新疆高寒地區(qū)冷拌瀝青混合料施工技術(shù)研究

馬彥兵 關(guān)志凱 楊健

文章在研究現(xiàn)階段冷拌瀝青混合料的技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展前景的基礎(chǔ)上，參考國內(nèi)外冷拌技術(shù)的研究成果，分析了冷拌瀝青混合料在實驗和實際施工中體現(xiàn)出來的優(yōu)缺點，以期為新疆高寒地區(qū)冷拌瀝青施工技術(shù)提供參考。

高寒地區(qū);冷拌瀝青;路用性能

U419.92A180573

0?引言

截至2017年年底，我國公路通車里程達477.35萬km（不含港、澳特別行政區(qū)和臺灣省）[1]。新疆公路通車總里程達到18.6萬km，占全國通車總里程的3.9%。新疆作為“一帶一路”經(jīng)濟帶的必經(jīng)之路，近些年公路建設(shè)項目增長趨勢十分迅猛，2017年年底新疆完成公路交通基礎(chǔ)建設(shè)投資逾2 000億元，2019年，新疆力爭完成交通運輸固定資產(chǎn)投資500多億元。國家和自治區(qū)政府大力對新疆公路進行建設(shè)性的投資，勢必會使得新疆公路行業(yè)得到更快的發(fā)展。

新疆處于高海拔地區(qū)，許多公路路線需通過高海拔高寒地區(qū)。如G216線薩爾達板-巴倫臺段需翻越天山山脈，這里常年低溫，7月份的平均氣溫僅為11 ℃～18.5 ℃，每年滿足施工的月份僅為3個月;G219線新藏公路需翻越16個冰大坂，涉44條冰河，平均海拔4 500 m以上。目前G219線僅為三級公路，隨著新疆公路建設(shè)的發(fā)展，必然會對其進行升級改造。但是該地區(qū)施工工期太短，海拔高，施工難度大、進度慢。本文參考國內(nèi)外關(guān)于高寒地區(qū)路面冷拌瀝青施工技術(shù)的研究，針對新疆高寒地區(qū)的路面施工進行研究并提出相應(yīng)的建議。

1?冷拌瀝青混合料（Cold Mixed Asphalt）施工技術(shù)

冷拌瀝青混合料（CMA）具有許多優(yōu)點，使其成為熱拌瀝青和溫拌瀝青較有前途的替代品，包括減少加熱能量和排放以及更長的運輸和放置混合物的工作時間。目前國內(nèi)外還沒有確定的CMA配合比設(shè)計標準和規(guī)范，對于冷拌瀝青的研究還處于實驗室和試驗路段的研究當(dāng)中[2]。

與熱拌瀝青混合料相比，冷拌瀝青混合料在施工中的各個方面顯示出了它的優(yōu)越性：

（1）良好的節(jié)能效果。由于集料的加熱需要大量的能源供應(yīng)，生產(chǎn)熱拌瀝青混合料更需要大量的能源供應(yīng)，達到8 L/t。而冷拌瀝青混合料將拌合溫度降至10 ℃～30 ℃，可以節(jié)約燃料約70%。

（2）減少廢氣排放。冷拌瀝青混合料的拌合和攤鋪溫度較低，這就使得瀝青混合料在拌合過程中，能夠減少瀝青煙氣等有毒氣體的排放，從而減輕了瀝青混合料在拌合生產(chǎn)過程中對施工人員身體健康的危害[3]。

（3）運輸半徑大。相比于熱拌瀝青混合料，冷拌瀝青混合料的料溫與環(huán)境溫度的差距縮小，混合料的存儲時間和運輸時間將明顯延長，運輸不受時間的約束。

（4）延長施工工期。由于冷拌瀝青混合料的施工溫度較低，對施工環(huán)境的溫度要求也相對較低，這樣可以大大縮短新疆將近六個月的冬休期，從而使施工周期變長，加快新疆道路的建設(shè)。

（5）在極端環(huán)境中可以進行正常攤鋪，有效地解決新疆高寒高海拔地區(qū)的瀝青路面施工難的問題。

2?冷拌瀝青混合料

2.1?冷拌瀝青混合料形成的機理

冷拌瀝青混合料目前主要有溶劑型冷拌瀝青混合料和乳劑型冷拌瀝青混合料兩類[4]。冷拌瀝青混合料與熱拌瀝青混合料不同的是，冷拌瀝青混合料主要是依靠混合料內(nèi)部的有機溶劑和水分的蒸發(fā)將瀝青裹附在集料上，最終形成整體。

2.2?集料的選擇

由于冷拌瀝青混合料是在集料上裹附乳化液或輕質(zhì)瀝青制成的，或是在混合料中添加某種改性劑制成的，因此，與熱拌瀝青混合料的成料形式不同，其集料的選擇也會更加苛刻，應(yīng)嚴格控制每一種集料的相對尺寸和表面積。在進行級配之前，應(yīng)通過洛杉磯磨耗等試驗嚴格對石料的質(zhì)量進行把關(guān)，對碎石應(yīng)進行篩分后表面積的測量。

2.3?級配設(shè)計及其性能

冷拌瀝青混合料的拌合、攤鋪溫度可低至5 ℃以下[5]。M.N.M.Warid等針對冷拌瀝青這種優(yōu)良的性能，對冷拌混合料配合比進行了研究（如表1所示）[2]。

許多現(xiàn)有的冷拌設(shè)計方法規(guī)定了最小的涂層范圍，以確保瀝青乳液與集料的相容性，并防止早期的水損害。

對于混合料添加劑，國內(nèi)外許多研究學(xué)者進行了研究，根據(jù)地區(qū)、氣候條件和施工作業(yè)梯度額不同，對添加劑的選擇和配比也有所差異。針對新疆高寒地區(qū)的氣候條件，考慮到運距長和氣候低的因素，推薦選用表2中的添加劑配比。

先將水與陽離子表面活硅劑按比例混合后，經(jīng)過乳化劑充分混合形成膠液，將重交瀝青、膠液、線型液體SBS及有機助劑再迅速混合，跟級配充分攪拌冷卻到常溫即可。

2.4?路面結(jié)構(gòu)層的確定

在對冷拌瀝青混合料攤鋪厚度的研究中，通過實驗室研究[6]，提出冷拌瀝青路面攤鋪結(jié)構(gòu)層（如圖1所示）。

該結(jié)構(gòu)層當(dāng)車輛載荷較大時，水泥穩(wěn)定碎石基層厚度的增加對柔性基層底部的最大剪應(yīng)力和最大拉應(yīng)力沒有顯著影響。水泥穩(wěn)定碎石基層的厚度會隨著車輛荷載的增加而增加，因此，必須控制水泥穩(wěn)定碎石基層的厚度不能太厚。

在正交試驗范圍內(nèi)，施加荷載時，增加水泥穩(wěn)定碎石基層厚度對冷拌再生瀝青混凝土面層底部最大剪應(yīng)力和最大拉應(yīng)力有顯著的影響，大大降低了冷拌再生瀝青混凝土底部的最大剪應(yīng)力和最大拉應(yīng)力。

3?冷拌瀝青混合料（CMA）的運輸及攤鋪

3.1?冷拌瀝青混合料（CMA）的運輸控制

由于冷拌瀝青混合料拌合和攤鋪溫度較低，在運輸?shù)倪^程中，不會像熱拌瀝青混合料一樣受嚴格的時間限制。但是長時間的儲存和運輸會使混合料中有機溶劑和水分蒸發(fā)，導(dǎo)致攤鋪質(zhì)量的下降。因此，冷拌瀝青混合料也應(yīng)該控制運輸時間，一般不宜超過6 h。

運輸過程中為了防止離析，應(yīng)選用裝有內(nèi)螺旋攪拌器的轉(zhuǎn)運車，在運輸過程中對瀝青混合料再次進行攪拌。

3.2?冷拌瀝青混合料（CMA）的攤鋪控制

冷拌瀝青混合料對基層的質(zhì)量要求比較高，基層的不平整或者壓實度不夠，很容易導(dǎo)致面層后期的鼓包和脫離。因此，瀝青面層在攤鋪之前需要對原有基層進行檢查，質(zhì)量不符合要求的不允許進行攤鋪作業(yè)。

在攤鋪過程中，應(yīng)當(dāng)采用多臺攤鋪機成梯隊方式同步攤鋪。縱向接縫應(yīng)有一定的搭接寬度。在攤鋪過程中如果發(fā)現(xiàn)攤鋪的平整度不滿足要求，應(yīng)當(dāng)停止攤鋪，直到調(diào)整校正之后再重新進行攤鋪。

4?結(jié)語

（1）文章針對高寒地區(qū)路面冷鋪技術(shù)展開討論，敘述了冷拌瀝青混合料的機理，并給出了關(guān)于新疆地區(qū)冷拌技術(shù)的推薦級配、添加劑配合比和路面結(jié)構(gòu)層厚度。

（2）文章針對冷拌瀝青混合料（CMA）的運輸和攤鋪需控制的因素進行了匯總和描述，對冷拌冷鋪施工技術(shù)有一定的指導(dǎo)作用。

[1]交通運輸部.一圖看懂2017年交通運輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報[J].中國公路，2018（7）：16-17.

[2]Warid M N M，Hainin M R，Yaacob H，et al.Thin cold-mix stone mastic asphalt pavement overlay for roads and highways[J].Materials Research Innovations，2014，18（6）：303-306.

[3]Cheng L，Bahia H U. Development of a Volumetric Mix Design Protocol for Dense-Graded Cold Mix Asphalt[J/OL]. Journal of Transportation Engineering， Part B： Pavements， 2018， 144（4）.

[4]胡?芃，屈新龍.冷拌環(huán)氧瀝青混合料的路用性能研究[J].施工技術(shù)，2018，47（S1）：1 151-1 154.

[5]韋武舉，韓?超，黃?俊，等.乳化瀝青冷拌瀝青混合料設(shè)計方法研究[J].石油瀝青，2013，27（2）：43-47.

[6]Sun Z，Zhang G，Cheng H. Study on Application of Cold-Mixed Asphalt Mixture in Flexible Pavement Structure[J/OL]. IOP Conference Series Materials Science and Engineering，2018（381）.