温拌沥青混合料施工工艺研究
2023-05-23
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ROAD CONSTRUCTION AND MACHINERY 文章编号:1000—033X(2013)06—0052 05 温拌沥青混合料施工工艺研究 李志伟 ,贺 海 ,董 彪。,王朝辉。 (1.天津滨海新区投资控股有限公司,天津300457;2.天津市市政工程设计研究院,天津300051; 3.长安大学公路学院,陕西西安710064) 摘 要:对比分析了温拌沥青混合料温拌剂现有的三种添加方式的优缺点和适用范围,并探讨了温 拌沥青混合料施工温度的确定方法,同时结合国内现有规范提出了温拌沥青混合料运输、摊铺、碾 压时的质量控制措施,为今后温拌沥青混合料的施工提供了一定的参考依据。 关键词:道路工程;温拌沥青混合料;拌和;施工温度 中图分类号:U416.217 文献标志码:B Study on Construction Technology of Warm Mix Asphalt Mixture LI Zhi—wei ,HE Hai ,DONG Biao。,WANG Chao—hui。 (1.Tianjin Binhai New Area Investment Holding Co.I td.,Tianjin 300457,China; 2.Tian]in Municipal Engineering Design and Research Institute,Tianjin 300051,China; 3.School of Highway,Chang’an University,Xi’an 710064,Shaanxi,China) Abstract:The merits and faults of the three adding methods of warm mix agent in warm mix asphalt mixture were compared and analyzed,as well as their application scope.The determination method of construction temperature for warm mix asphalt mixture was discussed, and combined with existing local standards,the quality control measures of warm mix asphalt mixture in transporting,paving and rolling were put forward,which could provide reference for the construction of warm mix asphalt mixture in future. Key words:road engineering;warm mix asphalt mixture;mixing;construction temperature 0 引 言 温拌沥青混合料是一类使用某种特定的技术或 添加剂,使得拌和及施工温度介于热拌沥青}昆合料 和冷拌(常温)沥青混合料之间,并达到热拌沥青混 推广使用,上海、青海、山西、北京等地相继出台了温 拌沥青混合料路面施工技术指南,但基本都是针对 基于表面活性平台技术的温拌沥青混合料的施工工 艺,缺乏对其他温拌技术的说明。 本文在分析国内现有地方规范的基础上,通过 合料性能的新型沥青混合料 ]。与传统的热拌沥 青混合料相比,温拌沥青混合料不仅能将拌和及压 实温度降低约30℃,减少CO 排放量30 以上,而 对温拌沥青混合料实体工程的调查统计,对比分析 现有温拌剂添加方式的优缺点和适用范围,并探讨 施工温度确定方法,同时提出不同条件下温拌沥青 混合料的最佳施工工艺,可为温拌沥青混合料的施 工提供技术依据。 且具有改善路面施工环境、延长施工季节等优 点l3 ]。目前,主要的温拌技术有4种:沥青一矿物 法、有机添加剂法、泡沫沥青温拌技术和基于表面活 性平台的温拌技术_s]。目前中国常用的温拌技术为 有机添加剂法(如Sosabit)和基于表面活性平台的 温拌技术(如Evotherm)。随着温拌技术在中国的 收稿日期:2o12-10-25 基金项目:天津市市政工程管理局科技项目(2012—23) 1 温拌沥青混合料拌和工艺 目前市场上温拌剂的种类繁多,添加方式较随 意,但主要分为以下三类。 52 ROAD CONSTRUCTION AND MACHINERY 1.1 人工投放 低且与沥青相容性较好的温拌剂。例如Sosabit的 熔点在100。C左右,在高于120℃的沥青中,它以 采用人工投放的方法,温拌剂用量必须控制准 确,拌和时通过拌和机的观察口按比例将温拌剂整 袋投入即可。根据拌和楼的生产情况,对温拌剂进 液体形式存在,可以和沥青融合且不发生离析。在 制备温拌改性沥青时,可以采用竖式拌和罐和卧式 拌和罐,温拌剂应严格按比例逐步加入到沥青中,通 过一段时间(通常为30 min左右)简单的机械搅拌 即可制得,将制备好的温拌改性沥青倒入存储罐储 存备用。拌制混合料前,温拌改性沥青需要简单的 搅拌,以防止发生离析。应用制备温拌沥青方法的 实体工程以及拌和时间如表1所示。 从表1可以看出:拌和时,干拌时间不少于5~ 行分装和计量,提高效率,以确保生产连续进行。拌 和时,温拌剂投入的最佳时间是与沥青同步加入,具 体按照沥青泵供沥青的时刻进行把握,拌和时间不 需要延长。如果温拌剂投入的时机不当,可能导致 温拌剂流人锅底或者分散不均匀,因此要严格控制 温拌剂的加入时间。拌和时,干拌时间不应低于5 ~10 S,拌和周期不少于45 S,具体拌和时间可根据 试拌确定,以沥青均匀裹覆集料为标准。 1.2制备温拌沥青 将温拌剂直接添加到加热好的沥青中,制得温 10 S,湿拌时间不少于30 S,拌和周期不少于55 S。 具体拌和时间可根据试拌确定,以拌和均匀、无花白 料为宜。采用这种办法制备的温拌沥青混合料,制 拌改性沥青,然后进行拌和。这种方法适用于熔点 实体工程 沪蓉西高速岩湾隧道 普炭一级公路 河北武英高速蒙蒙山隧道 吉林白城试验路 备过程简单,不需要高速剪切,耗能低。 湿拌时间/s ≥30 35~40 ≥30 28 表1实体-1"程及其拌和时间 干拌时间/S ≥10 5~10 ≥10 7 总拌和时间/s ≥40 拌和周期/s ≥55 ≥40 35 ≥55 陕西勉县至宁强高速石板沟桥段 5~10 ≥30 ≥60 1.3采用自动添加装置喷入 采用这种拌和方法的实体工程及拌和时间具体 如下。 沥青混合料拌和楼需加装温拌剂自动添加装 置,优先采用专用配套设备。干拌时间不少于5~ 10 S,温拌剂在沥青开始喷洒后延时3 S左右喷入, 喷入时间基本与沥青喷洒时间相同,喷入时间控制 在8~13 S左右,温拌剂喷洒扇面需与沥青喷洒扇 (1)青银公路河北段。干拌时间控制在1O~12 S, 再加入改性沥青和温拌剂,湿拌时间控制在40 ̄45 S。 (2)沪蓉西高速薛湾2 隧道。干拌3 S后喷洒 沥青(温拌剂延时2 S喷人),温拌剂喷洒完毕后水 汽基本消失,约6 S后再添加矿粉,湿拌30 S左右, 整个生产周期不少于60 S。 (3)太原市长治路。拌和顺序为:投入矿料和 矿粉,延时5 S加沥青(延时2 S加温拌剂),然后湿 面基本重叠。为了尽快排除拌和过程中产生的水 汽,拌和锅需打开孔径不小于30 cm(一般为50 cm) 的排气口,排气口的设置高度稍大于混合料拌和区 高度,以便气体顺利排出。为避免粉料被蒸汽带出, 温拌混合料拌和采用矿粉后加法,温拌剂喷洒完毕 后水汽基本消失,约6 S后再添加矿粉,也可掺加消 拌。总的拌和时间为50 S。 (4)京汕高速南大港连接线项目。温拌剂喷洒 时问控制在8~10 S,喷洒结束6 S后添加矿粉。 通过对温拌剂投放方式的深入研究,对比分 析了各种投放方法的优缺点和适用范围,结果如 表2所示。 石灰粉代替矿粉。生产添加纤维的沥青混合料时, 纤维必须在混合料中充分分散,拌和均匀。拌和机 应配备同步添加装置,松散的絮状纤维可以在喷入 沥青的同时或稍后采用风送设备喷人拌和锅,拌和 时间宜延长5 S以上。颗粒纤维可在粗集料投入的 同时自动加入。此方法适用于表面活性类温拌添加 2温拌沥青混合料施工温度参数 2.1施工温度确定方法 剂,温拌剂在拌和时分布比较均匀,但是拌和时会产 生大量烟雾。 温拌技术的主要作用原理是通过降低沥青的 53 ROAD CONSTRUCT10N AND MACHINERY 表2拌和方式的对比分析 温拌剂投放方式 人工投放 制备温拌沥青方法 采用自动添加装置喷人 优点 缺点 适用的温拌剂种类 操作简便,成本低 分散不均匀 常温下固体温拌剂 制备简单,施工和易性好 拌和时沥青需二次加热 与沥青相容性好、熔点低的温拌剂 分布均匀,降粘效果好 释放大量烟雾 液体温拌剂 粘度来降低施工温度,可在普通热拌沥青混合料施 工温度的基础上降低30。C左右,目前温拌沥青混合 度,实测不同击实温度下马歇尔试件的密度,并绘 制关系曲线,以改性沥青混合料的压实度达100 料的施工温度主要由以下两种方法确定。 2.1.1 粘温曲线方法 对于普通沥青混合料,《公路沥青路面施工技术 规范》(JTG F4O 2O04)Ll 要求通过在135。C~175 ℃条件下测定的粘温曲线来确定混合料的施工温 度,以沥青结合料的粘度达到(0.17±0.02)Pa・S 时的温度作为拌和温度,以(0.28±0.03)Pa・S 的温度作为压实温度。粘温曲线是基于普通沥青 高温条件下的牛顿特性,但改性沥青具有明显的 非牛顿特性,改性沥青的粘度与剪切速率呈非线 性关系,不同的剪切速率下测试粘度可得到不同 的粘温曲线,因此在根据粘温曲线确定改性沥青 施工温度前需先确定合理的剪切速率,具体方法 如下所述。 (1)在不同温度条件下成型温拌沥青混合料试 件,测定体积参数指标,绘制击实温度一毛体积密度 曲线,选取密度最大时对应的温度 作为初始压实 温度。 (2)在温度 条件下改变剪切速率,绘制剪切 速率一粘度曲线,确定粘度为0.28 Pa・S时所对应 的剪切速率。 (3)在此剪切速率下绘制温拌沥青的粘温曲 线,以温拌沥青的粘度达到(0.17±0.02)Pa・S时 的温度作为拌和温度,以(0.28±0.03)Pa・S时的 温度作为压实温度口 。采用此方法确定的压实温 度准确性较高,接近压实效果最佳时的压实温度。 2.1.2 马歇尔试验方法 改性沥青混合料的施工温度可以采用马歇尔试 验确定,具体步骤如下。 (1)根据《公路工程沥青及沥青混合料实验规 程》绘制基质沥青粘温曲线,确定拌和温度和压实温 度,成型马歇尔试件,测定试件密度作为标准密度。 (2)采用改性沥青时,温拌沥青混合料拌和温 度在改性沥青混合料施工温度基础上降低30℃, 控制在145℃~150。C。选择不同温度做击实温 54 时的击实温度作为压实温度的下限,将下限值加 10。C作为上限值,得出温拌沥青混合料的压实温 度范围 。 用马歇尔试验确定施工温度的方法比较简单, 但是它只能确定沥青混合料的压实温度,拌和温度 需要根据经验确定。 2.2现有相关规范施工温度取值 随着温拌技术在中国的逐渐推广使用,北京、上 海及河北等地相继出台了温拌沥青混合料路面施工 技术指南。 参考各地数据,拌和时SBS改性沥青的加热温 度控制在160℃~170℃;集料的加热温度一般控 制在12O℃~140℃左右;正常施工出料温度控制在 120℃~145℃,低温施工出料温度控制在140。C~ 150℃;正常施工摊铺温度不低于115。C,低温施工 摊铺温度不低于120℃;正常施工初压温度不低于 ll0|C,低温施工初压温度不低于120。C;终压温度 不低于65℃。 3温拌沥青混合料运输 温拌沥青混合料的运输方法与热拌沥青混合料 基本相同,可参考《公路沥青路面施工技术规范》 (JTG F40 2004)。温拌沥青混合料的运输需注意 以下几方面。 (1)温拌沥青混合料的降温速度相对较慢,结 合铺筑试验段的结果,混合料的运输距离和运输时 间可以在热拌沥青混合料的基础上适当放宽。 (2)温拌沥青混合料采用自卸车辆运输,车辆 应该清洁,防止混合料发生变化。车辆数量与摊铺 机数量、摊铺能力、运输距离相适应,以确保施工连 续进行。 (3)为了保持施工的连续性,开始摊铺时,摊铺 机前应保证最少3辆料车等待卸料,在摊铺机前 20~30 cm处空挡停车,不得碰撞摊铺机,由摊铺机 顶推车辆前进。 ROAD CONSTRUCTION AND MACHINERY I匿匮匿亘国团圃 (4)温拌沥青混合料出厂时.应盖好油布保温、 防雨、防污染。运料车到工地后,应有专门技术人员 逐车检测温度,不符合施工温度要求或已经结成团 块、已遭雨淋的混合料不得铺筑。 测控制和缺陷修复,及时检查压实度,不满足要求时 须在规定温度内补压。施工过程中检测各试验段压 实度是否满足规范要求。根据混合料的级配类型, 选择合理的压路机组合方式及碾压要求,以达到最 佳压实效果。 5.1碾压设备 一4温拌沥青混合料摊铺 温拌沥青混合料的摊铺方法与热拌沥青混合料 基本相同,参照《公路沥青路面施工技术规范》对热 拌沥青混合料摊铺的规定,温拌沥青混合料的摊铺 方法如下。 般情况下,摊铺宽度不超过6 m时,需要配 置2台钢轮压路机(不低于12 t)和1台轮胎压路机 (不低于26 t);摊铺宽度超过6 m时,采用2~4台 钢轮压路机(不低于12 t)和2~4台轮胎压路机(不 低于26 t)。北京市《温拌沥青混合料施工技术指 南》中规定摊铺宽度小于6 m时,需要配置1台初压 双钢轮振动压路机(11~18 t)、1台复压胶轮压路机 (25~35 t)、1台终压双钢轮振动压路机(10~ 15 t)。如果采用双机梯队或者一次性摊铺宽度超过 6 m摊铺作业时,至少需要配置2台初压双钢轮振 (1)沥青混合料宜使用履带式摊铺机。摊铺机 的铺筑宽度不宜超过6~7.5 m,通常由于隧道内空 间狭小一般只采用1台摊铺机作业。 (2)摊铺机开工前应提前0.5~1 h预热熨平 板至100 C以上。铺筑过程中应选择熨平板的振捣 或夯锤压实装置具有适宜的振动频率和振幅,以提 高路面的初始压实度。熨平板加宽连接应仔细调节 至摊铺的混合料没有明显的离析痕迹。 (3)摊铺机必须缓慢、均匀、连续不间断地摊铺, 动压路机(11~18 t)、2台复压胶轮压路机(25~ 35 t)、1台终压双钢轮振动压路机(10~15 t)。 5.2碾压温度 不得随意变换速度或中途停顿,以提高平整度,减少 混合料的离析。摊铺速度宜控制在2~6 ITI・rain 的范围内。当发现混合料出现明显的离析、波浪、裂 缝或拖痕时,应分析原因,予以消除。 (4)沥青混合料的松铺系数应根据混合料类型 由试铺试压确定。摊铺过程中应随时检查摊铺层厚 度及路拱、横坡,摊铺机的螺旋布料器应根据摊铺速 度调整到以一个稳定的速度均衡地转动,两侧应保 持有不少于送料器2/3高度的混合料,以减少在摊 铺过程中的混合料离析现象。 温拌沥青混合料的碾压温度与热拌沥青混合料 相比较低,正常施工条件下温拌沥青混合料的摊铺 温度一般控制在1lO℃~12O℃左右,初压温度控 制在110。C~115 C左右,终压温度不低于65 C; 低温施工条件下摊铺温度控制在l2O C~130。C左 右,初压温度控制在12O-C~125。C左右。 5.3碾压组合 应根据混合料的级配类型、天气情况选择合理的 碾压组合。通过调查国内相关规范要求,如河北省地 方标准《温拌沥青混合料施工技术指南》(DB13/T 5温拌沥青混合料碾压 温拌沥青混合料的碾压过程与普通沥青混合料 路面施工过程基本相同。压实分为初压、复压和终 压3个阶段,碾压过程中需要组织专人进行质量检 1014--2009)、青海省地方标准《寒区温拌沥青混合料 设计与施工技术规范》(DB63/T 812—2O09)、江西省 地方标准《温拌沥青混合料路面施工技术规范》 (DB36/T 605 2O11)等,发现各地对温拌沥青混合料 的碾压组合技术的要求基本一致,如表3~6所示。 表3正常施工的碾压组合 初压/遍 压路机类型 适宜 最大 适宜 复压/遍 最大 适宜 终压/遍 最大 钢轮压路机 轮胎压路机 2~3(振动) 3(振动) 3~5(振动) 4~5 5 6 2~3(静压) 3 5.4碾压工艺 (1)初压2~3遍,选择不低于12 t的钢轮压路 机,碾压速度为4~7 m・rain ;复压碾压4~5遍, 选择不低于2 6t的轮胎压路机,碾压速度为2.5~ 通过调查研究国内现有地方规范,现推荐温拌 沥青混合料碾压工艺如下。 55 R0AD C0NSTRUCTION AND MACHINERY 表4低温施工的碾压组合 初压/遍 组合类型 适宜 最大 适宜 复压/遍 最大 适宜 终压/遍 最大 钢轮压路机 轮胎压路机 1(钢轮压路机) 2~3(轮胎) 3 5~6(轮胎) 2~3(钢轮静压) 7 3 2~3(钢轮静压) 2~3(钢轮静压) 3 3 表5橡胶改性沥青混合料及SMA施工的碾压组合 初压/遍 复压/遍 最大 3 适宜 4(钢轮振压) 3~4(轮胎) 最大 5 4 适宜 1~2(钢轮静压) 终压/遍 最大 3 组合类型 适宜 钢轮 胶轮 2~3(钢轮静压) 表6 北京市《温拌沥青混合料施工技术指南》推荐碾压组合 组合类型 双钢轮振动压路机 轮胎压路机 混合料运输、摊铺、碾压时的质量控制措施和具体的 碾压工艺。 参考文献: 于 [ [初压/遍 2(振动) 复压/遍 终压/遍 2 2~4 注:初压第1遍采用振压时若发生严重推移,则采用静压,其他采用 振压。 [江,苏 明,李林萍.拌和温度对温拌沥青混合料水稳定 [ [ [ [ [ [ [[ [性的影响EJJ.路基工程,201i(2):10 iI. 3.5 m・min;终压静压2~3遍,碾压速度为3~ ] ] ¨ ¨ ] 们 ] ] 明 ] ] 明 ] 用研究EJ3.中外公路,2008,28(4):218—220. 5 m・min,选择不低于12 t的钢轮压路机。 (2)碾压过程中在不产生严重推移和裂缝的前 提下,初压、复压及终压都应紧跟摊铺机,尽可能在 [J].交通运输工程学报,2004,4(4):i-4. 欧阳伟,王广连,杨彦海.基于乳化技术的温拌沥青混合料应 ] 蜘Ⅲ ]] ]李祝龙,丁小军,赵述曾,等.沥青混合料应用中的环境保护 孙大权,王锡通,汤士良,等.环境友好型温拌沥青混合料制备 较高的温度下进行。同时不得在过低温度状况下反 复碾压,避免石料棱角磨损、压碎,破坏集料嵌挤。 技术研究进展EJJ.石油沥青,2007,2l(4):54—55. 徐世法,彦斌,季节,等.高节能低排放型温拌沥青混合料 的技术现状与应用前景EJ].公路,2005(7):I 95一i98. 6 结 语 (1)本文全面系统分析了温拌沥青混合料的施 工工艺,提出了温拌沥青混合料施工的质量控制措 冉维廷,毕玉峰.基于表面活性技术的温拌沥青混合料应用技 术的研究EJ3.石油沥青,20iI,25(5):28—30. 廉向东,陈栓发,付其林,等.温拌沥青混合料路用性能研究 [J].长安大学学报:自然科学版,2010,30(6):1i-15. 施,为今后温拌沥青混合料的施工提供了一定的参考。 (2)对比分析了人工投放温拌剂、制备温拌沥 青和采用自动添加装置温拌3种添加方式的优缺点 郭平,祁峰,弥海晨.温拌沥青混合料的路用性能EJ].长 安大学学报:自然科学版,2OlO,30(3):1o-13. 孟 良.温拌沥青混合料使用性能研究[D].哈尔滨:哈尔滨工 程大学,20I1. 和适用范围,统计分析了实体工程中的拌和时间 参数。 (3)探讨了改性沥青施工温度参数的确定方 JTG F4o 2O04,公路沥青路面施工技术规范Es3. 张争奇,李宁利,陈华鑫.改性沥青混合料拌和与压实温度确 定方法口].交通运输工程学报,2007,7(2):37—40. 王培荔.SBS改性沥青混合料施工温度探讨EJ].山西交通科 技,2008(2):12—13. 法,给出了北京、江西、上海等地规范推荐的施工温 度参数范围。 (4)结合中国国内现有规范,提出了温拌沥青 [责任编辑:谭忠华] 56