沥青路面施工质量控制研究.pdf

45现 代 工 程 科 技Modern Engineering Technology第 2 卷第 7 期2023 年 4 月Vol.2 No.7Apr.2023沥青路面施工质量控制研究祝令伟（铁正检测科技有限公司，山东济南 250000）摘 要：沥青路面凭借其表面平整、无接缝、行车舒适、振动小、噪声低、耐磨等优点在全世界范围内得到推广应用，而沥青路面在使用过程中的质量、耐久性问题备受关注。重点从沥青混合料质量控制方面探究沥青路面施工质量控制的具体方法，以 AC-25 沥青混合料为例，探究油石比对黏结力、内摩擦角等关键参数的影响。关键词：沥青路面；AC-25；沥青混合料；油石比；黏结力中图分类号：U416.217 文献标志码：AResearch on Quality Control of Asphalt Pavement ConstructionZhu Lingwei(Tiezheng Testing Technology Co.Ltd.,Jinan,Shandong 250000)Abstract:Asphalt pavement has been widely promoted and applied worldwide due to its advantages such as smooth surface,seamless,comfortable driving,low vibration,low noise,and wear resistance.The quality and durability of asphalt pavement during use have attracted much attention.The focus is on exploring specific methods for quality control of asphalt pavement construction from the perspective of asphalt mixture quality control.Taking AC-25 asphalt mixture as an example,the impact of asphalt to stone ratio on key parameters such as adhesion force and internal friction angle is explored.Keywords:asphalt pavement;AC-25;asphalt mixture;oil stone ratio;bonding force作者简介：祝令伟（1986），男，铁正检测科技有限公司工程师，研究方向为沥青混凝土路面施工、水泥混凝土施工。目前，沥青路面在路面中占比优势明显，就高速公路而言，相关资料显示，美国的高速公路的路面中，沥青路面占93%，日本的占94%，全球的高速公路中，大约80%是由沥青铺设1。根据现代交通的要求，沥青路面必须具备足够的强度、稳定性（稳定性的要求主要包括干稳定性、水稳定性以及温度稳定性等）、平整度、抗滑性以及低扬尘性2-4。目前，施工过程可以控制的指标主要包括原材料质量、混合料质量、施工过程质量等5。其中，王陆峰6从原材料质量的角度出发，深入分析沥青原材料在施工过程中的变异性，并结合路面施工质量控制方法及相关理论基础，研究原材料变异性的影响因素，为沥青路面施工质量的提高提供理论依据；宋阳军等7以原材料质量控制为核心，深入研究了沥青路面面层施工质量控制标准，全文重点探究了沥青分级指标及其影响因素、混合料级配的影响因素、级配的控制标准以及压实度和平整度质量的控制标准等，为施工质量的控制提供理论基础；荣耀8深入分析了集料质量对沥青混合物的影响，分别探究了粗集料对水稳定性、高温稳定性的影响以及细集料对混合物质量的影响，并在研究中提出了集料性能不足所带来的危害，如针片状颗粒、软弱颗粒等，最后根据分析提出集料质量的控制措施。本文从混合料质量控制方面分析沥青路面施工质量，重点探究油石比对混合料质量的影响。1 试验原材料本研究以AC-25沥青作为试验对象，相关原材料的质量技术指标如下。1.1 粗集料粗集料的技术指标和试验结果如表1所示，从表中可以看出，粗集料的各个试验指标均符合 公路工程集料试验规程（以下简称 规程）的要求9。1.2 细集料选用石屑作为本研究的细集料，结合 规程 中关于细集料的规范要求，对细集料的技术指标进行测定，测试结果显示细集料各个指标均符合要求，如表2所示。1.3 填料结合 规程 的要求，对填料进行测定，其主要指标为表观密度2.792gcm-3，亲水系数0.8，塑性指数2.1，各个指标均符合要求。46现 代 工 程 科 技2023 年 4 月第 2 卷第 7 期1.4 沥青沥青性能指标如表3所示，各指标均符合要求。表1 粗集料指标试验指标试验结果规范要求石料压碎值/%11.3 28洛杉矶磨耗值/%11.8 30公称最大粒径/mm表观相对密度/（gcm-3）26.52.692 2.60192.711 162.713 13.22.706 9.52.665 4.752.696 吸水率/%26.50.24 3190.36160.4713.21.29.51.14.751.4针片状含量/%26.510.8 151911.0 1610.7 13.211.0 9.511.2 4.7511.5 与沥青黏附性5 5表2 细集料指标试验指标试验结果公称最大粒径/mm表观相对密度/（gcm-3）26.52.570 2.50192.588 162.590 13.22.583 9.52.544 4.752.573 砂当量/%75 60棱角性/%33 30表3 沥青性能指标试验指标试验结果规范要求针入度（25、5s、100g）/0.1 mm6960 80延度（15、5cm/min）/cm150 100软化点（环球法）/4744 54闪点（COC）/290 230含蜡量（蒸馏法）/%2.3 3.0密度（15）/（gcm-3）1.035实测溶解度（三氯乙烯）/%99.9 99.0TFOT 后 残留延度（15）/cm43 15残留针入度比（25）/%72 55质量损失/%0.02 0.82 沥青混合料力学性能分析方法2.1 相关指标（1）油石比。油石比指的是沥青混凝土中所含有的沥青与矿料质量之间的百分比，是用来表示沥青用量的主要指标之一。通常油石比的高低将直接影响沥青路面的质量，若油石比过大，则路面容易泛油，相反，如果油石比过小，则路面的强度不达标并且防水性能较差10。（2）黏结力。黏结力指的是黏结剂和被黏结的物体界面上之间的结合力，对于沥青而言，黏结力的大小将直接影响沥青与其他物质（如某些填料）的结合能力。（3）内摩擦角。内摩擦角是抗剪强度的重要指标，反映了物质摩擦的特性，通常内摩擦角主要由两个部分组成，分别是物质颗粒的表面摩擦力以及颗粒间的嵌入和联锁作用产生的咬合力。在沥青混凝土中，摩擦强度和黏聚力共同决定土体强度的大小，这两者共同概化为摩擦角。（4）抗剪强度。抗剪强度是指外力与材料轴线垂直，并对材料呈剪切作用时的强度极限。2.2 计算公式力学性能的关键理论是库伦理论，该理论公式如式（1）所示：tan+=c （1）式（1）中：表示抗剪强度，表示剪切滑动面上的法向正应力，c表示黏结力，表示内摩擦角。该理论主要揭示原材料、混合料组成结构及混合料强度之间的关系，也是混合料质量控制的重要方法。库4747建造科技祝令伟：沥青路面施工质量控制研究伦的内摩擦理论认为沥青混合料的强度主要取决于两个指数，分别是c、。结合库伦理论，如果要确定c及的值，需要分别对抗压强度以及劈裂强度进行求解，具体方法如下：2/4dPR=（2）式（2）中：R表示抗压强度，MPa；P表示试件破坏时的最大载荷，N；d表示试件的直径，mm。hPr006287.0=（3）式（3）中：r表示劈裂强度，MPa；P表示试件破坏时的最大载荷，N；h表示试件的直径，mm。3 力学试验结果及分析3.1 力学试验结果通过上述试验方法，对本文的AC-25沥青混合料在25恒温水浴下进行试验，求得不同油石比下的c及的值，结果见表4。表4 不同油石比下的力学性能油石比%抗压强度MPa劈裂强度MPaR*rcMPa（。）3.24.549 0.802 4.267 0.955 23.8 3.54.545 0.830 4.414 0.971 23.4 3.84.791 0.885 4.959 1.029 23.2 4.15.180 0.964 5.843 1.117 23.2 4.44.815 0.914 5.148 1.049 23.0 3.2 黏结力分析从表4中可以看出，25恒温水浴下，混合料的劈裂强度相差不大，受油石比的影响较小。然而，随着油石比的变化，劈裂强度会出现峰值。与劈裂强度不同，抗压强度就出现了较大的变化。得到两个强度的值之后，结合式（4）求得不同油石比下c的大小11-12，结果如图1所示。2R rc=（4）从图1可以看出，25下黏结力随油石比的关系为：油石比4.1%石油比4.4%石油比3.8%石油比3.5%石油比3.2%。3.3 内摩擦角分析结合式（5），求得不同油石比下的值，得到25下内摩擦角与油石比的关系，如图2所示。2)arctan(2=rR （5）从图2中可以看出，随着油石比的增大，值逐渐减小，主要原因在于矿料颗粒与颗粒之间的接触效应与相互作用的削弱13-14，导致值减小。图1 不同油石比的黏结力变化图2 不同油石比的内摩擦角变化3.4 抗剪强度分析前文通过力学试验，能够测得抗压强度和劈裂强度等，进而求得沥青混合料的c、等关键参数。根据公式（1），继续确定法向正应力的大概范围15，从而确定不同正应力下沥青混合料的抗剪强度。通常正应力的计算公式为：+=2320)(111zaprz（6）rR 48现 代 工 程 科 技2023 年 4 月第 2 卷第 7 期式（6）中，p表示均布载荷集度；a表示载荷作用半径，通常路面中标准轴载作用半径为10.65cm；z表示计算应力的作用点与道路表面的垂直距离。以7cmAC-25沥青混凝土中面层为例，通过式（6）可以求得中面层的正应力范围为0.410.65MPa。在此范围内取5个等级，分别是0.41、0.47、0.53、0.59、0.65，然后绘制25的抗剪强度曲线，其中，正应力为横坐标，抗剪强度为纵坐标，如图3所示。图3 不同油石比下的抗剪强度从图3中可以看出，25下抗剪强度的大小顺序为油石比4.1%油石比3.8%油石比3.5%油石比3.2%油石比4.4%。4 结语本文的主要结论如下。（1）黏结力随着油石比的增大而增大，出现峰值后减小。在25下，黏结力随油石比的关系为：油石比4.1%油石比4.4%油石比3.8%油石比3.5%油石比3.2%。（2）内摩擦角随着油石比的增大而逐渐减小。（3）在25下，抗剪强度随油石比的关系为：油石比4.1%油石比3.8%油石比3.5%油石比3.2%油石比4.4%。参考文献1 章永超.浙江省高速公路沥青路面质量提升对策J.公路交通科技:应用技术版,2019(8):292-294.2 董刚,刘义彬,郑南翔.沥青路面施工过程质量信息实时监控系统研 究J.公路交通科技,2015,32(11):27-32,40.3 章毅,李立寒.基于层次分析法的沥青路面施工质量评价模型J.同 济大学学报(自然科学版),2011,39(2):253-258.4 张媛,邹桂莲.沥青路面施工质量对路面功能影响分析J.科学技术 与工程,2010,10(9):2251-2254.5 王祺,韩道均,饶建成.统计控制方法在沥青路面施工质量监控中的 应用J.公路交通技术,2009(2):47-51.6 王陆峰.沥青混合料施工中原材料变异性分析J.公路交通科技(应 用技术版),2015,11(11):98-99,107.7 宋阳军,史永珍,苏振华.沥青路面面层施工质量控制标准研究探讨 J.公路交通科技(应用技术版),2016,12(6):147-148.8 荣耀.集料质量对沥青混合料的影响及其控制措施J.公路交通科 技(应用技术版),2017,13(6):152-153.9 中华人民共和国交通运输部.公路工程集料试验规程:JTJ0582000 S.北京：人民交通出版社,2000.10 任营营,刘华.某沥青路面油石比的确定J.四川水泥,2016(9):20.11 张红日.玄武岩纤维与沥青粘结性对沥青混凝土的性能影响研究J.公路交通科技(应用技术版),2018(2):49-51.12 冀鹏,薛小刚.青藏高寒区改性沥青低温弯曲蠕变试验分析J.公路 交通科技(应用技术版),2017,13(7):128-130.13 宋日英,李明霞,陈宇.沥青含量对浇筑式沥青混凝土力学特性的影响 J.人民长江,2011,42(10):83-86.14 王燕.泡沫(乳化)沥青冷再生混合料的剪切性能J.筑路机械与施 工机械化,2017,34(9):81-88.15 姜祎,张阳.沥青混合料抗剪强度的影响因素J.公路交通科技,2012,29(7):9-14.