崇启通道工程（上海段）沥青混凝土路面设计与施工.pdf

崇启通 道 工程 ( 上海段 ) 沥青混凝土路 面设计与施工 吉青 克 ，左锋 ( 上 海 长江 隧桥 建设 发展 有 限公 司) ◎ 摘要 ： 秉承资源节 约型和环境友好型高速公路建设理念 ， 崇启通道路 面工程采用了具有降噪性能的橡胶 复合改性 S MA路 面和掺 加天然岩沥青 改性的 中下面层 ， 均系上海地区首次大规模应 用。就此从材料性能 、 施工工艺等 方面进行 了论述 ， 设计 和施工 中积 累 的经验可 以为类 似的工程建设提供有益 的经验 和帮助 。 关键词 ： 高速公路 ；路面 ； 橡胶 沥青 ； 岩沥青 ；改性沥青 崇 明至启 东 长 江公 路 通 道 工 程 ( 上 海 段 ) ( 以 下简 称 崇启 通 道 ) 是 国家 高速 G4 0的 组 成 部 分 ， 工 程 南 起 上 海长 江 隧桥 终点 ， 北 侧在 沪苏 省界 与 江苏 段相 连 ， 全 线 位 于崇 明 岛 内 。按 照 崇 明 岛生 态 人 居 岛 的 规 划 目 标 ， 以及 崇启 通 道带 动长 三角 、 特 别是 苏北 地 区发 展 的 战 略定 位 ， 与总 体建 设 目标相 同 ， 崇 启 通道 工 程 的路 面 结构 选 型必 须充 分 考虑 环境 、 环保 因素 。 1 路 面 结构 路面结构包括结构形式及其材料组成。根据崇启 通 道 总体设 计 ， 面 层采 用三 层 沥青混 凝 土结 构 ， 总厚 度 为 2 0 c m。为 此 ， 采 用何 种 沥青 改 性 剂 ， 不但 能满 足 高 速公 路 的通 行要 求 ， 并且 适 应崇 明 岛的生 态需 求 ， 就 成 为路 面结 构设计 重 点考 虑 的 内容 。 在众多沥青改性剂 中， 由于橡胶粉颗粒为多孔结 构 ， 与沥 青结 合 后 可 与 沥青 共 同形 成 高 弹 性 材 料 的 胶 联体 ， 增加声波传递过程中的黏性 内摩擦 ， 实现 降噪的 效 果 ； 橡 胶粉 的 掺人 ， 还 可以 明显 改善 沥青 混合 料 的 高 温性 能 [ 1 ； 通 过道 路结 构 的综合 作用 ， 它能应 对 通 车 后 可能 出 现 的重 载交 通 。岩 沥 青 是 天然 沥青 的一 种 ， 相 关 研究 表 明l 2 ] ， 岩 沥 青 可 对 沥 青混 合 料 的高 温 稳 定 性 能 、 抗老化性能等都有明显 的改善作用 。经过多方 比 对 、 研 究 ， 选 定橡 胶 粉 和岩 沥青作 为 路面 结构 的主要 改 性 材料 。 综 合研 究成 果 ， 崇 启 通 道 主线 的路 面 结 构 上 面 层 采用 复 合橡 胶 改 性 S MA， 中、 下 面 层 采 用 岩 沥 青 改 性 收 稿 日期 ： 2 0 1 2 - 0 5 — 0 8 基 金 项 目： 上 海市 科 委 项 目( O 8 2 O 1 2 O 2 4 O O ) AC( 见 表 1 ) ； 桥 面铺装 结 构 上 面层 采 用复 合橡 胶 改性 S MA， 下 面层 采 用岩 沥青 改 性 AC一2 0 C ( 见 表 2 ) 。其 中复合橡胶改性沥青采用 7 0号基质沥青掺加 S B S和 橡胶 粉进 行复 合改 性 ， 岩 沥青 改性 沥青 采用 7 O号 基质 沥青掺 加 岩沥 青 进 行 改 性 。工 程 全 长 3 0 ． 7 3 5 k m， 沥 青混凝 土路 面 1 O 8 万 m 。 表 l 主线道路 路面结构方案 结构层次 铺装材料 4 c m s MA一1 3 ( 复 合橡 胶 改性 沥青 ， 动稳 定 度≥ 6 0 0 0 铺装上层 次 ／ ram) 黏 层 快 裂 乳 化 沥 青 P c一 3 ， 喷洒 0 ． 4 ～O ． 6 L ／ m 8 c m AC一2 0 C ( 岩沥青改性掺 量 3 0 ％一内掺 ， 动稳定 度 铺装中层 ≥ 3 0 0 0次 ／ ram) 黏层 快裂乳化沥青 ， 喷洒 0 ． 4 ～0 ． 6 L ／ m。 8 c m A C一2 5 C( 岩 沥青 改性掺 量 2 0 ％ 一内掺， 动稳定度 铺 装下层 9 3 0 0 0次 ／ r a m) 封、 透层 透层油+热喷 S B S改性沥青( 喷洒 2 L ／ m ) +撒布碎石 表 2主 线桥 面铺装结构方案 结构层 次 铺装 材料 4 c m S MA一1 3 ( 复合橡胶 改性沥青 ， 动稳定 度≥ 铺装 上 层 6 0 0 0次 ／ mm) 改性 乳 化 沥 青 ( S B R)黏 层P C R，喷 洒0 ．4 黏 层 ～ 0 ． 6 I ／ m0 6 c m Ac一2 0 C( 岩 沥青改 性掺量 3 0 一 内掺 ， 动 稳 铺装 下层 定度 ≥3 0 0 0次／ mm) 防水黏结层 防水粘结层 混凝土桥面板 桥面抛丸处理 N o ． 2 2 0 1 2上 么姥 1 2 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m ◎ 2 原 材 料性 能 2 ． 1 沥 青 2 ． 1 ． 1 基质 沥青 基 质沥青 为 A 级 7 O号沥青 ， 用 于制 配改性 沥青 。 2 ． 1 ． 2复合 橡胶 改性 沥青 在基质沥青中掺入橡胶粉和 S B S形成复合橡胶 改性沥 青 。 改性剂 中橡 胶粉 含量 大于 6 O ， 掺 量 1 2 。橡 胶 粉技 术指 标如 表 3所 示 ， 改 性 后 的 复合 橡 胶 改性 沥 青 的技 术指 标如表 4所 示 。 表 3橡胶粉的主要技术指标 项 目 标准 密度／ g c m 1 ． O 5 ～1 ． 1 5 颗粒尺寸／ ram 5 0 0 拉伸强度／ MP a >6 外观 黑色颗粒 表 4复合橡胶 改性沥青 的主要技术指标 项 目 标准 用量 ( 内掺) 1 2 针入度( 2 5 ℃) ／ 0 ． 1 mm >4 0 针入度指数 P I >1 ． 0 延度( 5℃) ／ c m >2 0 软化点／ C >8 5 6 O℃黏度 >4 0 0 0 0 黏度 ／ 1 3 5℃ ／ P aS G 3 ． 0 黏度／ 1 7 5℃／ P a S G0 ． 8 弹性恢复／ ’ >7 5 质量损失／ G0 ． 5 0 针人度 比／ >6 5 R TF O T 后 延 度 ( 5℃ ) ／ c m > 1 5 贮存稳定性／ C ≤2 ． 5 2 ． 1 ． 3 岩沥 青 改性沥 青 在基质沥青掺入岩沥青形成岩沥青改性沥青。 使用的岩沥青产品， 其规格组成应符合表 5 、 表 6 、 表 7要求 。 1 2 4上冯 么喙 N o ． 2 2 0 1 2 表 5 岩沥青质量标准 项 目 标准 沥青含量／ ≥2 2 杂质含量／ ≤2 加热损失／ ≤2 含 水 量 ／ ≤ 1 灰分／ ％ 实测 三氯 乙烯溶解度／ ≥2 2 密度／ g c m 1 ． 7 0 ～1 ． 9 0 闪点／ C ~<Z 3 o 表 6 岩沥青规格要求 项 目 通过率 4 ． 75 mm 1 0 0 2 ． 3 6 mm 9 O ～ 1 0 0 表 7岩沥青抽提后质量标 准 项 目 标准 针入度( 2 5℃ ， 1 0 0 g ， 5 s ) ／ 0 ． 1 mm 2 ～1 0 软化点 T R & B ／ ℃ ≥8 O 1 5℃延度／ c m ≥1 0 2 ． 2集料 粗集 料应 洁净 、 干燥 、 表 面粗糙 ； 细集 料 应 为清 洁 、 坚 硬 、 干燥 、 无 风化 、 无杂 质 的颗粒 ； 矿 质填料 采 用 石灰 岩磨得的矿粉 ， 松散 ， 无杂质和团粒。 粗 、 细集 料 和矿粉 的质 量要 求 分 别见 表 8 、 表 9和 表 1 O 。 表 8粗 集 料 质 量 要 求 项 目 标准 石料压碎值／ ≤ 1 8 洛杉矾磨耗损失／ ≤2 5 表观相对密度／ gc m ≥2 ． 6 0 吸水率／ ≤2 ． o 对 沥青 的黏附性 5级 坚固性／ ≤ 1 2 针 片状颗粒含量( 混合料)／ ≤ 1 5 其 中粒径大 于 9 ． 5 r n m， 不大于／ ％ ≤1 2 其 中粒径大 于 9 ． 5 mm， 不大于／ ≤1 8 水洗法G0 ． 0 7 5 mm颗粒含量／ ≤1 软石含量 ／ ≤3 石料磨光值／ B P N ≥4 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 9细集料质量要 求 项 目 标准 表观相 对密度／ gc m ≥2 ． 5 0 坚固性／ ≥1 2 砂 当量／ ≥ 6 O 含 泥 量 ／ ≤3 亚 甲蓝值／ g k g ≤2 5 棱 角性 ( 流动时间) 于／ s ≥3 0 表 1 0矿 粉 质 量 要 求 指 标 要求 表观密度／ gc m ≥2 ． 5 O 含水量／ ≤l < 0 ． 6 mm／ 1 O O 粒 度 <0 ． 1 5 ram／ ％ 9 0 ～1 0 0 范 围 <0 ． 0 7 5 mm／ 8 0 ～ 1 0 0 外观 无 团粒结块 亲水 系数 <1 塑性指数／ <4 加热 安定性 实测记 录 2． 3 矿 料级 配 项 目采用 的 S MA一 1 3 、 AC一2 0 C、 AC一2 5 C混 合 料 的 级配 范 围应符 合表 1 1要求 。 表 1 l 沥 青混凝土面层级配要求 级 配 通 过下 列 筛 孔 ／ 哪 的 质 量 百 分率 ／ 类型 3 l l 5 2 6 ． 5 1 9 1 6 1 3 2 9 ． 5 4 7 5 2 ． 3 6 1 ． 1 8 0 ． 6 0 ． 3 0 ． 1 5 0 ． 0 7 5 S M A —l 3 1 o 0 1 D 0 9 0 ~1 0 (J 5 0 ～7 5 2 0 ～3 4 1 5 ～2 6 1 4 ~2 4 1 2 ～2 0 l 0 " q6 9 ～1 5 8 ～1 2 A C -2 0 C 1 0 0 9 0 ～1 0 0 7 8 ~9 2 6 2 ～ 8 0 5 0 ～ 7 2 2 6 ～ 5 6 1 6 ~4 4 1 2 ～3 3 8 ～ 2 4 5 ～1 7 4 ～1 3 3 ～7 A C -2 5 C 1 0 0 9 0 ~1 0 0 7 5 ~9 0 6 5 ～8 3 5 7 ～7 6 4 5 ～ 6 5 2 4 ～ 5 2 1 6 ～4 2 1 2 ～3 3 8 ～2 4 5 ～1 7 4 ～1 3 3 ～7 3沥 青混 合料 性 能要 求 各 层沥 青混 合料 性 能要求 如 表 1 2所示 。 表 1 2各层沥青混合料性能要 求 项 目 单位 混合料类型 混合料类型 S MA一1 3 AC 一2 O C A C一2 5 C 车辙试验 次／ mm ≥6 0 0 0 3 0 0 0 3 0 0 0 冻融劈裂残留强度 比 ≥8 0 ≥8 0 ≥8 O 马歇尔残留稳定度 ％ ≥8 5 ≥8 5 ≥8 5 渗水系数 mI ／ rai n ≤8 0 ≤1 2 0 ≤ 1 2 0 ◎ 4防水 黏结层 4． 1 路面 防水黏 结 层 崇 启通 道工 程 ( 上 海段 ) 在道路 基层 与 面层 之 间设 置 防水 黏 结 层 ， 防 水 黏 结 层 由 S B S改 性 沥 青 和 集 料 组 成 。 4 ． 1 ． 1 S B S改性 沥青技 术 要求 S B S改性 沥青 技术要 求应 满足 表 1 3的要 求 。 表 1 3 S B S改性沥青技术要求 技术指标 S B S改性沥青 针 入 度 ( 2 5 ℃ ， 1 0 0 g ， 5 s ) ／ o ． 1 mm 4 0 — 6 O 针人度指数 P I ≥+0 延度( 5℃， 5 c m／ mi n ) ／ ~ m ≥2 5 软化点 TR a B ／ ℃ ≥7 O 运动粘度 1 3 5℃／ P as ≤3 闪点／ ℃ ≥2 3 0 溶解度／ ≥9 9 弹性恢复 2 5℃／ ≥8 5 储藏稳定性离 析 ， 4 8 h软化点差／ ≤2 ． 5 质量变化／ ％ ≤ 1 ． 0 TF OT或 针人度 比 2 5℃／ ≥6 5 RTF O T后残 留物 延 度 5℃ ／ c m ≥ 1 5 4 ． 1 ． 2 集料 集料 采用 坚硬 、 清 洁 、 干燥 、 无 风化 、 无杂 质 的石 灰 岩， 级配为 1 6 ～1 9 mm单一粒径 ， 其 中小于 1 6 mm 的 石料 不超 过 5 ， 不应 含有小 于 1 0 mm 的细料 。 4． 1 ． 3 施工 ( 1 ) 表 面清 洁 ； ( 2 ) 喷洒 S B S改 性沥 青 ： 喷 洒 量按 2 ． 0 k g ／ m ， 喷 洒 时 改性 沥青 温度应 大 于等于 1 7 5 ℃ ； ( 3 ) 撒 布石料 ： 撒 布单 一尺寸 的 1 6 ～1 9 mm 碎 石 ， 用 量 为 6 ～8 IT I 。 ／ 1 0 0 0 1 "1 2 ， 撒布后 ， 用 胶轮 压路 机稳 压 一 遍 ； ( 4 ) 碾压 完 毕 2 h后可 以铺筑 沥青 层 面层 。 4 ． 2桥 面 防水黏 结层 为了保护混凝 土桥面 ， 并使得沥青混凝 土与之更 好 黏结 ， 混凝 土桥 面在 施 工 沥青 混 凝 土 前 应 经过 基 面 清 理 、 抛 丸 ， 并 采用 防水 黏结 层 。 混凝 土桥 面先 进 行 抛 丸处 理 ， 抛 丸处 理 后 的表 面 有均 匀 的 粗 糙 度 和 良 好 的 清 洁 度 ， 露 骨 率 应 大 N 。 ． 2 2 o 1 2上冯么咯 1 2 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m ◎ 于 2 O 。 防水 黏结 层应 满 足 J C ／ T9 7 5 —2 0 0 5 《 道 桥 用 防水 涂料 》 ， 并 满 足表 1 4的技术 要求 。 表 1 4桥面防水粘结层技术指标 项 目 技术指标 不透水性 ， 0 ． 3 MPa ， 3 0 mi n 不透水 低 温 柔 度 ／ ℃ 一2 5 拉伸强度／ MP a 1 ． 0 断裂延伸率／ ≥ 8 0 0 涂料与水泥混凝土黏结强度 0 ． 6 0 ／ 1 ． 0 5 O℃ 剪切 强 度／ MP a ≥ 0 ． 2 0 ／ o ． 5 0 5 0℃黏结强度／ MP a ≥ 0 ． 1 o ／ o ． 2 0 5 复合 橡胶 改性 沥青 混合 料 的施工 5 ． 1 拌 和 依据橡胶粉 的加入 方法 ， 橡 胶沥 青 的生产 可分 为 湿 法 工 艺 ( W e t P r o c e s s )和 干 法 工 艺 ( Dr y P r o c e s s ) 两 大类 。干 法 工 艺 是 指 将 相 对 颗 粒 较 粗 的 橡胶粉 直接加人集料 中 ， 然后 喷人热 沥青拌制 成橡 胶 沥 青 混 凝 土 。 湿 法 工 艺 是 指 将 废 轮 胎 橡 胶 粉 加 入 传 统 的 沥 青 中 ， 拌 和 成 具 有 改 性 沥 青 特 性 的 橡 胶 沥青( As p h a l t Ru b b e r ) 。湿法工 艺生产 的橡胶 沥青 可 对 基 质 沥 青 起 到 改 性 作 用 ， 可 较 为 明 显 地 提 高 沥 青 路 用 性 能 。 复合橡胶改性沥青混合料拌和时生产温度应符合 表 1 5的规定 。 表 1 5 复合橡胶 改性沥青混合料的拌和温度要求 项 目 温度要求 沥青加热温度 1 7 0 ～1 8 5℃ 改性沥青现场制作温度 1 7 5 ～1 8 0℃ 成 品改型沥青加热温度 ≤1 8 5℃ 集料加热温度 1 9 0 ～2 1 0℃ 混合料出厂正常温度 1 7 5 ～1 8 5℃ 混合 料最高温度 ( 废弃温度) 1 9 5℃ 混合料贮 料仓贮存温度 贮料过程 中温度下降不超过 1 0℃ 5 ． 2 施 工 复合橡胶改性沥青混合料的拌和、 运输、 摊铺、 碾 压等 工 艺应相 互 匹配 。松铺 系数 应通 过试验 路 段 的试 1 2 6上冯 么魂 N 。 ． 2 2 0 1 2 铺 、 试压 确定 ， 一般 为 1 ． 1 8 ～1 ． 2 0 。 因具有高黏性 ， 复合橡胶改性沥青混合料 的碾压 温度较普通沥青混合料有所提高 ( 见表 1 6 ) ， 因此其压 路 机 和摊铺 机 的匹配碾 压显 得特 别重 要 。除碾 压 温度 必须严 格 控 制 外 ， 碾 压 速 度 、 碾 压 遍 数 ， 也 必 须 加 以 控制 。 表 l 6 复合橡胶改性沥青混合料的施工温度要求 项 目 温度要求 初压温度 ≥1 6 O℃ 复压温度 ≥1 3 5℃ 碾压终 了 ≥1 0 0℃ 开放交通时的路表温度 ≤5 O℃ 6 岩 沥青 改性 沥青 混合料 的施 工 岩沥青改性沥青混合料制备主要采用干拌工艺 。 干拌时， 计量好的集料先进入拌和锅进行干拌 ， 然后将 岩沥青加入到矿料 中后 ， 干拌时间较普通沥青混合料 延长 3 ～5 S ， 以保 证 矿 料 与 岩 沥青 的均 匀 混 合 。 干拌 结束 后 ， 将 基 质沥青 喷入 进行 “ 湿拌 ” ， 湿 拌 时 间与 普通 沥青 混合 料相 同 。 矿料加热的温度控制在 1 8 O ～1 9 0℃， 沥青混合料 的出料温度为 1 7 0 ～1 7 5℃。沥青混合料摊铺平 整后 应 及 时碾 压 ， 推 荐 初 压 温 度 为 1 6 0℃ ， 复 压 温 度 为 1 4 0℃ ， 终 压温 度为 1 2 0℃ 。 运输、 摊铺、 碾压等其它施工环节可参照现行技术 规 范 中关 于改性 沥青 混合料 的施 工方 法 。 7 结语 崇启 通道 路面 工程 自 2 0 1 1年 3月 开 始 铺 筑 试 验 段 ， 2 0 1 1 年 1 O月 完成全 部 沥 青混 凝 土 路 面施 工 ， 分 项 工程 合 格 率 达 到 1 0 0 。采 用 的 复 合 橡 胶 沥 青 改 性 S MA一1 3 、 岩沥青 改性 A C一2 0和 AC 2 5 ， 均 系在 上 海 首 次大规 模使 用 。设 计 和施工 中积累 的经验 为 类 似 的 工程建设提供有益 的经验和帮助 。 参 考 文献 ： [ 1 ]吉青克 ， 钟顺福 ， 黄卫东， 周孔． 浅析橡 胶沥青 混合 料高温性 能的影响因素． 上海公路 ， 2 0 0 9 ( 1 ) ： 4 7 — 5 0 ． [ 2 ]曹亚东 ， 严军 ， 曹祖光 ， 蔡 明． B MA天然沥青 的性能及 应用 研究． 上海建设科技 ， 2 0 0 5 ( 1 ) ： 5 3 — 5 5 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m