高海拔、低溫凍融環(huán)境下道路白改黑研究與應(yīng)用

韓關(guān)寶

(欒川龍宇鉬業(yè)有限公司，河南 欒川 471500)

欒川龍宇鉬業(yè)小廟嶺選礦公司(以下簡稱“該公司”)生活區(qū)道路升級改造工程與欒川龍宇鉬業(yè)小廟嶺選礦公司公共道路修繕工程同屬白改黑工程項(xiàng)目(以下簡稱“該工程”)該工程位置屬于礦區(qū)交通要道，長期有超載汽車通行，導(dǎo)致混凝土路面產(chǎn)生大量的病害，混凝土道路在長時間的使用后已經(jīng)產(chǎn)生了不同程度的損壞，對公司職工的日常出行以及車輛行駛產(chǎn)生不利影響，急需對原有道路進(jìn)行改造。下面就低溫與凍融環(huán)境下混凝土道路白改黑施工工藝中的技術(shù)難題進(jìn)行研究與應(yīng)用。

1 工程概況

1.1 工程項(xiàng)目所在地地理位置和氣候特征

該工程位于豫西山區(qū)，地處洛陽市欒川縣冷水鎮(zhèn)，平均海拔約1 400 m。此處海拔高、氣溫低，低溫與反復(fù)凍融環(huán)境明顯，冬季干燥寒冷，極端降雪天氣多，往往大雪封山交通不便。每年11月即進(jìn)入冬季至次年3月氣溫多低于0 ℃，冬季最低氣溫?fù)?jù)記錄約-15 ℃，晝夜溫差最大值約25 ℃，屬于典型低溫氣候區(qū)域，山高氣寒使得施工環(huán)境極其惡劣。

1.2 工程施工內(nèi)容

該工程混凝土道路建于2008年，全長780 m。需要加鋪瀝青面層面積約6 400 m2。施工單位于2018年9月份進(jìn)場，2018年12月份完成瀝青面層的攤鋪，在瀝青面層攤鋪期間，氣溫低于0 ℃，不利于施工。根據(jù)該工程所在地的實(shí)際情況經(jīng)綜合研究分析，因改性瀝青具有耐低溫、抗車轍、抗開裂、耐磨耗、耐久性好等優(yōu)勢，所以該工程使用改性瀝青混合料，新加鋪瀝青結(jié)構(gòu)層分為底層和面層。底層為4 cm厚的中粒式密集配改性瀝青混合料，面層為3 cm厚的細(xì)粒式密集配瀝青混合料。

2 低溫環(huán)境下道路白改黑施工質(zhì)量控制難點(diǎn)

2.1 對舊有混凝土道路路面病害的處理

(1)舊混凝土道路病害的解決方案

通過對生活區(qū)道路與廠區(qū)東側(cè)公共道路的現(xiàn)場調(diào)查、研究舊混凝土路面的破損情況，發(fā)現(xiàn)道路普遍存在以下幾種不同種類的病害：錯臺與板塊裂縫、掉邊與缺角、板塊內(nèi)部掏空、坑槽與坑洼不平。通過查閱相應(yīng)的規(guī)范與借鑒以往的優(yōu)秀施工經(jīng)驗(yàn)，特提出如下解決方案。

①錯臺與板塊裂縫：舊混凝土道路面板出現(xiàn)質(zhì)量問題是誘發(fā)錯臺與板塊裂縫的主要原因，需要對舊道路面板拆除清理，并對路基重新碾壓。錯臺與板塊裂縫拆除面積較小部位可澆筑C30混凝土，拆除面積較大部位可攤鋪與舊混凝土面板厚度相同的C30水泥穩(wěn)定砂礫基層。

②掉邊與缺角：針對舊混凝土路面掉邊與缺角，采用機(jī)器切割拆除損壞部分道路板塊，然后用C30混凝土澆筑補(bǔ)平。對舊混凝土路面的縱橫與橫縫出現(xiàn)損壞的情況，采用大功率空壓機(jī)將縫內(nèi)雜物清理干凈，用1∶1.5水泥砂漿填縫。

③道路板塊內(nèi)部掏空：在道路板塊內(nèi)部掏空部位均勻鉆孔，將掏空部位雜物淤泥清理干凈，然后使用C30水泥砂漿進(jìn)行高壓灌注至掏空部位，直至注滿為止。

④坑槽與坑洼不平：將坑槽與坑洼不平部位用電鎬打毛處理，并清掃干凈，填補(bǔ)C30混凝土，與舊路面齊平。

以上解決方案在施工完后均應(yīng)做好成品保護(hù)，禁止車輛與人員通行，以免造成二次破壞，影響加鋪瀝青混凝土面層的施工質(zhì)量。

2.2 瀝青面層反射裂縫的研究與應(yīng)對措施

(1)反射裂縫的成因

白色路面路基病害形成的裂縫在道路白改黑過程中通過反射裂縫的形式表現(xiàn)到黑色路面上是瀝青加鋪面層損壞的重要原因。該工程所在位置屬于礦區(qū)，常年通行重載超載車輛，在車輛行駛過程中，舊混凝土路面裂縫或者是裂縫的周圍出現(xiàn)了豎向的位移，會引發(fā)荷載導(dǎo)致的反射裂縫。另外，該工程所在位置海拔高、氣溫低凍融環(huán)境明顯，加鋪的瀝青面層受到溫度變化的影響其內(nèi)部存在特別的熱脹冷縮現(xiàn)象，最終引發(fā)溫度導(dǎo)致的反射裂縫。為此，在舊混凝土路面有裂縫部位加鋪道路專用土工布或者應(yīng)力吸收層，可以將舊混凝土道路裂縫部位的應(yīng)力分散到四周，有效減緩裂縫部位的應(yīng)力過于集中現(xiàn)象。也能增強(qiáng)加鋪瀝青面層的抗拉伸、抗破裂能力，能夠有效阻止反射裂縫產(chǎn)生并徹底根治反射裂縫產(chǎn)生的病害。

(2)土工布施工工藝

鋪設(shè)土工布之前需要對路面進(jìn)行徹底的清掃，鋪貼部位需要干凈整潔，平整度要達(dá)標(biāo)。在舊混凝土路面裂縫兩側(cè)各寬50 cm范圍內(nèi)噴灑粘層油。因施工期間溫度過低，需要對土工布進(jìn)行加熱，保證土工布平展不因低溫導(dǎo)致延展性降低，同時土工布應(yīng)在粘層油冷卻之前準(zhǔn)確鋪貼在裂縫處，在攤鋪施工過程中做到平整無褶皺和無鼓包，并留有適當(dāng)?shù)淖冃斡嗔俊Ｍ凉げ即罱游恢靡丿B15 cm以上，以達(dá)到有效將反射裂縫進(jìn)行隔離的目標(biāo)。

2.3 高海拔、低溫凍融環(huán)境下瀝青混合料施工與質(zhì)量控制

(1)瀝青混合料的拌和

該工程瀝青混合料拌和設(shè)備采用間歇式瀝青混凝土拌和設(shè)備，具有測量溫度的裝置，能夠?qū)崟r測量拌和瀝青混合料的溫度。瀝青混合料按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)均勻攪拌，確保所有粒料均被瀝青包裹，無花白、結(jié)團(tuán)或者粗細(xì)料離析現(xiàn)象。瀝青的加熱溫度要控制在現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的范圍之內(nèi)，即150 ℃～170 ℃，瀝青集料的加熱溫度要控制在160 ℃～180 ℃，瀝青混凝土的出廠溫度應(yīng)控制在140 ℃～165 ℃，瀝青混凝土運(yùn)輸至施工現(xiàn)場的溫度應(yīng)控制在120 ℃～160 ℃。由于該工程施工區(qū)域海拔高氣溫較低且運(yùn)距較遠(yuǎn)，另外在瀝青混凝土面層攤鋪前遇降雪極端天氣，并且在施工前部分道路面層上存在積雪與結(jié)冰情況，因此各個施工階段的溫度控制需要取最大值。

(2)瀝青混合料的運(yùn)輸

該工程所在位置與瀝青混合料攪拌站之間距離約30 Km，山高路遠(yuǎn)、彎道多、坡度大，運(yùn)輸難度極大。因此，瀝青混合料的運(yùn)輸使用載重大、牽引力大的自卸汽車，同時在車廂底板及四周鋪設(shè)保溫棉，能夠?qū)r青混合料有效的保溫。在運(yùn)輸過程中禁止長時間停放或過度顛簸而導(dǎo)致瀝青混合料出現(xiàn)干枯、花白現(xiàn)象影響瀝青攤鋪質(zhì)量。為防止瀝青混合料產(chǎn)生粗細(xì)集料離析現(xiàn)象，裝運(yùn)瀝青混合料時分前、后、中三個不同位置向車中裝料，首先裝料靠近車廂的前半部分，其次裝料靠近車廂的后半部分，最后裝料放在車廂的中間，且裝料厚度不得超過車廂有效高度。自卸汽車在運(yùn)輸?shù)倪^程中，要用篷布覆蓋，用來保溫隔熱減少熱量的損耗、防雨雪、防污染。

(3)瀝青混合料的攤鋪

該工程道路平均寬度約9 m，因此選用可自動調(diào)節(jié)攤鋪寬度與厚度并且攜帶找平裝置的瀝青攤鋪機(jī)進(jìn)行施工。新加鋪瀝青底層采用走線法工藝施工，面層采用平衡梁法工藝施工。在裝卸車卸料時，使用紅外測溫儀實(shí)時檢測瀝青混合料的溫度，溫度達(dá)標(biāo)方可攤鋪。由于在夜間施工，氣溫低于0 ℃，通過采用夜間快運(yùn)、快鋪、快平、及時碾壓成型的“三快一及時”施工技術(shù)，提高施工效率，將混合料攤鋪時的溫度控制在130 ℃～150 ℃之間，能夠有效保證高海拔、低溫與凍融環(huán)境下瀝青攤鋪質(zhì)量。施工過程中始終確保攤鋪機(jī)前有一輛裝滿料的自卸車，卸料時自卸汽車距離攤鋪機(jī)約30 cm，禁止碰撞攤鋪機(jī)，而導(dǎo)致攤鋪機(jī)偏位，自卸汽車前進(jìn)速度與攤鋪機(jī)前進(jìn)速度保持同步勻速前行，確保攤鋪機(jī)連續(xù)不斷作業(yè)，不因缺料而導(dǎo)致施工停頓而影響施工質(zhì)量。在瀝青攤鋪過程中，隨時檢查瀝青混合料松鋪厚度、平整度以及溫度，對不合格處及時處理，以保證瀝青混合料色澤一致，混合料顆粒均勻，攤鋪道路美觀平順。

(4)瀝青混合料的碾壓

碾壓設(shè)備根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況使用大型雙鋼輪雙振動壓路機(jī)與小型雙鋼輪壓路機(jī)聯(lián)合碾壓施工。瀝青混合料碾壓分為初壓、復(fù)壓和終壓三個關(guān)鍵步驟。在施工期間由于氣溫低于零度，因此碾壓過程中溫度要按照設(shè)計要求中的溫度取最大值。初壓：采用大型雙鋼輪雙振動壓路機(jī)非震動情況下靜壓2～3遍，初壓瀝青攤鋪溫度不應(yīng)底于110 ℃；復(fù)壓：采用大型雙鋼輪雙振動壓路機(jī)和小型雙鋼輪壓路機(jī)共同碾壓5～7遍，復(fù)壓施工溫度控制在80 ℃～100 ℃；終壓：采用大型雙鋼輪雙振動壓路機(jī)靜壓1～2遍，終壓施工溫度不應(yīng)底于70 ℃。壓路機(jī)碾壓不到的邊角或拐彎部位，使用小型雙鋼輪壓路碾壓施工。碾壓過程中壓路機(jī)應(yīng)沿直線行駛，不能大幅度拐彎或者急踩剎車，否則將嚴(yán)重影響瀝青面層的施工質(zhì)量。在瀝青攤鋪施工期間需要對道路進(jìn)行圍擋封閉，并提示無關(guān)車輛繞行，禁止無關(guān)車輛與機(jī)械設(shè)備進(jìn)入施工區(qū)域，嚴(yán)格做好成品保護(hù)工作，當(dāng)加鋪瀝青面層溫度降低至自然氣溫以下后方可允許車輛通行。

2.4 瀝青面層與原有混凝土路面結(jié)合性能分析

(1)對舊混凝土路面打毛處理

在對水泥混凝土路面打毛后，形成齒狀的幾何表面，有利于白改黑不同材質(zhì)路面的良好結(jié)合，也可調(diào)節(jié)路面標(biāo)高，鑿除厚度一般為1～3 cm。

(2)噴灑粘層油，增強(qiáng)黑白路面粘合力

為了提高黑白路面的粘合力，該工程在原有舊混凝土路面噴灑粘層油。根據(jù)該區(qū)域特殊的氣候環(huán)境，使用的粘層瀝青為：SBR乳化改性瀝青。為了使瀝青與混凝土面層與原有舊混凝土道路面良好的結(jié)合，粘層油的溫度要控制在170 ℃左右，噴灑量大約在0.4 L/m2。在噴灑之前，首先要對舊混凝土路面進(jìn)行徹底清理，該工程使用大功率空壓機(jī)將路面灰塵雜物進(jìn)行吹掃，為噴灑粘層油提供良好的作業(yè)面。在撒布的過程中，要均勻施工，并把邊角處理好，同時噴灑之前對路沿石做好覆蓋以免污染路沿石。

(3)加鋪瀝青混凝土面層頭尾部與舊混凝土道路連接

為了提升加鋪瀝青混凝土面層頭尾部位與原有舊混凝土路面的連接性，人工使用電鎬將連接混凝土道路部位破除50 cm寬，傾斜45°最深處5～7 cm厚的傾斜型凹槽，在瀝青混凝土攤鋪之前對凹槽徹底清理，噴灑少量粘層油，保證新加鋪瀝青混凝土攤鋪后與舊混凝土道路平順牢固連接。

3 使用效果

該工程舊混凝土路面裂縫與加鋪土工布與瀝青面層使用一年后路面裂縫數(shù)量現(xiàn)場調(diào)查對比如表1所示。

表1 道路裂縫前后對比統(tǒng)計表

通過道路加鋪土工布使用前后的對比，道路加鋪土工布之后瀝青加鋪層基本無裂縫產(chǎn)生。可見土工布可以有效緩解并阻止反射裂縫的產(chǎn)生，防止路面遭到破壞，增強(qiáng)加鋪瀝青面層使用的耐久性與穩(wěn)定性。

4 結(jié) 語

(1)研究的反射裂縫防治技術(shù)，解決了白色路面反射到黑色路面的裂縫病害技術(shù)難題。

通過鋪設(shè)土工布及應(yīng)力吸收層，完全隔離并吸收了舊混凝土道路縱向裂縫和橫向裂縫產(chǎn)生的裂縫應(yīng)力，從而有效地避免了裂縫應(yīng)力反射效應(yīng)對新加鋪的瀝青面層的危害，解決了反射裂縫病害的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了加鋪瀝青面層的整體穩(wěn)定性，提高了使用耐久性。

(2)研究的白改黑黏結(jié)技術(shù)，解決了白色路面與黑色路面黏結(jié)性不強(qiáng)的技術(shù)難題。

通過實(shí)施舊混凝土基層鑿毛、清理、噴灑170 ℃左右粘層油等白改黑黏結(jié)技術(shù)，解決了白色混凝土基層剛性過大、黑色瀝青路面柔性太強(qiáng)、剛?cè)狃そY(jié)性不強(qiáng)的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了白色路面與黑色路面的有效地黏結(jié)，避免了黑色面層起皮、空鼓、失穩(wěn)等質(zhì)量問題，增強(qiáng)加鋪瀝青面層的耐久性與穩(wěn)定性。

(3)研究的“三快一及時”施工技術(shù)，解決了低溫凍融環(huán)境下黑色路面施工技術(shù)難題。

低溫凍融環(huán)境下，黑色面層瀝青料遠(yuǎn)距離運(yùn)輸過程中，會產(chǎn)生固結(jié)、流動性差、黏結(jié)性低、離析等不良反應(yīng)。通過采用夜間快運(yùn)、快鋪、快平、及時碾壓成型的“三快一及時”施工技術(shù)，解決了白天道路擁堵導(dǎo)致運(yùn)輸時間長、攤鋪速度慢、平整效果差、碾壓效率低、瀝青易離析的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了低溫凍融環(huán)境下黑色瀝青面層高質(zhì)量施工的技術(shù)目標(biāo)。