公路養(yǎng)護(hù)施工中冷拌冷鋪瀝青混合料的應(yīng)用

陳貴武

（江西省交通投資集團(tuán)有限責(zé)任公司撫州管理中心,江西 撫州 344000）

0 引言

近年來(lái)，公路工程領(lǐng)域的研究人員在能源消耗和環(huán)境保護(hù)方面提出許多創(chuàng)新工藝，傳統(tǒng)的熱拌瀝青混合料由于能耗高，對(duì)混合料拌和、攤鋪及碾壓施工溫度要求高，遠(yuǎn)距離輸送過(guò)程中溫度散失過(guò)快，有毒有害氣體釋放，施工質(zhì)量控制難度大等原因而逐漸被冷拌冷鋪技術(shù)所取代。冷拌冷鋪技術(shù)的出現(xiàn)有效彌補(bǔ)了熱拌施工技術(shù)的不足，其全部工序均在常溫下展開(kāi)，能耗低，適合遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，環(huán)境效益好?；诖吮尘?，該文對(duì)冷拌冷鋪瀝青混合料在低等級(jí)公路養(yǎng)護(hù)施工中的應(yīng)用展開(kāi)分析，以起到借鑒參考作用。

1 工程概況

某公路段原為山嶺重丘四級(jí)公路，砂石路面，路基寬 5.5 m（0.5 m 路肩 +4.5 m 的車行道 +0.5 m 路肩）。交通量以小客車、小型貨車和摩托車為主。此次對(duì)該公路段實(shí)施改造，采用單軸雙輪100 kN的路面設(shè)計(jì)思路，路面結(jié)構(gòu)為4 cm厚的冷拌冷鋪AC-13面層+20 cm厚的3%水泥含量的水穩(wěn)級(jí)配碎石基層。冷拌冷鋪瀝青混合料通過(guò)機(jī)械拌和，每盤(pán)重 1 000 kg。

2 原材料選取及性能試驗(yàn)

冷拌瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)的主要目的在于確定礦料級(jí)配類型和瀝青用量。該文從原材料性能、配合比設(shè)計(jì)等方面展開(kāi)冷拌冷鋪瀝青混合料試驗(yàn)，制備出5種不同配合比的AC-13Ⅰ礦料，并展開(kāi)馬歇爾試驗(yàn)[1]。

2.1 集料性能試驗(yàn)

按照《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)》（JTG E42—2019）與《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2017），磨耗層瀝青混合料內(nèi)的粗集料最大粒徑應(yīng)不超出設(shè)計(jì)層厚的50%，壓碎值≤26%，針片狀含量≤15%，含泥量≤1.0%，黏附性至少為4級(jí)，吸水率不大于2.0%。該公路工程選用的粗集料是以方解石為主要成分、夾雜少量白云石和菱鎂礦的石灰?guī)r碎石料，性能見(jiàn)表1。

表1 粗集料性能檢測(cè)結(jié)果

細(xì)集料則主要是粉塵含量低、不含雜質(zhì)且顆粒包含、嵌擠性能良好的石灰?guī)r機(jī)制砂。實(shí)測(cè)砂當(dāng)量65.3%，視密度 2.738 t/m3，＜0.075 mm 含量為2.2%，均符合規(guī)范。

填料采用磨細(xì)的石灰?guī)r礦粉，并保證礦粉潔凈干燥，無(wú)結(jié)團(tuán)，能自由流出料倉(cāng)。填料性能檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 填料性能檢測(cè)結(jié)果

2.2 乳化瀝青性能試驗(yàn)

為提升冷拌冷鋪瀝青混合料抗高溫變形、低溫開(kāi)裂性能及層間黏結(jié)性能，乳化瀝青針入度必須足夠小，低溫延度和軟化點(diǎn)應(yīng)較高，彈性恢復(fù)能力應(yīng)較強(qiáng)。經(jīng)過(guò)比選，最終選用SBS改性乳化瀝青（性能指標(biāo)取值見(jiàn)表3）和星形SBS改性劑，按照基質(zhì)瀝青使用量的2.0%～4.5%摻加；同時(shí)使用自制復(fù)合型陽(yáng)離子慢裂乳化劑，按照基質(zhì)瀝青使用量的1.5%～4.0%摻加。

表3 改性乳化瀝青性能

3 混合料配合比試驗(yàn)

3.1 配合比設(shè)計(jì)

按照比表面積調(diào)整AC-13Ⅰ級(jí)配后，得出幾種不同的礦料級(jí)配，具體見(jiàn)表4。根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2017）的具體規(guī)定，冷拌冷鋪瀝青混合料必須具備充足的黏聚性，馬歇爾穩(wěn)定度≥3.0%。表4中所列示出的調(diào)整級(jí)配后的冷拌瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度基本位于5.2～7.1 kN之間，滿足要求。但根據(jù)規(guī)范，公稱粒徑≤26.5 mm且用于高等級(jí)公路的瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度必須達(dá)到8.0 kN以上。為此，必須進(jìn)行級(jí)配調(diào)整，并用2%的P.C32.5水泥代替2%的礦粉[2]。水泥初凝和終凝時(shí)間分別為156 min和245 min，性能符合《通用硅酸鹽水泥標(biāo)準(zhǔn)》（GB 175—2020）。調(diào)整后的情況見(jiàn)表5。

表4 按照比表面積調(diào)整AC-13Ⅰ級(jí)配后的礦料級(jí)配

表5 調(diào)整后的礦料級(jí)配及組成

3.2 馬歇爾試驗(yàn)

冷拌瀝青混合料強(qiáng)度發(fā)展表現(xiàn)出明顯的初期強(qiáng)度低，后期逐漸增長(zhǎng)的趨勢(shì)特征，故必須對(duì)不同級(jí)配混合料展開(kāi)馬歇爾對(duì)比試驗(yàn)。分別按照常溫和高溫兩種情況展開(kāi)試件的制作與養(yǎng)生，通過(guò)常溫試件的馬歇爾穩(wěn)定度和高溫試件的馬歇爾穩(wěn)定度分別表征混合料早期和后期強(qiáng)度。對(duì)常溫試件上下雙面各擊實(shí)25次，靜置于室內(nèi)養(yǎng)生24 h，檢測(cè)密度和高度后置入（20±1）℃的恒溫烘箱內(nèi)養(yǎng)生30 min，并試壓。對(duì)高溫試件上下雙面各擊實(shí)25次，在（110±5）℃的恒溫烘箱內(nèi)養(yǎng)生24 h，檢測(cè)密度和高度后再置入（60 ±1）℃的條件下試壓。

通過(guò)正交試驗(yàn)法展開(kāi)試驗(yàn)，油石比、養(yǎng)生時(shí)間和養(yǎng)生條件、拌和用水量、試驗(yàn)誤差為對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有較大影響的主要因素。各因素均選擇3個(gè)水平，由此形成L9（34）正交表，分別對(duì)常溫試件和高溫試件展開(kāi)正交試驗(yàn)[3]。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，穩(wěn)定度對(duì)應(yīng)的以上4個(gè)影響因素的極差分別為1.1、4.9、0.8和1.4，流值對(duì)應(yīng)的以上4個(gè)影響因素的極差分別為2.7、4.3、2.1和1.3。根據(jù)以上極差取值，常溫試件養(yǎng)生時(shí)間和養(yǎng)生條件對(duì)試件穩(wěn)定度影響最大；常溫試件養(yǎng)生條件、油石比對(duì)流值影響最大。各影響因素和常溫試件穩(wěn)定度、流值的關(guān)系具體見(jiàn)圖1（a）、圖2（a）、圖3（a）。

調(diào)整試件養(yǎng)護(hù)時(shí)間，并按照5.0%、5.5%和6.0%的油石比及5.5%、6.0%、6.5%的拌和水量質(zhì)量分?jǐn)?shù)制備試件，在60 ℃烘箱內(nèi)持續(xù)養(yǎng)生60 min，取出補(bǔ)擊并冷卻脫模，再次放入60 ℃烘箱內(nèi)養(yǎng)生24 h；取出后于室內(nèi)繼續(xù)養(yǎng)生48 h。展開(kāi)試件正交試驗(yàn)后，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，穩(wěn)定度對(duì)應(yīng)的以上4個(gè)影響因素的極差分別為2.4、3.1、1.0和1.0，流值對(duì)應(yīng)的以上4個(gè)影響因素的極差分別為1.3、1.7、2.6和2.1。根據(jù)極差取值，高溫試件養(yǎng)生時(shí)間和養(yǎng)生條件、油石比對(duì)試件穩(wěn)定度影響最大。各因素和穩(wěn)定度、流值的關(guān)系見(jiàn)圖1（b）、圖2（b）、圖3（b）。

圖1 油石比與穩(wěn)定度、流值的關(guān)系

圖2 總拌和用水量與穩(wěn)定度、流值的關(guān)系

圖3 常溫養(yǎng)生時(shí)間與穩(wěn)定度、流值的關(guān)系

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果，冷拌冷鋪瀝青混凝土馬歇爾穩(wěn)定度能達(dá)到8.0 kN以上；結(jié)合極差分析中各因素的影響程度，摻加2%水泥后的常溫試件和高溫試件最優(yōu)配合比均為5.5%總拌和用水量和5%油石比，但高溫試件穩(wěn)定度明顯比常溫試件低。說(shuō)明冷拌冷鋪瀝青混合料性能與熱拌瀝青混合料存在較大差異，后者性能與溫度控制直接相關(guān)，且后期強(qiáng)度穩(wěn)定；而前者強(qiáng)度的形成需要經(jīng)過(guò)瀝青破乳、水分排出、壓密等過(guò)程，強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢。冷拌冷鋪瀝青混合料試件失水過(guò)程持續(xù)且緩慢，高溫試件補(bǔ)擊后高溫烘箱養(yǎng)生，內(nèi)部空隙充分失水，空隙增多，甚至出現(xiàn)表面松散，不利于強(qiáng)度提升。

4 施工工藝

4.1 施工機(jī)械

結(jié)合該公路養(yǎng)護(hù)施工中使用的冷拌冷鋪施工設(shè)備主體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可將該設(shè)備分成行走機(jī)構(gòu)、上料及配料系統(tǒng)、攪拌裝置、攤鋪及灑布系統(tǒng)等部分。該設(shè)備骨料倉(cāng)容量12 000～12 300 kg，水泥罐容量 500～530 kg，乳化瀝青罐和灑布瀝青罐容量為 2 500～2 800 kg 和 2 000～2 200 kg，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 2 200 r/min，功率 220～239 kW，整機(jī)重 23 t，攤鋪厚度5～25 mm，攤鋪寬度2.5～4.0 m，攤鋪工效可達(dá)到 140～150 t/h，運(yùn)行速度 4.0～6.0 m/min。

先在冷拌冷鋪路面設(shè)備前端安裝上料裝置，通過(guò)計(jì)量裝置并按照設(shè)計(jì)比例將水泥、粗細(xì)集料、乳化瀝青、水等原材料稱量后送入進(jìn)料口，拌制成混合料后從出料口輸出。輸出后的混合料降落至螺旋分料器中部后由分料器輸送至熨平板兩側(cè)，通過(guò)熨平板攤鋪至瀝青路面。攤鋪過(guò)程中，由螺旋分料器前部的瀝青灑布裝置同步灑布改性乳化瀝青，保證冷拌冷鋪連續(xù)施工。

4.2 攤鋪及碾壓

攤鋪前應(yīng)徹底清理基層表面，保證其清潔干燥；檢查冷拌冷鋪施工機(jī)械各料門(mén)高度及開(kāi)度，保證其符合施工規(guī)范。在機(jī)械各項(xiàng)性能均得到保證后開(kāi)始勻速攤鋪，避免漏鋪。攤鋪施工期間，若基層含水率超出最佳含水率范圍，必須立即處理。

攤鋪后應(yīng)緊跟碾壓，碾壓分初壓、復(fù)壓和終壓三個(gè)階段。初壓階段使用鋼輪壓路機(jī)，碾壓速度控制在2.0～3.0 km/h。待瀝青破乳后改用膠輪壓路機(jī)復(fù)壓3～4遍；待水分基本蒸發(fā)后終壓2～3遍，以消除輪痕。

完成以上基本施工環(huán)節(jié)后，必須依托合理的施工組織方案，對(duì)冷拌冷鋪瀝青路面實(shí)施保濕養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)周期至少為7 d。養(yǎng)護(hù)期間必須封閉交通，僅允許灑水車通行，待養(yǎng)護(hù)質(zhì)量達(dá)到規(guī)定后方可開(kāi)放交通。

5 結(jié)論

綜上所述，冷拌冷鋪瀝青混合料強(qiáng)度及路用性能均較好，其總拌和用水量和最佳油石比分別為5.5%和5.0%；養(yǎng)生條件和油石比是影響冷拌冷鋪瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度與流值的主要參數(shù)。公路工程采用冷拌冷鋪施工工藝后，能有效避免熱拌瀝青拌和站遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，運(yùn)輸存儲(chǔ)更為便利，也杜絕了熱拌瀝青拌和與攤鋪施工對(duì)環(huán)境的污染。此外，該公路施工使用了集連續(xù)供料、連續(xù)拌和和攤鋪功能于一體的冷拌冷鋪施工設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了冷拌冷鋪連續(xù)施工，使攤鋪層橫向接縫大大減少；后置熨平板設(shè)計(jì)，能提升冷拌冷鋪瀝青路面預(yù)壓實(shí)度與平整度，施工質(zhì)量和工效均有保證。