青島地區(qū)發(fā)泡瀝青混合料施工技術(shù)研究

吳凈潔

在滿足路用性能和施工容易性的前提下，降低瀝青混合料的拌和與攤鋪溫度，從而達到降低能耗與CO2等氣體及粉塵排放量的目的。為此，各國開展了溫拌瀝青混合料（WMA）的研究。按照工作機理，溫拌技術(shù)可分為三類：有機添加劑型溫拌技術(shù)、表面活性型溫拌技術(shù)、發(fā)泡型溫拌技術(shù)。我國主要以前兩種研究應(yīng)用為主，但目前尚面臨成本太高、長期路用性能有待跟蹤評測、國外產(chǎn)品居多的局面和問題[1]。

發(fā)泡型溫拌技術(shù)是由英國shell公司和挪威Kolo-Veidekke公司聯(lián)合開發(fā)。這種溫拌技術(shù)分為兩步：首先將軟質(zhì)瀝青加入集料進行拌合；其次將硬瀝青以泡沫瀝青形式噴入混合料中并迅速拌合(圖1)[2]，從而降低瀝青結(jié)合料的粘度，提高混合料在低溫時的性能，實現(xiàn)溫拌效果。我國對發(fā)泡型溫拌瀝青混合料的相關(guān)研究很少，應(yīng)用就更不多見。本文采用國內(nèi)某品牌的發(fā)泡瀝青混合料進行試驗段的修筑，并研究其施工技術(shù)，以期為發(fā)泡型溫拌技術(shù)的研究提供現(xiàn)實依據(jù)。

圖1 泡沫瀝青（WAM-FOAM）生產(chǎn)工藝流程

1.工程概況

本次試驗段選擇的青島市九水東路改造工程為市區(qū)主干道，按照二級公路標準設(shè)計。面層設(shè)計為兩層瀝青混合料，基層為水泥穩(wěn)定碎石類，層間設(shè)改性乳化瀝青碎石封層。由于下承層完成時間比較早，加上市區(qū)道路無法完全封閉交通，導(dǎo)致試驗段鋪筑前，前期做好的改性乳化瀝青碎石封層已經(jīng)全部被松散，失去了層間粘結(jié)的作用。為保證瀝青面層的施工質(zhì)量，試驗前由施工單位將松散的碎石封層全部清除，下承層表面無松散碎石及灰塵，但表面粘層覆蓋面受損，剝落較為嚴重。圖2為下承層清掃前后對照圖。

2.發(fā)泡混合料的設(shè)計及拌合

2.1 生產(chǎn)配合比設(shè)計

生產(chǎn)配合比設(shè)計階段的主要任務(wù)是對拌合站各熱倉進行取樣并篩分，然后按照各熱料倉的篩分結(jié)果進行級配合成以確定生產(chǎn)配合比[3-5]。熱倉篩分結(jié)果及試驗段設(shè)計合成級配見表1及圖3。

表1 熱倉篩分結(jié)果及合成級配

2.2 溫拌劑的添加與拌合

溫拌劑的添加分為人工投料及自動稱量添加兩類。人工投料是在正式生產(chǎn)前根據(jù)拌合站的單缸產(chǎn)量及溫拌劑的摻加量提前將溫拌劑分成小包裝好，在正式生產(chǎn)的時候人工可以直接將每鍋需要的溫拌劑直接投放，盡量減少計量上的誤差。拌合站生產(chǎn)過程中，當熱骨料稱量完成的同時，拌合站控制系統(tǒng)自動噴灑瀝青，此時人工打開拌缸上方的門，迅速將定量的溫拌劑投入拌缸。操作重點是確保系統(tǒng)噴灑瀝青的同時將溫拌劑投入拌缸，否則會影響溫拌劑正常發(fā)揮性能。自動稱量添加是將帶有電子稱的自動上料筒和拌鍋直接相連，電子稱自動稱量溫拌劑，當接收到噴灑瀝青的信號后，電子稱一端的鼓風機將溫拌劑吹入拌鍋并攪拌。由于條件限制，本次試驗路的鋪筑采用人工投料，溫拌劑和瀝青同時加入，使二者充分混合發(fā)泡，以充分發(fā)揮溫拌劑的作用[4]。拌合站為瑞士安曼-4000型間歇式瀝青拌合站，篩網(wǎng)設(shè)置為 28*28、22*22、18*18、11*11、5*5、3*3。骨料及瀝青計量采用自動計量系統(tǒng)，溫拌劑添加采用人工與瀝青同步添加。由于本項目為低溫天氣施工，混合料采用熱拌溫鋪，骨料加熱溫度控制在 175～185℃，出料溫度控制在 150～160℃。 為了使溫拌劑發(fā)泡效果更加理想，混合料生產(chǎn)過程中適當延長拌合時間。為減少混合料運輸過程中溫度損失，運輸車輛采用了必要的保溫措施，車輛四周采用棉被包裹，表面采用棉被覆蓋。

3.試驗段的實施

3.1 攤鋪與壓實

瀝青混合料的攤鋪和壓實是保證瀝青面層施工質(zhì)量的關(guān)鍵，所以攤鋪速度、壓實機具以及碾壓工藝的選擇都非常重要?，F(xiàn)場攤鋪設(shè)備為福格勒SUPER-2100，攤鋪寬度為7-8m，半幅施工采用兩臺攤鋪機并機施工。為保證路面的平整度，攤鋪機的攤鋪速度嚴格低于2m/min，同時提高攤鋪機熨平板的震動頻率以保證混合料攤鋪后具有高的初始壓實度?，F(xiàn)場壓路機為2臺DYNAPAC-CC524，一臺26t膠輪壓路機，一臺11t DD110。試驗段采用的壓實組合工藝為：初壓為雙鋼輪震動壓路機DYNAPAC-CC524，前進時靜壓，后退時震動，接著前進和后退時都震動壓實2遍；復(fù)壓為膠輪壓路機壓實2～3遍；終壓為雙鋼輪壓路機，采用靜壓2～3遍以消除震動壓路機的輪跡。施工過程中發(fā)現(xiàn)，溫拌劑的加入有效地延長了瀝青粘結(jié)時間，達到了增加壓實時間的目的[6]。

3.2 過程質(zhì)量控制

施工配合比設(shè)計需專門對添加劑量、最佳油石比進行設(shè)計，一般情況下生產(chǎn)配比不需要調(diào)整，必要時再進行調(diào)整。按JTG F40-2004要求進行施工過程質(zhì)量管理與檢查。監(jiān)理公司應(yīng)當加強對生產(chǎn)過程的跟蹤監(jiān)測，并嚴格監(jiān)督進場材料的質(zhì)量，如果發(fā)現(xiàn)混合料的生產(chǎn)配合比或者其他技術(shù)指標不滿足要求，應(yīng)及時進行調(diào)整，必要時可重新進行配合比設(shè)計[7，8]。混合料拌和溫度控制是影響瀝青路面施工質(zhì)量的重要因素之一。通過控制適宜的拌和溫度，來保證實現(xiàn)良好的壓實溫度。并根據(jù)本工程所處地域、氣候環(huán)境條件以及施工季節(jié)，考慮環(huán)境溫度，確定瀝青、集料加熱溫度與混合料出廠、碾壓溫度。

施工方可以依照風力情況、溫度變化及運輸距離等，來適當調(diào)整混合料的施工溫度，在環(huán)境溫度升高時可以相應(yīng)降低混合料的出料溫度，并以確保瀝青路面的適宜壓實度為準。在拌和時，應(yīng)保證拌和時間，確保溫拌瀝青混合料無花白料。

3.3 現(xiàn)場溫度數(shù)據(jù)檢測

3.3.1 溫度與混合料溫度變化

2013年1月8日，進行第一次試驗段鋪筑，施工過程從12點開始，持續(xù)到16點左右結(jié)束。下承層的溫度利用紅外溫槍進行采集，變化情況如圖4所示?？梢娤鲁袑拥臏囟茸兓秶鸀?1～3℃，此時下承層內(nèi)部的水分可能無法順利排除，并出現(xiàn)局部結(jié)冰現(xiàn)象。

圖4下承層表面溫度隨時間變化曲線（2013-1-8）

此外，還要利用紅外溫度槍及內(nèi)插溫度計的方法來測試混合料的降溫情況。如圖5所示，基本料的溫度衰減速度較快，在20～30分鐘內(nèi)，從出料時的160～165℃即能降至110～120℃，料表面溫度與內(nèi)部溫度約有20℃的溫度差。這一點應(yīng)在施工過程中予以注意，壓實一旦不及時，會帶來混合料的密實度不夠，影響后期路面強度和水穩(wěn)定性[9，10]。

圖5 料溫變化曲線

3.3.2 現(xiàn)場攤鋪溫度數(shù)據(jù)

圖6 混合料出料溫度、到場溫度、攤鋪溫度采集分布

現(xiàn)場施工過程中，進行了認真的溫度控制和測量工作，采集數(shù)據(jù)如圖6所示?；旧?，瀝青混合料出料溫度在160～170℃間，到場瀝青混合料的溫度在150～160℃間，攤鋪時的溫度能控制在130～150℃間，可見料溫的控制總體是穩(wěn)定的。

3.3.3 現(xiàn)場壓實溫度及壓實程序

在壓實過程中，選擇了兩個位置來進行壓實溫度和壓實次數(shù)的采集工作，具體情況如表2、3和圖 7、8所示。

表2 發(fā)泡溫拌劑攤鋪碾壓溫度采集（位置1）

圖7 發(fā)泡溫拌劑攤鋪碾壓程序及溫度-時間變化（實心圓標記為鋼輪碾壓）

表3 發(fā)泡溫拌劑攤鋪碾壓溫度采集（位置2）

圖8 發(fā)泡溫拌劑攤鋪碾壓程序及溫度-時間變化（實心圓標記為鋼輪碾壓）

基本上，現(xiàn)場壓實過程在 15～30min內(nèi)，料溫在100℃以上，可以保證兩次和三次以上的鋼輪碾壓，初始壓實度可以得到保證。但在膠輪碾壓過程中，由于天氣寒冷有風，且路幅較寬，用一臺膠輪壓路機不能滿足要求。在冬季低溫季節(jié)施工時，在攤鋪混合料后30min內(nèi)，應(yīng)先保證鋼輪壓實過程，這對中面層瀝青混合料的壓實度能夠形成保證。

根據(jù)現(xiàn)場施工人員采集的數(shù)據(jù)，我們對其初壓、復(fù)壓和終壓后混合料表面溫度有所了解。圖9顯示，攤鋪初壓后料溫在 110～130℃間，復(fù)壓在100～110℃間，終壓溫度基本上在 80～90℃間。

圖9 施工溫度分布圖

4.試驗段檢測結(jié)果

攤鋪過程中在攤鋪后取樣進行抽提篩分及室內(nèi)馬歇爾擊實試驗，室內(nèi)采用擊實溫度為120℃[11]。試驗段鋪筑完成后對鋪筑的試驗段進行了現(xiàn)場取芯，測試壓實度，并鉆取φ150mm芯樣在山東省交通科研所實驗室進行了漢堡輪轍試驗，結(jié)果見表 4、5、6 及圖 10。

表4 室內(nèi)馬歇爾擊實試驗結(jié)果

表5 抽提與設(shè)計級配對比

圖10 抽提與設(shè)計級配曲線圖

從抽提結(jié)果可以看出，4.75mm篩孔以上各篩孔通過率與設(shè)計合成級配偏差不大，2.36mm篩孔以下抽提結(jié)果與設(shè)計合成級配偏差比較大，主要是由于冷料原材料0-3mm粉塵含量偏高，加上拌合站除塵效果不理想造成大面積生產(chǎn)合成級配2.36mm篩孔以下偏細。

表6 現(xiàn)場芯樣試驗結(jié)果

5.結(jié)論

本文結(jié)合青島市九水東路改造施工過程，對某發(fā)泡瀝青混合料的生產(chǎn)、施工工藝及施工過程中的質(zhì)量控制進行了研究總結(jié)，并對試驗段的鋪筑效果進行檢測。分析發(fā)現(xiàn)該發(fā)泡瀝青混合料與熱拌瀝青混合料的生產(chǎn)過程基本相同，只是需要進行溫拌劑的投放，但其骨料的加熱溫度可降低大約30～40℃，既可以降低能耗，節(jié)約燃料成本，同時又減少了二氧化碳等廢氣的排放，保護環(huán)境。同時由于溫拌劑的降粘效果使混合料對于溫度的敏感性降低，從而可以保證現(xiàn)場攤鋪過程中有足夠的碾壓時間；從鋪筑后試驗路的檢測結(jié)果來看，該發(fā)泡瀝青混合料在施工工藝上是可行的，但是施工質(zhì)量控制存在地域性的差異，要綜合考慮低溫季節(jié)施工時對路面壓實度、層間粘結(jié)、平整度等方面的影響，對于不同地域必須根據(jù)實際情況科學(xué)合理地設(shè)計施工方案，選擇施工工藝，加強質(zhì)量控制，以保證各環(huán)節(jié)之間的緊密銜接，從而確保工程質(zhì)量。

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