高海拔、低溫凍融環境下道路白改黑研究與應用

韓關寶

(欒川龍宇鉬業有限公司，河南 欒川 471500)

欒川龍宇鉬業小廟嶺選礦公司(以下簡稱“該公司”)生活區道路升級改造工程與欒川龍宇鉬業小廟嶺選礦公司公共道路修繕工程同屬白改黑工程項目(以下簡稱“該工程”)該工程位置屬于礦區交通要道，長期有超載汽車通行，導致混凝土路面產生大量的病害，混凝土道路在長時間的使用后已經產生了不同程度的損壞，對公司職工的日常出行以及車輛行駛產生不利影響，急需對原有道路進行改造。下面就低溫與凍融環境下混凝土道路白改黑施工工藝中的技術難題進行研究與應用。

1 工程概況

1.1 工程項目所在地地理位置和氣候特征

該工程位于豫西山區，地處洛陽市欒川縣冷水鎮，平均海拔約1 400 m。此處海拔高、氣溫低，低溫與反復凍融環境明顯，冬季干燥寒冷，極端降雪天氣多，往往大雪封山交通不便。每年11月即進入冬季至次年3月氣溫多低于0 ℃，冬季最低氣溫據記錄約-15 ℃，晝夜溫差最大值約25 ℃，屬于典型低溫氣候區域，山高氣寒使得施工環境極其惡劣。

1.2 工程施工內容

該工程混凝土道路建于2008年，全長780 m。需要加鋪瀝青面層面積約6 400 m2。施工單位于2018年9月份進場，2018年12月份完成瀝青面層的攤鋪，在瀝青面層攤鋪期間，氣溫低于0 ℃，不利于施工。根據該工程所在地的實際情況經綜合研究分析，因改性瀝青具有耐低溫、抗車轍、抗開裂、耐磨耗、耐久性好等優勢，所以該工程使用改性瀝青混合料，新加鋪瀝青結構層分為底層和面層。底層為4 cm厚的中粒式密集配改性瀝青混合料，面層為3 cm厚的細粒式密集配瀝青混合料。

2 低溫環境下道路白改黑施工質量控制難點

2.1 對舊有混凝土道路路面病害的處理

(1)舊混凝土道路病害的解決方案

通過對生活區道路與廠區東側公共道路的現場調查、研究舊混凝土路面的破損情況，發現道路普遍存在以下幾種不同種類的病害：錯臺與板塊裂縫、掉邊與缺角、板塊內部掏空、坑槽與坑洼不平。通過查閱相應的規范與借鑒以往的優秀施工經驗，特提出如下解決方案。

①錯臺與板塊裂縫：舊混凝土道路面板出現質量問題是誘發錯臺與板塊裂縫的主要原因，需要對舊道路面板拆除清理，并對路基重新碾壓。錯臺與板塊裂縫拆除面積較小部位可澆筑C30混凝土，拆除面積較大部位可攤鋪與舊混凝土面板厚度相同的C30水泥穩定砂礫基層。

②掉邊與缺角：針對舊混凝土路面掉邊與缺角，采用機器切割拆除損壞部分道路板塊，然后用C30混凝土澆筑補平。對舊混凝土路面的縱橫與橫縫出現損壞的情況，采用大功率空壓機將縫內雜物清理干凈，用1∶1.5水泥砂漿填縫。

③道路板塊內部掏空：在道路板塊內部掏空部位均勻鉆孔，將掏空部位雜物淤泥清理干凈，然后使用C30水泥砂漿進行高壓灌注至掏空部位，直至注滿為止。

④坑槽與坑洼不平：將坑槽與坑洼不平部位用電鎬打毛處理，并清掃干凈，填補C30混凝土，與舊路面齊平。

以上解決方案在施工完后均應做好成品保護，禁止車輛與人員通行，以免造成二次破壞，影響加鋪瀝青混凝土面層的施工質量。

2.2 瀝青面層反射裂縫的研究與應對措施

(1)反射裂縫的成因

白色路面路基病害形成的裂縫在道路白改黑過程中通過反射裂縫的形式表現到黑色路面上是瀝青加鋪面層損壞的重要原因。該工程所在位置屬于礦區，常年通行重載超載車輛，在車輛行駛過程中，舊混凝土路面裂縫或者是裂縫的周圍出現了豎向的位移，會引發荷載導致的反射裂縫。另外，該工程所在位置海拔高、氣溫低凍融環境明顯，加鋪的瀝青面層受到溫度變化的影響其內部存在特別的熱脹冷縮現象，最終引發溫度導致的反射裂縫。為此，在舊混凝土路面有裂縫部位加鋪道路專用土工布或者應力吸收層，可以將舊混凝土道路裂縫部位的應力分散到四周，有效減緩裂縫部位的應力過于集中現象。也能增強加鋪瀝青面層的抗拉伸、抗破裂能力，能夠有效阻止反射裂縫產生并徹底根治反射裂縫產生的病害。

(2)土工布施工工藝

鋪設土工布之前需要對路面進行徹底的清掃，鋪貼部位需要干凈整潔，平整度要達標。在舊混凝土路面裂縫兩側各寬50 cm范圍內噴灑粘層油。因施工期間溫度過低，需要對土工布進行加熱，保證土工布平展不因低溫導致延展性降低，同時土工布應在粘層油冷卻之前準確鋪貼在裂縫處，在攤鋪施工過程中做到平整無褶皺和無鼓包，并留有適當的變形余量。土工布搭接位置要重疊15 cm以上，以達到有效將反射裂縫進行隔離的目標。

2.3 高海拔、低溫凍融環境下瀝青混合料施工與質量控制

(1)瀝青混合料的拌和

該工程瀝青混合料拌和設備采用間歇式瀝青混凝土拌和設備，具有測量溫度的裝置，能夠實時測量拌和瀝青混合料的溫度。瀝青混合料按照規范標準均勻攪拌，確保所有粒料均被瀝青包裹，無花白、結團或者粗細料離析現象。瀝青的加熱溫度要控制在現行規范規定的范圍之內，即150 ℃～170 ℃，瀝青集料的加熱溫度要控制在160 ℃～180 ℃，瀝青混凝土的出廠溫度應控制在140 ℃～165 ℃，瀝青混凝土運輸至施工現場的溫度應控制在120 ℃～160 ℃。由于該工程施工區域海拔高氣溫較低且運距較遠，另外在瀝青混凝土面層攤鋪前遇降雪極端天氣，并且在施工前部分道路面層上存在積雪與結冰情況，因此各個施工階段的溫度控制需要取最大值。

(2)瀝青混合料的運輸

該工程所在位置與瀝青混合料攪拌站之間距離約30 Km，山高路遠、彎道多、坡度大，運輸難度極大。因此，瀝青混合料的運輸使用載重大、牽引力大的自卸汽車，同時在車廂底板及四周鋪設保溫棉，能夠對瀝青混合料有效的保溫。在運輸過程中禁止長時間停放或過度顛簸而導致瀝青混合料出現干枯、花白現象影響瀝青攤鋪質量。為防止瀝青混合料產生粗細集料離析現象，裝運瀝青混合料時分前、后、中三個不同位置向車中裝料，首先裝料靠近車廂的前半部分，其次裝料靠近車廂的后半部分，最后裝料放在車廂的中間，且裝料厚度不得超過車廂有效高度。自卸汽車在運輸的過程中，要用篷布覆蓋，用來保溫隔熱減少熱量的損耗、防雨雪、防污染。

(3)瀝青混合料的攤鋪

該工程道路平均寬度約9 m，因此選用可自動調節攤鋪寬度與厚度并且攜帶找平裝置的瀝青攤鋪機進行施工。新加鋪瀝青底層采用走線法工藝施工，面層采用平衡梁法工藝施工。在裝卸車卸料時，使用紅外測溫儀實時檢測瀝青混合料的溫度，溫度達標方可攤鋪。由于在夜間施工，氣溫低于0 ℃，通過采用夜間快運、快鋪、快平、及時碾壓成型的“三快一及時”施工技術，提高施工效率，將混合料攤鋪時的溫度控制在130 ℃～150 ℃之間，能夠有效保證高海拔、低溫與凍融環境下瀝青攤鋪質量。施工過程中始終確保攤鋪機前有一輛裝滿料的自卸車，卸料時自卸汽車距離攤鋪機約30 cm，禁止碰撞攤鋪機，而導致攤鋪機偏位，自卸汽車前進速度與攤鋪機前進速度保持同步勻速前行，確保攤鋪機連續不斷作業，不因缺料而導致施工停頓而影響施工質量。在瀝青攤鋪過程中，隨時檢查瀝青混合料松鋪厚度、平整度以及溫度，對不合格處及時處理，以保證瀝青混合料色澤一致，混合料顆粒均勻，攤鋪道路美觀平順。

(4)瀝青混合料的碾壓

碾壓設備根據現場實際情況使用大型雙鋼輪雙振動壓路機與小型雙鋼輪壓路機聯合碾壓施工。瀝青混合料碾壓分為初壓、復壓和終壓三個關鍵步驟。在施工期間由于氣溫低于零度，因此碾壓過程中溫度要按照設計要求中的溫度取最大值。初壓：采用大型雙鋼輪雙振動壓路機非震動情況下靜壓2～3遍，初壓瀝青攤鋪溫度不應底于110 ℃；復壓：采用大型雙鋼輪雙振動壓路機和小型雙鋼輪壓路機共同碾壓5～7遍，復壓施工溫度控制在80 ℃～100 ℃；終壓：采用大型雙鋼輪雙振動壓路機靜壓1～2遍，終壓施工溫度不應底于70 ℃。壓路機碾壓不到的邊角或拐彎部位，使用小型雙鋼輪壓路碾壓施工。碾壓過程中壓路機應沿直線行駛，不能大幅度拐彎或者急踩剎車，否則將嚴重影響瀝青面層的施工質量。在瀝青攤鋪施工期間需要對道路進行圍擋封閉，并提示無關車輛繞行，禁止無關車輛與機械設備進入施工區域，嚴格做好成品保護工作，當加鋪瀝青面層溫度降低至自然氣溫以下后方可允許車輛通行。

2.4 瀝青面層與原有混凝土路面結合性能分析

(1)對舊混凝土路面打毛處理

在對水泥混凝土路面打毛后，形成齒狀的幾何表面，有利于白改黑不同材質路面的良好結合，也可調節路面標高，鑿除厚度一般為1～3 cm。

(2)噴灑粘層油，增強黑白路面粘合力

為了提高黑白路面的粘合力，該工程在原有舊混凝土路面噴灑粘層油。根據該區域特殊的氣候環境，使用的粘層瀝青為：SBR乳化改性瀝青。為了使瀝青與混凝土面層與原有舊混凝土道路面良好的結合，粘層油的溫度要控制在170 ℃左右，噴灑量大約在0.4 L/m2。在噴灑之前，首先要對舊混凝土路面進行徹底清理，該工程使用大功率空壓機將路面灰塵雜物進行吹掃，為噴灑粘層油提供良好的作業面。在撒布的過程中，要均勻施工，并把邊角處理好，同時噴灑之前對路沿石做好覆蓋以免污染路沿石。

(3)加鋪瀝青混凝土面層頭尾部與舊混凝土道路連接

為了提升加鋪瀝青混凝土面層頭尾部位與原有舊混凝土路面的連接性，人工使用電鎬將連接混凝土道路部位破除50 cm寬，傾斜45°最深處5～7 cm厚的傾斜型凹槽，在瀝青混凝土攤鋪之前對凹槽徹底清理，噴灑少量粘層油，保證新加鋪瀝青混凝土攤鋪后與舊混凝土道路平順牢固連接。

3 使用效果

該工程舊混凝土路面裂縫與加鋪土工布與瀝青面層使用一年后路面裂縫數量現場調查對比如表1所示。

表1 道路裂縫前后對比統計表

通過道路加鋪土工布使用前后的對比，道路加鋪土工布之后瀝青加鋪層基本無裂縫產生。可見土工布可以有效緩解并阻止反射裂縫的產生，防止路面遭到破壞，增強加鋪瀝青面層使用的耐久性與穩定性。

4 結 語

(1)研究的反射裂縫防治技術，解決了白色路面反射到黑色路面的裂縫病害技術難題。

通過鋪設土工布及應力吸收層，完全隔離并吸收了舊混凝土道路縱向裂縫和橫向裂縫產生的裂縫應力，從而有效地避免了裂縫應力反射效應對新加鋪的瀝青面層的危害，解決了反射裂縫病害的技術難題，實現了加鋪瀝青面層的整體穩定性，提高了使用耐久性。

(2)研究的白改黑黏結技術，解決了白色路面與黑色路面黏結性不強的技術難題。

通過實施舊混凝土基層鑿毛、清理、噴灑170 ℃左右粘層油等白改黑黏結技術，解決了白色混凝土基層剛性過大、黑色瀝青路面柔性太強、剛柔黏結性不強的技術難題，實現了白色路面與黑色路面的有效地黏結，避免了黑色面層起皮、空鼓、失穩等質量問題，增強加鋪瀝青面層的耐久性與穩定性。

(3)研究的“三快一及時”施工技術，解決了低溫凍融環境下黑色路面施工技術難題。

低溫凍融環境下，黑色面層瀝青料遠距離運輸過程中，會產生固結、流動性差、黏結性低、離析等不良反應。通過采用夜間快運、快鋪、快平、及時碾壓成型的“三快一及時”施工技術，解決了白天道路擁堵導致運輸時間長、攤鋪速度慢、平整效果差、碾壓效率低、瀝青易離析的技術難題，實現了低溫凍融環境下黑色瀝青面層高質量施工的技術目標。