李源淵，孫建勇，宋曉燕

(天津市交通科學(xué)研究院， 天津 300074)

瀝青路面為公路路面的主要結(jié)構(gòu)形式之一，但是傳統(tǒng)HMA路面對施工溫度和相應(yīng)的環(huán)境溫度要求都較高，其應(yīng)用呈現(xiàn)施工季節(jié)短、應(yīng)用區(qū)域相對小的特點，這不僅限制了工程進度，還必然給工程建設(shè)單位帶來成本的增加。因此應(yīng)用適宜的瀝青混凝土技術(shù)在保障瀝青路面施工質(zhì)量的前提下，拓展瀝青路面施工應(yīng)用環(huán)境，延長瀝青路面施工時間，增強瀝青路面施工的便利性及靈活性具有重要的實際意義。

目前，為適應(yīng)低溫施工，常用的措施有2個方面：一是挖掘材料特性，其中溫拌技術(shù)應(yīng)用相對較多；二是加強施工組織，通過保障有效壓實時間來保障施工壓實質(zhì)量[1-2]。本文重點針對溫拌瀝青混合料、熱拌溫鋪瀝青混合料技術(shù)在低溫環(huán)境中的應(yīng)用進行研究。

1 低溫施工技術(shù)可行性

在氣溫低于10 ℃(高速公路和一級公路)或5 ℃(其他等級公路)的環(huán)境下進行施工視為低溫環(huán)境施工。低溫環(huán)境下瀝青混合料在運輸、攤鋪、碾壓環(huán)節(jié)的降溫速率快，有效壓實時間不易保證，致使瀝青路面質(zhì)量不能滿足技術(shù)要求。目前用于低溫環(huán)境施工的有溫拌瀝青混凝土技術(shù)和熱拌溫鋪瀝青混凝土技術(shù)。溫拌瀝青混凝土技術(shù)是通過加入溫拌劑增加施工和易性，在降低瀝青混凝土施工溫度的前提下保證瀝青路面質(zhì)量；熱拌溫鋪瀝青混凝土技術(shù)是通過加入溫拌劑增加施工和易性，但不降低瀝青混凝土的施工溫度，爭取較寬的碾壓溫度范圍[3]。2種技術(shù)較傳統(tǒng)的熱拌瀝青混凝土技術(shù)，都有提高施工和易性及增加有效壓實時間的作用，具有低溫環(huán)境下施工的可行性。

2 瀝青混和料材料設(shè)計

2.1 原材料性質(zhì)

溫拌瀝青混合料和熱拌溫鋪瀝青混合料使用的SBS改性瀝青、集料、礦粉相同，經(jīng)檢驗均符合相應(yīng)的規(guī)范要求[4]。溫拌劑采用自主研發(fā)的表面活性型溫拌劑。

2.2 配合比設(shè)計

從現(xiàn)場取料并進行篩分，依據(jù)對AC-13級配的優(yōu)化設(shè)計研究成果，確定不同規(guī)格礦料配合百分比為10～15∶5～10∶機制砂∶礦粉=30.0∶28.0∶39.0∶3.0。礦料篩分及配合比計算見表1。

表1 礦料篩分及配合比計算

2.3 成型條件確定[5-7]

AC-13型溫拌改性瀝青混合料的配合比設(shè)計采用GTM方法。試件成型條件為：垂直壓力0.8 MPa，拌和溫度140 ℃，成型溫度125 ℃～135 ℃，控制方式為極限平衡狀態(tài)。AC-13型熱拌溫鋪改性瀝青混合料拌和溫度165 ℃，成型溫度145 ℃～150 ℃。

2.4 油石比確定

綜合考慮GTM試驗結(jié)果并參考體積參數(shù)的大小及其變化趨勢，AC-13型溫拌改性瀝青混合料最佳油石比確定為4.7%。AC-13型熱拌溫鋪改性瀝青混合料采用與AC-13型溫拌改性瀝青混合料相同的油石比。

2.5 混合料參數(shù)及性能

通過混合料性能試驗檢驗發(fā)現(xiàn)，2種類型瀝青混合料的水穩(wěn)定性能、高溫性能及滲水性能相當(dāng)，且均符合JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》要求[8-9]。混合料性能數(shù)據(jù)見表2。

3 瀝青混合料施工的最低環(huán)境溫度確定

保障瀝青路面低溫施工質(zhì)量的關(guān)鍵是在有效的壓實時間內(nèi)保證瀝青路面被有效壓實。一般情況下，瀝青路面施工過程中機械臺班的效率是固定的，本試驗段按照表3的施工碾壓組合進行。對于表面層，考慮平整度的要求，第1遍采用鋼輪壓路機緊跟攤鋪機高頻低幅去振動碾壓，第2遍即上膠輪壓路機緊跟鋼輪壓路機，形成鋼輪和膠輪的交替碾壓，最后由鋼輪壓路機收光。碾壓遍數(shù)控制在6～8遍，按照這種碾壓工藝并結(jié)合以往工程經(jīng)驗確定1次完整的碾壓時間為33 min～36 min。

表3 施工碾壓組合方式

在有效碾壓時間和終壓溫度確定的前提下，可以應(yīng)用Pavecool計算反推出特定混合料參數(shù)、試驗段所處緯度等情況下能滿足這種施工要求的極端低溫環(huán)境要求[10-11]。計算中使用參數(shù)見表4，計算結(jié)果見表5。

表4 計算參數(shù)

表5 不同類型混合料適宜的低溫環(huán)境

通過表5可以看出，在風(fēng)速為10 km/h、環(huán)境溫度大于5 ℃的環(huán)境條件下，或是在風(fēng)速為0 km/h、環(huán)境溫度大于1 ℃的環(huán)境條件下，采用AC-13型溫拌改性瀝青混合料施工能夠保障有效壓實時間，保證混凝土的壓實質(zhì)量；在風(fēng)速為10 km/h、環(huán)境溫度大于2 ℃的環(huán)境條件下，或是在風(fēng)速為0 km/h、環(huán)境溫度大于-5 ℃的環(huán)境條件下，采用AC-13型熱拌溫鋪改性瀝青混合料施工能夠保障有效壓實時間，保證混凝土的壓實質(zhì)量。熱拌溫鋪混合料技術(shù)由于能夠爭取更長的壓實時間，因此更適宜在相對較低的環(huán)境下施工。

4 瀝青路面低溫施工質(zhì)量保障體系

前述混合料應(yīng)用于天津市內(nèi)A高速第8合同段的表面層試驗段施工。當(dāng)時環(huán)境溫度3 ℃，風(fēng)速為4 km/h，通過前述分析，分別采用2種不同類型的混合料進行試驗段施工，均具有可行性。結(jié)合工程實際，為了保障路面低溫施工質(zhì)量，設(shè)備配置和管理、現(xiàn)場施工工藝、現(xiàn)場施工質(zhì)量精細化管理缺一不可。

4.1 低溫施工設(shè)備管理

1) 拌和設(shè)備

拌和設(shè)備直接決定瀝青混合料的拌和生產(chǎn)質(zhì)量，設(shè)備的選擇應(yīng)根據(jù)工程量和工期選擇其生產(chǎn)能力及移動方式。拌和設(shè)備的生產(chǎn)能力跟攤鋪機的生產(chǎn)率相關(guān)，為了保證攤鋪機的不間斷施工，拌和設(shè)備應(yīng)連續(xù)供料，要求拌和設(shè)備的生產(chǎn)能力大于攤鋪機的生產(chǎn)率；同時拌和設(shè)備應(yīng)具有良好的溫控系統(tǒng)(溫控的準確性及穩(wěn)定性)、準確的稱量系統(tǒng)(配料的準確性及穩(wěn)定性)、足夠的拌和能力(拌和產(chǎn)量、拌和均勻性、拌和徹底性)。

2) 運輸設(shè)備

運輸設(shè)備數(shù)量直接決定瀝青路面施工的連續(xù)性，它的保溫效果直接決定瀝青混合料的攤鋪溫度及初壓溫度。其數(shù)量配置既要保證攤鋪機不間斷施工，又不能過多,以免造成資源浪費，應(yīng)以攤鋪機的生產(chǎn)能力為核心，并在假設(shè)施工階段各個機械設(shè)備無損壞、無停歇，運輸設(shè)備正好完全供應(yīng)攤鋪機施工情況下，計算運輸設(shè)備的數(shù)量配置，運輸車輛必須采用有效的保溫措施。

3) 攤鋪設(shè)備[12-13]

攤鋪設(shè)備直接決定瀝青路面鋪筑的均勻性和初始壓實度。工程中攤鋪機必須緩慢、均勻、連續(xù)不間斷地攤鋪，不得隨意變換速度或中途停頓，以提高平整度，減少混合料離析，攤鋪量同時決定配套的拌和、運輸供料以及壓實設(shè)備配套要求，因此將攤鋪機作為第一主導(dǎo)機械是所有施工過程管理的共識。攤鋪機單位時間內(nèi)的攤鋪量取決于攤鋪速度、寬度、厚度等3個方面，需精確計算，為保證攤鋪機的攤鋪均勻(盡可能減小瀝青路面的離析)、振搗有力(盡可能提高瀝青路面初始壓實度)，攤鋪速度宜控制在2 m/min～6 m/min范圍內(nèi)。

4) 碾壓設(shè)備

碾壓設(shè)備直接決定瀝青路面的壓實質(zhì)量，它的選擇主要依據(jù)攤鋪機的實際攤鋪能力，并綜合上述諸因素來決定。根據(jù)攤鋪機的生產(chǎn)率，精確計算出每個壓實階段所需的壓路機臺數(shù)量，且壓路機的噸位要足，碾壓前需過泵驗證。

4.2 低溫施工工藝[14-15]

1) 拌和工藝

拌和工藝的關(guān)鍵是適當(dāng)提高拌和溫度，適當(dāng)提高瀝青混合料的出料溫度，適當(dāng)延長瀝青混合料的拌和時間，在最佳油石比區(qū)間內(nèi)適當(dāng)提高瀝青用量，適當(dāng)增加瀝青混合料細集料含量，堅決廢棄回收粉。

2) 運輸工藝

運輸工藝的關(guān)鍵是全程保溫、緊湊。嚴格落實運力問題，嚴禁等料待料現(xiàn)象；嚴格落實混合料運輸過程中的保溫效果；采用大型運輸車并確保運料路線道路暢通；運輸車頂部除了蓋布外，有條件的還應(yīng)在車子側(cè)面加裝泡沫隔板等保溫措施；混合料卸料時仍應(yīng)處于保溫狀態(tài)；加強運輸卸料調(diào)度，強調(diào)前后場工序的緊湊性。

3) 攤鋪工藝

攤鋪工藝的關(guān)鍵是快、連續(xù)、振搗、協(xié)調(diào)。適當(dāng)縮短2臺攤鋪機的前后距離；嚴禁攤鋪時出現(xiàn)等料待料現(xiàn)象；必須確保攤鋪連續(xù)不間斷；必須重視攤鋪速度與其他工序的協(xié)調(diào)性； 適當(dāng)提高攤鋪機振搗夯錘等級；高度重視攤鋪機布料狀態(tài)以防離析，高度重視2臺攤鋪機參數(shù)的一致性和穩(wěn)定性；適當(dāng)延長熨平板預(yù)熱時間并提高預(yù)熱溫度；高度重視熨平板的拼接問題，2臺攤鋪機并排攤鋪時，接縫處熨平板各增設(shè)煤氣罐加溫，攤鋪前提前1 h對熨平板進行加溫，保證熨平板溫度不低于 150 ℃。

4) 碾壓工藝

碾壓工藝的關(guān)鍵是快、連續(xù)、有效。嚴格控制碾壓設(shè)備的有效配置和連續(xù)碾壓；嚴格控制碾壓速度和碾壓段落；嚴格確保碾壓各階段溫度，尤其是終壓溫度；采取措施有效降低碾壓過程中的溫度損失(覆蓋碾壓)；高度重視防風(fēng)問題，采用膠輪圍裙及碾壓段遮擋；高溫緊跟碾壓。組合碾壓列車組(平行式碾壓)工藝采取多臺壓路機組合作業(yè)(形成碾壓列車組)，2臺同組壓路機相距2 m左右，同進同退同錯輪，碾壓遍數(shù)和碾壓速度清晰，便于管理。

4.3 低溫施工精細化管理及控制

充分考慮材料、設(shè)備、方法、環(huán)境等因素，把握好4大關(guān)鍵環(huán)節(jié)，做好精細化管理。

1) 低溫施工的準備工作。健全施工隊伍組織體系，在施工前落實質(zhì)量管理責(zé)任制，明確各部門、 各施工管理人員的職責(zé)，提高施工管理人員對冬季低溫施工的重視程度，確保嚴格按照設(shè)計標準和有關(guān)施工技術(shù)規(guī)范進行施工。制定施工預(yù)案和運輸方案。在施工現(xiàn)場設(shè)置專人負責(zé)統(tǒng)一調(diào)度瀝青拌料，做到定時、定量、定車組織供應(yīng)，確保供料滿足施工進度要求。

2) 做好選料及設(shè)計。在冬季低溫條件下進行瀝青混凝土路面施工，選料與拌和都必須嚴格按照 JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》的要求進行。應(yīng)當(dāng)確保使用干燥的集料，做好集料的防潮工作，以確?；旌狭铣鰪S溫度的穩(wěn)定性。

3) 嚴格各環(huán)節(jié)溫度控制。在瀝青混合料施工過程中，須實時監(jiān)控和檢測瀝青的加熱溫度、混合料出廠溫度、石料加熱溫度、混合料攤鋪前溫度、混合料碾壓各階段溫度，以此確保冬季低溫路面施工質(zhì)量。

4) 做好全過程質(zhì)量控制。低溫環(huán)境下施工，瀝青混合料應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范、瀝青混合料檢驗頻度和質(zhì)量要求，瀝青混合料路面鋪筑過程中必須隨時對鋪筑質(zhì)量進行評定，質(zhì)量檢驗的內(nèi)容、頻度、允許差應(yīng)符合規(guī)范要求。

5 實際應(yīng)用效果

試驗段施工后第2天取芯樣進行檢測，求得的檢測結(jié)果平均值見表6。

表6 實體工程檢測數(shù)據(jù)

由表6可以看出，試驗段的壓實度、平整度及滲水性能良好。由此可知，該材料設(shè)計、溫度控制、施工設(shè)備及工藝、施工保障措施是合理有效的，可供其他低溫施工工程參考。

6 結(jié)論

1) 溫拌瀝青混凝土技術(shù)及熱拌溫鋪瀝青混凝土技術(shù)都具有低溫施工的可行性，且在相同條件下熱拌溫鋪瀝青混凝土技術(shù)能夠爭取更長的有效碾壓時間。

2) 在風(fēng)速為10 km/h、環(huán)境溫度大于5 ℃的環(huán)境條件下，或是在風(fēng)速為0 km/h、環(huán)境溫度大于1 ℃的環(huán)境條件下，采用AC-13型溫拌改性瀝青混合料施工能夠保障有效壓實時間，保證混凝土的壓實質(zhì)量。在風(fēng)速為10 km/h、環(huán)境溫度大于2 ℃的環(huán)境條件下，或是在風(fēng)速為0 km/h、環(huán)境溫度大于-5 ℃的環(huán)境條件下，采用AC-13型熱拌溫鋪改性瀝青混合料施工能夠保障有效壓實時間，保證混凝土的壓實質(zhì)量。

3) 低溫施工質(zhì)量保障體系包括科學(xué)的設(shè)備管理、優(yōu)化的施工工藝及精細化的過程管理及控制，核心是以溫度控制確保施工和易性，保障有效壓實時間。

4) 工程實際驗證，低溫環(huán)境下施工，在優(yōu)化材料設(shè)計、嚴格溫度控制、施工保障措施落實有力的綜合作用下，低溫施工質(zhì)量能得到有效的保障。