温拌沥青混合料施工关键技术研究

2023-04-07郑岩

中国新技术新产品 2023年1期

郑岩

（北京华城工程管理咨询有限公司，北京 102600）

1 工程概况

北京市某市政工程二期线路全长2.580km，里程范围为BZDK0+000~BZDK2+580.000，线路起点位于既有城市主干道ZY 路，沿南北方向展线，终点位于既有城市主干道HL 路，道路规划红线宽度为50m，设计为双向四车道，全线采用温拌沥青混合料铺设，路面结构从上至下共有8 层，具体结构分层、材料、几何参数和力学参数见表1。

表1 路面结构设计基本概况

2 温拌沥青混合料在摊铺和压缩过程中的温度响应特征

2.1 温拌沥青混合料的温度场基本方程

在自然状态下，任意物体无论是内部还是外部，也无论其处于何种环境，只要空间任意2 点存在温度差异，就会发生热量的传递并且根据能量守恒定律，其热量传递过程可以用导热偏微分方程进行描述[1-2]。根据傅里叶导热基本定理，假设温拌沥青混合料为各项同性的连续介质，在其中任意一点（x，y，z）位置，取一个边长为dx、dy、dz的小立方体单元，在（x，y，z）点的温度为T，在x轴、y轴和z轴3 个方向上的温度场按梯度变化分别为，微元体中流入的热量与流出的热量可以分别用公式（1）、公式（2）进行描述[3]。

式中：λ为拉梅常数；φ为内源热量；T为温度。

2.2 温拌沥青混合料摊铺和碾轧过程中的温度场响应

在摊铺过程中，选取里程BZDK1+800.500 位置处温拌沥青面层以上不同高度的温度进行测试，以研究温拌沥青混凝土面层以上温度的分布规律。温度监测点分别设定在沥青表面（0cm）、距离沥青表面高度5cm、15cm、30cm、50cm 和80cm 处，观测温拌沥青混合料温度随时间的变化过程，温度采集时间分别为0min、3min、6min、9min、12min 和15min。

摊铺阶段温拌混凝土沥青混合料表面以上不同高度不同时间段的温度变化规律如图1 所示。从图1 可以看出，不同高度处的温度随着测试时间的变化表现出较为一致的变化规律，随着时间的增加，温度不断降低；在相同的时间内，温度从温拌沥青混合料表面开始向上不断降低，在温拌沥青混合料表面上部5cm 以内温度下降剧烈，5cm以上温度下降速率较小。温拌沥青混合料表面的温度场响应特征主要是由温拌沥青混合料与空气之间存在的热对流和热传递产生的。刚摊铺的温拌沥青混合料温度明显高于表面以上空气温度，在温度梯度的作用下，温拌沥青混合料的热量不断向空气中散发，使沥青混合料表面上的空气温度上升，其他位置的空气温度与沥青混合料表面上的空气产生温度差，导致空气产生气流运动，不断地将沥青表面的热量携带走，向上辐射的热量的强度也不断降低，因此在垂直方向上，温度随高度升高不断降低。

图1 温拌沥青混合料摊铺阶段不同时间段、不同高度处的温度变化规律

摊铺阶段温拌混合料沥青混合料表面和内部不同时间段的温度变化规律如图2 所示。从图2 可以看出，温拌沥青混合料上面层和中面层的内部温度和表面温度均随时间的增加而不断降低且呈现较为明显的线性关系，拟合系数均大于0.85，拟合关系如公式（4）~公式（7）所示。

图2 不同时间段温拌沥青混合料摊铺阶段表面温度和内部温度变化规律

式中：T1为摊铺阶段温拌沥青混合料上面层表面温度，℃；T2为摊铺阶段温拌沥青混合料中面层表面温度，℃；T3为摊铺阶段温拌沥青混合料上面层中部温度，℃；T4为摊铺阶段温拌沥青混合料中面层中部温度，℃；t为时间；R为拟合系数。

为研究碾轧阶段温拌沥青混合料温度随时间的变化过程，在里程BZDK1+800.500 温拌沥青混合料中面层、上面层表面和中部分别设置温度传感器，温度采集时间为0min~36min，采集时间间隔为3min。碾轧阶段温拌沥青混合料表面和内部不同时间段的温度变化规律如图3 所示。从图3 可以看出，温拌沥青混合料上面层和中面层的内部温度和表面温度均随时间的增加呈现非线性的降低，具有明显的指数关系，拟合系数均大于0.85，拟合关系如公式（8）~公式（11）所示。

图3 不同时间段温拌沥青混合料碾轧阶段表面温度和内部温度变化规律

式中：T1为碾轧阶段温拌沥青混合料上面层表面温度，℃；T2为碾轧阶段温拌沥青混合料中面层表面温度，℃；T3为碾轧阶段温拌沥青混合料上面层中部温度，℃；T4 为碾轧阶段温拌沥青混合料中面层中部温度，℃；t为时间；R为拟合系数。

3 温拌沥青混合料施工关键技术分析

温拌沥青路面施工采用的机械设备主要有产量不低于230t/h 的间歇式沥青拌合机、沥青存储罐、摊铺机（功率为182kW）、双钢轮碾轧机（功率98kW）、轮胎压路机（26000kg）、自卸汽车（20t）以及切割机。

在温拌沥青路面施工前对施工配合比进行确认，对其集料、SBS 改性沥青、温拌添加剂的各种物理力学性能参数进行测试。混合料拌合采用间歇式拌合机拌合，拌合温度、拌合时间应严格按照要求进行控制，一般从加料到拌合完成的持续时间为60s~65s，拌合完成后的混合料应物料均匀，拌制完成最高温度不超过145℃。

混合料采用20t 自卸式运输车运输，运输前确定拌合站至沥青混凝土路面摊铺现场之间的路况，以保证沥青混凝土的摊铺温度。装料前应保证车辆干净整洁，表面无灰尘和残余水分，混合料装车时应按照“品”字形装料，避免一次性到顶装料引起的骨料离析现象，并用帆布将运输车覆盖。温拌沥青路面的摊铺采用双摊铺机进行作业，设备具有自动找平和厚度控制功能，能够保证摊铺的厚度和平整度不超过允许误差且在摊铺的过程中应保证机械匀速连续地运行。

摊铺完成后进行碾轧工序。碾轧循序遵循从路幅两边向中间、沿道路纵向碾轧的原则，碾轧速度控制在3km/h以内。为保证道路碾轧完成后的连续和均匀，相邻2 个碾轧段落应具有一定的重叠区域，重叠部分应不小于50cm，同时碾轧完成后的温度不小于90℃。对桥头过渡带和涵洞过渡带等难以机械碾轧的部位，采用人工辅助碾轧施工。采用多台摊铺机和碾轧机进行施工时，沿着道路纵向方向留有纵向接缝，实际工程中多采用热接缝方式实现跨幅度重叠碾轧，以消除纵向接缝，横向接缝则采用冷接缝方式消除。

4 温拌沥青路面施工效果分析

为了确保温拌沥青路面的施工质量，选取沥青混凝土面层的动稳定度指标和低温抗裂性能指标进行测试。对施工完成后的温拌沥青混合料上面层、下面层进行取样，取样尺寸为长度25cm，宽度为3cm，高度为3.5m，取样间隔为沿道路中轴线每隔200m 取一个试样。取样运输至实验室后，采用万能试验机对试件进行抗压试验。为保证低温环境测试效果，试件的测试温度控制在-10℃，测试结果如图4 所示。从图4 可以看出，温拌沥青混合料上面层的低温抗压破坏应变在2944με~3284με，平均值为3114με，大于2800με 的技术要求；温拌沥青混合料下面层的低温抗压破坏应变在3024με~3251με，平均值为3146με，大于2800με 的技术要求。

图4 温拌沥青路面的低温抗裂性指标

施工完成后，在温拌沥青路面温度为60℃的条件下，采用规范规定重量的车轮对沥青混凝土路面进行碾轧。碾轧的时长控制在60min 内，碾轧的速度为42 次/min。测试碾轧的车辙深度，以评价温拌沥青路面的动稳定度指标，结果如图5 所示。从图5 可以看出，温拌沥青混合料上面层的动稳定度为2907 次/min~3243 次/min，平均值为3107次/min，大于2400 次/min 的技术要求；温拌沥青混合料下面层的动稳定度为3039 次/min~3272 次/min，平均值为3153 次/min，大于2400 次/min 的技术要求。