青海地區直投式改性瀝青混合料施工質量控制

陳子敬，彭軍康，余 陽

(青海省公路建設管理局，青海 西寧 810001)

0 引 言

青海地區的特殊氣候和自然環境給瀝青路面施工帶來較大影響，使施工質量難以保證，因此該地區的瀝青混凝土道路在服役過程中極易出現包括車轍在內的各種病害。為了提高瀝青混合料性能，延長瀝青路面服役壽命，常使用改性瀝青作為膠結料來鋪筑瀝青路面。

根據改性瀝青混合料拌合時改性劑狀態的不同，可將改性瀝青的生產工藝分為濕法和干法。濕法是將改性劑直接加入基質瀝青中，在一定溫度、攪拌速率下剪切預制得到改性瀝青成品，再以其為結合料與礦粉進行拌合后使用，此工藝目前使用最為廣泛[1]；干法工藝常被稱為“直投式”工藝。與濕法工藝不同，它不用先預制改性瀝青成品，而是直接在拌合過程中與結合料、礦料、填料一同投入，利用拌合過程中機械力的作用，使改性劑在混合料中均勻分布，實現改善混合料性能的效果。相較于濕法工藝，直投式工藝省去了成品改性瀝青的生產環節與運輸環節，減少了生產與物流過程中的能源消耗和污染物排放，避免了長時間運輸過程中改性瀝青離析造成的性能減弱問題；此外直投式改性瀝青混合料的生產可根據實際情況安排，不必受制于成品改性瀝青生產[2-5]。青海地區地域廣袤，改性瀝青生產地與公路建設地距離一般較遠，且青海地區大部位于青藏高原，氣溫較低，改性瀝青的長途運輸及存儲過程中易離析的問題難以解決。因此，用直投式工藝生產改性瀝青在青海地區公路瀝青路面建設中有很大的應用前景。

在直投式改性瀝青混合料生產過程中，瀝青混合料的配合比設計、拌合與施工工藝都與普通改性瀝青混合料存在差別。本文結合青海地區氣候與自然環境特征，對青海地區直投式改性瀝青混合料施工技術進行闡述，針對其原材料組成、配合比設計與拌合施工工藝展開論述，提出青海地區直投式改性瀝青混合料的施工質量控制方法。

1 原材料選擇

1.1 集料

作為瀝青混合料中的主要材料，集料的物理化學特征對直投式改性瀝青混合料的性能有極其重要的影響。集料的顆粒形狀和表面形貌差異是其性能指標差異性的主要原因之一，不僅會對混合料的結構產生影響，還會顯著影響其路用性能，因此選用優質集料是保證路面質量的重要措施。

粗集料在直投式瀝青混合料中起到骨架作用，是混合料強度的主要來源[6]。因此在選擇粗集料時，首要考慮的便是集料的力學性能是否滿足要求。若粗集料壓碎值等力學指標不能滿足要求，便無法保證直投式改性瀝青混合料的強度。目前，在國內的集料生產過程中普遍存在工藝粗糙、加工方式落后等問題，這導致粗集料的級配穩定性難以得到控制。另外，集料的泥含量、針片狀含量及棱角性等方面常無法滿足要求[7]。考慮到青海地區車轍等病害較為嚴重，為保證直投式瀝青路面質量，需在粗集料組成、密度、強度、黏附性等方面進行嚴格要求，具體指標要求如表1所示。

直投式改性瀝青混合料中的細集料應是干凈、無風化、不含雜質且粒徑分布在一定級配范圍的天然機制砂或石屑。需要注意的是，現行規范僅在級配范圍、密度、堅固性與砂當量等指標上對細集料提出要求。除此之外，細集料還應與瀝青良好地黏結，一般選擇與瀝青黏附性較好的堿性石料(如石灰巖等)[8]。若采用酸性細集料，則需采取抗剝落措施進行處理。細集料的常規指標應符合表2中的要求。

表2 細集料性能指標要求

1.2 填料

填料在直投式瀝青混合料的強度形成過程中發揮著重要作用。礦粉的比表面積大，吸油作用顯著，可與結合料形成黏結力較大的瀝青膠漿；粗、細集料在瀝青膠漿的黏結作用下，形成穩定的、具有一定結構的瀝青混合料。常使用石灰巖或巖漿巖，將其中強基性的憎水石料磨細，即可得到礦粉[9]。在進行礦粉生產前，需對原石料進行清洗，將泥土等雜質清除干凈。瀝青混合料所用礦粉的各種指標應符合表3的要求。

表3 礦粉性能指標要求

1.3 基質瀝青

目前，青海高寒高海拔地區瀝青路面建設主要采用基質瀝青，較少應用改性瀝青。不同區域主要根據當地海拔選用瀝青，一般來說海拔高度在2 000～3 000 m時選用90#基質瀝青，在3 000～4 000 m時選用110#基質瀝青，在4 000 m以上則選用更高標號基質瀝青。所選基質瀝青的基本技術指標均應滿足規范中對于道路石油瀝青的要求。

研究表明，直投式改性瀝青混合料的性能在很大程度上取決于瀝青結合料的性能。直投式瀝青改性劑能否成功對基質瀝青進行改性，取決于改性劑與瀝青之間的匹配程度。使用配伍性好的基質瀝青與直投式瀝青改性劑制得的直投式改性瀝青結合料性能更好，因此選擇合適的基質瀝青顯得尤為重要。在施工前需進行相關試驗，驗證瀝青與直投式改性劑之間的配伍性。

1.4 直投式瀝青改性劑

當集料進入拌鍋后，即可投入直投式瀝青改性劑，先直接干拌一定時間，再噴入基質瀝青濕拌。在此過程中，直投式瀝青改性劑的狀態會發生變化，主要包括熔化、黏性流動與熔體混合3個過程。根據直投式瀝青改性劑在拌鍋中的3個變化階段，有針對性地提出直投式改性劑的控制指標，如黏流溫度、熔體流動速率和擴散率等[10]。通常直投式改性劑的黏流溫度越低、熔體流動速率和擴散率越快，其效能越容易發揮，對瀝青混合料的改性效果越好。

根據材料組成，目前常使用的直投式瀝青改性劑材料分為纖維類和高模量類[11]。纖維類改性劑可有效提高瀝青混合料的自愈合能力，減少裂縫的產生及拓展。纖維類改性劑比表面積大，吸油作用明顯，顯著增大了礦料與瀝青之間的結合強度；另外，加入的纖維會填充混合料內部空隙，降低混合料的空隙率，使水分進入混合料內部的可能性降低，進而提升了混合料的抗水損害能力。高模量類改性劑在瀝青混合料中主要起到加筋和膠結作用，明顯提高混合料骨架內摩阻力，使混合料的動穩定度也顯著增大，抗車轍性能顯著改善。基于直投式瀝青改性劑自身性質，可將其應用于青海地區高寒、強紫外線、強降水等氣候環境特征較為顯著的區域，實現對基質瀝青進行改性的目的，進而提升瀝青路面使用性能，并延長服役壽命[12]。

2 配合比設計

在進行直投式改性瀝青混合料的配合比設計時，首先需要確定直投式瀝青改性劑的摻量。摻量應當按照道路等級、當地氣候特征、交通量、路面類型等進行室內試驗，并結合工程實踐經驗及經濟性原則綜合考慮。需要注意的是，在實際生產過程中，直投式瀝青改性劑在短暫拌合過程中僅發生熔化，并與基質瀝青形成機械共混的狀態，在運輸時間內才能保證改性劑充分溶脹。因此在進行室內試驗時，混合料拌合后需結合實際運輸時間，在一定溫度下燜料0.5～1.5 h，再擊實或輪碾成型。配合比設計的其他步驟，參照普通改性瀝青混合料的配合比設計進行即可。

3 拌合、運輸、攤鋪及碾壓

3.1 拌合

拌合混合料時，直投式瀝青改性劑應直接投入拌鍋，投放方式主要分為機械自動計量投放和人工投放。對于需求量較大的工程項目，人工投放不利于控制直投式瀝青改性劑的拌合時間，且存在安全問題，因此不建議采用。當采用人工投放時，需依照改性劑的摻量計算拌鍋中每盤用量，并提前將其分裝為小袋，包裝宜采用玻璃化轉變溫度較低的塑料袋制品；另外，直投式瀝青改性劑應在熱料倉釋放集料后直接投入，與集料進行干拌。采用機械自動計量投放時，在正式生產前需對投放機械設備的計量系統進行稱重與投放時間標定，控制質量誤差在±3%以內，投料時間少于10 s[13]。直投式改性劑投入拌鍋后，與熱集料干拌5 s左右(可據實際情況延長)；然后加入礦粉，噴入基質瀝青，與礦料和改性劑攪拌40～45 s即可得到直投式改性改性瀝青混合料。拌合溫度應滿足規范中關于生產溫度的相關規定。

3.2 運輸

為減少混合料離析，運料車在裝料之時應結合實際情況調整位置，一般先在運料車前后部裝料，再在中部裝料[14]。由于直投式瀝青改性劑的溶脹發育主要發生在運輸過程中，為保證此過程的順利進行，需保證運輸過程中混合料溫度在一定范圍內。混合料的出廠溫度大約在170 ℃～185 ℃，運輸至施工現場時溫度不得低于165 ℃。考慮到青海地區氣溫較低的情況，為使混合料溫度符合要求，需采取措施來確保運料車的保溫能力，減少運輸過程中的混合料離析。

3.3 攤鋪與碾壓

將混合料運輸至現場后，應在最短時間內進行攤鋪，攤鋪作業應均勻、連續。因此，應結合拌合生產能力、運輸時間和碾壓能力，選擇合適的攤鋪速度。諸多工程實踐表明，攤鋪速度宜在2～6 m·min-1。為保證路面平整度，在攤鋪過程中不宜出現間歇施工和急剎車。在瀝青混合料攤鋪完成后，應緊接著進行路面碾壓工作。碾壓作業應遵循“緊跟、慢壓、高頻、低幅”的原則，完成初壓、復壓和終壓。在實際碾壓過程中，碾壓速度基本變化不大，一般根據實際情況來調整碾壓次數。此外，溫度對碾壓效果也有較大影響。當溫度較高時，可以適當減少碾壓次數；當溫度較低時，碾壓時的輪跡會在路面上存留，影響路面平整度。另外，由于壓實度難以保證，混合料間空隙增大，路面服役過程中容易出現滲水等現象，縮短瀝青路面的服役壽命。因此，在碾壓過程中應對溫度進行實時監測，確保碾壓作業順利進行。

4 結 語

在直投式改性瀝青路面施工中，應結合工程建設地區的實際情況及干法工藝的特點，嚴格把控礦料、瀝青及直投式瀝青改性劑等原材料質量，按規定進行混合料配合比設計及生產，規范施工過程，加強運輸、攤鋪、碾壓環節的質量控制，確保路面壓實度與平整度滿足要求。只有嚴格執行相關規范要求，才能保證公路建設工程順利完成，提升瀝青路面的路用性能，延長公路的服役壽命。