溫拌瀝青混合料在隧道路面施工中的應(yīng)用

王 開 科

(山西路橋第三工程有限公司，山西 忻州 034000)

溫拌瀝青混合料在隧道路面施工中的應(yīng)用

王 開 科

(山西路橋第三工程有限公司，山西 忻州 034000)

以基于乳化平臺的溫拌法為例，介紹了溫拌瀝青混合料在隧道路面施工質(zhì)量控制要點(diǎn)，能有效確保路面壓實(shí)度，提高攤鋪施工質(zhì)量和安全性，具有極大的推廣和應(yīng)用前景。

溫拌劑，機(jī)理，乳化瀝青，隧道

我國是世界上公路隧道最多的國家。使用熱拌工藝進(jìn)行隧道施工時(shí)，混合料溫度較高，產(chǎn)生的高溫和有毒濃煙使得施工環(huán)境惡劣，嚴(yán)重影響施工人員的身體健康，同時(shí)由于瀝青濃煙降低了能見度，壓實(shí)效果不理想，使隧道瀝青路面施工質(zhì)量難以保證。采用溫拌技術(shù)，使瀝青混合料在相對較低溫度下進(jìn)行拌和及施工，混合料路用性能與熱拌瀝青混合料相當(dāng)，但環(huán)保優(yōu)勢顯著，施工中產(chǎn)生的瀝青煙、CO2排放量顯著減少，符合綠色施工要求。

我國在溫拌技術(shù)方面起步稍晚，但發(fā)展勢頭迅猛，在我省(山西)應(yīng)用較為廣泛。2009年，在太原長治路進(jìn)行了溫拌料200 m試鋪。2010年，忻阜高速中的文山隧道使用溫拌瀝青技術(shù)進(jìn)行路面上面層施工，路用性能和環(huán)保性能顯著。2012年，在太佳高速路面養(yǎng)護(hù)中，采用溫拌瀝青技術(shù)有效解決了瀝青混合料在長途運(yùn)輸中降溫快、易粘結(jié)、易結(jié)塊等問題。

在隧道路面施工中，采用瀝青混合料溫拌技術(shù)，能有效保證路面壓實(shí)度，避免熱拌混合料產(chǎn)生的大量瀝青煙，使得隧道路面質(zhì)量和施工安全性顯著提高。

1 溫拌技術(shù)

溫拌瀝青混合料是一種新型瀝青混合料，具有達(dá)到或接近熱拌瀝青混合料的性能，但其拌和溫度比熱拌瀝青混合料低，比冷拌瀝青混合料高，使得排放的污染顯著減少，具有節(jié)約能源、改善攤鋪壓實(shí)性能、改善工人操作環(huán)境的顯著優(yōu)勢，見表1。

表1 瀝青混合料性能

在同樣原材料條件下，溫拌拌和溫度和壓實(shí)溫度比熱拌低30 ℃～60 ℃。

按照工作機(jī)理的不同，溫拌技術(shù)可分為以下四類：瀝青—礦物法(Aspha—Min)、泡沫瀝青法(WAM—Foam)、有機(jī)添加劑法和基于乳化平臺溫拌法。

Aspha—Min(硅鋁酸鈉)，是一種水合結(jié)晶體的沸石材料。利用瀝青—礦物法，將混合料攤鋪溫度降至130 ℃～145 ℃，其原理是利用水分蒸發(fā)帶走熱量降低混合料溫度，由Eurovia/Hubbard Construction公司開發(fā)。

泡沫瀝青法，通過在混合料拌和的不同階段分別加入軟質(zhì)瀝青和硬質(zhì)泡沫瀝青，在110 ℃～130 ℃的溫度條件下完成混合料拌和。由Shell/Kolo Veidekke公司開發(fā)。

有機(jī)添加劑法，在瀝青混合料中加入低熔點(diǎn)的有機(jī)添加劑，使得瀝青粘溫曲線得到顯著改善。研究表明，加入3%～4%的添加劑可使拌和溫度降低10%～20%。目前，合成蠟和低分子量酯類化合物是得到成功應(yīng)用的兩類化學(xué)添加劑。最具代表性的是Sasobit和Rediset。

基于乳化平臺溫拌法是通過在混合料中添加表面活性型溫拌劑實(shí)現(xiàn)的。

目前，通過在瀝青中添加外加材料來降低混合料的高溫粘度是國際上的主流溫拌技術(shù)。在溫拌瀝青混合料技術(shù)的研究上，我國起步較晚，瀝青—礦物法和泡沫瀝青法沒有得到很好的規(guī)?；瘧?yīng)用，在基于乳化平臺溫拌法和有機(jī)添加劑溫拌法上應(yīng)用比較廣泛。

溫拌瀝青混合料范圍廣泛。溫拌瀝青混合料薄層可用于市政路面、高速公路和城市快速路面的鋪裝，適用于進(jìn)行低溫季節(jié)和高海拔地區(qū)路面、橋面超薄層、隧道面層等結(jié)構(gòu)層施工使用，在我國具有極大的應(yīng)用前景。

2 溫拌技術(shù)機(jī)理

表面活性平臺溫拌技術(shù)是我國現(xiàn)階段的主流溫拌技術(shù)。溫拌劑以高性能乳化瀝青為主，本質(zhì)是乳化瀝青分散技術(shù)。

乳化瀝青具有頭部親水尾部親油的分子結(jié)構(gòu)，頭部極性基團(tuán)親水，尾部長碳鏈基團(tuán)親油。在溶液狀態(tài)下，頭部指向空氣，當(dāng)達(dá)到臨界狀態(tài)后，尾部發(fā)生聚集，形成球狀分子膠團(tuán)。在混合料拌和過程中，膠團(tuán)周圍水分蒸發(fā)，膠團(tuán)發(fā)生反轉(zhuǎn)，親水頭部朝內(nèi)，尾部融入瀝青中，將未蒸發(fā)的水分包裹在膠團(tuán)內(nèi)部，形成臨時(shí)性水膜結(jié)構(gòu)。水膜潤滑結(jié)構(gòu)在路面成型后不復(fù)存在，見圖1。

水膜具有的潤滑效果能避免混合料團(tuán)聚，增加和易性，使得混合料拌和、攤鋪及碾壓溫度比熱拌溫度降低30 ℃～50 ℃，減少瀝青老化，易于壓實(shí)，提高路面鋪筑質(zhì)量。

3 隧道路面施工要點(diǎn)

在某隧道施工中，使用基于乳化平臺的溫拌法。與熱拌瀝青混合料所需設(shè)備相比，除使用專門的溫拌劑添加設(shè)備外，其余基本相同。

3.1施工準(zhǔn)備

與熱拌瀝青混合料相比，不同之處主要是安裝溫拌劑添加設(shè)備。添加設(shè)備安裝完畢后，進(jìn)行流量標(biāo)定，嚴(yán)格按照規(guī)定的數(shù)量添加。在進(jìn)行混合料拌和前，拌和站須確保正常運(yùn)轉(zhuǎn)，溫拌劑添加設(shè)備工作正常，確認(rèn)熱料倉比例及加料順序無誤，設(shè)置自動延時(shí)5 s添加礦粉，能根據(jù)不同要求進(jìn)行出料溫度調(diào)整，見圖2。

3.2拌和

采用固含量15%濃縮液，摻加比例為：濃縮液質(zhì)量/瀝青質(zhì)量=5∶95。

先干拌投入的集料與纖維，時(shí)間不少于10 s。在13 s內(nèi)噴入瀝青和溫拌劑，礦粉待噴灑瀝青結(jié)束延時(shí)5 s～6 s添入后，濕拌混合料30 s。每盤混合料的總拌和時(shí)間控制在不少于60 s，要求混合料拌和均勻、纖維均勻分散和礦料顆粒全部裹覆瀝青，見圖3。

3.3混合料運(yùn)輸

運(yùn)輸前，將車廂清掃干凈，在車箱及底板上均勻涂刷隔離劑。前后移動裝料。運(yùn)輸途中，使用篷布覆蓋車廂保溫，防止混合料降溫超標(biāo)和結(jié)殼。在前車倒料完成前，不要撤離篷布。

瀝青混合料出料至攤鋪至路面之間的等待時(shí)間不長于5 h。對混合料出廠溫度和運(yùn)到施工現(xiàn)場溫度進(jìn)行測定，數(shù)字顯示插入式溫度計(jì)插入深度不得小于15 cm。

3.4攤鋪

攤鋪速度應(yīng)根據(jù)拌和量，運(yùn)輸量及攤鋪厚度、寬度等綜合確定，混合料鋪攤過程應(yīng)緩慢、均勻、不間斷。嚴(yán)格禁止鋪攤車隨意中途變速或停頓現(xiàn)象。在該隧道施工中，將鋪攤車的前進(jìn)速度按2 m/min～4 m/min進(jìn)行控制，見圖4。

調(diào)整夯錘振動頻率等參數(shù)，確保鋪筑層經(jīng)過攤鋪機(jī)自身夯實(shí)后壓實(shí)度在85%以上。

混合料在進(jìn)行壓實(shí)前，一般不允許人工整修。對確需進(jìn)行人工找補(bǔ)或更換混合料的，應(yīng)經(jīng)現(xiàn)場負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)，對缺陷較嚴(yán)重的應(yīng)予以鏟除。

隧道施工時(shí)，盡量做到一次性連續(xù)攤鋪完成，不留接縫，避免隧道空間狹窄，接縫困難。對確實(shí)需要留接縫的，橫接縫采用垂直平接縫，上下層橫縫應(yīng)錯(cuò)開2 m以上。

3.5碾壓

壓路機(jī)緊跟攤鋪機(jī)進(jìn)行碾壓，縱向進(jìn)行，由低向高慢速均勻進(jìn)行，相鄰碾壓帶至少重疊1/3輪寬。設(shè)置專人進(jìn)行松鋪厚度、碾壓順序、碾壓遍數(shù)、碾壓速度及碾壓溫度的檢查與復(fù)核,見圖5。

某工程中的碾壓組合如表2所示。

表2 碾壓組合

路面攤鋪層自然冷卻，表面溫度低于50 ℃后，開放交通即可。

4 質(zhì)量保證措施

1)溫拌混合料試驗(yàn)室成型方法。溫拌瀝青混合料對搓揉成型法較適應(yīng)，建議溫拌混合料配合比設(shè)計(jì)時(shí)以旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型法為準(zhǔn)。當(dāng)沒有旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型試驗(yàn)機(jī)時(shí)，以熱拌瀝青混合料設(shè)計(jì)法先確定級配及油量，再加入溫拌劑進(jìn)行高低溫，水穩(wěn)驗(yàn)證。

2)配合比控制。室內(nèi)設(shè)計(jì)上，采用固含量7%濃縮液，摻加比例為：濃縮液質(zhì)量/瀝青質(zhì)量=10∶90。使用間歇式拌和樓生產(chǎn)時(shí)，采用固含量15%濃縮液，摻加比例為：濃縮液質(zhì)量/瀝青質(zhì)量=5∶95。

3)溫拌劑噴灑時(shí)間。在進(jìn)行混合料拌和時(shí)，溫拌劑須先與瀝青接觸，在瀝青內(nèi)部形成結(jié)構(gòu)性水膜潤滑結(jié)構(gòu)，以提高混合料低溫下的工作性能。

先噴灑瀝青，延時(shí)2 s～3 s進(jìn)行溫拌劑的噴灑，須控制在8 s～10 s內(nèi)完成溫拌劑的噴灑，達(dá)到溫拌劑先于瀝青結(jié)束噴灑的目的，以保證混合料性能。

4)最佳油石比需要熱瀝青混合料確定。配合比設(shè)計(jì)采用馬歇爾試驗(yàn)方法，經(jīng)過目標(biāo)配合比、生產(chǎn)配合比及配合比驗(yàn)證三個(gè)階段。根據(jù)馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果，分別繪制密度、空隙率、瀝青飽和度、馬歇爾穩(wěn)定度和流值與油石比的關(guān)系曲線。經(jīng)反復(fù)校驗(yàn)，得出最佳油石比。

5)采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)或輪碾成型方法，以空隙率為指標(biāo)合理確定碾壓攤鋪溫度。

6)為確保路面壓實(shí)度，及適應(yīng)溫拌混合料的特殊潤滑結(jié)構(gòu)，宜采用鋼輪振動壓路機(jī)和膠輪壓路機(jī)的組合碾壓方式。無特殊情況，膠輪不允許停駛，應(yīng)安排專人使用拖布沾隔離劑擦拭膠輪壓路機(jī)。

[1] 李正中,魏連雨.Evotherm溫拌瀝青混合料性能試驗(yàn)及應(yīng)用研究[Z].2011.

[2] 南雪峰.隧道阻燃溫拌瀝青混合料技術(shù)[Z].2017.

[3] 陸小軍.溫拌阻燃瀝青混合料在隧道路面中的應(yīng)用[J].工程技術(shù)(全文版)，2016(12):76-78.

Applicationofwarmasphaltmixtureintunnelpavementconstruction

WangKaike

(ShanxiHighwayBridge3rdEngineeringCo.,Ltd,Xinzhou034000,China)

Taking the warm mixing method of emulsified platform as an example, the paper introduces tunnel pavement construction quality control points of warm asphalt mixture, which can effectively guarantee the pavement compaction and improve paving construction quality and safety. Therefore, it will have wide application and promotion prospect.

warm mix agent, mechanism, emulsified asphalt, tunnel

1009-6825(2017)30-0150-02

2017-08-14

王開科(1985- )，男，助理工程師

U415

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