温拌技术在低温施工中的应用研究

1温拌沥青混合料在低温施工中的应用研究陈仲良天津市市政工程研究院(300074)摘要：在我国，沥青路面以得到了广泛的应用，占已建成的高等级公路中的绝大部分，据统计表明，国内近期在建、重建或大中修的高速公路有90%以上采用了沥青路面。温拌沥青混合料是一种节能、环保的路面新材料，其生产施工温度介于热拌沥青混合料和冷拌沥青混合料之间。本文在结合表面活性型温拌剂的活性成分的基础上，对温拌沥青混合料配合比设计及路用性能进行研究，依托实体工程，提出相应的施工质量控制方案。实体工程表明，在不损伤热拌沥青混合料路用性能的前提下降低了沥青在较低温度下的拌和粘度，延长施工季节，增加沥青路面施工的灵活性、便利性。关键词：表面活性温拌沥青混合料路用性能应用技术在目前我国大规模的高速公路建设过程中，由于热拌沥青混合料较好的路用性能已经被普遍接受，得到了广泛的应用，但其存在污染大、能耗高、施工季节短、沥青老化较严重，不适合薄层特别是较低温度下施工的缺陷。与热拌沥青混合料相比，温拌沥青混合料是一种生产施工温度介于传统热拌沥青混合料和冷拌沥青混合料之间，绿色、节能、环保的路面新材料。其技术关键是在不损伤热拌沥青混合料路用性能的前提下如何降低沥青在较低温度下的拌和粘度，同时，使温拌沥青混合料达到热拌沥青混合料的路用性能。2010年11月期间对海滨大道面层施工中采用基于表面活性剂型温拌法技术进行了温拌沥青混合料的施工，达到了很好的路用效果，得到了相关部门的认可和好评。以下对AC-13C型温拌沥青混合料配合比设计过程中路用性能的检测，以及在实体过程中的的应用情况进行介绍。1、温拌剂作用机理拌合过程中温拌剂均匀分散在沥青和石料的界面，形成结构性水膜，沥青粘度降低，实现较低温度下的拌合；当受到碾压时，水膜结构受到破坏，微量的水分排出，温拌剂中的有效成分残留在石料与沥青界面，起到抗剥落剂的效果。2拌合状态碾压状态成型状态图1温拌剂作用机理2、温拌沥青混合料配合比设计2.1原材料性质分析1）沥青AC-13C型温拌沥青混合料使用沥青为SBS改性沥青，该SBS改性沥青所检测项目符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40—2004）SBS类I-C级改性沥青技术要求。其试验项目及试验结果见表1。表1SBS改性沥青检测结果检测项目单位SBS、I-C级改性沥青技术要求试验结果试验方法针入度（25℃,100g,5s）0.1mm60～8075T0604软化点（环球法）℃不小于5577.0T0606运动粘度（135℃）Pa.s不大于32.088T0625延度（5cm/min，5℃）cm不小于3033T0605闪点℃不小于230331T0611溶解度（三氯乙烯）%不小于9999.80T0607弹性恢复（25℃）%不小于65100T0662离析（48h软化点差）℃不大于2.50.9T0661TFOT后残留物质量变化%不大于±1.00.01T0609针入度比%不小于6069T0604延度（5℃）cm不小于2021T06052）粗集料粗集料采用蓟县产玄武岩，规格为10mm～15mm、5mm～10mm两种，试验项目及试验结果见表2。试验结果表明，各规格粗集料所检测项目符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40—2004）高速公路及一级公路沥青混合料表面层用粗集料质量技术要求。碾压方向，V向,VNIANYAFANGXIANG方向,V结构层厚度L度,L结构层厚度,L构层厚度,L3表2粗集料技术性质检测项目单位标准要求粗集料试验结果试验方法10mm～15mm5mm～10mm集料压碎值%不大于2615.4---T0316洛杉矶磨耗损失%不大于2817.0T0317表观相对密度---不小于2.602.8422.840T0304毛体积相对密度---实测记录2.7952.776吸水率%不大于2.00.60.8针片状颗粒含量（混合料）其中粒径大于9.5mm其中粒径小于9.5mm%%%不大于15不大于12不大于188.26.69.5T0312对沥青的粘附性---不小于45---T0616软石含量%不大于30.00.0T0320磨光值PSV---不小于4044---T03213）细集料细集料采用石灰岩机制砂，试验项目及试验结果见表3。试验结果表明，该细集料所检测项目符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40—2004）高速公路及一级公路沥青混合料用细集料质量技术要求。表3细集料技术性质检测项目单位标准要求试验结果试验方法机制砂表观相对密度---不小于2.502.793T0328毛体积相对密度---实测记录2.712T0330砂当量%不小于6071T0334棱角性s不小于3032T03454）矿粉矿粉为石灰岩矿粉，试验项目及试验结果见表4。试验结果表明，该矿粉所检测项目符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40—2004）高速公路及一级公路沥青混合料用矿粉质量技术要求。表4矿粉技术性质检测项目单位标准要求试验结果试验方法密度t/m3不小于2.502.753T0352粒度范围＜0.6mm＜0.15mm＜0.075mm%%%10090～10075～100100.092.280.8T0351外观---无团粒结块无团粒结块---亲水系数---＜10.9T035342.2配合比设计及性能检测2.2.1确定沥青混合料矿料级配依据JTGF40—2004关于AC-13C型改性沥青混合料矿料级配范围要求及天津市市政工程研究院对AC-13C级配的优化设计研究成果，确定级配组成见表5,矿料级配曲线如图1。表5AC-13C型温拌沥青混合料矿料配合级配类型通过下列筛孔（mm）的质量百分比（%）1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075级配范围10095～10070～8242～5427～3818～2712～198～145～104～8合成级配10098.375.447.832.121.714.510.27.96.20102030405060708090100筛孔尺寸（mm）通过百分率（%）合成级配规范级配下限规范级配上限建议级配上限建议级配下限0.0750.150.30.61.182.364.759.513.216图2AC-13C合成级配曲线2.2.2试验设计及试验条件1）试验过程中共进行了5种类别的比对，分别以1、2、3、4、5标记，其中：1-SBS改性沥青，拌合温度180℃、成型温度160℃；2-SBS改性沥青+温拌剂，拌合温度180℃、成型温度160℃；3-SBS改性沥青+温拌剂，拌合温度180℃、成型温度145℃；4-SBS改性沥青+温拌剂，拌合温度180℃、成型温度130℃；5-SBS改性沥青+温拌剂，拌合温度160℃、成型温度130℃。2）温拌剂为基于表面活性平台技术（Evotherm），美德维实伟克益路H5温拌剂；3）参考热拌沥青混合料配合比，最佳油石比为4.9%；4）温拌剂为沥青掺配质量的10%;2.2.3试验检测结果52.2.3.1密度试验1)马歇尔试件密度见表6。表6最佳油石比下马歇尔密度混合料类型编号密度SBS-160(180)12.474温拌剂SBS-160(180)22.474温拌剂SBS-145(180)32.470温拌剂SBS-130(180)42.466温拌剂SBS-130(160)52.465图3最佳油石比下马歇尔密度由图3可见，同等温度条件下，试件的马歇尔密度添加与未添加温拌剂的混合料密度相当，添加温拌剂的混合料随成型温度下降而逐渐减小。2)车辙板试件密度表7最佳油石比下车辙板密度混合料类型编号密度SBS-160(180)12.519温拌剂SBS-160(180)22.520温拌剂SBS-145(180)32.519温拌剂SBS-130(180)42.517温拌剂SBS-130(160)52.5166图4最佳油石比下车辙板密度由图4可见，同等温度条件下，添加与未添加温拌剂的混合料车辙板密度相当，添加温拌剂的混合料随成型温度下降而逐渐减小，但变化幅度较小。2.2.3性能检测2.2.3.1高温性能试验表8最佳油石比下的动稳定度混合料类型编号动稳定度技术要求SBS-160(180)14650≥2800温拌剂SBS-160(180)24950温拌剂SBS-145(180)34880温拌剂SBS-130(180)44910温拌剂SBS-130(160)54840图5最佳油石比下的动稳定度7由图5可见，添加温拌剂的混合料比未添加的动稳定度高，添加温拌剂的混合料在不同成型温度下动稳定度变化较小。2.2.3.2水稳定性能试验1)残留稳定度试验表9最佳油石比下的残留稳定度混合料类型稳定度（KN）残留稳定度（KN）比值(％)技术要求SBS-160(180)13.913.094≥85温拌剂SBS-160(180)13.713.095温拌剂SBS-145(180)13.812.993温拌剂SBS-130(180)13.412.694温拌剂SBS-130(160)13.412.795图5最佳油石比下的残留稳定度2)冻融劈裂试验表10最佳油石比下的冻融劈裂强度混合料类型劈裂强度（MP）冻后劈裂强度（MP）比值(％)技术要求SBS-160(180)1.331.1486≥80温拌剂SBS-160(180)1.321.1285温拌剂SBS-145(180)1.291.1186温拌剂SBS-130(180)1.281.1086温拌剂SBS-130(160)1.281.09858图6最佳油石比下的冻融劈裂强度由图5和图6可见，残留稳定度均满足规范要求，稳定度数值随成型温度降低而减小，但变化幅度较小；残留强度均满足规范要求，劈裂强度数值随成型温度降低而减小，但变化幅度较小。此外，掺加温拌剂后，拌合温度的不同（180℃，160℃），对混合料性能影响不大。3、温拌沥青混合料施工质量控制方案温拌沥青混合料与热拌沥青混合料的施工工艺基本相同，针对低温条件下温拌沥青混合料的施工特点简述如下：3.1温拌沥青混合料的拌合1）拌合站的SBS改性沥青加热温度150~160℃，矿料加热温度170~180℃，混合料出料温度145~160℃。2）温拌浓缩液的添加方式为：温拌浓缩液作为外加剂与沥青按5∶100的质量比喷入拌缸，温拌浓缩液在沥青开始喷洒后延时2s开始喷入，喷入时间控制在10s以内，且必须保证在沥青喷洒结束之前完成温拌浓缩液的喷洒；3）干拌2s，浓缩液控制在12s以内，然后湿拌6s后添加矿粉，再继续湿拌，应保证温拌沥青混合料无花白料，温拌料每锅料的拌和时间与热拌时间相同，只是减少了矿粉的湿拌时间；4）目测检查混合料搅拌的均匀性，及时分析异常情况，如混合料有无花白或离析等现象.3.2温拌沥青混合料的运输1）温拌沥青混凝土拌和站选取采用就近原则，尽量减少运料途中温度损失。92）铺筑温拌沥青混凝土试验段气候条件尽量接近冬季低温施工，混合料运输过程中运料车顶部和侧面用棉被覆盖保温，摊铺过程中运料车顶部棉被禁止掀开。3）拌合站内必须实测每辆运输车混合料出料温度，现场实测每辆车到场温度，采用数显温度计测定摊铺及碾压温度并记录温度随时间变化情况，摊铺温度必须满足135℃，碾压终了温度保证在100℃以上。3.3温拌沥青混合料的摊铺摊铺机熨平板加热温度保证在110℃左右，试验段施工现场摊铺机均匀连续摊铺，摊铺速度控制在2m/min,加大摊铺机振捣力，保证初始压实度，每台摊铺机摊铺宽度控制在7m以内。3.4温拌沥青混合料的碾压1）采用紧跟复合式碾压，取消初压，直接进入复压阶段，两台自重不少于13吨的双钢轮压路机各占半幅紧跟摊铺机碾压，初次前进碾压为静压，后均采用高频低幅强震，两台自重不少于30吨的轮胎压路机紧跟（建议距离小于4m）双钢轮压路机同步碾压，即钢轮压路机与轮胎压路机同时前进及后退，共碾压8遍（钢轮4遍、轮胎压路机4遍）。两台不少于12吨的双钢轮压路机终压，以消除轮迹及调整平整度。2）考虑气候等原因，建议冬季11月、12月份沥青混合料施工时间在上午十点到下午三点之间。4、路用性能检测4.1上面层表观及压实度按照设计级