温拌沥青混合料在高寒高海拔公路中的应用

 引言
我国温拌沥青混合料技术研究起步于2005年，主要引进国外的温拌技术专利消化吸收。2006年，西部交通建设科技项目“温拌沥青混合料应用技术研究”课题正式启动。2005年至今，先后在北京、上海、河北、河南、四川、青海等多个地区铺筑温拌试验路。2009年先后出台了《北京市温拌沥青混合料路面技术指南》、河北省地方标准《温拌沥青混合料施工技术指南》（DB13/T 1014-2009）、青海省地方标准《寒区温拌沥青混合料路面技术规范》（DB63/T812-2009）等一系列标准指南，温拌沥青技术成为近年来沥青路面材料领域一项很有前景的新兴技术。
温拌沥青技术符合低碳环保的发展理念，根据国内有关研究，在不牺牲沥青混合料路用性能的前提下，温拌混合料拌和温度可降低至110℃～130℃，碾压温度可降低至70℃～110℃；[1]温拌混合料能降低对环境的污染和对施工
人员健康的损害，节省20%～30%燃料，减少排放50%以上；温拌混合料能减轻热拌过程中沥青的老化，施工中采用温拌混合料进行摊铺，既可适用于低温地区、低温季节施工，又不至于使混合料中的沥青过于老化，有利于延长沥青混凝土路面的使用寿命和施工季节[2]。
1 项目概况
为验证温拌沥青在高寒高海拔地区的应用效果，在G214线选取长1km路段范围内，道路左右两幅分别采用表面活性型温拌沥青混合料（E-WMA，沥青路面10cm上面层采用表面活性型温拌沥青混合料ATB-25）和热拌沥青混合料（HMA）铺筑。本试验段地处寒区，施工路段海拔接近4600米，地属山岭区，早晚环境温度不足10℃（在气温低于10℃条件下进行的温拌混合料施工称为低温施工）。施工时天晴，气温变化范围为4℃～24℃。
为对比两者性能，先对E-WMA进行配合比设计，然后对HMA采用与E-WMA相同的配合比配制（JTG F40—2004和DB63/T812-2009中ATB-25的矿料级配范围完全一致）。E-WMA配合比设计方法除拌和、成型温度跟HMA有所区别外，其余跟HMA并无不同。
2 生产配合比设计结果
试验路施工所用拌和楼为无锡大通2000型间歇式拌和楼，每小时产量约为90吨，拌和楼生产由计算机全程自动控制，计量准确。上面层试验路拌和楼所采用的矿料比例为4#仓：3#仓：2#仓：1#仓：矿粉=44.0%：18.0%：10.0%：24.0%：4.0%，沥青用量为3.93%，试件成型温度采用135℃，各项指标均满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）要求。
相比之下，空隙率和稳定度的主要影响因素均为拌合温度，流值和冻融劈裂强度的主要影响因素均为温拌剂类型及掺量，动稳定度的影响因素为击实温度。混合料的各项体积指标见表1。
3 试验路铺筑情况
3.1 拌和楼控制 ATB-25表面活性型温拌沥青混合料采用的青海省公路工程建设总公司自加工的石灰岩集料、本地河砂和新疆克拉玛依生产的“昆仑”牌AH-110道路石油沥青，施工过程中拌和楼出料正常，沥青裹附均匀，无花白料。现场实测，热拌沥青混合料出料温度约152.3℃，温拌沥青混合料出料温度控制在130℃～135℃。
试验路施工所用拌和楼为无锡大通2000型间歇式拌和楼，其参数设置如下：骨料温度145℃，沥青温度165℃，温拌剂采用常温，干拌拌合时间8s，湿拌拌合时间35s，单盘料质量1700kg，每小时产量约为90吨，每盘料的生产周期约为55秒。拌和楼生产过程中各料仓计量基本稳定，2#仓（6～11mm）、3#仓（11～16mm）有轻微溢料现象。
3.2 混合料运输 混合料运输采用大吨位自卸汽车，运料车前后移动，分前、后、中三次堆料，以减少集料离析现象。在运输前，检查出料温度，满足要求后用蓬布覆盖并扣牢后运输。
3.3 现场摊铺 摊铺机就位后，按计算的松铺厚度调整熨平板高度，将熨平板预热至100℃以上。
摊铺采用一台徐工RP952摊铺机进行摊铺，摊铺速度控制在3.0m/min左右，摊铺机熨平板夯锤振级设置为中级。从摊铺现场看，铺面整体均匀性良好，碾压时混合料无推移。
检测人员在施工现场选取5个位置进行温度检测，其对应的温拌摊铺温度与热拌摊铺温度分别为128℃、145℃，126℃、155℃，132℃、158℃，125℃、149℃，130℃、152℃。E-WMA摊铺温度平均值为128.2℃，其温度变化范围为125℃～132℃；HMA摊铺温度平均值为151.8℃，其温度变化范围为145℃～158℃。
3.4 碾压 保证碾压质量是温拌沥青施工的关键。根据国内相关研究，温拌沥青混合料降温速率影响主要因素包括：层厚、风速、大气温度、下卧层温度、太阳辐射（云层）等[3]。
结合工地现场实际，表面活性型温拌试验路采用的碾压组合方式及温度如下：
①初压：采用徐工YZC12压路机1台，前静后振全幅碾压3遍，碾压速度为3km/h，现场5个位置的初压温度分别为：123℃、122℃、128℃、122℃、127℃；
②复压：采用徐工DP301-Ⅱ压路机1台，全幅碾压4遍，碾压速度为4km/h，现场5个位置的复压温度分别为：118℃、121℃、126℃、119℃、123℃；
③终压：采用徐工YZC12压路机1台，静压1遍光面，碾压速度为4km/h，现场碾压终了温度远高于65℃，符合《寒区温拌沥青混合料路面技术规范》（DB63/T812-2009）要求。
从现场5个温度观测点数据来看，E-WMA初压、复压温度平均值分别为124.4℃、121.4℃，HMA初压、复压温度平均值分别为147.4℃、136℃，两者平均值温度差分别为23℃、14.6℃（其中初压最大温差为28℃、复压最大温差为17℃），E-WMA比HMA具有更长的有效压实时间。从现场实际碾压情况来看，E-WMA碾压过程在延长了有效压实时间的基础上更有利于各集料之间的镶嵌作用并且效果优于HMA。
4 上面层ATB-25试验检测结果
4.1 马歇尔试验结果：E-WMA采用的沥青用量为3.93%，试件成型温度采用140℃。实测试验数据分别为：毛体积相对密度为2.384，最大理论相对密度为2.491，饱和度为70.09，空隙率4.31%，稳定度9.23kN，流值3.1mm。结果表明，试件各项指标均满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）要求。
4.2 抽提试验：从抽提结果看，当日所取拌和楼表面活性型温拌沥青混合料沥青用量和矿料级配均满足规范控制范围要求，具体见表2及图1。
4.3 现场检测试验结果：表面活性型温拌试验路现场试验采用随机抽检的方式进行，对整层ATB-25表面活性温拌试验路段分别进行取芯，共钻取5个芯样。芯样高度及压实度如表3。
检测数据表明，芯样厚度、马歇尔标准密度压实度、最大理论密度压实度单点值均满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）[4]要求。
5 主要结论
本次ATB-25表面活性型温拌沥青混合料试验段的施工和检测结果表明：在相同级配、相同空隙率下，E-WMA最佳沥青用量比HMA略高，说明E-WMA的工作性稍逊于HMA。另外，表面活性型温拌沥青混合料在大幅降低混合料生产温度的同时，一定程度上提高了沥青混合料的生产效率，平均每小时单位产量可以提高5%，并可以很好的保证沥青混合料的压实，施工效果优于相应的热拌沥青混合料。
6 寒区施工中温拌技术存在的主要问题
虽然温拌技术在寒区施工具有减缓混合料降温速率、保证施工压实时间的优势。但就青海省的实际应用情况来看，温拌技术仍然处在试验阶段，技术上仍存在一定缺陷，体现如下。
6.1 成本较高 温拌沥青混合料减少了燃油消耗，但增加了国外专利添加剂的费用。根据本次试验段数据，每铺筑1km的Evotherm温拌沥青路面，最终约增加2.7～3.3万元。
6.2 水稳性差 在低温条件下温拌沥青混合料存在水损害现象，这主要是由于集料不完全干燥，集料表面膜的水导致水损害。参照欧洲经验，可将集料含水量控制在1%～2%，通过控制集料初始含水量来保证温拌沥青混合料的水稳性。
6.3 缺乏对温拌沥青混合料铺筑路面长期性能的跟踪评测 目前国内所能跟踪到的最早的温拌路面建于2005年，至今不过7年多的时间。另外，个别工程应用温拌技术，效果并不理想，致使许多单位对温拌沥青的技术性能持怀疑态度。