溫拌瀝青混合料低溫施工應用研究

張海峰，魏連雨，馬士賓，劉明光

（1.河北工業大學 土木工程學院，天津 300401；2.華北高速公路股份有限公司，北京 100176）

0 概述

溫拌瀝青混合料較熱拌瀝青混合料而言，在保證瀝青混合料使用性能的情況下，溫拌瀝青混合料的拌合溫度可以降低30℃左右．“十二五”期間，國家對道路交通工程基礎建設力度更大，國家將要完成大量的國道、省道、城市道路和橋梁、高速公路等的建設任務，采用WMA代替傳統的HMA來鋪筑道路，可以減少大量的能源消耗、環境的破壞和作業人員安全，符合國家綠色和可持續的發展道路；同時由于溫拌瀝青混合料能降低施工溫度的這種特性，可以很好的實現低溫條件瀝青路面施工，延長施工季節，在保證工程質量的同時，能有效保證國家的建設速度，值得推廣．

1 表面活性溫拌劑作用機理

瀝青混合料溫拌劑是一種表面活性劑．其作用機理為：在拌合過程中，由親油基和親水基作用在微量水和瀝青界面，形成具有潤滑作用的結構性水膜，改善了拌和和易性；碾壓時水膜受到破壞，水排除出去；碾壓結束后，瀝青和石料之間的溫拌劑作用，增加了瀝青和石料的裹附，減少了石料和瀝青的剝離，確保了溫拌瀝青混凝土的性能[1]．溫拌劑作用機理示意圖如圖1所示．

通過溫拌劑作用機理的闡述可以看出，一方面溫拌瀝青混合料可以不通過提高的出料溫度和增加瀝青用量就可以得到相對較寬的碾壓溫度范圍；另一方面，由于較低的施工溫度與環境溫度差異減少，降溫速度下降，從而贏得了更多的有效碾壓時間．

2 溫拌瀝青混合料級配設計

GTM 試件揉搓成型最大程度的模擬現場碾壓實際，試件密實度和抗剪強度有所提高，可以避免體積設計法所不可避免的體積參數計算問題，減少誤差，確保溫拌瀝青混合料低溫狀態下的壓實性能．因此本研究采用GTM的配合比設計方法．

2.1 原材料性能

2.1.1 瀝青

瀝青采用SBS類I-D級改性瀝青，主要技術指標參數示于表1．

2.1.2 集料及礦粉

粗集料為10～15 mm、5～10 mm玄武巖，細集料為機制砂，礦粉為石灰巖礦粉，主要技術指標參數示于表2～表4．

圖1 溫拌劑作用機理圖Fig.1 Temperaturemixing agent mechanism

表1 SBS改性瀝青技術性質Tab.1 SBSmodified asphalt technology properties

表2 粗集料技術性質Tab.2 Coarse aggregate technical nature

表3 細集料技術性質Tab.3 Fine aggregate technical nature

2.2 合成級配設計

本研究采用AC-13型瀝青混凝土，結合AC-13級配的優化設計研究成果，確定級配組成見圖2．

2.3 最佳施工溫度

在試驗數據的基礎上，經過分析和比較各個控制指標，本研究以毛體積密度來確定溫拌瀝青混合料的拌合及壓實溫度．試驗以溫拌SBS改性瀝青混合料為例，最終確定的拌合溫度范圍130～140℃，壓實溫度范圍為120～130℃．試驗時取其中值．

2.4 最佳油石比確定

配合比設計采用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．溫拌劑∶瀝青=5∶95．最終確定的AC-13型改性瀝青混合料最佳油石比確定為4.7%．

最佳油石比下的瀝青混合料的各項技術指標如表5所示．

表5 AC-13C型改性瀝青混合料GTM試件體積參數及馬歇爾穩定度試驗結果Tab.5 AC-13 c typemodified GTM research specimen volume parameter and asphalt mixture Marshall stability test results

3 溫拌瀝青混合料低溫施工應用工程實例

本研究在天津市外環線某橋進行了試驗段鋪筑，驗證溫拌劑在低溫環境下的實際效果，并對實際效果進行評價．

試驗段鋪筑時氣溫為3～5℃，天氣晴朗，試驗段長度為1 000 m，厚度4 cm，實施的層位為瀝青路面的表面層．溫拌添加劑為水溶液，噴灑量為瀝青質量的5%．

3.1 施工工藝流程

根據路面施工技術規范及瀝青混合料溫拌技術要求，結合試驗段研究成果，溫拌瀝青混合料的施工工藝流程如下：

1）瀝青混合料拌合前，檢查拌合機是否正常運轉，安裝和調配添加劑輔助設備，確認生產配合比和加料順序．確保添加劑與瀝青的噴灑比例，并在瀝青噴灑結束前完成．

2）運料車在拌合樓接料時，應移動汽車來調整料堆的位置，減少和避免粗集料離析；攤鋪時，運料車應在攤鋪機前10～30 cm處停住，不要撞擊攤鋪機；卸料時，運料車應掛空擋由攤鋪機推動前進．

3）混合料攤鋪時，攤鋪機應必須緩慢﹑均勻﹑連續不間斷地攤鋪，不得中途停車或隨意變換速度，以提高平整度，減少混合料的離析，攤鋪速度宜控制在3～5 m/min的范圍內．

4）路面碾壓時，應做到初壓和復壓的壓路機緊跟碾壓，來保證壓實度和平整度．每幅不超過6m時，需要配置1臺初壓鋼輪壓路機，1臺膠輪壓路機進行組合，1臺終壓鋼輪壓路機，如果采用一次性攤鋪寬度超過6m或者雙梯隊攤鋪作業時，推薦采用2臺初壓鋼輪、2～3臺復壓膠輪，1臺終壓鋼輪噸位，根據環境和不同的混合料類型，對碾壓方式及遍數進行調整，碾壓方案如表6所示．

圖2 礦料級配曲線Fig.2 Mineral aggregategradation curve

5）初壓溫度控制在115～125℃，復壓溫度為90～100℃，終壓溫度為60～70℃，完成溫度為50～60℃．

6）壓實完畢，施工機械撤場，路表溫度降到50℃以下，標線施劃完畢后，即可開放交通（需限制超載車通行）．

3.2 實際效果

選取具有代表性的路段（施工結束第2天）進行溫拌瀝青混合料取芯，對路面的滲水性能和抗滑性能進行測定，采用表干法測定各點位毛體積密度，結果見表7．

由表7的檢測數據對比可以看出，即使是在低溫條件下，在適宜的施工工藝和條件下，溫拌瀝青混凝土表面層壓實度、空隙率、滲水系數、構造深度等指標均能滿足熱拌瀝青混合料的施工技術規范要求，綜合性能良好．

表6 AC-13碾壓方案Tab.6 AC-13 rolling plan

表7 試驗段檢測數據Tab.7 Test section detection data

4 結論

1）溫拌劑特有的作用機理一方面保證溫拌瀝青混合料可以得到相對較寬的碾壓溫度范圍；另一方面，能贏得了更多的有效碾壓操做時間．

2）以毛體積密度作為關鍵控制指標確定溫拌瀝青混合料的拌合溫度范圍130～140℃，壓實溫度范圍為120～130℃．

3）溫拌瀝青混合料路面施工初壓溫度控制在110～120℃之間，復壓溫度控制為90～100℃，終壓溫度控制為60～80℃，碾壓溫度控制為50～70℃．

4）低溫條件下，選用適宜的施工工藝，可以保證溫拌瀝青混凝土的空隙率、壓實度、彎沉值、滲水系數、構造深度等指標均滿足熱拌瀝青混合料的施工技術規范要求，綜合性能良好．

[1]周衛峰．基于GTM的瀝青混合料配合比設計方法的研究 [D]．西安：長安大學，2006．

[2]許菲菲，劉黎萍，唐海威，等．溫拌瀝青混合料和熱拌瀝青混合料性能對比 [J]．公路工程，2009，34（3）：73-75．

[3]陶卓輝，杜群樂．溫拌瀝青混凝土工作原理及低溫施工 [C]//2008中國乳化瀝青技術和路面維修養護技術大會．西安．2008．

[4]歐陽偉，王連廣，楊彥海．基于乳化技術的溫拌瀝青混合料應用研究 [J]．中外公路，2008，28（4）：218-220．

[5]張國彬．溫拌瀝青混凝土路面施工的探討 [J]．交通標準化，2010，218（7）：45-48．

[6]張久鵬，裴建中，徐麗，等．溫拌SBS瀝青混合料旋轉壓實特性 [J]．交通運輸工程學報，2011，11（1）：1-6．

[6]沈金安．瀝青及瀝青混合料路用性能 [M]．北京：人民交通出版社，2005．

[7]中華人民共和國交通部．JTJE20-2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程 [S]．北京：人民交通出版社，2011．

[8]秦永春，黃頌昌，徐劍，等．溫拌瀝青混合料技術及最新研究 [J]．石油瀝青，2006，20（4）：18-21．

[9]HURLEY GC．PROWELL BD．Field Performanceof Warm Mix Asphalt[C]//Transportation Research Board 87thAnnual Meeting．Washington D C：Transportation Research Board．2008．