溫拌瀝青混合料施工關鍵技術研究

鄭 巖

（北京華城工程管理咨詢有限公司，北京 102600）

1 工程概況

北京市某市政工程二期線路全長2.580km，里程范圍為BZDK0+000~BZDK2+580.000，線路起點位于既有城市主干道ZY 路，沿南北方向展線，終點位于既有城市主干道HL 路，道路規(guī)劃紅線寬度為50m，設計為雙向四車道，全線采用溫拌瀝青混合料鋪設，路面結構從上至下共有8 層，具體結構分層、材料、幾何參數和力學參數見表1。

表1 路面結構設計基本概況

2 溫拌瀝青混合料在攤鋪和壓縮過程中的溫度響應特征

2.1 溫拌瀝青混合料的溫度場基本方程

在自然狀態(tài)下，任意物體無論是內部還是外部，也無論其處于何種環(huán)境，只要空間任意2 點存在溫度差異，就會發(fā)生熱量的傳遞并且根據能量守恒定律，其熱量傳遞過程可以用導熱偏微分方程進行描述[1-2]。根據傅里葉導熱基本定理，假設溫拌瀝青混合料為各項同性的連續(xù)介質，在其中任意一點（x，y，z）位置，取一個邊長為dx、dy、dz的小立方體單元，在（x，y，z）點的溫度為T，在x軸、y軸和z軸3 個方向上的溫度場按梯度變化分別為，微元體中流入的熱量與流出的熱量可以分別用公式（1）、公式（2）進行描述[3]。

式中：λ為拉梅常數；φ為內源熱量；T為溫度。

2.2 溫拌瀝青混合料攤鋪和碾軋過程中的溫度場響應

在攤鋪過程中，選取里程BZDK1+800.500 位置處溫拌瀝青面層以上不同高度的溫度進行測試，以研究溫拌瀝青混凝土面層以上溫度的分布規(guī)律。溫度監(jiān)測點分別設定在瀝青表面（0cm）、距離瀝青表面高度5cm、15cm、30cm、50cm 和80cm 處，觀測溫拌瀝青混合料溫度隨時間的變化過程，溫度采集時間分別為0min、3min、6min、9min、12min 和15min。

攤鋪階段溫拌混凝土瀝青混合料表面以上不同高度不同時間段的溫度變化規(guī)律如圖1 所示。從圖1 可以看出，不同高度處的溫度隨著測試時間的變化表現(xiàn)出較為一致的變化規(guī)律，隨著時間的增加，溫度不斷降低；在相同的時間內，溫度從溫拌瀝青混合料表面開始向上不斷降低，在溫拌瀝青混合料表面上部5cm 以內溫度下降劇烈，5cm以上溫度下降速率較小。溫拌瀝青混合料表面的溫度場響應特征主要是由溫拌瀝青混合料與空氣之間存在的熱對流和熱傳遞產生的。剛攤鋪的溫拌瀝青混合料溫度明顯高于表面以上空氣溫度，在溫度梯度的作用下，溫拌瀝青混合料的熱量不斷向空氣中散發(fā)，使瀝青混合料表面上的空氣溫度上升，其他位置的空氣溫度與瀝青混合料表面上的空氣產生溫度差，導致空氣產生氣流運動，不斷地將瀝青表面的熱量攜帶走，向上輻射的熱量的強度也不斷降低，因此在垂直方向上，溫度隨高度升高不斷降低。

圖1 溫拌瀝青混合料攤鋪階段不同時間段、不同高度處的溫度變化規(guī)律

攤鋪階段溫拌混合料瀝青混合料表面和內部不同時間段的溫度變化規(guī)律如圖2 所示。從圖2 可以看出，溫拌瀝青混合料上面層和中面層的內部溫度和表面溫度均隨時間的增加而不斷降低且呈現(xiàn)較為明顯的線性關系，擬合系數均大于0.85，擬合關系如公式（4）~公式（7）所示。

圖2 不同時間段溫拌瀝青混合料攤鋪階段表面溫度和內部溫度變化規(guī)律

式中：T1為攤鋪階段溫拌瀝青混合料上面層表面溫度，℃；T2為攤鋪階段溫拌瀝青混合料中面層表面溫度，℃；T3為攤鋪階段溫拌瀝青混合料上面層中部溫度，℃；T4為攤鋪階段溫拌瀝青混合料中面層中部溫度，℃；t為時間；R為擬合系數。

為研究碾軋階段溫拌瀝青混合料溫度隨時間的變化過程，在里程BZDK1+800.500 溫拌瀝青混合料中面層、上面層表面和中部分別設置溫度傳感器，溫度采集時間為0min~36min，采集時間間隔為3min。碾軋階段溫拌瀝青混合料表面和內部不同時間段的溫度變化規(guī)律如圖3 所示。從圖3 可以看出，溫拌瀝青混合料上面層和中面層的內部溫度和表面溫度均隨時間的增加呈現(xiàn)非線性的降低，具有明顯的指數關系，擬合系數均大于0.85，擬合關系如公式（8）~公式（11）所示。

圖3 不同時間段溫拌瀝青混合料碾軋階段表面溫度和內部溫度變化規(guī)律

式中：T1為碾軋階段溫拌瀝青混合料上面層表面溫度，℃；T2為碾軋階段溫拌瀝青混合料中面層表面溫度，℃；T3為碾軋階段溫拌瀝青混合料上面層中部溫度，℃；T4 為碾軋階段溫拌瀝青混合料中面層中部溫度，℃；t為時間；R為擬合系數。

3 溫拌瀝青混合料施工關鍵技術分析

溫拌瀝青路面施工采用的機械設備主要有產量不低于230t/h 的間歇式瀝青拌合機、瀝青存儲罐、攤鋪機（功率為182kW）、雙鋼輪碾軋機（功率98kW）、輪胎壓路機（26000kg）、自卸汽車（20t）以及切割機。

在溫拌瀝青路面施工前對施工配合比進行確認，對其集料、SBS 改性瀝青、溫拌添加劑的各種物理力學性能參數進行測試?；旌狭习韬喜捎瞄g歇式拌合機拌合，拌合溫度、拌合時間應嚴格按照要求進行控制，一般從加料到拌合完成的持續(xù)時間為60s~65s，拌合完成后的混合料應物料均勻，拌制完成最高溫度不超過145℃。

混合料采用20t 自卸式運輸車運輸，運輸前確定拌合站至瀝青混凝土路面攤鋪現(xiàn)場之間的路況，以保證瀝青混凝土的攤鋪溫度。裝料前應保證車輛干凈整潔，表面無灰塵和殘余水分，混合料裝車時應按照“品”字形裝料，避免一次性到頂裝料引起的骨料離析現(xiàn)象，并用帆布將運輸車覆蓋。溫拌瀝青路面的攤鋪采用雙攤鋪機進行作業(yè)，設備具有自動找平和厚度控制功能，能夠保證攤鋪的厚度和平整度不超過允許誤差且在攤鋪的過程中應保證機械勻速連續(xù)地運行。

攤鋪完成后進行碾軋工序。碾軋循序遵循從路幅兩邊向中間、沿道路縱向碾軋的原則，碾軋速度控制在3km/h以內。為保證道路碾軋完成后的連續(xù)和均勻，相鄰2 個碾軋段落應具有一定的重疊區(qū)域，重疊部分應不小于50cm，同時碾軋完成后的溫度不小于90℃。對橋頭過渡帶和涵洞過渡帶等難以機械碾軋的部位，采用人工輔助碾軋施工。采用多臺攤鋪機和碾軋機進行施工時，沿著道路縱向方向留有縱向接縫，實際工程中多采用熱接縫方式實現(xiàn)跨幅度重疊碾軋，以消除縱向接縫，橫向接縫則采用冷接縫方式消除。

4 溫拌瀝青路面施工效果分析

為了確保溫拌瀝青路面的施工質量，選取瀝青混凝土面層的動穩(wěn)定度指標和低溫抗裂性能指標進行測試。對施工完成后的溫拌瀝青混合料上面層、下面層進行取樣，取樣尺寸為長度25cm，寬度為3cm，高度為3.5m，取樣間隔為沿道路中軸線每隔200m 取一個試樣。取樣運輸至實驗室后，采用萬能試驗機對試件進行抗壓試驗。為保證低溫環(huán)境測試效果，試件的測試溫度控制在-10℃，測試結果如圖4 所示。從圖4 可以看出，溫拌瀝青混合料上面層的低溫抗壓破壞應變在2944με~3284με，平均值為3114με，大于2800με 的技術要求；溫拌瀝青混合料下面層的低溫抗壓破壞應變在3024με~3251με，平均值為3146με，大于2800με 的技術要求。

圖4 溫拌瀝青路面的低溫抗裂性指標

施工完成后，在溫拌瀝青路面溫度為60℃的條件下，采用規(guī)范規(guī)定重量的車輪對瀝青混凝土路面進行碾軋。碾軋的時長控制在60min 內，碾軋的速度為42 次/min。測試碾軋的車轍深度，以評價溫拌瀝青路面的動穩(wěn)定度指標，結果如圖5 所示。從圖5 可以看出，溫拌瀝青混合料上面層的動穩(wěn)定度為2907 次/min~3243 次/min，平均值為3107次/min，大于2400 次/min 的技術要求；溫拌瀝青混合料下面層的動穩(wěn)定度為3039 次/min~3272 次/min，平均值為3153 次/min，大于2400 次/min 的技術要求。

圖5 溫拌瀝青路面的動穩(wěn)定度指標

5 結論

該文以北京市某溫拌瀝青混凝土路面工程為研究對象，采用現(xiàn)場實測的方法對溫拌瀝青混凝土在攤鋪階段和碾軋階段的溫度場進行了分析，選取溫拌瀝青混合料的低溫抗裂性指標和動穩(wěn)定度指標評價其施工效果，得到以下結論。

不同高度處的溫度隨測試時間的變化表現(xiàn)出較為一致的變化規(guī)律。隨著時間的增加，溫度不斷降低；在相同的時間內，溫度從溫拌瀝青混合料表面開始向上不斷降低，在溫拌瀝青混合料表面上部5cm 以內溫度下降劇烈。

在攤鋪階段，溫拌瀝青混合料上面層和中面層的內部溫度和表面溫度均隨時間的增加而不斷降低且呈現(xiàn)較為明顯的線性關系；在碾軋階段，溫拌瀝青混合料上面層和中面層的內部溫度和表面溫度均隨時間的增加而不斷降低且呈現(xiàn)較為明顯的指數關系。

對溫拌瀝青混合料上面層的低溫抗裂指標和動穩(wěn)定度指標的測試表明，2 個測試參數均滿足測試要求，施工效果良好。