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By Danny Gierhart, P.E. and Jason Wielinski, P.E.
成功铺设任何类型的沥青路面项目，计划都是必不可少的。在定义一个成功的沥青项目时，成功不仅可以通过项目的可行性和执行情况来衡量，还可以通过所建路面的长期性能来衡量。 路面性能通常是根据平整度和整体状况来衡量的。我们在沥青路面项目的计划和施工中提供这五条经验法则，以帮助最大限度地提高路面的平整度和使用寿命。 1 每一次加铺都能使平整度提高约50% 沥青路面的一大优点是其固有的平整度。无论路面设计和建造得有多好，无论路面持续多长时间，道路使用者往往会根据行驶的平顺性将其称为“好”或“坏”。平整的路面开车更舒适、更安全。此外，工程师们希望车辆行驶平稳，因为他们知道这可以节省各类车辆的燃油和维护成本，让每个纳税人受益。平整的路面需要良好的工艺和精心编写的规范。 沥青路面内在平整度的主要原因之一是沥青摊铺机的设计。它们由一个牵引装置和一个熨平板组成，前者提供移动性并为所有摊铺机部件提供动力，后者基本上是一个扁平的重金属板，用于确定铺层的预压实厚度，在铺层的整个宽度上均匀地进行初始压实，并产生光滑的纹理和平整的表面。“自由浮动”熨平板采用自流平操作，使铺层变得平滑。熨平板在每侧的两个点处连接到牵引装置上。这些用作铰链，允许刮板在铺层表面上自由浮动。这一动作平均了现有坡度的变化，从而使新的铺层表面更加平整。
平整了多少？我们的第一条经验法则是，平均来说，新铺层比它所在的表面平整50%。加铺次数越多，表面越平整。平整度的增加通常会随着加铺次数而减少，即第一次加铺可以将平整度增加到大约75 %,第二次大约50 %,第三次大约30 %,等等。与沥青摊铺的许多方面一样，这是几个相互关联的参数之一。只是为了创造更多的加铺次数而指定太薄的加铺厚度，可能会对加铺层密度产生反作用，这给我们带来了下一个经验法则。 2 沥青层厚度至少应为集料NMAS的4倍 适当的路面压实可能是摊铺过程中最重要的操作，以获得耐久的路面。压实过程通过重新定向混合料中的集料颗粒，使其更紧密地堆积在一起，从而减少沥青铺层中的空隙。然而，如果骨料颗粒的尺寸相对于垫铺层厚度太大，在不损坏骨料的情况下，将更难达到所需的密度。 对于密级配混合料，沥青协会建议最小摊铺厚度为混合料标称最大骨料粒径（NMAS）的4倍。对于更细级配的混合料，铺层密度仍然可以通过至少三倍于NMAS的厚度来实现。Superpave将NMAS定义为比第一个筛子大一个筛子，以保留10%以上的骨料。Superpave混合料通常根据其NMAS和粘合剂等级进行规定，例如“NMAS 64-22”。 因此，对于典型的“（12.5毫米）NMAS Superpave混合料来说，提高铺层密度的最小加铺厚度应为2英寸。级配较细的“NMAS”混合料通常仍能在1-1英寸的层厚下工作。
对许多人来说，将铺层厚度做得太大可能会引起对整个铺层压实不足的担忧。然而，我们在国家沥青技术中心（NCAT）的行业同事一直在为南卡罗来纳州交通部（SCDOT）进行厚层摊铺作业。在NCAT测试赛道上，使用高达8英寸的铺层仍能实现良好的路面压实。在夜间摊铺时，厚的铺层摊铺可能特别有帮助，因为夜间摊铺更难保持混合料的热度，而且车道封闭时间很长。 应该记住，许多沥青参数的变化会影响其他参数。我们之前提到过，尝试过多的铺层来优化平整度可能会对铺层密度不利。相反，厚层摊铺也不利于铺层的平整度。 3 沥青混合料的典型应用摊铺率为每平方码每英寸厚度110磅 既然已经确定了项目的摊铺数量和混合料尺寸，那么根据将要摊铺的区域确定计划数量就非常重要。在给定项目的规划和预算中，准确计算并在招标文件中发布工程量非常重要。帮助确定所需总吨位的一个好的经验法则是使用每平方码每英寸110磅的展开率。要了解如何应用这一经验法则，请参见以下示例。 计划在两英里宽24英尺的路面上铺设两层沥青混合料。横截面将由2.5英寸的“NMAS中间层”和1.5英寸的3/8英寸HMA表面层混合组成。项目预计使用的每种混合料的总吨数是多少？ 等式1可用于计算总吨数。
对于此示例，让我们从项目面积的计算开始。该项目区域长2英里，宽24英尺。将面积转换为平方码如下所示:
应用等式1现在总面积已经计算出来，可以计算放置在2.5英寸处的中间混合料的总吨数:
同样，示例项目的表面层HMA总吨数为:
了解经验法则中是否存在任何局部变化非常重要。例如，伊利诺伊州运输部使用每平方码每英寸厚度112磅的摊铺率。田纳西交通部（TDOT）主要使用106磅每平方码每英寸厚度的摊铺率作为其大多数密级配沥青混合料的屈服率。 另一个需要注意的事项是当使用特殊类型的混合料时，经验法则的实用性。例如，在其规范中，INDOT使用材料调整系数(MAF)来说明给定混合料的重量相对于计划数量和堆放率的变化。这通常适用于钢渣碎石基质沥青(SMA)混合料，其中钢渣颗粒的较高比重使得混合料的总重量较高，然而，它也可适用于传统的密级配混合料。混合料增加的单位重量(基于混合物的最大比重)需要调整，以便厚度和数量不受影响。有关如何规定这种做法的更多信息，请参考INDOT的2020施工规范第401.05节。 相反的效果也适用于产量较低的混合料。在开级配磨耗层（OGFC）或开级配排水层中，空隙率可能在15%至20%之间。这导致混合料具有较低的单位重量和较低的最终产率。例如，TDOT对其OGFC混合料采用88磅/平方码英寸的摊铺率，以反映较高的空隙率。INDOT在实践中使用100磅每平方码英寸来反映其开级配排水层的较高空气空隙混合料。
4 将熨平板高度设置为最终计划压实厚度的1.25倍 您是否想过摊铺人员如何设置熨平板高度以达到计划的最终厚度，同时获得足够的密度？在铺设过程中，沥青混合料经过振动熨平板的最小压实量，混合料是以未压实或松散的状态刮除的，需要在松散状态下放置足够的材料，以便在压实过程中进行混合料固结，以达到规定的密度，同时达到所需的最终压实厚度。为了实现这种平衡，摊铺人员通常使用经验法则增加最终压实厚度的25%来设定熨平板高度。
典型压实系数 换句话说，工作人员可以将最终压实厚度乘以1.25来计算和设置熨平板高度。表1显示了根据典型压实层厚度设定的熨平板高度范围。
与上一节一样，开级配混合料的压实系数也不同。当摊铺间断级配或开级配材料时，15%的压实系数更为准确。 5 密度每增加1%，使用寿命就增加10%
铺层密度与路面寿命密切相关。作为联邦公路管理局（FHWA）沥青路面技术项目关于通过提高现场压实来延长路面使用寿命的战略方向的一部分，NCAT进行了文献综述（NCAT报告16-02，提高压实以提高耐久性和延长路面使用寿命:文献综述）。减少沥青铺层中的原位空隙有几个好处。 如上所述，许多沥青混合料特性是相互关联的。提高一种特性的东西往往会削弱另一种特性。例如，添加额外的粘合剂会增加抗疲劳性，但会降低混合料的抗车辙能力。然而，增加压实密度有助于抵抗疲劳和车辙。NCAT报告称，据估计，每增加1%的铺层密度，疲劳性能至少会提高8.2%，最高可提高43.8%。此外，铺层密度增加1%，抗车辙能力提高了66.3%。总的来说，经验法则是，增加1%的铺层密度保守地说会导致10%的额外使用寿命。 获得额外1%的铺层密度，有许多因素可以促进这一目标的实现。各机构可以通过其材料、施工和质量保证规范来提高密度。例如，更细的级配本质上渗透性更差，压实性更强。指定甚至只允许温拌沥青混合料（WMA）有助于在现场获得更高的密度。此外，许多州正在实施或研究增加现场铺层密度的方法。作为FHWA现场路面密度计划的一部分，26个州参与了29个示范项目，以确定是否有可能将现场路面密度提高至少1%。大多数人使用各种策略都获得了成功。 其他机构规范涉及:
在项目中，对所有承包商的统一要求可以公平竞争并促进更高的铺层密度。这些都超出了承包商压路机操作员的控制范围，无法仅通过压实最佳实践来解决。 正如人们所期望的那样，有几种最佳实践在承包商和压路机操作员的控制范围内，机构规范可能无法完全解决。承包商可以选择必要的压路机数量和类型，以便于良好压实。压路机操作员可以选择遍数、顺序和压路机速度，以优化铺层密度。摊铺机操作员可以选择限制摊铺机速度，以免压路机落在后面，导致压路机和摊铺机之间的未压实混合料冷却，使压实更加困难。 平整度和密度是长期项目绩效的良好指标。计算沥青混合料产量和确保最终所需厚度是承包商和代理商之间沟通的重要指标，以确保不会超出或低于计划数量。确保在获得足够密度的同时获得足够的沥青层厚度，可最大限度地提高路面按照机构规划的结构和功能运行的机会。 规划下一个成功的项目 在计划和摊铺过程中使用这些经验法则有助于实现建设可持续、平整和高性能沥青路面的理想目标。 来源：http:// 作者：Gierhart 是俄克拉荷马州沥青研究所工程副主任。Wielinski是俄亥俄州沥青研究所的地区工程师。 利维康道搜集整理，转载请注明出处。 |
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