高海拔低溫條件下溫拌瀝青路面鋪筑施工控制技術(shù)研究

張國慶

（新疆維吾爾自治區(qū)交通運(yùn)輸廳規(guī)劃設(shè)計(jì)研究中心，新疆烏魯木齊 830099；北京新橋技術(shù)發(fā)展有限公司，北京 100088）

1 概述

目前，在國內(nèi)外熱拌瀝青混合料大量使用的情況下，其不利的因素日益顯現(xiàn)，包括拌和溫度高、能耗大、施工安全性低，以及污染，瀝青老化等問題致使路用性能下降，工程效益事倍功半。結(jié)合我國雙碳戰(zhàn)略的實(shí)施，對(duì)于高速公路等工程設(shè)施建設(shè)需要提出更高的環(huán)保、節(jié)能、安全要求。

某高速公路位于我國西部海拔較高地區(qū)，現(xiàn)行《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）規(guī)定，氣溫在10℃以下以及大風(fēng)降溫天氣不得進(jìn)行施工，因此上述有效施工時(shí)間是一般意義上的基礎(chǔ)設(shè)施的施工時(shí)間，對(duì)于瀝青路面下部各層都完工后留給面層鋪筑瀝青混合料的有效施工時(shí)間可能會(huì)更短。在這種情況下，為了按期完成工程建設(shè)任務(wù)，采用適應(yīng)環(huán)境溫度低、路用性能好的瀝青路面低溫施工技術(shù)是必然的選擇。

溫拌瀝青混合料能夠在較低的溫度下進(jìn)行拌和與施工，具有更節(jié)能、環(huán)保、施工方便、受環(huán)境影響小、隧道施工無煙塵等一系列優(yōu)點(diǎn)，但是在路用性能方面與熱拌瀝青混合料相比還有一定差距，鑒于此，本文對(duì)高海拔低溫條件下溫拌瀝青路面鋪筑施工控制技術(shù)進(jìn)行了研究[1]。

2 原材料質(zhì)量控制

2.1 瀝青

（1）SBS 改性瀝青。

主要技術(shù)指標(biāo)如表1 所示。

表1 SBS 改性瀝青現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)

（2）70#基質(zhì)瀝青。

主要技術(shù)指標(biāo)如表2 所示。

表2 70# 瀝青現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)

從表1 和表2 可以看出，兩種瀝青各方面的指標(biāo)均符合質(zhì)量要求。

2.2 集料

（1）SMA-13 集料。

集料類型：玄武巖

外觀質(zhì)量良好，顏色偏白，表面密實(shí)，開口空隙少，泥土及針片狀集料含量少，集料棱角分明，破碎充分。

（2）AC-20 集料。

集料類型：花崗巖

外觀質(zhì)量：表面密實(shí)，開口空隙少，泥土及針片狀集料含量少，集料棱角分明，破碎充分。

2.3 溫拌劑

美德維實(shí)克公司M1 型溫拌劑

儲(chǔ)存&外觀質(zhì)量：由金屬汽油桶儲(chǔ)存，每桶160kg。溫拌劑呈橙黃透明的粘稠油狀，有刺鼻的氨味，密度小于水。置于陰涼避光的倉庫中，操作過程中由工人迅速打開汽油桶封口，于卸油池處卸油口同瀝青一起加入瀝青貯藏罐中，未見任何攪拌拌和設(shè)備，加入卸油口時(shí)，瀝青（SBS 改性）溫度在150℃左右。拌合SMA-13路面的SBS 瀝青時(shí)采用的溫拌劑添加量為瀝青質(zhì)量的0.6%?，F(xiàn)場(chǎng)使用的溫拌劑主要技術(shù)指標(biāo)如表3 所示。

表3 現(xiàn)場(chǎng)使用的溫拌劑主要技術(shù)指標(biāo)

3 溫拌瀝青混合料現(xiàn)場(chǎng)拌合與制備

拌合站的瀝青混合料拌合已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全面自動(dòng)控制，只需在控制臺(tái)上設(shè)置參數(shù)便可以實(shí)現(xiàn)從料斗至出料的自動(dòng)機(jī)械控制。整個(gè)拌合站操作技術(shù)工人為4 人，其中兩人控制兩臺(tái)裝載機(jī)從料倉鏟料至自動(dòng)吸入式料斗，自動(dòng)吸入式料斗會(huì)根據(jù)設(shè)置級(jí)配自動(dòng)控制每檔料的吸入數(shù)量。對(duì)于使用溫拌劑的中上面層而言，其使用SMA-13，每次拌合拌料3.6t，采用五檔料，集料吸入至傳送帶后，通過約300m/min 的傳送帶傳送至干燥箱烘干，烘干溫度為190℃。而瀝青則由專用瀝青運(yùn)輸車運(yùn)送至拌合站后，通過卸油口卸入卸油池，瀝青的卸貨溫度需控制在150℃以上，而溫拌劑正是在瀝青從運(yùn)輸車卸入卸油池的時(shí)候由工人直接導(dǎo)入卸油池中和瀝青混合，添加量為SBS 改性瀝青質(zhì)量的0.6%，且并未使用特殊攪拌手段（混合時(shí)平均溫度152℃/8 次）。然后將混入溫拌劑的溫拌瀝青抽入瀝青貯存罐儲(chǔ)存。這里需要注意的是，前期試驗(yàn)室結(jié)果表明，由于150℃時(shí)瀝青粘度仍然較大，直接添加的溫拌劑后不進(jìn)行攪拌很難做到和瀝青的充分混合，因此此處添加溫拌劑與瀝青的拌合設(shè)備是有必要的[2]。

接到拌合任務(wù)后，將貯存罐中的溫拌瀝青加熱至170℃，然后與集料混合，拌合35s，然后出料至卡車，出料時(shí)溫度控制在185℃左右。大約拌合12 批次裝滿一車。

集料加熱溫度（190℃），溫拌劑加入溫度（150℃），溫拌瀝青加熱溫度（170℃），出料溫度（185℃）為控制溫度，其中出料溫度作為拌合站的出料質(zhì)量控制指標(biāo)，在溫拌瀝青離場(chǎng)時(shí)受到嚴(yán)格控制，通過測(cè)溫槍測(cè)量拌合時(shí)的溫度基本為176℃。

4 溫拌瀝青混合料運(yùn)輸與保溫控制

在施工過程中，筆者隨8 車測(cè)試了運(yùn)輸過程中的溫度損失，并計(jì)算了平均值，如圖1 所示。測(cè)試時(shí)使用插入式測(cè)溫槍，從工程運(yùn)輸車的頂面插入測(cè)溫儀，測(cè)量深度約為表面40cm 下混合料溫度，每次測(cè)試5 個(gè)點(diǎn)。可以看出卡車離開拌合站的溫度約為185.2，經(jīng)過約30km 的運(yùn)輸，耗時(shí)1h 5min 到達(dá)施工位置，再次進(jìn)行溫度測(cè)試的結(jié)果約為179.1℃，每小時(shí)平均下降6.1℃。但由于車體體積較大，溫度分布不均勻。測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)差也較大，但溫度下降幅度總體不大。這得益于車輛運(yùn)輸過程中的保溫措施還是比較完善的，運(yùn)輸貨車在貨箱側(cè)邊加裝了石棉保溫片和頂部的保溫氈布。行駛過程中，駕駛員也避免急加速和急減速將氈布吹落?？傮w來說工程實(shí)際運(yùn)輸過程中的保溫技術(shù)還是比較有效的。

圖1 運(yùn)輸起始的溫度測(cè)試統(tǒng)計(jì)

但是這里應(yīng)當(dāng)注意的是，由于溫度隨運(yùn)輸時(shí)間增加而下降，每小時(shí)平均下降6.1℃，出料溫度為185℃，而之后初壓的溫度需要在163℃左右，運(yùn)輸車輛運(yùn)送的速度平均為25km/h，因此，根據(jù)推算瀝青混合料的最大運(yùn)送距離不應(yīng)該超過90km，否則瀝青混合料的溫度將很難得到保證，這個(gè)距離還應(yīng)當(dāng)根據(jù)路況、氣溫進(jìn)行修正。

5 溫拌瀝青路面施工攤鋪與壓實(shí)

筆者一共監(jiān)控了8 車溫拌瀝青混和料的施工動(dòng)態(tài)溫度變化過程。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，進(jìn)行攤鋪?zhàn)鳂I(yè)時(shí)一共需要現(xiàn)場(chǎng)工人15 人，其具體分工如表所示。攤鋪時(shí)，由按序等待的混合料翻斗貨車倒至攤鋪機(jī)前，揭開保溫毛氈，與攤鋪機(jī)保持相同的進(jìn)料速度2.5m/min，然后倒入混合料，投料溫度為175±3℃。混合料落入攤鋪機(jī)的滾刀中均勻打碎攤鋪，落至路面，攤鋪機(jī)保持115~120℃的加熱溫度。其松鋪系數(shù)為1.2，攤鋪幅寬為8.15m，攤鋪機(jī)根據(jù)硬路肩自動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)平。完成攤鋪的溫度為165±3℃。

碾壓時(shí)先進(jìn)行出壓，初壓4 臺(tái)使用12t 雙鋼輪壓路機(jī)，與攤鋪車保持相同速度進(jìn)行碾壓。初壓一遍，通過測(cè)量初壓完成后，上面層內(nèi)部的實(shí)際溫度約為163℃。緊接初壓，4 臺(tái)26t 膠輪壓路機(jī)，進(jìn)行4 遍復(fù)壓，復(fù)壓4遍，碾壓時(shí)輪跡重疊。完成復(fù)壓后上面層內(nèi)部實(shí)際溫度為145±3℃，最后進(jìn)行終壓，終壓由4 臺(tái)12t 雙鋼壓路機(jī)完成，碾壓2 遍，速度略快于膠輪碾壓，碾壓完成后溫度降至131±3℃。整個(gè)碾壓完成。

溫拌瀝青混合料在碾壓時(shí)未適用特殊工藝，碾壓依然遵循先輕后重、先靜后振、先低后高、先慢后快，輪跡重疊的原則，采用溫拌劑時(shí)的壓實(shí)溫度為160~165℃，且溫拌瀝青施工時(shí)，白煙明顯減少。但可輕微聞到溫拌劑本身的氨味，溫拌劑減排的作用得到體現(xiàn)。

經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，每一車約42t 的瀝青混合料，平均攤鋪長度37m，攤鋪時(shí)間為17~20min，從投料到攤鋪完成耗時(shí)5min，溫度平均下降5.4℃。而溫度下降最快的是初壓完成—復(fù)壓—終壓完成的過程，耗時(shí)約12~15min，溫度下降30℃左右（內(nèi)部溫度），表面溫度下降幅度更大，調(diào)研中最大一次間隔時(shí)間為：從初壓完成到終壓結(jié)束累計(jì)用時(shí)19min，完成時(shí)的溫度僅為101℃，此時(shí)，溫度已下降到60℃左右。因此，嚴(yán)格控制壓路機(jī)的作業(yè)時(shí)間是保證施工溫度的關(guān)鍵。攤鋪時(shí)的工人配備及攤鋪機(jī)參數(shù)設(shè)定如表4 所示。

表4 攤鋪時(shí)的工人配備及攤鋪機(jī)參數(shù)設(shè)定

6 溫拌瀝青路面施工質(zhì)量檢測(cè)

壓實(shí)度測(cè)試采用無核密度儀方法，每個(gè)批次測(cè)量1000m，每50m 取一個(gè)點(diǎn)共取20 個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)在周圍測(cè)量5 次后取平均值，再根據(jù)規(guī)范《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG F80/1—2017）進(jìn)行壓實(shí)度評(píng)定。壓實(shí)度的計(jì)算需同時(shí)滿足總體控制和單點(diǎn)控制兩個(gè)方面，總體控制標(biāo)準(zhǔn)如下所示，合格率計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)如表5 所示。

表5 壓實(shí)度合格率計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)

通過無核密度儀的測(cè)試，SMA—13 上面層路面平均壓實(shí)度為97.9%，遠(yuǎn)高于《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的92%（以最大理論密度進(jìn)行計(jì)算）的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，可見使用溫拌劑后其路面施工質(zhì)量控制未見異常。

7 結(jié)語

本文針對(duì)高海拔低溫條件下溫拌瀝青路面鋪筑施工控制技術(shù)進(jìn)行了研究，包括原材料質(zhì)量控制、溫拌瀝青混合料現(xiàn)場(chǎng)拌合與制備、溫拌瀝青混合料運(yùn)輸與保溫控制、溫拌瀝青路面施工攤鋪與壓實(shí)等，最后，根據(jù)對(duì)溫拌瀝青路面的施工質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，壓實(shí)度符合要求，可見使用溫拌劑后其路面施工質(zhì)量控制未見異常。