高固含量乳化型改性中温沥青路面施工技术.pdf

'道路与交通工程高固含量乳化型改性中温沥青路面施工技术1213彭磊，张勇，张守城，陈绍平（1.武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北武汉430023；2.武汉市市政建设集团有限公司，湖北武汉430023；3.武汉华邦泰富环保沥青工程有限公司，湖北武汉430012）摘要：结合工程实例，提出乳化型中温沥青技术要求，并进行了中温沥青混合料配合比设计，编制了沥青混合料拌和楼改造方案；利用中温沥青黏温曲线，拌和成型出不同出料温度的马歇尔试件，确定了改性中温沥青混合料施工温度；制定施工过程中不同的室内成型方法和室内最佳成型方法；通过施工质量检测，验证了施工工艺以及施工控制要点的合理性。关键词：中温沥青混合料；配合比设计；施工温度；室内成型；质量检测中图分类号：U414.1文献标志码：B文章编号：1009-7767（2015）05-0027-04ConstructionTechnologyEssentialsofHighSolidContentEmulsifiedMid-warmModifiedAsphaltPavementPengLei，ZhangYong，ZhangShoucheng，ChenShaoping随着我国公路事业的快速发展，公路里程不断增长，度9℃，结束时间为17∶04，地表温度5℃。截止2013年底，我国公路通车总里程为434.6万km，2配合比设计其中高速公路达10.4万km。虽然每年铺筑的沥青路2.1原材料面数量在不断增加，但我国北方地区从11月份至次年试验段所用高固含量乳化型改性中温沥青，其检4月份平均气温都在0℃以下，在这种气候条件下，使测结果见表1；采用玄武岩矿料，矿粉采用0～0.3mm用传统的热拌沥青混合料已无法满足施工要求，同时石灰岩矿粉。材料各项指标均符合JTGF40—2004《公还影响道路施工周期，增加道路养护成本。[1]路沥青路面施工技术规程》的要求。乳化型中温沥青混合料可用于新建、改扩建道路，表1高固含量乳化型改性中温沥青检测结果可在气温不低于0℃的条件下施工，其拌和、摊铺、碾测试技术压温度介于温拌与冷补沥青混合料之间，路面性能可项目结果要求达到同类型热拌沥青混合料性能要求。但是，乳化型中固含量/%74.5≥70温沥青含有大量水分，其混合料施工过程中有大量水黏度（80℃）/（Pa·s）0.325≤3分挥发，降低了中温混合料拌和效果以及施工温度的针入度（25℃，100g，5s）/（0.1mm）5030～60把控，这些都成为了乳化型中温沥青混合料施工的技蒸发延度（5℃，1cm/min）/cm28≥20残留物术难题。软化点（环球法）/℃71.5≥601试验段道路概况解放大道是武汉市贯穿城区东西的交通主干道，2.2矿料级配沿线汇聚了大量商场、医院、公园等设施，交通量大，重中温沥青混合料矿料级配范围与热拌密级配沥载车辆多，因此，将试验段选址于解放大道下延线道路青混合料相同。根据试验路粗集料、细集料、矿粉的筛改造工程的施工断面内，具体部位为K3+730—K3+970分结果，调整各种用量的比例，得到AC-16型沥青混段西侧辅道，断面宽度为7～9m。试验段铺筑4cm改合料的合成级配，见表2。性AC-16。经试制测定混合料的空隙率，其级配符合规范要求。试验段于2014年12月20日铺筑，当天气温为2.3最佳油石比-1～12℃，风力4级，试铺开始时间为15∶32，地表温乳化型中温沥青与集料拌和过程中有很大的质 道路与交通工程表2AC-16合成级配筛孔尺寸/mm191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075合成级配/%10095.284.867.939.426.717.911.57.96.25.6规范上限/%10010092806248362618148规范下线/%1009076603420139754量损失，结合工程运用情况，中温沥青混合料初试油料拌和锅处添加排放、收集蒸汽的装置，添加纤维送石比可采用热拌沥青混合料的油石比除以乳化型中风延时自动投放装置。拌和楼改造后工程运用效果温沥青的固含量得到。良好。[2]根据吕伟民的经验公式，可结合表2的合成级3.2施工温度配，运用式（1）计算得到热拌沥青混合料的沥青用量文献[1]规定：普通沥青混合料拌和与压实温度宜为4.69%，运用式（2）计算中温沥青混合料的初试油石采用黏温曲线的等黏温度来确定，在黏温曲线上对应比为6.3%。于黏度（0.17±0.02）Pa·s和（0.28±0.03）Pa·s时的温度P=0.021A+0.056B+0.099C+0.12D+1.2。（1）作为沥青混合料的拌和与压实温度。由于聚合物改性沥[4]式中：P为热拌沥青混合料结合料用量，%；A为大于青混合料的施工温度较普通沥青混合料高10～20℃，[5]2.36mm颗粒质量百分率，%；B为0.3～2.36mm颗粒质没有根据改性沥青流变特性选择合适的温度，所以量百分率，%；C为0.075～0.3mm颗粒质量百分率，%；根据普通沥青的黏温曲线确定的改性沥青施工温度D为小于0.075mm颗粒质量百分率，%。只能作为参考温度。Q=P/n。（2）笔者采用布氏黏度计测定普通高固含量乳化型式中：Q为中温沥青混合料初试油石比，%；P为热拌沥中温沥青70，80，90℃黏度，其结果见图1。根据黏温曲青混合料结合料用量，%；n为乳化型中温沥青固含量。线回归得到高固含量乳化型中温沥青的黏温公式为：2笔者根据计算的中温沥青混合料初试油石比，采N=-0.0013T+0.3873（R=0.9995）。（3）用热拌沥青混合料配合比设计的马歇尔试验方法，来式中：N为乳化型中温沥青表观黏度，Pa·s；T为黏度确定中温沥青混合料的最佳油石比。按规范要求，取油试验温度，℃。石比为5.7%、6.0%、6.3%、6.6%、6.9%拌和改性中温沥青混合料，制备马歇尔试件，测定不同油石比的马歇尔试件试验结果；再根据马歇尔试验结果，分别绘制密度、稳定度、流值、空隙率、VFA、VMA与油石比的关系；最后确定的改性中温沥青混合料最佳油石比为6.2%。3施工要点3.1拌和图1高固含量乳化型中温沥青黏温曲线[3]根据相关研究成果和工程应用情况，乳化型中温沥青中含有大量水分，拌和时会产生大量水蒸汽，严根据式（3）计算得到普通中温沥青混合料拌和与重影响拌和楼称重系统，降低了生产效率，容易对拌和压实的温度为150～180℃、60～105℃，由此推算改设备造成一定程度的锈蚀；同时拌和楼在热拌沥青与性中温沥青混合料拌和与压实温度为160～190℃、乳化型中温沥青切换使用时，会因热拌沥青加热温度70～125℃。根据改性中温沥青混合料工程运用情况高于乳化型中温沥青，导致乳化型中温沥青在灼热的可知，该拌和与压实温度明显偏高。沥青管道中产生大量的水蒸汽，并形成负压，导致沥笔者采用上述改性中温沥青混合料配合比，根据出青难以泵送至沥青混合料拌锅中，严重影响生产效料温度调整集料加热温度，运用拌和楼拌制100，110，率。因此，需要对现有拌和楼进行改造。具体改造方120，140，160℃的改性中温沥青混合料，室内制备马歇法是在拌和楼一、二级沥青提升设备以及沥青混合尔试件，测定马歇尔试件指标，结果见图2。 道路与交通工程行马歇尔试验、浸水马歇尔试验、车辙试验。中温沥青混合料因其独特属性，施工过程中，从拌和楼取回的改性中温沥青混合料试样会因室内试验温度不均匀，影响马歇尔成型效果，进而影响马歇尔稳定度。因此，笔者制定了如下室内检验马歇尔试件成型方法：1）将拌和楼拌制的混合料样品放入120℃恒温烘箱中保温2h，再双面击实75次，试件高度控制在图2改性中温沥青混合料空隙率与击实温度曲线图（63.5±1.3）mm；2）将拌和楼拌制的混合料样品放入120℃恒温烘由图2可知，改性中温沥青混合料随着击实温度箱保温2h，以115℃为击实温度双面击实50次；连同的升高，空隙率逐渐减小；空隙率减小速率逐渐变小，试模一起以侧面竖立方式放入120℃恒温烘箱中保105℃趋于稳定。因此，确定改性中温沥青混合料的最佳温30min，再双面击实25次，试件高度控制在（63.5±[6]击实温度为105℃，由此通过热力学公式计算，结合1.3）mm；工程实践，得到改性中温沥青混合料施工温度，见表3。3）将拌和楼拌制的混合料样品放入120℃恒温烘表3改性中温沥青混合料的施工温度箱保温30min，以115℃为击实温度双面击实50次；连同试模一起以侧面竖立方式放入120℃恒温烘箱中保温项目施工温度/℃沥青加热温度75～902h，再双面击实25次，试件高度控制在（63.5±1.3）mm。集料加热温度150～165待养生后，按文献[7]要求，测定3组马歇尔试件出料温度125～140的60℃马歇尔稳定度，测试结果见表4。由表4可知，废弃温度，高于125～140相同的改性中温沥青混合料，不同的成型方法，马歇摊铺温度，不低于正常气温施工110尔空隙率及稳定度差别较大，采用成型方法（3）制备的低温季节施工125马歇尔试件空隙率和稳定度都最佳。因此，室内检验的正常气温施工105初压开始温度，不低于马歇尔试件成型方法可采用：120℃烘箱保温30min+低温季节施工120双面50次+120℃烘箱保温2h+双面25次。碾压终了表面温度，不低于75由表4可知，相同的改性中温沥青混合料，不同开放交通路表温度，不高于50的成型方法，马歇尔空隙率及稳定度差别较大，但采3.3施工过程中室内试件成型用成型方法3制备的马歇尔试件空隙率和稳定度都文献[1]规定：沥青混合料生产过程中需对混合料最佳。因此，室内检验的马歇尔试件成型方法可采用外观、拌和温度、矿料级配、油石比进行检验，以及进方法3。表4不同成型方法马歇尔试验结果成型方法空隙率/%稳定度/kN流值/（0.1mm）120℃烘箱保温2h+双面击实75次4.912.3037120℃烘箱保温2h+双面击实50次+120℃烘箱保温30min+双面击实25次4.410.4435120℃烘箱保温30min+双面击实50次+120℃烘箱保温2h+双面击实25次4.014.04304施工质量检测整，导致改性中温沥青路面上面层厚度偏厚。可见，笔试验段铺筑好后，采用随机取样方法对路面厚度、者制定的各项施工要点满足改性中温沥青混合料推压实度等进行了随机取样，结果见表5。广使用的技术要求。由表5可知，铺层厚度应控制在35～50mm，空隙5结语率控制在3%～6％，马歇尔稳定度应不低于8kN，压1）高固含量乳化型改性中温沥青固含量应大于实度应不小于96%。从抽样结果看，取样点中孔隙率、70%；压实度及稳定度符合文献[8]要求；路面因下面层不平2）沥青混合料最佳油石比需根据式（2）计算确定； 道路与交通工程表5路面芯样检测结果桩号项目K3+790K3+820K3+850K3+860K3+870K3+900K3+950厚度/mm37.852.044.860.664.853.652.53理论密度/（g/cm）2.5193标准密度/（g/cm）2.4103毛体积密度/（g/cm）2.4162.3952.4152.4042.4292.4402.389压实度/％100.299.4100.299.8100.8101.299.1孔隙率/％4.094.924.134.573.573.145.16稳定度/kN12.0311.2611.5910.8710.2110.519.853）改性中温沥青混合料采用“120℃烘箱保温安：长安大学，2012.30min+双面击实50次+120℃烘箱保温2h+双面击实[4]原健安，祝志刚.用系列黏度数据分析SBS改性沥青的结构25特点[J].长安大学学报：自然科学版，2004，24（2）：7-13.次”方法成型的马歇尔试件试验性能最佳。[5]张肖宁.沥青与沥青混合料的黏弹力学原理及应用[M].北京：因此，在解放大道改造工程的试验段中，按照笔人民交通出版社，2006：46-50.者提出的几项施工要点进行沥青混合料拌和楼改造[6]李德超.温拌及半温拌沥青混合料的能耗与环保效益分析和施工温度控制，并进行改性中温沥青混合料施工，使[J].筑路机械与施工机械化，2011（12）：62-66.各项指标均达到了路面推广使用的技术要求，该经验[7]交通运输部公路科学研究院.JTGE20-2011公路工程沥青可供同类工程施工借鉴。与沥青混合料试验规程[S].北京：人民交通出版社，2011.[8]北京市政建设集团有限责任公司，中国市政工程协会．CJJ参考文献：1-2008城镇道路工程施工与质量验收规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.[1]交通部公路科学研究所.JTGF40-2004公路沥青路面施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2004.收稿日期：2015-04-17[2]吕伟民，李立寒，周海生，等.冷铺沥青材料的特性与配制技基金项目：湖北省地方标准计划项目（20135013）；武汉市两型发展专术[J].华东公路，2002（2）：67-69.项计划项目（2013603）[3]段凌云.乳化型温拌剂在SMA混合料中的应用研究[D].西作者简介：彭磊，男，工程师，硕士，主要从事道路桥梁科研与检测工作。（上接第26页）学，2006.参考文献：[9]胡绍荣.城市道路交通供需平衡理论研究[D].西安：长安大学，2004.[1]王波，赵枫.中小城市交通策略及规划模式研究[J].道路交通[10]FrankJE.Themeasurementofinfrastructurecapacitytheory，与安全，2005，5（5）：18-21．datastructuresandanalytics[J].Computers，Environmentand[2]李朝阳，张际宁，杨涛.南京市道路网规划指标研究[J].城市UrbanSystems，1990，14（4）：283-297.研究，2000（2）：44-48.[11]ChiouSW.Anefficientcomputationalgorithmforareatraffic[3]宋雪鸿.城市交通微循环问题的解决策略及其应用研究[D].controlproblemwithlinkcapacityexpansions[J].AppliedMath鄄上海：同济大学，2008.ematicsandComputation，2007，88（2）：1094-1102.[4]李忠燕.基于交通微循环的城市核心区路网系统优化与应[12]李旭宏，田锋，顾政华.城市道路网供求分析技术[J].交通运用[D].昆明：昆明理工大学，2010.输工程学报，2002，2（2）：88-90.[5]同济大学城市规划设计研究所.GB50220-1995城市道路交[13]王炜，过秀成.交通工程学[M].南京：东南大学出版社，2000：通规划设计规范[S].北京：中国计划出版社，1995.154-157.[6]李开国.支路规划设计若干问题研究[J].城市交通，2007（3）：32-36.[7]陈学武，刘飞，胡启洲.小城市道路网的合理道路级配模型收稿日期：2015－04－13[J].交通运输学报，2008，8（2）：102-106.作者简介：李忠燕，女，工程师，硕士，主要研究方向为交通规划与交[8]石飞.城市道路等级级配及布局方法研究[D].南京：东南大通控制。'