低溫條件下的瀝青面層施工技術(shù)

張繼軍

（石家莊市公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司，河北石家莊 050000）

0 引言

目前，越來越多的公路面層施工需要在低溫氣候條件下進(jìn)行，對(duì)施工技術(shù)提出了更高的要求，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況，探究合理可行的施工技術(shù)方法。溫拌技術(shù)是一種適合在低溫條件下廣泛采用的面層施工技術(shù)。

1 工程概況

某公路工程南段擬于11月進(jìn)行瀝青路面攤鋪施工，結(jié)合往年11 月平均氣溫，該段公路的面層施工需在低溫條件下進(jìn)行。南段瀝青路面施工初步分成兩期進(jìn)行，正式開放路段交通后，主要施工部分是罩面施工，中面層采用AC-20混合料，層厚6cm。瀝青面層施工允許溫度如下：當(dāng)下臥層溫度在5℃以下時(shí)，若采用普通瀝青，層厚小于50mm 時(shí)，不允許進(jìn)行攤鋪，層厚在50～80mm 范圍內(nèi)時(shí)，不允許進(jìn)行攤鋪，層厚超過80mm 時(shí)，攤鋪溫度不能低于140℃；當(dāng)下臥層溫度在5～10℃范圍內(nèi)時(shí)，若采用普通瀝青，層厚小于50mm 時(shí)，不允許進(jìn)行攤鋪，層厚在50～80mm 范圍內(nèi)時(shí)，攤鋪溫度不能低于140℃，層厚超過80mm 時(shí)，攤鋪溫度不能低于135℃；當(dāng)下臥層溫度在10～15℃范圍內(nèi)時(shí)，層厚小于50mm 時(shí)，攤鋪溫度不能低于145℃，層厚在50～80mm范圍內(nèi)時(shí)，攤鋪溫度不能低于138℃，層厚超過80mm時(shí)，攤鋪溫度不能低于132℃。當(dāng)采用改性瀝青時(shí)，若下臥層溫度低于10℃，則無論層厚如何均不允許進(jìn)行攤鋪施工，當(dāng)下臥層溫度為10～15℃時(shí)，層厚小于50mm 時(shí)，攤鋪溫度不能低于165℃，層厚在50～80mm范圍內(nèi)時(shí)，攤鋪溫度不能低于155℃，層厚超過80mm時(shí)，攤鋪溫度不能低于150℃[1]。

2 施工方案

現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范提出的工藝要求均為正常氣候條件，為保證低溫條件下的施工質(zhì)量，首先應(yīng)做好數(shù)字化分析，縮短碾壓時(shí)間；其次，應(yīng)選擇碾壓最低溫度低于普通熱拌混合料的混合料，并采用相應(yīng)的工藝方法。

2.1 工藝優(yōu)化

碾壓方案為：采用鋼輪壓路機(jī)初壓2遍，采用膠輪壓路機(jī)復(fù)壓3 遍。在低溫條件下，當(dāng)瀝青層的層厚為4cm 時(shí)，壓路機(jī)時(shí)速可在規(guī)范要求的范圍內(nèi)選擇較高值。其中，鋼輪壓路機(jī)的行駛速度可取3km/h，膠輪壓路機(jī)可取5km/h；對(duì)于層厚為6cm 的瀝青層，根據(jù)壓實(shí)功對(duì)等原則采用相對(duì)較低的碾壓速度[2]。

當(dāng)路幅寬度為15m 時(shí)，壓路機(jī)往往要往返9 遍才能完成1遍整幅碾壓。鋼輪壓路機(jī)輪寬為2.1m左右，膠輪壓路機(jī)輪寬為2.8m 左右，基于此，在15m 寬的條件下，可允許3輛壓路機(jī)并行。當(dāng)采用并行成梯隊(duì)形式的方式進(jìn)行碾壓時(shí)，則每臺(tái)壓路機(jī)都需要完成3次才可進(jìn)入另外半幅，然后壓路機(jī)緊接著進(jìn)入前一臺(tái)壓路機(jī)碾壓完畢的路幅，各碾壓段從混合料攤鋪開始至最后一個(gè)膠輪壓路機(jī)駛離經(jīng)過的時(shí)間，即為達(dá)到充分碾壓狀態(tài)所需時(shí)間，在此基礎(chǔ)上，還需考慮碾壓所需時(shí)間和攤鋪完成后到開始碾壓時(shí)經(jīng)過的等待時(shí)間。

以攤鋪厚度及混合料級(jí)配類型為依據(jù)，結(jié)合相關(guān)規(guī)范提出的要求，可確定攤鋪機(jī)及壓路機(jī)實(shí)際行駛速度，按照碾壓段實(shí)際長度，當(dāng)采用成梯隊(duì)的形式進(jìn)行作業(yè)時(shí)，對(duì)不同壓路機(jī)組合方式對(duì)應(yīng)的碾壓所需時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，如表1所示[3]。

表1 最小碾壓時(shí)間

在低溫條件下進(jìn)行施工時(shí)，需要以壓路機(jī)速度為依據(jù)確定攤鋪機(jī)速度，攤鋪機(jī)的速度并非越慢越好，主要由壓路機(jī)實(shí)際推進(jìn)速度決定，以確保壓路機(jī)的工作能夠保持連續(xù)為準(zhǔn)。例如，當(dāng)鋼輪壓路機(jī)采用3km/h的速度進(jìn)行運(yùn)行時(shí)，攤鋪機(jī)速度需按2.4km/h 控制，此時(shí)需在攤鋪完成10m后才進(jìn)行碾壓。當(dāng)為了縮短攤鋪完成到碾壓開始的等待時(shí)間，而采用兩臺(tái)成梯隊(duì)形式的攤鋪機(jī)進(jìn)行施工時(shí)，應(yīng)注意確保攤鋪機(jī)之間的距離不可過近或過遠(yuǎn)，否則會(huì)對(duì)后續(xù)的碾壓施工造成很大的影響[4]。

2.2 碾壓降溫時(shí)間

根據(jù)傅里葉定律可知，傳熱速率、溫度梯度與傳熱面積三者為正比關(guān)系，具體可表示為：

式（1）中：λ為導(dǎo)熱系數(shù)[W/（m·℃）]。根據(jù)以上公式可知，當(dāng)溫度較高時(shí)，降溫速率較快。在低溫條件下施工時(shí)，應(yīng)做到以下兩點(diǎn)：適當(dāng)提高料溫；借助技術(shù)手段降低碾壓溫度[5]。

為實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)，可在混合料中適量添加表面活性劑，以降低混合料對(duì)溫度的敏感程度，使其在溫度較低的情況下也能通過碾壓達(dá)到密實(shí)狀態(tài)，同時(shí)，這項(xiàng)技術(shù)不會(huì)使混合料自身性能發(fā)生變化。相較于普通熱拌混合料，采用這項(xiàng)技術(shù)處理后，能使碾壓溫度降低至少30℃，成效十分突出。在對(duì)有效碾壓時(shí)間進(jìn)行計(jì)算的過程中，取值條件如表2所示?？梢钥闯觯瑴匕杌旌狭系臄備仠囟缺葻岚杌旌狭系?5℃，同時(shí)可進(jìn)行碾壓的最低溫度也比熱拌混合料低25℃。當(dāng)在正常氣溫條件進(jìn)行施工時(shí)，改性瀝青混合料的攤鋪溫度為165℃，而在低溫條件下時(shí)，需提高20℃的混合料溫度，即低溫條件下的攤鋪溫度需達(dá)到185℃；在正常氣溫條件下進(jìn)行施工時(shí)，溫拌瀝青混合料的攤鋪溫度為130℃，而在低溫條件下需提高20℃的混合料溫度，即低溫條件下的攤鋪溫度需達(dá)到150℃。

表2 取值條件 單位：℃

本次采用專門的軟件進(jìn)行計(jì)算，該軟件將熱傳導(dǎo)模型作為核心，通過相應(yīng)的檢驗(yàn)與研究，為解決低溫條件下的具體施工對(duì)策提出提供必要的支持。該軟件用戶界面良好，且數(shù)據(jù)處理功能較強(qiáng)，在輸入各類原始參數(shù)后，可自動(dòng)計(jì)算得出溫度下降，需輸入的參數(shù)類型包括實(shí)時(shí)氣溫、下臥層溫度、實(shí)時(shí)風(fēng)力、攤鋪層層厚與溫度、混合料類型等。

熱拌混合料攤鋪過程中，當(dāng)碾壓段長度為10m 時(shí)，其碾壓時(shí)間不足，即便增加了20℃的混合料溫度，碾壓時(shí)間也只增加了1min，無法達(dá)到充分壓實(shí)要求。在這種條件下進(jìn)行施工，采用溫拌技術(shù)可使碾壓時(shí)間相比之前增加約2/3，在適當(dāng)升溫之后可以滿足預(yù)期的壓實(shí)要求。當(dāng)環(huán)境溫度下降時(shí)，會(huì)對(duì)攤鋪面上下面造成影響，當(dāng)碾壓段的實(shí)際長度為10m時(shí)，碾壓中混合料的平均溫度都能達(dá)到130℃。但表面溫度對(duì)氣溫的敏感性往往要超過內(nèi)部，底部亦然，當(dāng)氣溫降低10℃時(shí)，會(huì)使表面的實(shí)際溫度比10℃更低，采用溫拌技術(shù)時(shí)對(duì)應(yīng)的可碾壓溫度往往更低，使壓實(shí)不足及結(jié)殼等問題的發(fā)生率大幅降低。

3 施工技術(shù)

3.1 混合料生產(chǎn)及運(yùn)輸

溫拌劑的添加需使用專門的添加設(shè)備進(jìn)行，以加快效率，并保證計(jì)量的準(zhǔn)確性。與拌和樓之間的銜接主要有下列兩個(gè)重點(diǎn)：①拌和樓噴管及噴灑方式的確定；②瀝青注入時(shí)采集并匹配各類同步信號(hào)。不同拌和樓的管路及注入方式有所不同，在管路安裝過程中必須充分考慮這些差異。一般來講，管路的設(shè)置應(yīng)使瀝青與管路保持平行，同時(shí)避開礦粉的下口。添加劑的添加時(shí)間與瀝青大致相同。在添加礦粉的過程中，為防止礦粉大量損失，條件允許時(shí)可采用后加的方法。如果拌和樓未配備除塵管路，則需將觀察口打開，確保蒸汽可以快速釋放。

施工期間，每日開機(jī)時(shí)間均較早，此時(shí)機(jī)械溫度都很低，因此在拌第一車料時(shí)應(yīng)適當(dāng)提高溫度。在順利出料之后，即可將料溫調(diào)整至要求的溫度。對(duì)于采用改性瀝青拌和而成的混合料，其出料時(shí)的溫度需保持在140～165℃范圍內(nèi)。此外，當(dāng)氣溫在5℃左右或風(fēng)力相對(duì)較大時(shí)，也需適當(dāng)提高拌和的溫度。

在低溫條件下進(jìn)行施工時(shí)，需做好混合料運(yùn)輸時(shí)的保溫工作，如果由于降溫速度較快產(chǎn)生結(jié)塊，將直接影響后續(xù)攤鋪。混合料運(yùn)輸不可使用小車進(jìn)行，應(yīng)采用運(yùn)量不低于30t 的大型自卸運(yùn)輸車。裝車完畢后，及時(shí)在其上部覆蓋苫布或棉被。

每車混合料都要進(jìn)行出廠及到廠溫度檢測(cè)，兩者的差值應(yīng)在10℃以內(nèi)，確保攤鋪在不低于130℃的溫度條件下進(jìn)行。在施工現(xiàn)場應(yīng)安排專人進(jìn)行指揮協(xié)調(diào)，對(duì)押車數(shù)量予以嚴(yán)格控制，在確保攤鋪保持連續(xù)的同時(shí)，避免因現(xiàn)場料車數(shù)量過多而使混合料溫度下降，導(dǎo)致無法在攤鋪中使用，造成浪費(fèi)。

3.2 混合料攤鋪及碾壓

攤鋪前做好攤鋪機(jī)的預(yù)熱十分重要，在低溫條件下施工時(shí)，應(yīng)盡量不使用人工進(jìn)行補(bǔ)料。攤鋪速度并非越慢越好，應(yīng)與壓路機(jī)速度達(dá)到匹配，并縮短每個(gè)施工段的施工時(shí)間。施工段長度的確定與溫度下降速度有關(guān)，同時(shí)，確保初壓時(shí)料溫不低于135℃。

碾壓借助一般壓路機(jī)完成，添加溫拌劑以后，可以在膠結(jié)料中形成潤滑結(jié)構(gòu)，使骨料受碾壓作用后順利完成位置的調(diào)整。但溫拌料在不同碾壓方式下有不同響應(yīng)，根據(jù)以往相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，以膠輪或振蕩壓路機(jī)為宜，尤其是輪胎壓路機(jī)，能充分發(fā)揮出溫拌劑的效用。

在低溫條件下對(duì)瀝青混合料進(jìn)行碾壓時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）加強(qiáng)緊跟作業(yè)，前方壓路機(jī)應(yīng)適當(dāng)錯(cuò)開，并要求后面的壓路機(jī)立即跟上。所有壓路機(jī)均不能等待與停車。

（2）鋼輪壓路機(jī)應(yīng)早開振動(dòng)，通常只有第一遍碾壓不開啟振動(dòng)。為保證碾壓后的平整度，第一遍碾壓用鋼輪壓路機(jī)進(jìn)行，若溫度下降速度很快，則可能產(chǎn)生回彈，此時(shí)應(yīng)使用膠輪壓路機(jī)進(jìn)行。

（3）將鋼輪壓路機(jī)盡可能安排在前面，以保證碾壓的有效性，另外，相比正常條件下的施工，膠輪壓路機(jī)也應(yīng)有適當(dāng)?shù)那爸谩?/p>

（4）混合料表面溫度降低速度較快，因此應(yīng)減少壓路機(jī)噴水?dāng)?shù)量。另外，由于水在氣溫低于0℃時(shí)會(huì)結(jié)冰，不僅無法起到潤滑和隔離的作用，還會(huì)對(duì)混合料的碾壓造成影響，導(dǎo)致碾壓完成的路面產(chǎn)生凹坑，因此采用膠輪壓路機(jī)時(shí)不可用水作為隔離劑，可改用植物油。

（5）所有壓路機(jī)都不能臨時(shí)停車，即便攤鋪發(fā)生臨時(shí)中斷，也不允許壓路機(jī)停機(jī)，應(yīng)在溫度尚存的混合料表面行駛，以免冷卻。低溫條件下的混合料碾壓對(duì)連續(xù)性和及時(shí)性有更高要求，必須引起現(xiàn)場作業(yè)人員的高度重視，任何問題都有可能使混合料錯(cuò)過最佳碾壓時(shí)機(jī)，導(dǎo)致壓實(shí)完成后的混合料無法達(dá)到密實(shí)，給后續(xù)的通車使用留下隱患。

3.3 溫度降低規(guī)律現(xiàn)場實(shí)測(cè)

攤鋪與碾壓結(jié)束后，在現(xiàn)場進(jìn)行溫度降低規(guī)律實(shí)測(cè)，從結(jié)果可以看出，溫度降低規(guī)律和理論計(jì)算成果較為接近，即均為逐步降低，表明溫度的不斷降低對(duì)實(shí)際降溫速度有顯著影響。除最高氣溫條件下的變化曲線，其他曲線均有一定異動(dòng)特征，表明測(cè)試時(shí)受到了測(cè)試位置等因素的影響，需對(duì)測(cè)試設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)或增加實(shí)際測(cè)試數(shù)量，以抵消異動(dòng)造成的誤差。

4 結(jié)語

綜上所述，在低溫條件下進(jìn)行施工時(shí)，攤鋪面層溫度降低速度較快，即便增加了混合料出料溫度，采用傳統(tǒng)的熱拌工藝依然可能無法得到有效碾壓。對(duì)此，應(yīng)采用溫拌技術(shù)加以解決，延長碾壓時(shí)間。但即便采用溫拌技術(shù)來解決低溫條件下施工存在的問題，如果風(fēng)力超過5級(jí)，也應(yīng)避免施工。溫拌施工中，壓路機(jī)的行駛應(yīng)保持連續(xù)，根據(jù)碾壓梯隊(duì)運(yùn)行速度對(duì)攤鋪的速度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。