低温条件下的沥青面层施工技术

张继军

（石家庄市公路桥梁建设集团有限公司，河北石家庄 050000）

0 引言

目前，越来越多的公路面层施工需要在低温气候条件下进行，对施工技术提出了更高的要求，应根据工程实际情况，探究合理可行的施工技术方法。温拌技术是一种适合在低温条件下广泛采用的面层施工技术。

1 工程概况

某公路工程南段拟于11月进行沥青路面摊铺施工，结合往年11 月平均气温，该段公路的面层施工需在低温条件下进行。南段沥青路面施工初步分成两期进行，正式开放路段交通后，主要施工部分是罩面施工，中面层采用AC-20混合料，层厚6cm。沥青面层施工允许温度如下：当下卧层温度在5℃以下时，若采用普通沥青，层厚小于50mm 时，不允许进行摊铺，层厚在50～80mm 范围内时，不允许进行摊铺，层厚超过80mm 时，摊铺温度不能低于140℃；当下卧层温度在5～10℃范围内时，若采用普通沥青，层厚小于50mm 时，不允许进行摊铺，层厚在50～80mm 范围内时，摊铺温度不能低于140℃，层厚超过80mm 时，摊铺温度不能低于135℃；当下卧层温度在10～15℃范围内时，层厚小于50mm 时，摊铺温度不能低于145℃，层厚在50～80mm范围内时，摊铺温度不能低于138℃，层厚超过80mm时，摊铺温度不能低于132℃。当采用改性沥青时，若下卧层温度低于10℃，则无论层厚如何均不允许进行摊铺施工，当下卧层温度为10～15℃时，层厚小于50mm 时，摊铺温度不能低于165℃，层厚在50～80mm范围内时，摊铺温度不能低于155℃，层厚超过80mm时，摊铺温度不能低于150℃[1]。

2 施工方案

现行技术规范提出的工艺要求均为正常气候条件，为保证低温条件下的施工质量，首先应做好数字化分析，缩短碾压时间；其次，应选择碾压最低温度低于普通热拌混合料的混合料，并采用相应的工艺方法。

2.1 工艺优化

碾压方案为：采用钢轮压路机初压2遍，采用胶轮压路机复压3 遍。在低温条件下，当沥青层的层厚为4cm 时，压路机时速可在规范要求的范围内选择较高值。其中，钢轮压路机的行驶速度可取3km/h，胶轮压路机可取5km/h；对于层厚为6cm 的沥青层，根据压实功对等原则采用相对较低的碾压速度[2]。

当路幅宽度为15m 时，压路机往往要往返9 遍才能完成1遍整幅碾压。钢轮压路机轮宽为2.1m左右，胶轮压路机轮宽为2.8m 左右，基于此，在15m 宽的条件下，可允许3辆压路机并行。当采用并行成梯队形式的方式进行碾压时，则每台压路机都需要完成3次才可进入另外半幅，然后压路机紧接着进入前一台压路机碾压完毕的路幅，各碾压段从混合料摊铺开始至最后一个胶轮压路机驶离经过的时间，即为达到充分碾压状态所需时间，在此基础上，还需考虑碾压所需时间和摊铺完成后到开始碾压时经过的等待时间。

以摊铺厚度及混合料级配类型为依据，结合相关规范提出的要求，可确定摊铺机及压路机实际行驶速度，按照碾压段实际长度，当采用成梯队的形式进行作业时，对不同压路机组合方式对应的碾压所需时间进行计算，如表1所示[3]。

表1 最小碾压时间

在低温条件下进行施工时，需要以压路机速度为依据确定摊铺机速度，摊铺机的速度并非越慢越好，主要由压路机实际推进速度决定，以确保压路机的工作能够保持连续为准。例如，当钢轮压路机采用3km/h的速度进行运行时，摊铺机速度需按2.4km/h 控制，此时需在摊铺完成10m后才进行碾压。当为了缩短摊铺完成到碾压开始的等待时间，而采用两台成梯队形式的摊铺机进行施工时，应注意确保摊铺机之间的距离不可过近或过远，否则会对后续的碾压施工造成很大的影响[4]。

2.2 碾压降温时间

根据傅里叶定律可知，传热速率、温度梯度与传热面积三者为正比关系，具体可表示为：

式（1）中：λ为导热系数[W/（m·℃）]。根据以上公式可知，当温度较高时，降温速率较快。在低温条件下施工时，应做到以下两点：适当提高料温；借助技术手段降低碾压温度[5]。

为实现以上目标，可在混合料中适量添加表面活性剂，以降低混合料对温度的敏感程度，使其在温度较低的情况下也能通过碾压达到密实状态，同时，这项技术不会使混合料自身性能发生变化。相较于普通热拌混合料，采用这项技术处理后，能使碾压温度降低至少30℃，成效十分突出。在对有效碾压时间进行计算的过程中，取值条件如表2所示。可以看出，温拌混合料的摊铺温度比热拌混合料低35℃，同时可进行碾压的最低温度也比热拌混合料低25℃。当在正常气温条件进行施工时，改性沥青混合料的摊铺温度为165℃，而在低温条件下时，需提高20℃的混合料温度，即低温条件下的摊铺温度需达到185℃；在正常气温条件下进行施工时，温拌沥青混合料的摊铺温度为130℃，而在低温条件下需提高20℃的混合料温度，即低温条件下的摊铺温度需达到150℃。

表2 取值条件 单位：℃

本次采用专门的软件进行计算，该软件将热传导模型作为核心，通过相应的检验与研究，为解决低温条件下的具体施工对策提出提供必要的支持。该软件用户界面良好，且数据处理功能较强，在输入各类原始参数后，可自动计算得出温度下降，需输入的参数类型包括实时气温、下卧层温度、实时风力、摊铺层层厚与温度、混合料类型等。

热拌混合料摊铺过程中，当碾压段长度为10m 时，其碾压时间不足，即便增加了20℃的混合料温度，碾压时间也只增加了1min，无法达到充分压实要求。在这种条件下进行施工，采用温拌技术可使碾压时间相比之前增加约2/3，在适当升温之后可以满足预期的压实要求。当环境温度下降时，会对摊铺面上下面造成影响，当碾压段的实际长度为10m时，碾压中混合料的平均温度都能达到130℃。但表面温度对气温的敏感性往往要超过内部，底部亦然，当气温降低10℃时，会使表面的实际温度比10℃更低，采用温拌技术时对应的可碾压温度往往更低，使压实不足及结壳等问题的发生率大幅降低。

3 施工技术

3.1 混合料生产及运输

温拌剂的添加需使用专门的添加设备进行，以加快效率，并保证计量的准确性。与拌和楼之间的衔接主要有下列两个重点：①拌和楼喷管及喷洒方式的确定；②沥青注入时采集并匹配各类同步信号。不同拌和楼的管路及注入方式有所不同，在管路安装过程中必须充分考虑这些差异。一般来讲，管路的设置应使沥青与管路保持平行，同时避开矿粉的下口。添加剂的添加时间与沥青大致相同。在添加矿粉的过程中，为防止矿粉大量损失，条件允许时可采用后加的方法。如果拌和楼未配备除尘管路，则需将观察口打开，确保蒸汽可以快速释放。

施工期间，每日开机时间均较早，此时机械温度都很低，因此在拌第一车料时应适当提高温度。在顺利出料之后，即可将料温调整至要求的温度。对于采用改性沥青拌和而成的混合料，其出料时的温度需保持在140～165℃范围内。此外，当气温在5℃左右或风力相对较大时，也需适当提高拌和的温度。

在低温条件下进行施工时，需做好混合料运输时的保温工作，如果由于降温速度较快产生结块，将直接影响后续摊铺。混合料运输不可使用小车进行，应采用运量不低于30t 的大型自卸运输车。装车完毕后，及时在其上部覆盖苫布或棉被。

每车混合料都要进行出厂及到厂温度检测，两者的差值应在10℃以内，确保摊铺在不低于130℃的温度条件下进行。在施工现场应安排专人进行指挥协调，对押车数量予以严格控制，在确保摊铺保持连续的同时，避免因现场料车数量过多而使混合料温度下降，导致无法在摊铺中使用，造成浪费。

3.2 混合料摊铺及碾压

摊铺前做好摊铺机的预热十分重要，在低温条件下施工时，应尽量不使用人工进行补料。摊铺速度并非越慢越好，应与压路机速度达到匹配，并缩短每个施工段的施工时间。施工段长度的确定与温度下降速度有关，同时，确保初压时料温不低于135℃。

碾压借助一般压路机完成，添加温拌剂以后，可以在胶结料中形成润滑结构，使骨料受碾压作用后顺利完成位置的调整。但温拌料在不同碾压方式下有不同响应，根据以往相关经验，以胶轮或振荡压路机为宜，尤其是轮胎压路机，能充分发挥出温拌剂的效用。

在低温条件下对沥青混合料进行碾压时，应注意以下几点：

（1）加强紧跟作业，前方压路机应适当错开，并要求后面的压路机立即跟上。所有压路机均不能等待与停车。

（2）钢轮压路机应早开振动，通常只有第一遍碾压不开启振动。为保证碾压后的平整度，第一遍碾压用钢轮压路机进行，若温度下降速度很快，则可能产生回弹，此时应使用胶轮压路机进行。

（3）将钢轮压路机尽可能安排在前面，以保证碾压的有效性，另外，相比正常条件下的施工，胶轮压路机也应有适当的前置。

（4）混合料表面温度降低速度较快，因此应减少压路机喷水数量。另外，由于水在气温低于0℃时会结冰，不仅无法起到润滑和隔离的作用，还会对混合料的碾压造成影响，导致碾压完成的路面产生凹坑，因此采用胶轮压路机时不可用水作为隔离剂，可改用植物油。

（5）所有压路机都不能临时停车，即便摊铺发生临时中断，也不允许压路机停机，应在温度尚存的混合料表面行驶，以免冷却。低温条件下的混合料碾压对连续性和及时性有更高要求，必须引起现场作业人员的高度重视，任何问题都有可能使混合料错过最佳碾压时机，导致压实完成后的混合料无法达到密实，给后续的通车使用留下隐患。

3.3 温度降低规律现场实测

摊铺与碾压结束后，在现场进行温度降低规律实测，从结果可以看出，温度降低规律和理论计算成果较为接近，即均为逐步降低，表明温度的不断降低对实际降温速度有显著影响。除最高气温条件下的变化曲线，其他曲线均有一定异动特征，表明测试时受到了测试位置等因素的影响，需对测试设备进行适当改进或增加实际测试数量，以抵消异动造成的误差。

4 结语

综上所述，在低温条件下进行施工时，摊铺面层温度降低速度较快，即便增加了混合料出料温度，采用传统的热拌工艺依然可能无法得到有效碾压。对此，应采用温拌技术加以解决，延长碾压时间。但即便采用温拌技术来解决低温条件下施工存在的问题，如果风力超过5级，也应避免施工。温拌施工中，压路机的行驶应保持连续，根据碾压梯队运行速度对摊铺的速度进行适当调整。