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(duì)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(duì)小的特點(diǎn)，這不僅限制了工程進(jìn)度，還必然給工程建設(shè)單位帶來(lái)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(zhǎng)瀝青路面施工時(shí)間，增強(qiáng)瀝青路面施工的便利性及靈活性具有重要的實(shí)際意義。

目前，為適應(yīng)低溫施工，常用的措施有2個(gè)方面：一是挖掘材料特性，其中溫拌技術(shù)應(yīng)用相對(duì)較多；二是加強(qiáng)施工組織，通過(guò)保障有效壓實(shí)時(shí)間來(lái)保障施工壓實(shí)質(zhì)量[1-2]。本文重點(diǎn)針對(duì)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(jìn)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(jí)公路)或5 ℃(其他等級(jí)公路)的環(huán)境下進(jìn)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(yùn)輸、攤鋪、碾壓環(huán)節(jié)的降溫速率快，有效壓實(shí)時(shí)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(guò)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(guò)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(zhēng)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(shí)時(shí)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(jì)

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(yàn)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(jì)

從現(xiàn)場(chǎng)取料并進(jìn)行篩分，依據(jù)對(duì)AC-13級(jí)配的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究成果，確定不同規(guī)格礦料配合百分比為10～15∶5～10∶機(jī)制砂∶礦粉=30.0∶28.0∶39.0∶3.0。礦料篩分及配合比計(jì)算見(jiàn)表1。

表1 礦料篩分及配合比計(jì)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(jì)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(yàn)結(jié)果并參考體積參數(shù)的大小及其變化趨勢(shì)，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(guò)混合料性能試驗(yàn)檢驗(yàn)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]?；旌狭闲阅軘?shù)據(jù)見(jiàn)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(shí)時(shí)間內(nèi)保證瀝青路面被有效壓實(shí)。一般情況下，瀝青路面施工過(guò)程中機(jī)械臺(tái)班的效率是固定的，本試驗(yàn)段按照表3的施工碾壓組合進(jìn)行。對(duì)于表面層，考慮平整度的要求，第1遍采用鋼輪壓路機(jī)緊跟攤鋪機(jī)高頻低幅去振動(dòng)碾壓，第2遍即上膠輪壓路機(jī)緊跟鋼輪壓路機(jī)，形成鋼輪和膠輪的交替碾壓，最后由鋼輪壓路機(jī)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(yàn)確定1次完整的碾壓時(shí)間為33 min～36 min。

表3 施工碾壓組合方式

在有效碾壓時(shí)間和終壓溫度確定的前提下，可以應(yīng)用Pavecool計(jì)算反推出特定混合料參數(shù)、試驗(yàn)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(jì)算中使用參數(shù)見(jiàn)表4，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

表4 計(jì)算參數(shù)

表5 不同類型混合料適宜的低溫環(huán)境

通過(guò)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(shí)時(shí)間，保證混凝土的壓實(shí)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(shí)時(shí)間，保證混凝土的壓實(shí)質(zhì)量。熱拌溫鋪混合料技術(shù)由于能夠爭(zhēng)取更長(zhǎng)的壓實(shí)時(shí)間，因此更適宜在相對(duì)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(yàn)段施工。當(dāng)時(shí)環(huán)境溫度3 ℃，風(fēng)速為4 km/h，通過(guò)前述分析，分別采用2種不同類型的混合料進(jìn)行試驗(yàn)段施工，均具有可行性。結(jié)合工程實(shí)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(chǎng)施工工藝、現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量精細(xì)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(dòng)方式。拌和設(shè)備的生產(chǎn)能力跟攤鋪機(jī)的生產(chǎn)率相關(guān)，為了保證攤鋪機(jī)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(jī)的生產(chǎn)率；同時(shí)拌和設(shè)備應(yīng)具有良好的溫控系統(tǒng)(溫控的準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性)、準(zhǔn)確的稱量系統(tǒng)(配料的準(zhǔn)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(yùn)輸設(shè)備

運(yùn)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(jī)不間斷施工，又不能過(guò)多,以免造成資源浪費(fèi)，應(yīng)以攤鋪機(jī)的生產(chǎn)能力為核心，并在假設(shè)施工階段各個(gè)機(jī)械設(shè)備無(wú)損壞、無(wú)停歇，運(yùn)輸設(shè)備正好完全供應(yīng)攤鋪機(jī)施工情況下，計(jì)算運(yùn)輸設(shè)備的數(shù)量配置，運(yùn)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?jí)簩?shí)度。工程中攤鋪機(jī)必須緩慢、均勻、連續(xù)不間斷地?cái)備?，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(shí)決定配套的拌和、運(yùn)輸供料以及壓實(shí)設(shè)備配套要求，因此將攤鋪機(jī)作為第一主導(dǎo)機(jī)械是所有施工過(guò)程管理的共識(shí)。攤鋪機(jī)單位時(shí)間內(nèi)的攤鋪量取決于攤鋪速度、寬度、厚度等3個(gè)方面，需精確計(jì)算，為保證攤鋪機(jī)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?jí)簩?shí)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(shí)質(zhì)量，它的選擇主要依據(jù)攤鋪機(jī)的實(shí)際攤鋪能力，并綜合上述諸因素來(lái)決定。根據(jù)攤鋪機(jī)的生產(chǎn)率，精確計(jì)算出每個(gè)壓實(shí)階段所需的壓路機(jī)臺(tái)數(shù)量，且壓路機(jī)的噸位要足，碾壓前需過(guò)泵驗(yàn)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(zhǎng)瀝青混合料的拌和時(shí)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(xì)集料含量，堅(jiān)決廢棄回收粉。

2) 運(yùn)輸工藝

運(yùn)輸工藝的關(guān)鍵是全程保溫、緊湊。嚴(yán)格落實(shí)運(yùn)力問(wèn)題，嚴(yán)禁等料待料現(xiàn)象；嚴(yán)格落實(shí)混合料運(yùn)輸過(guò)程中的保溫效果；采用大型運(yùn)輸車并確保運(yùn)料路線道路暢通；運(yùn)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(shí)仍應(yīng)處于保溫狀態(tài)；加強(qiáng)運(yùn)輸卸料調(diào)度，強(qiáng)調(diào)前后場(chǎng)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(tái)攤鋪機(jī)的前后距離；嚴(yán)禁攤鋪時(shí)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(jī)振搗夯錘等級(jí)；高度重視攤鋪機(jī)布料狀態(tài)以防離析，高度重視2臺(tái)攤鋪機(jī)參數(shù)的一致性和穩(wěn)定性；適當(dāng)延長(zhǎng)熨平板預(yù)熱時(shí)間并提高預(yù)熱溫度；高度重視熨平板的拼接問(wèn)題，2臺(tái)攤鋪機(jī)并排攤鋪時(shí)，接縫處?kù)倨桨甯髟鲈O(shè)煤氣罐加溫，攤鋪前提前1 h對(duì)熨平板進(jìn)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(yán)格控制碾壓設(shè)備的有效配置和連續(xù)碾壓；嚴(yán)格控制碾壓速度和碾壓段落；嚴(yán)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(guò)程中的溫度損失(覆蓋碾壓)；高度重視防風(fēng)問(wèn)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(tái)壓路機(jī)組合作業(yè)(形成碾壓列車組)，2臺(tái)同組壓路機(jī)相距2 m左右，同進(jìn)同退同錯(cuò)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(xì)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(xì)化管理。

1) 低溫施工的準(zhǔn)備工作。健全施工隊(duì)伍組織體系，在施工前落實(shí)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(duì)冬季低溫施工的重視程度，確保嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和有關(guān)施工技術(shù)規(guī)范進(jìn)行施工。制定施工預(yù)案和運(yùn)輸方案。在施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置專人負(fù)責(zé)統(tǒng)一調(diào)度瀝青拌料，做到定時(shí)、定量、定車組織供應(yīng)，確保供料滿足施工進(jìn)度要求。

2) 做好選料及設(shè)計(jì)。在冬季低溫條件下進(jìn)行瀝青混凝土路面施工，選料與拌和都必須嚴(yán)格按照 JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》的要求進(jìn)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(yán)格各環(huán)節(jié)溫度控制。在瀝青混合料施工過(guò)程中，須實(shí)時(shí)監(jiān)控和檢測(cè)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(guò)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(yàn)頻度和質(zhì)量要求，瀝青混合料路面鋪筑過(guò)程中必須隨時(shí)對(duì)鋪筑質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定，質(zhì)量檢驗(yàn)的內(nèi)容、頻度、允許差應(yīng)符合規(guī)范要求。

5 實(shí)際應(yīng)用效果

試驗(yàn)段施工后第2天取芯樣進(jìn)行檢測(cè)，求得的檢測(cè)結(jié)果平均值見(jiàn)表6。

表6 實(shí)體工程檢測(cè)數(shù)據(jù)

由表6可以看出，試驗(yàn)段的壓實(shí)度、平整度及滲水性能良好。由此可知，該材料設(shè)計(jì)、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(zhēng)取更長(zhǎng)的有效碾壓時(shí)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(shí)時(shí)間，保證混凝土的壓實(shí)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(shí)時(shí)間，保證混凝土的壓實(shí)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(xì)化的過(guò)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(shí)時(shí)間。

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