鄭 巖

（北京華城工程管理咨詢(xún)有限公司，北京 102600）

1 工程概況

北京市某市政工程二期線路全長(zhǎng)2.580km，里程范圍為BZDK0+000~BZDK2+580.000，線路起點(diǎn)位于既有城市主干道ZY 路，沿南北方向展線，終點(diǎn)位于既有城市主干道HL 路，道路規(guī)劃紅線寬度為50m，設(shè)計(jì)為雙向四車(chē)道，全線采用溫拌瀝青混合料鋪設(shè)，路面結(jié)構(gòu)從上至下共有8 層，具體結(jié)構(gòu)分層、材料、幾何參數(shù)和力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本概況

2 溫拌瀝青混合料在攤鋪和壓縮過(guò)程中的溫度響應(yīng)特征

2.1 溫拌瀝青混合料的溫度場(chǎng)基本方程

在自然狀態(tài)下，任意物體無(wú)論是內(nèi)部還是外部，也無(wú)論其處于何種環(huán)境，只要空間任意2 點(diǎn)存在溫度差異，就會(huì)發(fā)生熱量的傳遞并且根據(jù)能量守恒定律，其熱量傳遞過(guò)程可以用導(dǎo)熱偏微分方程進(jìn)行描述[1-2]。根據(jù)傅里葉導(dǎo)熱基本定理，假設(shè)溫拌瀝青混合料為各項(xiàng)同性的連續(xù)介質(zhì)，在其中任意一點(diǎn)（x，y，z）位置，取一個(gè)邊長(zhǎng)為dx、dy、dz的小立方體單元，在（x，y，z）點(diǎn)的溫度為T(mén)，在x軸、y軸和z軸3 個(gè)方向上的溫度場(chǎng)按梯度變化分別為，微元體中流入的熱量與流出的熱量可以分別用公式（1）、公式（2）進(jìn)行描述[3]。

式中：λ為拉梅常數(shù)；φ為內(nèi)源熱量；T為溫度。

2.2 溫拌瀝青混合料攤鋪和碾軋過(guò)程中的溫度場(chǎng)響應(yīng)

在攤鋪過(guò)程中，選取里程BZDK1+800.500 位置處溫拌瀝青面層以上不同高度的溫度進(jìn)行測(cè)試，以研究溫拌瀝青混凝土面層以上溫度的分布規(guī)律。溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別設(shè)定在瀝青表面（0cm）、距離瀝青表面高度5cm、15cm、30cm、50cm 和80cm 處，觀測(cè)溫拌瀝青混合料溫度隨時(shí)間的變化過(guò)程，溫度采集時(shí)間分別為0min、3min、6min、9min、12min 和15min。

攤鋪階段溫拌混凝土瀝青混合料表面以上不同高度不同時(shí)間段的溫度變化規(guī)律如圖1 所示。從圖1 可以看出，不同高度處的溫度隨著測(cè)試時(shí)間的變化表現(xiàn)出較為一致的變化規(guī)律，隨著時(shí)間的增加，溫度不斷降低；在相同的時(shí)間內(nèi)，溫度從溫拌瀝青混合料表面開(kāi)始向上不斷降低，在溫拌瀝青混合料表面上部5cm 以?xún)?nèi)溫度下降劇烈，5cm以上溫度下降速率較小。溫拌瀝青混合料表面的溫度場(chǎng)響應(yīng)特征主要是由溫拌瀝青混合料與空氣之間存在的熱對(duì)流和熱傳遞產(chǎn)生的。剛攤鋪的溫拌瀝青混合料溫度明顯高于表面以上空氣溫度，在溫度梯度的作用下，溫拌瀝青混合料的熱量不斷向空氣中散發(fā)，使瀝青混合料表面上的空氣溫度上升，其他位置的空氣溫度與瀝青混合料表面上的空氣產(chǎn)生溫度差，導(dǎo)致空氣產(chǎn)生氣流運(yùn)動(dòng)，不斷地將瀝青表面的熱量攜帶走，向上輻射的熱量的強(qiáng)度也不斷降低，因此在垂直方向上，溫度隨高度升高不斷降低。

圖1 溫拌瀝青混合料攤鋪階段不同時(shí)間段、不同高度處的溫度變化規(guī)律

攤鋪階段溫拌混合料瀝青混合料表面和內(nèi)部不同時(shí)間段的溫度變化規(guī)律如圖2 所示。從圖2 可以看出，溫拌瀝青混合料上面層和中面層的內(nèi)部溫度和表面溫度均隨時(shí)間的增加而不斷降低且呈現(xiàn)較為明顯的線性關(guān)系，擬合系數(shù)均大于0.85，擬合關(guān)系如公式（4）~公式（7）所示。

圖2 不同時(shí)間段溫拌瀝青混合料攤鋪階段表面溫度和內(nèi)部溫度變化規(guī)律

式中：T1為攤鋪階段溫拌瀝青混合料上面層表面溫度，℃；T2為攤鋪階段溫拌瀝青混合料中面層表面溫度，℃；T3為攤鋪階段溫拌瀝青混合料上面層中部溫度，℃；T4為攤鋪階段溫拌瀝青混合料中面層中部溫度，℃；t為時(shí)間；R為擬合系數(shù)。

為研究碾軋階段溫拌瀝青混合料溫度隨時(shí)間的變化過(guò)程，在里程BZDK1+800.500 溫拌瀝青混合料中面層、上面層表面和中部分別設(shè)置溫度傳感器，溫度采集時(shí)間為0min~36min，采集時(shí)間間隔為3min。碾軋階段溫拌瀝青混合料表面和內(nèi)部不同時(shí)間段的溫度變化規(guī)律如圖3 所示。從圖3 可以看出，溫拌瀝青混合料上面層和中面層的內(nèi)部溫度和表面溫度均隨時(shí)間的增加呈現(xiàn)非線性的降低，具有明顯的指數(shù)關(guān)系，擬合系數(shù)均大于0.85，擬合關(guān)系如公式（8）~公式（11）所示。

圖3 不同時(shí)間段溫拌瀝青混合料碾軋階段表面溫度和內(nèi)部溫度變化規(guī)律

式中：T1為碾軋階段溫拌瀝青混合料上面層表面溫度，℃；T2為碾軋階段溫拌瀝青混合料中面層表面溫度，℃；T3為碾軋階段溫拌瀝青混合料上面層中部溫度，℃；T4 為碾軋階段溫拌瀝青混合料中面層中部溫度，℃；t為時(shí)間；R為擬合系數(shù)。

3 溫拌瀝青混合料施工關(guān)鍵技術(shù)分析

溫拌瀝青路面施工采用的機(jī)械設(shè)備主要有產(chǎn)量不低于230t/h 的間歇式瀝青拌合機(jī)、瀝青存儲(chǔ)罐、攤鋪機(jī)（功率為182kW）、雙鋼輪碾軋機(jī)（功率98kW）、輪胎壓路機(jī)（26000kg）、自卸汽車(chē)（20t）以及切割機(jī)。

在溫拌瀝青路面施工前對(duì)施工配合比進(jìn)行確認(rèn)，對(duì)其集料、SBS 改性瀝青、溫拌添加劑的各種物理力學(xué)性能參數(shù)進(jìn)行測(cè)試?；旌狭习韬喜捎瞄g歇式拌合機(jī)拌合，拌合溫度、拌合時(shí)間應(yīng)嚴(yán)格按照要求進(jìn)行控制，一般從加料到拌合完成的持續(xù)時(shí)間為60s~65s，拌合完成后的混合料應(yīng)物料均勻，拌制完成最高溫度不超過(guò)145℃。

混合料采用20t 自卸式運(yùn)輸車(chē)運(yùn)輸，運(yùn)輸前確定拌合站至瀝青混凝土路面攤鋪現(xiàn)場(chǎng)之間的路況，以保證瀝青混凝土的攤鋪溫度。裝料前應(yīng)保證車(chē)輛干凈整潔，表面無(wú)灰塵和殘余水分，混合料裝車(chē)時(shí)應(yīng)按照“品”字形裝料，避免一次性到頂裝料引起的骨料離析現(xiàn)象，并用帆布將運(yùn)輸車(chē)覆蓋。溫拌瀝青路面的攤鋪采用雙攤鋪機(jī)進(jìn)行作業(yè)，設(shè)備具有自動(dòng)找平和厚度控制功能，能夠保證攤鋪的厚度和平整度不超過(guò)允許誤差且在攤鋪的過(guò)程中應(yīng)保證機(jī)械勻速連續(xù)地運(yùn)行。

攤鋪完成后進(jìn)行碾軋工序。碾軋循序遵循從路幅兩邊向中間、沿道路縱向碾軋的原則，碾軋速度控制在3km/h以?xún)?nèi)。為保證道路碾軋完成后的連續(xù)和均勻，相鄰2 個(gè)碾軋段落應(yīng)具有一定的重疊區(qū)域，重疊部分應(yīng)不小于50cm，同時(shí)碾軋完成后的溫度不小于90℃。對(duì)橋頭過(guò)渡帶和涵洞過(guò)渡帶等難以機(jī)械碾軋的部位，采用人工輔助碾軋施工。采用多臺(tái)攤鋪機(jī)和碾軋機(jī)進(jìn)行施工時(shí)，沿著道路縱向方向留有縱向接縫，實(shí)際工程中多采用熱接縫方式實(shí)現(xiàn)跨幅度重疊碾軋，以消除縱向接縫，橫向接縫則采用冷接縫方式消除。

4 溫拌瀝青路面施工效果分析

為了確保溫拌瀝青路面的施工質(zhì)量，選取瀝青混凝土面層的動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)和低溫抗裂性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試。對(duì)施工完成后的溫拌瀝青混合料上面層、下面層進(jìn)行取樣，取樣尺寸為長(zhǎng)度25cm，寬度為3cm，高度為3.5m，取樣間隔為沿道路中軸線每隔200m 取一個(gè)試樣。取樣運(yùn)輸至實(shí)驗(yàn)室后，采用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)試件進(jìn)行抗壓試驗(yàn)。為保證低溫環(huán)境測(cè)試效果，試件的測(cè)試溫度控制在-10℃，測(cè)試結(jié)果如圖4 所示。從圖4 可以看出，溫拌瀝青混合料上面層的低溫抗壓破壞應(yīng)變?cè)?944με~3284με，平均值為3114με，大于2800με 的技術(shù)要求；溫拌瀝青混合料下面層的低溫抗壓破壞應(yīng)變?cè)?024με~3251με，平均值為3146με，大于2800με 的技術(shù)要求。

圖4 溫拌瀝青路面的低溫抗裂性指標(biāo)

施工完成后，在溫拌瀝青路面溫度為60℃的條件下，采用規(guī)范規(guī)定重量的車(chē)輪對(duì)瀝青混凝土路面進(jìn)行碾軋。碾軋的時(shí)長(zhǎng)控制在60min 內(nèi)，碾軋的速度為42 次/min。測(cè)試碾軋的車(chē)轍深度，以評(píng)價(jià)溫拌瀝青路面的動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)，結(jié)果如圖5 所示。從圖5 可以看出，溫拌瀝青混合料上面層的動(dòng)穩(wěn)定度為2907 次/min~3243 次/min，平均值為3107次/min，大于2400 次/min 的技術(shù)要求；溫拌瀝青混合料下面層的動(dòng)穩(wěn)定度為3039 次/min~3272 次/min，平均值為3153 次/min，大于2400 次/min 的技術(shù)要求。

圖5 溫拌瀝青路面的動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)

5 結(jié)論

該文以北京市某溫拌瀝青混凝土路面工程為研究對(duì)象，采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的方法對(duì)溫拌瀝青混凝土在攤鋪階段和碾軋階段的溫度場(chǎng)進(jìn)行了分析，選取溫拌瀝青混合料的低溫抗裂性指標(biāo)和動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)評(píng)價(jià)其施工效果，得到以下結(jié)論。

不同高度處的溫度隨測(cè)試時(shí)間的變化表現(xiàn)出較為一致的變化規(guī)律。隨著時(shí)間的增加，溫度不斷降低；在相同的時(shí)間內(nèi)，溫度從溫拌瀝青混合料表面開(kāi)始向上不斷降低，在溫拌瀝青混合料表面上部5cm 以?xún)?nèi)溫度下降劇烈。

在攤鋪階段，溫拌瀝青混合料上面層和中面層的內(nèi)部溫度和表面溫度均隨時(shí)間的增加而不斷降低且呈現(xiàn)較為明顯的線性關(guān)系；在碾軋階段，溫拌瀝青混合料上面層和中面層的內(nèi)部溫度和表面溫度均隨時(shí)間的增加而不斷降低且呈現(xiàn)較為明顯的指數(shù)關(guān)系。

對(duì)溫拌瀝青混合料上面層的低溫抗裂指標(biāo)和動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)的測(cè)試表明，2 個(gè)測(cè)試參數(shù)均滿足測(cè)試要求，施工效果良好。