沙漠地区沥青混凝土路面施工关键技术研究

向 磊

（四川公路桥梁建设集团有限公司机械化施工分公司， 四川 双流 610200）

0 引言

项目位于内蒙古乌拉特中旗的国道331线乌珠尔至北银根高速公路工程建设项目,已被国家列入巴彦淖尔浩特市市区公共交通"十三五"发展战略规划,获得了内蒙古自治区经济发展和体制改革工作委员会委托并批准开工建设。本文将以此工程项目为背景,依托本地区沥青路面施工具体情况,对沙漠地区沥青混凝土路面施工技术进行研究,推及至对高纬度地区沥青混凝土的配合比设计、混合料拌和、沥青路面铺筑、养护等多方面的施工关键技术进行研究,有望提高在类似气候环境地区的沥青混凝土施工水平,提高社会效益及经济效益。

1 工程概况介绍

（1）区域人文环境:国道331线乌珠尔至北银根(乌拉特中旗段)高速公路工程建设项目,已正式列入巴彦淖尔市公共交通"十三五"发展战略规划,由中共内蒙古自治区经济发展和综合改革工作委员会以内发改基础字[2017]73号文件批准开工建设[1]。国道331乌拉特中旗段主线全长187.649公里,总投资5.4亿元,起点选址位于巴彦淖尔市境内乌珠尔,终点选址位于巴音查干,途经2个苏木镇,4个民族嘎查村,直接提供输送服务，人口达14万五千。工程从开工到建成通车历时两年。该项施工目的顺利建成,在稳边固疆治边、促进沿边地区少数民族贫困地区经济发展,建设祖国北疆安全和谐稳定战略屏障等各个方面都已经起到了重要推动作用。

（2）自然环境:在地质地貌构造条件方面,项目规划路线基本完全平行于当年中蒙边界国境线,位于黄河中游,为内蒙古西部阴山北麓的高山草原区和微丘丘陵地带,平均海拔1100米以上。由阴山秦岭山脉东西走向的二狼山、乌力亚斯太山、查石太山路线分割为南北不同的路线自然景观,路线结构从东向西主要为草原微丘地貌,地形相对高差不大,地质地貌构造较为简单,土壤覆盖植被少,局部基岩较为裸露,地表土质多属砂性土[2]。水文条件方面,地表水除了山前较丰富外,其余地区都很贫乏,以狼山山地丘陵与乌兰察布高原交接处为分水岭,以南属于黄河水系,以北为内陆河水系,内陆河水系分支众多,分布于牧区各地,黄河水系河流则形成了较多山洪沟,穿过黄河,最后进入黄河。同时,受地质、地层岩性与地形地貌等自然条件的不同影响,地下水结构形成三大类:(1)松散岩类孔隙水;(2)断屑岩类裂隙孔层间水;(3)基岩裂隙水。其中, 松散岩类孔隙水多广泛分布在山前、河谷、沙地以及平原丘陵一带,水量较丰富,埋藏浅；碎屑岩类裂隙孔层间分布在盆地上;后两者分为贫水区、中等富水区，还有少量自流区。气候典型特征方面,工程区属于大陆干旱气候区,表现气候特征为一年四季分明,夏季短促,春季干燥多风,秋季温和凉爽,降雨量相对少,蒸发量大,冬季漫长,冬春少雨雪,夏季雨量集中,昼夜温差大[3]。1月极端最低气温-39.4℃(1967年);7月极端最高温度38.7℃。日照总时数长3097.6小时,日照百分高达率73%。无霜期短,蒸发强烈,降雨少而集中,冰冻深度高达上百厘米。历年平均大风日数多,且风力较大。

2 沥青技术介绍以及当前沥青技术发展状况

沥青是一种具有防水防潮和防腐性能的有机胶凝材料，分为煤、石油和天然三种沥青，被广泛应用于涂料、塑料、橡胶等工业以及筑路铺路等方面，在目前仍然具有不可替代的重要作用，也是沙漠地区公路建设的主要材料，因为其具有多方面的强大优势：首先是施工周期短，施工效率高，通常具备沥青混凝土、摊铺机以及压路机三个关键因素时便可以进行沥青混凝土的施工，且这些设备的运输难度都不大，能够在较短时间内开展作业，在沥青混凝土制备完成后可用运输车运输至施工现场，与摊铺机和压路机配合作业，且无论是摊铺机还是压路机，作业面积都很大，一般在6平方米以上，能以较高效率完成施工任务。其次是成本较低，经济效益明显，沥青产量大，可加工改性空间大，且固定的沥青不是沥青混凝土的唯一原料，此外还有碎屑石、矿粉和砂砾等，这些材料的成本也较低廉，很容易在建筑市场上购买得到，分布也较为广泛。还有是能够保证施工质量，使行车安全性和舒适度都得到保障，因为沥青混凝土强度高、结构稳定性强、抗压能力高，良好的抗滑性能，还能够有效地减震吸声，所以在一般情况下，使用中不易出现坑洼和较大的裂缝，有利于车辆的平稳运行从而保障车内人们的舒适程度[4]。最后是符合环境保护的要求，沥青主要是石油加工的衍生品，冷却后成固体常态，在常温环境下不会产生质和量的变化，也符合国家的安全质量标准，对空气以及人体的危害微乎其微，可以放心应用到公路工程领域。但同时也要注意，沥青混凝土路面受环境的改变和交通条件的变化显著，因此需要及时养护，在特殊的环境条件下还需要进行进一步的研究和改进，这也是本研究的基本出发点[5]。另外，沥青应用历史悠久，中东在公元前就曾使用沥青铺筑路面，甚至古印加也有沥青路面。沥青在现代以来在我国也得到了良好的发展，大致可以归为三个阶段：从原料的局限性引发沥青生产技术的进步；到原料的发展，促进沥青生产技术标准的升级变化；最后是公路交通事业更新换代，推动沥青事业的发展。以新中国建立为始，社会基础建设的需要和原材料的匮乏随着道路建设材料的更新，推动进入探索沥青技术的阶段，至新中国至上世纪七八十年代，胜利油田孤岛原油顺利生产道路沥青，推动了沥青碎石结构、贯入式路面的发展，基层的石灰土也已考虑掺入碎屑石，沥青碎石路面得到广泛推广，由此进入了我国沥青发展的第二个阶段；从进入新世纪以来，我国交通网络越来越发达，工业公路建筑覆盖至西北地区等其他地区，这推动我国沥青筑路事业发展进入到第三个阶段。结合近年来我国基础设施建设延伸的广度和国内外对改性沥青的不断研究，我们有必要也有信心深入对沙漠地区沥青筑路技术的研究，为我国未来的基础设施建设事业创造更多的可能性。为适应新形势发展的需要，沥青技术有必要实现从普遍性向精细化的发展，从而适应不同地区应用的特殊需要，比如此研究项目的高纬度沙漠极端环境，就很有利于沥青混凝土技术在应用方面取得突破性进展[6]。

3 当前沙漠地区沥青路面工程中存在的主要困难

如前文指出的，极端的自然环境是造成沙漠地区沥青路面建设和养护困难存在的最大因素，具体困难有以下几个：第一，乌拉特中旗沙漠地区气候环境复杂，夏季日照时数长，日照指数大，另外高纬度地区紫外线强，空气稀薄，到冬季则气温非常低，部分地区风力强盛，施工环境恶劣，这对施工人员的身体素质是极大的考验，且多重因素的叠加会加速建筑材料的风化裂解，大大降低道路的使用寿命，这对沥青混凝土的混合比设计提出了很高的要求；第二，昼夜温差大的显著特征使路面散热较快，在施工过程中要牢牢把握好碾压工艺，做到混凝土运输与路面铺设的协进统一；第三，季节性温差变化也较大，这主要考验的则是沥青混凝土材料的耐久性，对道路的养护能力提出了很高的要求[7]。

4 解决措施和方法

自从沥青混凝土建设材料诞生以来，受实际应用领域扩展的要求影响，带动了此项技术的不断发展变化。但普通沥青混凝土技术这一基础和核心内容始终未改变，此项研究也是基于普通的沥青混凝技术，迎合特殊的高纬度沙漠地区的需要而进行有针对性的革新改进。而改进与革新也将着重从沥青混凝土的配合比以及现场施工技术进行探索。

4.1 涉及到的核心技术及创新点

核心技术首先是沥青搅拌防尘技术：通过对搅拌技术进行改良，设置除尘装置，减少沥青混凝土搅拌设备在烘干、筛分等工序中产生的烟尘，实现混凝土在拌和过程中的降尘目的；混凝土混合料温拌技术：在搅拌过程中添加特殊活性剂，降低集料和沥青膜之间内摩擦力，提高混凝土性能和表面压实效果；沥青混凝土运输过程温控技术：在运输设备中加装可拆卸移动保温板，减少混凝土在运输过程中温度损失问题，提高施工便捷性；摊铺机夜间照明技术:制作夜间照明装置并固定至摊铺机熨平板侧面，提高夜晚施工可视性，延长施工期，从而加快施工进度[8]。

4.2 优化沥青混凝土配合比

所谓混凝土配合比指的就是混凝土中各种组合材料之间混合时的比例确定关系的过程叫做配合比设计，不同的混合比将产生不同性能的混凝土，从而影响道路具体性能的改变。第一步是原材料检验，基本原料为沥青，所以项目的混合比设计先从沥青开始，一般采用克拉玛依产A级90号道路石油沥青及其改性沥青，要检查每批进场到货的沥青进行检验，检查内容包括装运日期、数量试验报告等，严格对其进行抽样检测，保证针入度、溶解度、闪点、蜡含量、延度、薄膜烘箱实验指数等所有指标均符合现行国家标准《重交通道路石油沥青》，只要有一项不符合，就不进行采用；其次是粗集料，粗集料可采用砾石、矿渣以及碎石等，但要注意，因为沙漠环境的特殊性，应避免使用筛选砾石、矿渣等软质材料，而应使用抗冲击性强且剪影耐磨的砾石或碎石，且磨光值和粘附性要严格按照《沥青面层粗集料规格》；细集料及填料也要求满足规定的质量要求，细集料采用石屑，注意清洁度、视密度和坚固性的质量标准，填料则采用矿粉，即磨细石灰石粉。下一步进行目标配合比的规范，以路面设计确定的混合料类型为依据，进行目标矿料级配的选择，需要严格注意的是最大粒径之比和结构层之间的厚度，同时将沥青用量控制在最佳。最后是生产配合比的优化，通过马歇尔稳定度试验、车辙试验、热料仓集料筛分试验、低温弯曲试验等专业试验确定施工生产配合比，同时确定最佳沥青用量。

4.3 规范施工技术

面层施工时不同结构层均通过试验段、优化拌和、运输、摊铺、碾压、压实等施工机械设备的组装和工序衔接，要在此过程中，要积极明确人员岗位职责，提高机械操作人员的设备使用熟练程度。运输过程中，有有效的保温、防水措施且做到卸料规范化，有科学的运输记录。摊铺前应对摊铺机进行检查，保证行程及运动速度恰当，路面熨平板底面良好。进行压实工艺时，保证每个工作面配备压实机械及相应功能，保证压实方式正确，处理好纵横向接缝的处理。并对路面施工质量进行及时验收，进行合理的成品检测，利用专业设备做好高程检测并对结果数据进行原始记录，通过质检、技术、试验、测量技术人员的多方配合，共同完成施工成果的验收。

5 结语

随着多年的工程技术发展和建设实践，极端环境地区高效率的交通建设早已不是水中月，镜中花，沙漠地区沥青路面混凝土施工的关键技术的攻破将有力带动社会经济的发展，产生良好的经济效益和社会效益。通过此次研究，我们有信心也有恒心继续攻克类似沙漠地区的极端环境下的沥青公路建设所存在的难题，推动沥青技术应用取得突破性进展，促进沙漠等极端自然环境区域的开发，为我国工业建设提供有益的参考价值，造福于当代社会。