農村公路養護工程溫拌瀝青混合料應用研究

收稿日期：2024-01-19

作者簡介：牟軍（1980—），男，本科，工程師，研究方向：農村公路建設管理。

摘要 文章旨在探討溫拌瀝青混合料在農村公路養護工程中的應用，通過分析其施工技術要點及對環境和經濟的影響，驗證了溫拌技術在提升公路養護質量、延長道路使用壽命、節能減排等方面的優勢。結合工程實例，闡述了溫拌技術的種類以及優勢，分析探究了溫拌瀝青混合料的性能，并分析總結了溫拌瀝青混合料的施工技術要點。研究結果表明，溫拌瀝青混合料不僅能夠顯著提高路面性能，還能在降低環境影響和施工成本等方面發揮重要作用，是一種值得推廣的綠色養護材料及技術。

關鍵詞 農村公路養護；溫拌瀝青混合料；性能探究；施工要點

中圖分類號 U418.6文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）09-0051-04

0 引言

在我國廣袤的農村地帶，公路網絡是連接偏遠村落、促進地區經濟發展的關鍵紐帶。這些公路對于農產品的銷售、居民的出行以及整體社會福祉起著至關重要的作用。然而，農村公路的建設和維護面臨著預算緊張、技術更新緩慢和維護資源有限等難題，尤其是在選擇和應用經濟高效的路面材料方面[1]。近年來，隨著環保和節能意識的提升，溫拌瀝青混合料作為一種創新的道路鋪設材料，在農村公路養護項目中得到了越來越多的應用。與傳統熱拌瀝青相比，溫拌瀝青混合料的施工溫度較低，不僅能有效降低能源消耗和環境污染，還有助于提高路面的施工質量，延長使用壽命。該文以具體工程為例，旨在深入探討溫拌瀝青混合料在農村公路養護中的有效應用，研究分析溫拌技術的種類與技術優勢、性能以及施工技術要點，以供同類型項目參考。

1 工程概況

在江蘇某市級行政區域內，六個縣區廣泛鋪設了農村公路網絡，這些公路大多采用了水泥混凝土作為路面材料。截至2020年年初，該市農村公路的總長度達到了35 120 km，這一數字占到了市內公路總長度的91.24%。目前，該市的每個行政村都已建成并硬化了通村公路。在這些農村路網中，還包括了許多采用了簡化施工方法的路面。自該市農村公路網絡建立并運營以來，由于遭受車輛負載、持續使用、自然條件等多重外部因素的作用，部分路段已經出現了沉降、水泥板裂縫、坑洼和斷裂等各類問題，這些問題仍在不斷加劇。為了提升道路的耐久性，迅速恢復其正常使用功能，增強行車的安全性和舒適度，地方道路管理機構經過多輪討論，最終決定采用溫拌瀝青混合料進行農村公路的維護和修復工作。

2 溫拌技術

2.1 種類

溫拌瀝青技術的種類包含了多種不同的施工技術，旨在通過降低瀝青混合料的施工溫度改善環境影響和工作效率，同時保持或提升道路的性能。以下是幾種施工技術的詳細介紹：

（1）瀝青發泡技術：這種技術通過在瀝青中注入水，在高溫下水迅速蒸發形成泡沫，從而降低瀝青的黏度，提高了瀝青混合料在較低溫度下的可工作性[2]。瀝青發泡技術通過降低混合料的施工溫度，減少能源消耗和有害氣體排放，同時保持了混合料的優良性能。

（2）有機添加劑技術：在這一技術中，常用的添加劑包括蠟類物質等，它們的加入可以在不顯著提高外部溫度的情況下，通過降低其熔點減少瀝青混合料的黏度。這種方法不僅能有效降低施工溫度，還能通過添加劑的潤滑作用提高混合料的性能。

（3）表面活性劑技術：使用表面活性劑作為溫拌瀝青混合料的一部分，雖然不直接改變瀝青的黏度，但能顯著影響集料和瀝青之間的界面作用力。通過降低這些微觀界面的摩擦力，可以提高混合料的可工作性和道路的最終性能。

2.2 優勢

溫拌瀝青混合料的技術優勢涵蓋了環境、經濟和施工效率等方面的一系列改進，這些優勢共同推動了其在現代道路建設中的廣泛應用。

（1）環保效益顯著：在生產過程中，熱拌的高溫條件會導致大量的有害氣體釋放，比如瀝青煙和多環芳烴。這些有害物質對工人健康構成威脅，并且會釋放大量對環境有害的氣體，成為溫室效應的一個重要因素。而與熱拌相比，溫拌的施工過程中排放的有毒氣體顯著減少。有害氣體排放對比見表1所示。

使用溫拌技術可以在瀝青混合料的生產和施工過程中降低所需的加熱溫度，從而減少瀝青煙和其他有害氣體的排放。此外，溫拌瀝青技術有效減少的碳排放量可以達到29.4%。這一點不僅有利于改善施工現場的工作環境，而且對減少整個項目的環境足跡具有重要意義[3]。

（2）節能減排：傳統的熱拌瀝青混合料需要在較高溫度下進行加熱和混合，這不僅消耗大量能源，還會產生大量的煙霧和溫室氣體排放。相比之下，溫拌技術可以在較低的溫度下完成瀝青的混合和攤鋪工作，從而顯著減少能源消耗和對環境的影響。此外，溫拌瀝青技術減少的熱量消耗直接轉化為經濟成本的節省，為道路建設項目帶來經濟效益。生產1 t熱拌瀝青混合料通常需要消耗8.03 kg燃油或者10 kg煤粉，而生產1 t溫拌瀝青混合料僅消耗5.7 kg燃油。因此，選擇溫拌瀝青的生產過程能顯著降低能源消耗，能效提升至少29%以上。同時，減少了因燃料燃燒產生的有害氣體排放，有助于減少工地附近空氣質量的惡化，改善施工現場的工作環境，提高施工人員的工作條件。

（3）延緩瀝青老化：傳統的熱拌工藝在高溫條件下進行，這種高溫不僅消耗更多的能源，還會加速瀝青的老化過程，從而影響道路的長期性能和耐久性。相比之下，溫拌技術通過在更低的溫度下進行混合和施工，可有效減少瀝青的熱氧化和揮發性有機物的排放，從而減緩了瀝青的老化速率，有助于提高道路的使用壽命和長期性能。

（4）提高施工靈活性：溫拌瀝青混合料技術使得在較低溫度條件下也能進行瀝青的施工，極大地提高了公路養護和施工的靈活性。這意味著在氣候較冷的地區或季節也能進行有效的道路建設和維護工作，克服了傳統技術在低溫條件下施工困難的限制。

3 溫拌瀝青混合料的性能探究

3.1 原材料

在該工程項目中，采用的關鍵材料包括礦粉、ZS料場集料和SBS改性瀝青，這些材料均符合相關的行業標準與規范要求。為了提升瀝青混合料的整體性能，工程中加入了特定比例的溫拌劑，這一步驟不僅能夠優化混合料的性質，還有助于簡化溫拌瀝青的施工流程。值得注意的是，溫拌劑的使用不會給瀝青路面帶來腐蝕或污染問題。

在綜合考慮了多個因素后，該工程項目將乳化型溫拌劑作為首選[4]。這種溫拌劑的加入，有效地鎖定了混合料內部的細微水分，并在混合過程中形成了一種潤滑結構，這不僅阻止了瀝青膠結料的團聚現象，還在較低的溫度條件下增強了混合料的可操作性。此外，乳化型溫拌劑的潤滑特性在碾壓過程中顯現出來，有助于集料的重排和骨架結構的形成，從而提升了混合料的密實度。

碾壓完成后，乳化型溫拌劑形成的臨時潤滑結構將在機械作用和自然條件的影響下逐步消失。這一過程有利于提升瀝青膠結料與集料之間的黏結性能，加速錨固結構的建立，從而確保了道路材料的長期穩定性和耐用性。

3.2 性能試驗

在選擇了合適的溫拌劑類型和投加量之后，依據相關試驗標準，對某農村道路養護項目中應用的溫拌瀝青混合料進行了一系列性能測試。

3.2.1 瀝青材料

在農村公路養護工程中，施工前對未添加和已添加乳化型溫拌劑的瀝青混合料進行了性能測試。如表1所示，展示了不同比例的乳化型溫拌劑添加對瀝青材料軟化點和延伸性的影響。

表1 不同乳化型溫拌劑比例下瀝青材料的

軟化點和延伸性

溫拌劑添加比例/% 0 1 2 3 5

瀝青軟化點/℃ 45 40.2 45.3 47.5 48.6

瀝青延伸性/cm 108.5 116.6 120.8 123.3 124.5

由表1可知，向瀝青混合料中加入乳化型溫拌劑能有效增強瀝青與集料的黏結力[5]。在不同比例的溫拌劑添加實驗中，2%的添加量在改善黏附性方面表現出較好的效果。同時，軟化點是衡量瀝青混合料抗熱軟化能力的指標，而延伸性則反映了瀝青混合料在低溫條件下抗裂性的能力。通過對不同溫拌劑添加比例的測試，發現2%的添加量可使瀝青材料的軟化點與延伸性達到一個較好的平衡點，即在保持較高軟化點的同時，也確保了良好的延伸性，這意味著在高溫和低溫條件下都能表現出較好的性能。此外，在增加溫拌劑的比例進一步提高瀝青混合料性能的同時，也需要考慮成本效益比。從實驗數據來看，2%的溫拌劑添加量在提升瀝青混合料性能的同時，也是一個經濟有效的選擇。相比之下，更高比例的添加量雖然能進一步提升某些性能指標，但成本增加和性能提升之間可能不是線性關系，而2%的添加量則提供了一個較為合理的性能與成本之間的折中方案。綜合評估瀝青材料的軟化點和延伸性等指標后，最終選定了2%的乳化型溫拌劑加入量作為最佳方案。瀝青材料的針入度與溫拌劑加入量之間的關系則進一步驗證了這一決定，見圖1所示。

3.2.2 瀝青混合料

深入評估瀝青混合料的應用效果后，施工團隊采取了從拌和站提取瀝青樣本的策略，并對熱拌與溫拌進行了性能測試。性能測試的結果如表2所示。

從表2中可以看出，旋轉壓實反算次數與孔隙率之間存在一定的關系。孔隙率隨著旋轉壓實次數的增加而減少，反映了混合料的壓實度在提高。同時，通過對比熱拌和溫拌工藝下的流值和穩定度數據，可以發現溫拌工藝在某些條件下能夠提供與熱拌相當甚至更優的性能指標，尤其是在較低溫度下。在瀝青混合料的生產過程中，當拌和溫度設置在135～165 ℃范圍內，可觀察到隨著拌和溫度的提高，無論是熱拌還是溫拌瀝青混合料，其穩定性都有所增強，并且其孔隙率持續減少。在相同的溫度條件下，溫拌瀝青混合料的孔隙率明顯低于熱拌瀝青混合料。通過深入比較發現，150 ℃下生產的溫拌瀝青混合料在性能上與165 ℃下生產的熱拌瀝青混合料相當，且溫度的變化對旋轉壓實的孔隙率影響不大。

圖1 針入度與溫拌劑加入量之間的關系圖

4 溫拌瀝青混合料的施工技術要點

4.1 原路面處理

在對農村公路進行養護工作前，施工隊伍應采取預處理措施，如使用銑刨機械清除原有路面，并進行路面裂縫的修補。在這次工程中，施工團隊運用了WTG型號的路面銑刨機對原農村公路表面的損壞部分進行了有效的銑刨處理。為了確保公路基層的徹底清潔，還額外使用了人工清理和專業的清潔車輛。根據工程需求，估算該次施工需要使用大約1.5 t的高性能黏結劑提升路面的整體質量和耐久性。

4.2 混合料運輸

對于長時間運輸的瀝青混合料，應在其表面覆蓋保護層，如篷布等，以維持其溫度，防止因溫度下降而影響施工質量。在極端天氣條件下，比如高溫或低溫，使用保溫車輛運輸冷拌瀝青混合料，確保其溫度保持在理想范圍內。在瀝青混合料裝載階段，應事先對儲存罐進行徹底清潔，確保沒有殘留物質。在運輸過程中，精確控制保溫罐的溫度，避免溫度過高或過低損害瀝青混合料的性能。如果檢測到瀝青混合料的溫度低于標準（80 ℃），應采用加熱措施，如導熱油加熱等。在裝載和運輸過程中，應確保清潔度，車廂內應涂抹防黏劑。抵達工地后，應對混合料進行全面檢測，若有結塊或分層應立即廢棄，不得用于工程。材料到達后，由指定人員指揮，專業團隊依照特定程序進行卸載，確保卸載位置滿足現場需求，避免因長時間等待或存放過久影響材料性能。

4.3 攤鋪與碾壓

在鋪設溫拌瀝青時，施工速度應維持在每分鐘鋪設3～4 m的范圍，并需要調整鋪平機的熨平板角度至最低。同時，需要切換攤鋪機至高頻率振動，但振幅較低的工作狀態。為了確保瀝青的良好鋪設效果，施工的溫度應控制在140～150 ℃，而鋪設的瀝青層厚度則應在2.1～

2.2 cm。在隨后的壓實階段，首先應使用鋼輪壓路機對路面進行初步壓實，控制在1～2次的壓實遍數。接下來，使用膠輪壓路機進行二次壓實以增強路面結構。此時，需要多達3～5次的壓實遍數，從而達到所需的路面密實度標準[6]。

4.4 成本效益分析

在維護農村公路時，采用溫拌瀝青混合料不僅能夠有效解決路面問題，還能提升道路性能，從而避免對原有路面進行大規模挖掘和重建的需要。在該項目中，待養護的公路總長達到12 480 km，原始的混凝土路面厚度為25 cm，路寬大約6 m。若全面進行開挖重建，將需要約250萬噸的碎石和水泥，同時還將產生同等量的建筑廢料，這對周邊環境造成極大的負擔。通過使用溫拌瀝青混合料進行路面病害修復，不但大幅減少建筑材料的消耗，延長了公路的使用年限，而且對環境的保護效果顯著，實現了經濟與社會效益的雙贏。

5 結束語

綜上所述，該研究通過對溫拌瀝青混合料在農村公路養護中的應用進行全面分析，證明了溫拌技術在提高公路養護質量、延長道路使用壽命、降低環境影響和施工成本等方面的顯著優勢。研究發現，采用溫拌瀝青混合料不僅能夠改善路面性能，還能促進節能減排，有利于可持續發展目標的實現。未來，隨著溫拌技術的不斷完善和應用范圍的擴大，其在農村公路養護中的應用將更加廣泛，對推動我國農村公路建設和養護工作的科學化、標準化發展具有重要意義。

參考文獻

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[3]劉俊強. 路面施工中溫拌瀝青技術的應用分析[J]. 設備管理與維修， 2023（16）： 135-137.

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[5]陳芳， 楊秋菊. 基于溫度自調節的溫拌瀝青混合料路用性能與疲勞性能研究[J]. 公路交通技術， 2023（5）： 30-37+53.

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