公路養護施工中冷拌冷鋪瀝青混合料的應用

陳貴武

（江西省交通投資集團有限責任公司撫州管理中心,江西 撫州 344000）

0 引言

近年來，公路工程領域的研究人員在能源消耗和環境保護方面提出許多創新工藝，傳統的熱拌瀝青混合料由于能耗高，對混合料拌和、攤鋪及碾壓施工溫度要求高，遠距離輸送過程中溫度散失過快，有毒有害氣體釋放，施工質量控制難度大等原因而逐漸被冷拌冷鋪技術所取代。冷拌冷鋪技術的出現有效彌補了熱拌施工技術的不足，其全部工序均在常溫下展開，能耗低，適合遠距離運輸，環境效益好。基于此背景，該文對冷拌冷鋪瀝青混合料在低等級公路養護施工中的應用展開分析，以起到借鑒參考作用。

1 工程概況

某公路段原為山嶺重丘四級公路，砂石路面，路基寬 5.5 m（0.5 m 路肩 +4.5 m 的車行道 +0.5 m 路肩）。交通量以小客車、小型貨車和摩托車為主。此次對該公路段實施改造，采用單軸雙輪100 kN的路面設計思路，路面結構為4 cm厚的冷拌冷鋪AC-13面層+20 cm厚的3%水泥含量的水穩級配碎石基層。冷拌冷鋪瀝青混合料通過機械拌和，每盤重 1 000 kg。

2 原材料選取及性能試驗

冷拌瀝青混合料配合比設計的主要目的在于確定礦料級配類型和瀝青用量。該文從原材料性能、配合比設計等方面展開冷拌冷鋪瀝青混合料試驗，制備出5種不同配合比的AC-13Ⅰ礦料，并展開馬歇爾試驗[1]。

2.1 集料性能試驗

按照《公路工程集料試驗規程標準》（JTG E42—2019）與《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2017），磨耗層瀝青混合料內的粗集料最大粒徑應不超出設計層厚的50%，壓碎值≤26%，針片狀含量≤15%，含泥量≤1.0%，黏附性至少為4級，吸水率不大于2.0%。該公路工程選用的粗集料是以方解石為主要成分、夾雜少量白云石和菱鎂礦的石灰巖碎石料，性能見表1。

表1 粗集料性能檢測結果

細集料則主要是粉塵含量低、不含雜質且顆粒包含、嵌擠性能良好的石灰巖機制砂。實測砂當量65.3%，視密度 2.738 t/m3，＜0.075 mm 含量為2.2%，均符合規范。

填料采用磨細的石灰巖礦粉，并保證礦粉潔凈干燥，無結團，能自由流出料倉。填料性能檢測結果見表2。

表2 填料性能檢測結果

2.2 乳化瀝青性能試驗

為提升冷拌冷鋪瀝青混合料抗高溫變形、低溫開裂性能及層間黏結性能，乳化瀝青針入度必須足夠小，低溫延度和軟化點應較高，彈性恢復能力應較強。經過比選，最終選用SBS改性乳化瀝青（性能指標取值見表3）和星形SBS改性劑，按照基質瀝青使用量的2.0%～4.5%摻加；同時使用自制復合型陽離子慢裂乳化劑，按照基質瀝青使用量的1.5%～4.0%摻加。

表3 改性乳化瀝青性能

3 混合料配合比試驗

3.1 配合比設計

按照比表面積調整AC-13Ⅰ級配后，得出幾種不同的礦料級配，具體見表4。根據《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2017）的具體規定，冷拌冷鋪瀝青混合料必須具備充足的黏聚性，馬歇爾穩定度≥3.0%。表4中所列示出的調整級配后的冷拌瀝青混合料馬歇爾穩定度基本位于5.2～7.1 kN之間，滿足要求。但根據規范，公稱粒徑≤26.5 mm且用于高等級公路的瀝青混合料馬歇爾穩定度必須達到8.0 kN以上。為此，必須進行級配調整，并用2%的P.C32.5水泥代替2%的礦粉[2]。水泥初凝和終凝時間分別為156 min和245 min，性能符合《通用硅酸鹽水泥標準》（GB 175—2020）。調整后的情況見表5。

表4 按照比表面積調整AC-13Ⅰ級配后的礦料級配

表5 調整后的礦料級配及組成

3.2 馬歇爾試驗

冷拌瀝青混合料強度發展表現出明顯的初期強度低，后期逐漸增長的趨勢特征，故必須對不同級配混合料展開馬歇爾對比試驗。分別按照常溫和高溫兩種情況展開試件的制作與養生，通過常溫試件的馬歇爾穩定度和高溫試件的馬歇爾穩定度分別表征混合料早期和后期強度。對常溫試件上下雙面各擊實25次，靜置于室內養生24 h，檢測密度和高度后置入（20±1）℃的恒溫烘箱內養生30 min，并試壓。對高溫試件上下雙面各擊實25次，在（110±5）℃的恒溫烘箱內養生24 h，檢測密度和高度后再置入（60 ±1）℃的條件下試壓。

通過正交試驗法展開試驗，油石比、養生時間和養生條件、拌和用水量、試驗誤差為對試驗結果有較大影響的主要因素。各因素均選擇3個水平，由此形成L9（34）正交表，分別對常溫試件和高溫試件展開正交試驗[3]。根據試驗結果，穩定度對應的以上4個影響因素的極差分別為1.1、4.9、0.8和1.4，流值對應的以上4個影響因素的極差分別為2.7、4.3、2.1和1.3。根據以上極差取值，常溫試件養生時間和養生條件對試件穩定度影響最大；常溫試件養生條件、油石比對流值影響最大。各影響因素和常溫試件穩定度、流值的關系具體見圖1（a）、圖2（a）、圖3（a）。

調整試件養護時間，并按照5.0%、5.5%和6.0%的油石比及5.5%、6.0%、6.5%的拌和水量質量分數制備試件，在60 ℃烘箱內持續養生60 min，取出補擊并冷卻脫模，再次放入60 ℃烘箱內養生24 h；取出后于室內繼續養生48 h。展開試件正交試驗后，根據試驗結果，穩定度對應的以上4個影響因素的極差分別為2.4、3.1、1.0和1.0，流值對應的以上4個影響因素的極差分別為1.3、1.7、2.6和2.1。根據極差取值，高溫試件養生時間和養生條件、油石比對試件穩定度影響最大。各因素和穩定度、流值的關系見圖1（b）、圖2（b）、圖3（b）。

圖1 油石比與穩定度、流值的關系

圖2 總拌和用水量與穩定度、流值的關系

圖3 常溫養生時間與穩定度、流值的關系

根據以上試驗結果，冷拌冷鋪瀝青混凝土馬歇爾穩定度能達到8.0 kN以上；結合極差分析中各因素的影響程度，摻加2%水泥后的常溫試件和高溫試件最優配合比均為5.5%總拌和用水量和5%油石比，但高溫試件穩定度明顯比常溫試件低。說明冷拌冷鋪瀝青混合料性能與熱拌瀝青混合料存在較大差異，后者性能與溫度控制直接相關，且后期強度穩定；而前者強度的形成需要經過瀝青破乳、水分排出、壓密等過程，強度增長緩慢。冷拌冷鋪瀝青混合料試件失水過程持續且緩慢，高溫試件補擊后高溫烘箱養生，內部空隙充分失水，空隙增多，甚至出現表面松散，不利于強度提升。

4 施工工藝

4.1 施工機械

結合該公路養護施工中使用的冷拌冷鋪施工設備主體結構特點，可將該設備分成行走機構、上料及配料系統、攪拌裝置、攤鋪及灑布系統等部分。該設備骨料倉容量12 000～12 300 kg，水泥罐容量 500～530 kg，乳化瀝青罐和灑布瀝青罐容量為 2 500～2 800 kg 和 2 000～2 200 kg，發動機轉速 2 200 r/min，功率 220～239 kW，整機重 23 t，攤鋪厚度5～25 mm，攤鋪寬度2.5～4.0 m，攤鋪工效可達到 140～150 t/h，運行速度 4.0～6.0 m/min。

先在冷拌冷鋪路面設備前端安裝上料裝置，通過計量裝置并按照設計比例將水泥、粗細集料、乳化瀝青、水等原材料稱量后送入進料口，拌制成混合料后從出料口輸出。輸出后的混合料降落至螺旋分料器中部后由分料器輸送至熨平板兩側，通過熨平板攤鋪至瀝青路面。攤鋪過程中，由螺旋分料器前部的瀝青灑布裝置同步灑布改性乳化瀝青，保證冷拌冷鋪連續施工。

4.2 攤鋪及碾壓

攤鋪前應徹底清理基層表面，保證其清潔干燥；檢查冷拌冷鋪施工機械各料門高度及開度，保證其符合施工規范。在機械各項性能均得到保證后開始勻速攤鋪，避免漏鋪。攤鋪施工期間，若基層含水率超出最佳含水率范圍，必須立即處理。

攤鋪后應緊跟碾壓，碾壓分初壓、復壓和終壓三個階段。初壓階段使用鋼輪壓路機，碾壓速度控制在2.0～3.0 km/h。待瀝青破乳后改用膠輪壓路機復壓3～4遍；待水分基本蒸發后終壓2～3遍，以消除輪痕。

完成以上基本施工環節后，必須依托合理的施工組織方案，對冷拌冷鋪瀝青路面實施保濕養護，養護周期至少為7 d。養護期間必須封閉交通，僅允許灑水車通行，待養護質量達到規定后方可開放交通。

5 結論

綜上所述，冷拌冷鋪瀝青混合料強度及路用性能均較好，其總拌和用水量和最佳油石比分別為5.5%和5.0%；養生條件和油石比是影響冷拌冷鋪瀝青混合料馬歇爾穩定度與流值的主要參數。公路工程采用冷拌冷鋪施工工藝后，能有效避免熱拌瀝青拌和站遠距離運輸，運輸存儲更為便利，也杜絕了熱拌瀝青拌和與攤鋪施工對環境的污染。此外，該公路施工使用了集連續供料、連續拌和和攤鋪功能于一體的冷拌冷鋪施工設備，實現了冷拌冷鋪連續施工，使攤鋪層橫向接縫大大減少；后置熨平板設計，能提升冷拌冷鋪瀝青路面預壓實度與平整度，施工質量和工效均有保證。