温拌沥青混合料低温施工应用研究

张海峰，魏连雨，马士宾，刘明光

（1.河北工业大学 土木工程学院，天津 300401；2.华北高速公路股份有限公司，北京 100176）

0 概述

温拌沥青混合料较热拌沥青混合料而言，在保证沥青混合料使用性能的情况下，温拌沥青混合料的拌合温度可以降低30℃左右．“十二五”期间，国家对道路交通工程基础建设力度更大，国家将要完成大量的国道、省道、城市道路和桥梁、高速公路等的建设任务，采用WMA代替传统的HMA来铺筑道路，可以减少大量的能源消耗、环境的破坏和作业人员安全，符合国家绿色和可持续的发展道路；同时由于温拌沥青混合料能降低施工温度的这种特性，可以很好的实现低温条件沥青路面施工，延长施工季节，在保证工程质量的同时，能有效保证国家的建设速度，值得推广．

1 表面活性温拌剂作用机理

沥青混合料温拌剂是一种表面活性剂．其作用机理为：在拌合过程中，由亲油基和亲水基作用在微量水和沥青界面，形成具有润滑作用的结构性水膜，改善了拌和和易性；碾压时水膜受到破坏，水排除出去；碾压结束后，沥青和石料之间的温拌剂作用，增加了沥青和石料的裹附，减少了石料和沥青的剥离，确保了温拌沥青混凝土的性能[1]．温拌剂作用机理示意图如图1所示．

通过温拌剂作用机理的阐述可以看出，一方面温拌沥青混合料可以不通过提高的出料温度和增加沥青用量就可以得到相对较宽的碾压温度范围；另一方面，由于较低的施工温度与环境温度差异减少，降温速度下降，从而赢得了更多的有效碾压时间．

2 温拌沥青混合料级配设计

GTM 试件揉搓成型最大程度的模拟现场碾压实际，试件密实度和抗剪强度有所提高，可以避免体积设计法所不可避免的体积参数计算问题，减少误差，确保温拌沥青混合料低温状态下的压实性能．因此本研究采用GTM的配合比设计方法．

2.1 原材料性能

2.1.1 沥青

沥青采用SBS类I-D级改性沥青，主要技术指标参数示于表1．

2.1.2 集料及矿粉

粗集料为10～15 mm、5～10 mm玄武岩，细集料为机制砂，矿粉为石灰岩矿粉，主要技术指标参数示于表2～表4．

图1 温拌剂作用机理图Fig.1 Temperaturemixing agent mechanism

表1 SBS改性沥青技术性质Tab.1 SBSmodified asphalt technology properties

表2 粗集料技术性质Tab.2 Coarse aggregate technical nature

表3 细集料技术性质Tab.3 Fine aggregate technical nature

2.2 合成级配设计

本研究采用AC-13型沥青混凝土，结合AC-13级配的优化设计研究成果，确定级配组成见图2．

2.3 最佳施工温度

在试验数据的基础上，经过分析和比较各个控制指标，本研究以毛体积密度来确定温拌沥青混合料的拌合及压实温度．试验以温拌SBS改性沥青混合料为例，最终确定的拌合温度范围130～140℃，压实温度范围为120～130℃．试验时取其中值．

2.4 最佳油石比确定

配合比设计采用GTM方法．试件成型条件为：垂直压力0.8 MPa；拌和温度140℃；成型温度125～135℃；控制方式为极限平衡状态．温拌剂∶沥青=5∶95．最终确定的AC-13型改性沥青混合料最佳油石比确定为4.7%．

最佳油石比下的沥青混合料的各项技术指标如表5所示．

表5 AC-13C型改性沥青混合料GTM试件体积参数及马歇尔稳定度试验结果Tab.5 AC-13 c typemodified GTM research specimen volume parameter and asphalt mixture Marshall stability test results

3 温拌沥青混合料低温施工应用工程实例

本研究在天津市外环线某桥进行了试验段铺筑，验证温拌剂在低温环境下的实际效果，并对实际效果进行评价．

试验段铺筑时气温为3～5℃，天气晴朗，试验段长度为1 000 m，厚度4 cm，实施的层位为沥青路面的表面层．温拌添加剂为水溶液，喷洒量为沥青质量的5%．

3.1 施工工艺流程

根据路面施工技术规范及沥青混合料温拌技术要求，结合试验段研究成果，温拌沥青混合料的施工工艺流程如下：

1）沥青混合料拌合前，检查拌合机是否正常运转，安装和调配添加剂辅助设备，确认生产配合比和加料顺序．确保添加剂与沥青的喷洒比例，并在沥青喷洒结束前完成．

2）运料车在拌合楼接料时，应移动汽车来调整料堆的位置，减少和避免粗集料离析；摊铺时，运料车应在摊铺机前10～30 cm处停住，不要撞击摊铺机；卸料时，运料车应挂空挡由摊铺机推动前进．

3）混合料摊铺时，摊铺机应必须缓慢﹑均匀﹑连续不间断地摊铺，不得中途停车或随意变换速度，以提高平整度，减少混合料的离析，摊铺速度宜控制在3～5 m/min的范围内．

4）路面碾压时，应做到初压和复压的压路机紧跟碾压，来保证压实度和平整度．每幅不超过6m时，需要配置1台初压钢轮压路机，1台胶轮压路机进行组合，1台终压钢轮压路机，如果采用一次性摊铺宽度超过6m或者双梯队摊铺作业时，推荐采用2台初压钢轮、2～3台复压胶轮，1台终压钢轮吨位，根据环境和不同的混合料类型，对碾压方式及遍数进行调整，碾压方案如表6所示．

图2 矿料级配曲线Fig.2 Mineral aggregategradation curve

5）初压温度控制在115～125℃，复压温度为90～100℃，终压温度为60～70℃，完成温度为50～60℃．

6）压实完毕，施工机械撤场，路表温度降到50℃以下，标线施划完毕后，即可开放交通（需限制超载车通行）．

3.2 实际效果

选取具有代表性的路段（施工结束第2天）进行温拌沥青混合料取芯，对路面的渗水性能和抗滑性能进行测定，采用表干法测定各点位毛体积密度，结果见表7．

由表7的检测数据对比可以看出，即使是在低温条件下，在适宜的施工工艺和条件下，温拌沥青混凝土表面层压实度、空隙率、渗水系数、构造深度等指标均能满足热拌沥青混合料的施工技术规范要求，综合性能良好．

表6 AC-13碾压方案Tab.6 AC-13 rolling plan

表7 试验段检测数据Tab.7 Test section detection data

4 结论

1）温拌剂特有的作用机理一方面保证温拌沥青混合料可以得到相对较宽的碾压温度范围；另一方面，能赢得了更多的有效碾压操做时间．

2）以毛体积密度作为关键控制指标确定温拌沥青混合料的拌合温度范围130～140℃，压实温度范围为120～130℃．

3）温拌沥青混合料路面施工初压温度控制在110～120℃之间，复压温度控制为90～100℃，终压温度控制为60～80℃，碾压温度控制为50～70℃．

4）低温条件下，选用适宜的施工工艺，可以保证温拌沥青混凝土的空隙率、压实度、弯沉值、渗水系数、构造深度等指标均满足热拌沥青混合料的施工技术规范要求，综合性能良好．

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