是必要的，特別是在春秋季節(jié)和趕進度施工中應用，可消除溫差離析，提高平整度和壓實度的均勻性，消除早期局部損壞。
2 瀝青路面碾壓控制技術
2.1  施工溫差控制
在《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》（JTJ 032—94）表7.2.4中，規(guī)定了瀝青混合料的碾壓溫度，以保證在適當的溫度下，瀝青混合料能夠壓實到規(guī)定的密度。事實上，規(guī)定壓實度的本質是保證瀝青混合料的施工和易性，使其具有可壓實性。
很明顯，沒有按瀝青混合料的級配類型、碾壓層厚、瀝青性質和施工環(huán)境溫度等因素分類制定，需要地施工過程中根據項目情況具體分析。但大部分項目上在這上點上沒有實現。包括業(yè)主和監(jiān)理。例如，有些高等級公路瀝青路面各層使用的瀝青標號不同，但要求的碾壓溫度卻相同；有些3CM厚的抗滑表層因降溫快，比4CM甚至5CM厚的中粒式AC層要難以壓實；春、夏、秋三季的溫度差異明顯，但在這三季鋪筑瀝青路面的溫度卻執(zhí)行相同的標準。
這些問題涉及到一個共同的技術關鍵——瀝青的等粘溫度。不同標號的瀝青在粘度相同時的溫度不同；不同級配類型的混合料施工和易性不同；不同季節(jié)，下承層溫度和氣溫不同，會明顯地影響混合料的散熱速率。不同溫度下或相同溫度下瀝青的粘度是影響壓實難易程度的重要因素，因此，直接針對瀝青粘度進行施工溫度控制是最有效的途徑。有些國家直接用瀝青粘度對施工溫度進行控制，如美國瀝青協(xié)會2號手冊（MS—2）指出，瀝青混凝土的最佳拌和溫度應是瀝青粘度（運動粘度）1.7±0.2P相應的溫度，瀝青混凝土的最佳壓實溫度應是與瀝青粘度2.8±0.3P相應的溫度。我國《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》JTJ052—93表4.2.3對擊實試驗的溫度也做了同樣的規(guī)定。
當前，改性瀝青被廣泛應用，改性劑使瀝青的針入度軟化點均有提高，甚至瀝青抗剝落劑的加入也會使常規(guī)攤鋪溫度下的混合粘度提高�？障堵蚀蠡驅雍褫^薄的混合料見感溫速度快，難以碾壓的現象比比皆是。只有縮短碾壓路段的長度或提高初壓溫度，才能保證充分壓實。
SMA瀝青混和料添加了纖維，使等粘溫度大大提高，與此同時，馬歇爾實驗的各種溫度必須相應提高，如某特大橋橋面鋪裝層使用 了高粘度改性瀝青SMA混和料，其馬歇爾實驗的擊實溫度由常規(guī)的110℃~130℃提高到170℃~180℃，出廠溫度從140℃~165℃提高到180℃~210℃，攤鋪溫度由120℃~160℃提高到170℃~190℃，碾壓終了溫度由大于70℃提高到大于135℃。
因此，在實際施工當中，我們要根據施工氣溫、下承層溫度、鋪層厚度、級配類型、瀝青性質等，用等粘度這一概念，監(jiān)測推進控制溫度，使瀝青混合料有良好的施工和易性，保證得到充分的壓實。
2.2壓實機械的選型配置
瀝青路面攤鋪后的碾壓過程一般分為初壓、復壓、終壓3個階段，在這三個階段碾壓設備有兩種基本的配置類型：“鋼輪+振動鋼輪+鋼輪”與“鋼輪+膠輪+鋼輪”。長期的工程實踐表明，這兩種配置方式的碾壓效果良好。為了盡可能在高溫下壓實混合料、縮短碾壓時間，減少熱量損失，有些高速公路采用了膠輪+鋼輪的設備組合，將三個階段碾壓縮成兩人階段“初壓（復壓）+終壓”盡管因級配和厚度合適混合料沒有推移，路面縱向平整度也能達到要求，但抽查發(fā)現，這種碾壓方式使粗集料壓碎率達到10%以上，遠大于三個階段法。幾個工地的現場試驗均證明“膠輪+鋼輪”法使集料壓碎率明顯增大，這一結論是否具有普遍性，還需經時間證明，但這一結論卻提醒我們必須注意，碾壓設備的組合方式對施工質量有很很大的影響，在確定碾壓方式時必須對此有充分的認識。 
2．3壓實交果的評價指標
 設計規(guī)范和施工對瀝青路面的級配類型、壓實度及允許的空隙率均作了規(guī)定。在瀝青混合級配設計中，馬歇爾試件的空隙率必須在允許范圍內，實質上，馬歇爾試件的空隙率是作為壓實度達到100%的空隙率。對于常規(guī)瀝青路面壓實度在96~100%之間變化時，壓實度每降低1%，空隙率增加1~1.5%。那么用壓實度一個指標來控制瀝青路面的施工質量，會導致空隙率超出規(guī)定要求。我國交通行業(yè)公認，空隙率7%是瀝青路面是否滲水的界限值。空隙率小于7%時，可以認為該鋪層基本不滲水，空隙率介于7~15%之間時，認為該鋪層會發(fā)生滲水并存留水分現象，水蒸發(fā)的速度遠遠慢于滲水速度，對路面的破壞作用很大。因此，對于AC型鋪層來說，保持空隙率介于3~6%是至關重要的。
當AC層馬歇爾擊實試驗的空隙率為5%，則施工壓實度一般必須達到98%左右，才能使鋪層空隙率小于7%，如果壓實度按97%作為控制低限，要達到鋪層空隙率小于7%，則馬歇爾擊實試件的空隙率一般應小于4%。在瀝青質量不斷提高和礦料級配范圍不斷改良的情況下，達到設計指標不是很難，很多有經驗的技術人員在混合料設計中事實上把空隙率作為控制的關健指標來對待。
施工規(guī)范工程質量控制標準中，對鋪層的壓實度作了要求，但沒有空隙率控制標準。因此，使不少建成路段的壓實度雖然達到要求但空隙率超標，雨后鉆孔發(fā)現路面滲水嚴重，半剛性基層表面被侵蝕，唧漿現象頻頻發(fā)生。因此，我們不僅要控制壓實度不能小于低值，同時不能小于用馬歇爾試件空隙率設計的壓實度標準，并把路面實際空隙率指標列入施工驗收標準。
3 結論
以上分析計論的技術問題在現實當中普遍存在，特別是壓實度指標采用不當和施工離析致不良后果還相當普遍和嚴重，應引起人們的高度重視，在解決問題中，應注意以下原則：
1、 對于中、粗料混合料應嚴格限制攤鋪寬度，避免集料離析，
2、 溫差離析是導致瀝青路面早期局部破壞的重要原因，特別是對于低溫下施工的路面，除了采取運輸保溫措施外，攤鋪前工地二次拌和工藝是消除溫差離析的必要措施。
3、 應以等粘溫度與攤鋪溫度相符作為基本標準，應考慮瀝青性質、混合料類型和施工環(huán)境溫度，確定碾壓溫度。
4、 碾壓機械選配不僅要考慮壓實度指標，還要考慮對路面內在的質量影響。
5、 路面實際空隙率依賴于壓實度和設計空隙率，應在不低于壓實度的前提下，設計計算工地壓實度指標標準，保證實際空隙率處于允許范圍之內。
參考文獻
1、 中華人民共和國行業(yè)標準，公路瀝青路面施工技術（JTJ032-94）北京 ：人民交通出版社
2、 李小明 關于瀝青路面施工質量控制的幾個問題的分析。陜西路橋，1992（2）。