溫拌瀝青混合料在高寒高海拔公路中的應(yīng)用

 引言
我國溫拌瀝青混合料技術(shù)研究起步于2005年，主要引進(jìn)國外的溫拌技術(shù)專利消化吸收。2006年，西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目“溫拌瀝青混合料應(yīng)用技術(shù)研究”課題正式啟動(dòng)。2005年至今，先后在北京、上海、河北、河南、四川、青海等多個(gè)地區(qū)鋪筑溫拌試驗(yàn)路。2009年先后出臺(tái)了《北京市溫拌瀝青混合料路面技術(shù)指南》、河北省地方標(biāo)準(zhǔn)《溫拌瀝青混合料施工技術(shù)指南》（DB13/T 1014-2009）、青海省地方標(biāo)準(zhǔn)《寒區(qū)溫拌瀝青混合料路面技術(shù)規(guī)范》（DB63/T812-2009）等一系列標(biāo)準(zhǔn)指南，溫拌瀝青技術(shù)成為近年來瀝青路面材料領(lǐng)域一項(xiàng)很有前景的新興技術(shù)。
溫拌瀝青技術(shù)符合低碳環(huán)保的發(fā)展理念，根據(jù)國內(nèi)有關(guān)研究，在不犧牲瀝青混合料路用性能的前提下，溫拌混合料拌和溫度可降低至110℃～130℃，碾壓溫度可降低至70℃～110℃；[1]溫拌混合料能降低對(duì)環(huán)境的污染和對(duì)施工
人員健康的損害，節(jié)省20%～30%燃料，減少排放50%以上；溫拌混合料能減輕熱拌過程中瀝青的老化，施工中采用溫拌混合料進(jìn)行攤鋪，既可適用于低溫地區(qū)、低溫季節(jié)施工，又不至于使混合料中的瀝青過于老化，有利于延長瀝青混凝土路面的使用壽命和施工季節(jié)[2]。
1 項(xiàng)目概況
為驗(yàn)證溫拌瀝青在高寒高海拔地區(qū)的應(yīng)用效果，在G214線選取長1km路段范圍內(nèi)，道路左右兩幅分別采用表面活性型溫拌瀝青混合料（E-WMA，瀝青路面10cm上面層采用表面活性型溫拌瀝青混合料ATB-25）和熱拌瀝青混合料（HMA）鋪筑。本試驗(yàn)段地處寒區(qū)，施工路段海拔接近4600米，地屬山嶺區(qū)，早晚環(huán)境溫度不足10℃（在氣溫低于10℃條件下進(jìn)行的溫拌混合料施工稱為低溫施工）。施工時(shí)天晴，氣溫變化范圍為4℃～24℃。
為對(duì)比兩者性能，先對(duì)E-WMA進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，然后對(duì)HMA采用與E-WMA相同的配合比配制（JTG F40—2004和DB63/T812-2009中ATB-25的礦料級(jí)配范圍完全一致）。E-WMA配合比設(shè)計(jì)方法除拌和、成型溫度跟HMA有所區(qū)別外，其余跟HMA并無不同。
2 生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)結(jié)果
試驗(yàn)路施工所用拌和樓為無錫大通2000型間歇式拌和樓，每小時(shí)產(chǎn)量約為90噸，拌和樓生產(chǎn)由計(jì)算機(jī)全程自動(dòng)控制，計(jì)量準(zhǔn)確。上面層試驗(yàn)路拌和樓所采用的礦料比例為4#倉：3#倉：2#倉：1#倉：礦粉=44.0%：18.0%：10.0%：24.0%：4.0%，瀝青用量為3.93%，試件成型溫度采用135℃，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）要求。
相比之下，空隙率和穩(wěn)定度的主要影響因素均為拌合溫度，流值和凍融劈裂強(qiáng)度的主要影響因素均為溫拌劑類型及摻量，動(dòng)穩(wěn)定度的影響因素為擊實(shí)溫度?；旌狭系母黜?xiàng)體積指標(biāo)見表1。
3 試驗(yàn)路鋪筑情況
3.1 拌和樓控制 ATB-25表面活性型溫拌瀝青混合料采用的青海省公路工程建設(shè)總公司自加工的石灰?guī)r集料、本地河砂和新疆克拉瑪依生產(chǎn)的“昆侖”牌AH-110道路石油瀝青，施工過程中拌和樓出料正常，瀝青裹附均勻，無花白料?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，熱拌瀝青混合料出料溫度約152.3℃，溫拌瀝青混合料出料溫度控制在130℃～135℃。
試驗(yàn)路施工所用拌和樓為無錫大通2000型間歇式拌和樓，其參數(shù)設(shè)置如下：骨料溫度145℃，瀝青溫度165℃，溫拌劑采用常溫，干拌拌合時(shí)間8s，濕拌拌合時(shí)間35s，單盤料質(zhì)量1700kg，每小時(shí)產(chǎn)量約為90噸，每盤料的生產(chǎn)周期約為55秒。拌和樓生產(chǎn)過程中各料倉計(jì)量基本穩(wěn)定，2#倉（6～11mm）、3#倉（11～16mm）有輕微溢料現(xiàn)象。
3.2 混合料運(yùn)輸 混合料運(yùn)輸采用大噸位自卸汽車，運(yùn)料車前后移動(dòng)，分前、后、中三次堆料，以減少集料離析現(xiàn)象。在運(yùn)輸前，檢查出料溫度，滿足要求后用蓬布覆蓋并扣牢后運(yùn)輸。
3.3 現(xiàn)場(chǎng)攤鋪 攤鋪機(jī)就位后，按計(jì)算的松鋪厚度調(diào)整熨平板高度，將熨平板預(yù)熱至100℃以上。
攤鋪采用一臺(tái)徐工RP952攤鋪機(jī)進(jìn)行攤鋪，攤鋪速度控制在3.0m/min左右，攤鋪機(jī)熨平板夯錘振級(jí)設(shè)置為中級(jí)。從攤鋪現(xiàn)場(chǎng)看，鋪面整體均勻性良好，碾壓時(shí)混合料無推移。
檢測(cè)人員在施工現(xiàn)場(chǎng)選取5個(gè)位置進(jìn)行溫度檢測(cè)，其對(duì)應(yīng)的溫拌攤鋪溫度與熱拌攤鋪溫度分別為128℃、145℃，126℃、155℃，132℃、158℃，125℃、149℃，130℃、152℃。E-WMA攤鋪溫度平均值為128.2℃，其溫度變化范圍為125℃～132℃；HMA攤鋪溫度平均值為151.8℃，其溫度變化范圍為145℃～158℃。
3.4 碾壓 保證碾壓質(zhì)量是溫拌瀝青施工的關(guān)鍵。根據(jù)國內(nèi)相關(guān)研究，溫拌瀝青混合料降溫速率影響主要因素包括：層厚、風(fēng)速、大氣溫度、下臥層溫度、太陽輻射（云層）等[3]。
結(jié)合工地現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，表面活性型溫拌試驗(yàn)路采用的碾壓組合方式及溫度如下：
①初壓：采用徐工YZC12壓路機(jī)1臺(tái)，前靜后振全幅碾壓3遍，碾壓速度為3km/h，現(xiàn)場(chǎng)5個(gè)位置的初壓溫度分別為：123℃、122℃、128℃、122℃、127℃；
②復(fù)壓：采用徐工DP301-Ⅱ壓路機(jī)1臺(tái)，全幅碾壓4遍，碾壓速度為4km/h，現(xiàn)場(chǎng)5個(gè)位置的復(fù)壓溫度分別為：118℃、121℃、126℃、119℃、123℃；
③終壓：采用徐工YZC12壓路機(jī)1臺(tái)，靜壓1遍光面，碾壓速度為4km/h，現(xiàn)場(chǎng)碾壓終了溫度遠(yuǎn)高于65℃，符合《寒區(qū)溫拌瀝青混合料路面技術(shù)規(guī)范》（DB63/T812-2009）要求。
從現(xiàn)場(chǎng)5個(gè)溫度觀測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)來看，E-WMA初壓、復(fù)壓溫度平均值分別為124.4℃、121.4℃，HMA初壓、復(fù)壓溫度平均值分別為147.4℃、136℃，兩者平均值溫度差分別為23℃、14.6℃（其中初壓最大溫差為28℃、復(fù)壓最大溫差為17℃），E-WMA比HMA具有更長的有效壓實(shí)時(shí)間。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際碾壓情況來看，E-WMA碾壓過程在延長了有效壓實(shí)時(shí)間的基礎(chǔ)上更有利于各集料之間的鑲嵌作用并且效果優(yōu)于HMA。
4 上面層ATB-25試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果
4.1 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果：E-WMA采用的瀝青用量為3.93%，試件成型溫度采用140℃。實(shí)測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別為：毛體積相對(duì)密度為2.384，最大理論相對(duì)密度為2.491，飽和度為70.09，空隙率4.31%，穩(wěn)定度9.23kN，流值3.1mm。結(jié)果表明，試件各項(xiàng)指標(biāo)均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）要求。
4.2 抽提試驗(yàn)：從抽提結(jié)果看，當(dāng)日所取拌和樓表面活性型溫拌瀝青混合料瀝青用量和礦料級(jí)配均滿足規(guī)范控制范圍要求，具體見表2及圖1。
4.3 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果：表面活性型溫拌試驗(yàn)路現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)采用隨機(jī)抽檢的方式進(jìn)行，對(duì)整層ATB-25表面活性溫拌試驗(yàn)路段分別進(jìn)行取芯，共鉆取5個(gè)芯樣。芯樣高度及壓實(shí)度如表3。
檢測(cè)數(shù)據(jù)表明，芯樣厚度、馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)密度壓實(shí)度、最大理論密度壓實(shí)度單點(diǎn)值均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）[4]要求。
5 主要結(jié)論
本次ATB-25表面活性型溫拌瀝青混合料試驗(yàn)段的施工和檢測(cè)結(jié)果表明：在相同級(jí)配、相同空隙率下，E-WMA最佳瀝青用量比HMA略高，說明E-WMA的工作性稍遜于HMA。另外，表面活性型溫拌瀝青混合料在大幅降低混合料生產(chǎn)溫度的同時(shí)，一定程度上提高了瀝青混合料的生產(chǎn)效率，平均每小時(shí)單位產(chǎn)量可以提高5%，并可以很好的保證瀝青混合料的壓實(shí)，施工效果優(yōu)于相應(yīng)的熱拌瀝青混合料。
6 寒區(qū)施工中溫拌技術(shù)存在的主要問題
雖然溫拌技術(shù)在寒區(qū)施工具有減緩混合料降溫速率、保證施工壓實(shí)時(shí)間的優(yōu)勢(shì)。但就青海省的實(shí)際應(yīng)用情況來看，溫拌技術(shù)仍然處在試驗(yàn)階段，技術(shù)上仍存在一定缺陷，體現(xiàn)如下。
6.1 成本較高 溫拌瀝青混合料減少了燃油消耗，但增加了國外專利添加劑的費(fèi)用。根據(jù)本次試驗(yàn)段數(shù)據(jù)，每鋪筑1km的Evotherm溫拌瀝青路面，最終約增加2.7～3.3萬元。
6.2 水穩(wěn)性差 在低溫條件下溫拌瀝青混合料存在水損害現(xiàn)象，這主要是由于集料不完全干燥，集料表面膜的水導(dǎo)致水損害。參照歐洲經(jīng)驗(yàn)，可將集料含水量控制在1%～2%，通過控制集料初始含水量來保證溫拌瀝青混合料的水穩(wěn)性。
6.3 缺乏對(duì)溫拌瀝青混合料鋪筑路面長期性能的跟蹤評(píng)測(cè) 目前國內(nèi)所能跟蹤到的最早的溫拌路面建于2005年，至今不過7年多的時(shí)間。另外，個(gè)別工程應(yīng)用溫拌技術(shù)，效果并不理想，致使許多單位對(duì)溫拌瀝青的技術(shù)性能持懷疑態(tài)度。