神府高速公路神木窟野河特大桥桥面温拌沥青混合料施工技术的探索
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摘要：公路桥梁是公路工程结构的重要组成部分之一，桥面沥青路面施工质量决定着路面的舒适性和安全性等方面。
关键词：公路； 桥梁； 工程； 施工；质量
Abstract: the highway Bridges is one of the important part of road engineering structure, the bridge deck asphalt pavement construction quality decides the comfort and safety, etc.
Key words: road; Bridge; Engineering; Construction; The quality
中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
随着我国社会主义市场经济的不断发展，公路现代化建设的要求也越来越高，公路建筑规模也不断扩大，施工技术也越来越复杂，施工和管理方面均有质的差别，笔者有幸参与了神（木）府（谷）高速公路的建设，现将神木窟野河特大桥温拌沥青路面温拌技术和施工工艺与同行作以交流。
一、工程概况：
神府高速公路神木窟野河特大桥桥面铺装设计方案为5cmAC-16沥青混凝土上面层+6cmAC-20沥青混凝土中面层+SBS改性沥青同步碎石下封层+防水层。神木窟野河特大桥桥高90m，桥面单幅宽度14.5m，参考往年气象资料显示,神木县11月份平均气温-5～-6℃，每天0℃以上气温时间6h，风力较强。鉴于气候的影响，正常施工工艺不能保证工程质量。为了保证冬季通车后，对桥面影响较小，采用温拌沥青混合料技术进行路面施工。
二、温拌技术
（一）、温拌技术概述
温拌技术是采用表面活性剂类添加剂，在混合料生产时添加一种具有乳化、抗剥落、降粘等多种性能的化学添加剂，达到显著降低沥青混合料的生产和施工温度。并且整个过程不影响沥青混合料的材质和性能。性能优异，节能减排效果明显，能够延长施工季节，帮助提高压实度，减少沥青老化。
1、温拌技术的界定
温拌技术是工艺革新技术，非新材料技术。判断是否是温拌技术，主要有以下两个界定标准：
（1）温拌混合料应用于路面面层各层，需满足现行沥青路面施工技术规范面层技术要求。尤其是材料使用性能的技术要求，不允许妥协。
（2）采用热拌全套设备和工艺流程施工，所有工艺操作温度比热拌显著下降（30～60℃）下降30℃以上，既是节能环保的要求，也是减轻材料老化的要求。
2、要满足温拌技术的两个基本标准，需要把握两个技术关键点：
（1）温拌技术应该是一个过程性改变的技术，它需要在沥青混合料拌和、运输、摊铺、压实过程中发挥作用，使得温度下降后材料工作性仍然很好。但是，这样的影响又不希望是材质性的，不希望明显影响胶结料的性能和混合料的配比，以避免产生不可预料的副作用。当然，同时还有用量和成本的考虑。
（2）温拌的出料温度显著下降，石料加热温度相应下降，拌和过程中石料与沥青的物理性的浸润作用（沥青渗入石料表面细微纹理）随之下降，而热拌沥青混合料粘附力主要靠浸润来实现的。因此，任何一种温拌技术，都必须采取相应措施弥补浸润下降带来的粘结力损失。
3、E-MWA温拌剂使用方法
E-MWA温拌剂为第三代温拌材料添加剂，使用方便。不需要任何添加设备，使用时只需将温拌剂按照比例添加在沥青中，充分搅拌2小时以上即可使用。
（二）、MWV温拌作用机理
MWV温拌采用表面活性剂技术，温拌剂分子结构由两部分组成：长碳链的亲油基团（尾部）和亲水的极性基团（头部）。头部亲水尾部亲油的特性，决定了表面活性剂在介质中向界面位置富集的特性和特殊的介质溶解状态。
表面活性剂在胶结料内部胶团形式的存在，使得表面活性剂在沥青内部基本以单分子形式存在，尽管沥青内部的含量仅有0.45～0.75%左右，但在沥青内部形成的膜结构数量却相当可观。这个具有作用的膜结构会明显改善沥青对石料的裹覆能力、拌和工作性和压实密实过程，而同时并不显著影响胶结料的粘度。
（三）、MWV温拌延长施工时效原理
延长施工时效体现为：工作温度下降后仍然能够获得满意的碾压效果，能够达到目标密实度的碾压时间（有效碾压时间）延长，在热拌不能接受的热量散失偏快的外界条件下，能为碾压机械赢得足够的操作时间。
1、有效压实温度范围
图1是一个碾压温度与碾压密实度的关系图。对于热拌沥青混合料，在温度特别高和特别低时，现场压实空隙率取决于级配，而正常作业情况下，碾压效果取决于沥青粘度，而沥青粘度与温度密切相关。
如原理所述，影响温拌碾压的是沥青粘度和水膜结构的叠加。如图3所示，温拌沥青混合料的摊铺/压实工作性对温度的敏感性大大降低（甚至形成不敏感温度范围），可以达到目标压实度的压实温度范围明显扩大。由于温度与密实度曲线的两端与沥青粘度关系不大，因此，温拌技术的效能主要取决于曲线中间位置的塌落程度，对温度不敏感区域越宽，温拌的效果就越好。
另一方面，压实程序完毕后，摊铺面温度基本上已经接近开放交通温度，多数时候可以实现即时开放交通。
图1压实温度对比
2、运输和摊铺过程中的降温规律
碾压温度范围的向下移动以及对温度不敏感碾压区域的存在，保证了温拌沥青混合料在降低施工温度后仍然具有足够好的工作性。
相对于热拌沥青混合料，温拌沥青混合料与环境温度的差异缩小。按照热传导学原理，物体与环境温度差异越小，则其温度变化速率越小。由图分析，由161℃下降到131℃（热拌有效碾压温度范围）只用了4分钟，而131℃下降到100℃（温拌有效碾压温度范围）用了9分钟。这一点，对于低温季节施工，具有非常重要的意义，温拌和热拌的这点差异，正好踩在压实有否可操作性时间的门槛上。
在低温施工时，热拌沥青混合料出料温度也要比正常情况下拉高约20℃，温拌也可以采取同样的措施，但效果完全不同。仍以图2例分析。180℃降到160℃仅需要1分钟时间，总的有效碾压时间仅5分钟。而温拌如果也提高20℃出料，则总的有效碾压时间延长为13分钟。
图 2. 混合料摊铺面降温曲线示例
运输过程的降温规律也类似，降低同样的温度幅度能够带来的运输时间，温拌也是热拌的2倍以上，这就意味着在供应温拌混合料时，拌和楼的供应辐射面积增大到供应热拌料时的4倍。
图3摊铺面温度降温曲线
影响摊铺面有效碾压时间还有一个非常重要的因素是厚度，厚度对摊铺面降温速率的影响程度不在气温之下。沥青粘度如果很高，需要很高摊铺温度的话，有效碾压时间也会缩短。因此，延长施工时效不仅仅是一个低温季节施工的问题。延长密实型薄层摊铺和高粘度混合料施工时效虽不是冬季施工的问题，但却是同一性质的问题。
三、温拌沥青混合料施工
（一）、技术要求
AC-16和 AC-20沥青混合料马歇尔试验配合比设计技术要求参照公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）中表5.3.3-1要求执行。
（二）、材料选用
1、原材料
（1）、粗集料：中面层采用山西保德窑洼石料厂生产的石灰岩碎石，四种规格分别为19-26.5 mm、9.5-19mm、4.75-9.5mm、2.36-4.75mm；上面层采用山西临县鸿达石料场生产的黑云蚀变斜长角闪岩碎石，规格为9.5-19mm、4.75-9.5mm；2.36-4.75mm采用山西保德窑洼石料厂生产的石灰岩碎石。
（2）、细集料：机制砂采用9.5-19 mm的石灰岩自行加工。
（3）、矿粉：采用路面施工单位自行加工生产的石灰岩矿粉。
2、沥青：中、上面层均采用中物振华公司生产的SBS(I-C)改性沥青。
3、温拌剂
温拌剂采用由上海维实伟克生产的E-MWA温拌剂，掺量为沥青用量的0.7%
（三）、成型Marshall试件
1、AC-20中面层
AC-20温拌沥青混合料油石比采用4.2%，采用四种不同击实温度，制备马歇尔试件，击实温度分别为130℃，140℃，150℃，165℃，E-WMA 温拌剂的添加量占沥青用量的0.7%，采用表干法测定毛体积相对密度，用计算法计算沥青混合料的最大理论相对密度，当油石比为4.2%时，最大理论相对密度为2.567g/cm3。
2、AC-16上面层
AC-16温拌沥青混合料油石比采用4.7%，采用四种不同击实温度，制备马歇尔试件，击实温度分别为140℃，150℃，165℃，E-WMA 温拌剂的添加量占沥青用量的0.7%，采用表干法测定毛体积相对密度，用计算法计算沥青混合料的最大理论相对密度，当油石比为4.7%时，最大理论相对密度为2.631g/cm3。
3、路用性能
（1）水稳定性检验
掺加沥青用量0.7%的E-MWA温拌剂后，按照设计配合比制作马歇尔试件，进行48h浸水马歇尔试验。
按照设计配合比制作马歇尔试件，击实次数为双面各50次，试件数目为10个，根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052-2000）中T0729—2000的规定，进行冻融劈裂试验。
（2）高温稳定性检验
按照设计配合比制备车辙板，车辙板尺寸为300×300×50mm。在60℃条件下养生5h后进行，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ052-2000中T0719-1993规范要求进行试验。
（3）低温抗裂性检验
按照设计配合比制备车辙板，车辙板尺寸为300×300×50mm。在-10℃条件下养生5h后进行，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ052-2000中T0715-1993规范要求进行试验。
（4）渗水检验
按照设计配合比制备车辙板，车辙板尺寸为300×300×50mm，然后将轮碾成型的车辙试验试件脱模架起。按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ052-2000中T0730-2000规范要求进行试验。
路 用 性 能 汇 总 表4
（四）、温拌混合料的拌和、运输、摊铺和碾压要求。
1、温拌剂的添加要求。
采用沥青罐添加型的温拌剂，掺量为沥青用量的0.7%。先将温拌剂添加在沥青罐中，通过沥青罐中的搅拌泵进行循环搅拌，均匀搅拌2h后储备用，储存期不宜超过60 天。
2、温拌混合料的拌和要求。
采用1台阿曼-4000型间歇式拌和楼，生产能力为280t/ h。因桥面施工在低温季节（施工环境温度在5℃～10℃之间），温拌混合料拌和温度的控制见下表5。
温拌混合料拌和温度控制表表5
3、温拌混合料的运输要求。
考虑到冬季施工，温拌料降温速度很快，因此，温拌料运输的时候运输车的保温措施一定要做好，运输车厢顶部除了盖帆布外，另加盖两层厚棉被；采用数字显示插入式热电偶温度计检测沥青混合料的出厂温度和运到现场温度；拌和楼向运料车放料时，汽车应前后移动，按“品”字型装料，以减少粗集料的离析；沥青混合料运输车的运量应较拌和能力和摊铺速度有所富余，摊铺机前方应有足够的运料车等候卸料；运料车应有良好的篷布覆盖设施。在卸料过程中不揭篷布；连续摊铺过程中，运料车在摊铺机前10～30cm处停住，不得撞击摊铺机。卸料过程中运料车应挂空档，靠摊铺机推动前进。
4、温拌混合料的摊铺要求。
（1）、整修桥面混凝土铺装。
对桥面混凝土铺装层顶面标高及平整度进行检测，用白灰浆在桥面混凝土铺装层顶面打上方格线，安排专人负责对高出设计标高的断面进行铣刨处理，处理完后进行复测，确定调坡方案；对低于设计标高的断面用AC-20混合料进行找平处理。
（2）、混合料的摊铺。
采用2台ABG 8820摊铺机并机作业,前后相距5～8米。中面层摊铺厚度采用钢丝引导的高程控制方式，上面层摊铺厚度采用非接触式平衡梁控制方式。熨平板提前预热不少于1小时，预热温度不低于100℃。摊铺机熨平板拼接紧密，不许存有缝隙，防止卡入粒料将铺面拉出条痕。摊铺过程中检查摊铺厚度，直到满足拟定的松铺厚度。摊铺遇雨时，立即停止施工，并清除未压成型的混合料。遭受雨淋的混合料应废弃，不得卸入摊铺机摊铺，温拌混合料摊铺、碾压温度控制见表6。
5、温拌混合料的碾压。
温拌沥青混合料碾压工艺遵循“紧跟、高频、低幅、匀速、少水”的原则，在不产生推移和裂缝的前提下，初压、复压、终压都应紧跟摊铺机，在尽可能高的温度下进行，压实机械组合和碾压温度见表7。
初压时，采用两台钢轮压路机全断面前静后振碾压1遍，碾压速度不大于3km/h；复压时，采用六台30T胶轮压路机全断面碾压2遍，碾压速度不大于5km/h；终压采用两台钢轮压路机全断面静压1遍，碾压速度不大于6km/h；压路机应以匀速行驶，碾压完成后交替向前推进。且不得在新铺的混合料上停留、转弯，并让主动轮靠着摊铺机碾压。钢轮压路机的洒水以达到湿润为准，不可产生过多流畅水，胶轮压路机轮胎采用隔离剂进行涂刷。
温拌混合料摊铺、碾压温度控制表 表6
压实机械组合和碾压温度表7
（五）、温拌沥青混合料低温施工质量控制措施。
安排专人观测室外环境温度，及时掌握天气情况，合理安排施工时间。避免大风降温天气施工；加强沥青拌合楼控制，确保拌合楼上料速度连续，避免混合料温度波动造成温度离析；安排专人对运输车进行管理，不允许运料车中途无故停留，造成温度损失；加强摊铺碾压现场管理，摊铺机应提前预热熨平板不低于100℃，摊铺速度不大于1.8m/min。压路机应紧跟慢压、钢轮压路机尽量少洒水、胶轮压路机增加配重，安排专人随时检查压实遍数，防止漏压；摊铺工作面设置防风墙，防止混合料表面温度过快损失。
四、结束语
温拌技术，是一种新工艺和新技术，温拌混合料的可压实温度范围比热拌混合料要大。温拌技术在神府高速公路神木窟野河特大桥低温施工的成功应用，证明了温拌技术不仅符合国家节能减排，改善施工环境号召要求，而且还可以显著延长沥青面层施工年度、月度和日作业时间，从而公路建设的投资回报周期缩短，人力和物力成本下降。对于具有严格工期要求的项目而言，温拌技术使低温季节的施工成为可能，具有较为广阔的应用前景。
参考文献：
1、《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ052-2000
2、《公路工程集料试验规程》JTG E42-2005
3、《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004
4、《省级高速榆商线神木-府谷高速公路路面施工指导书》
5、《神府高速公路温拌沥青混合料施工技术指南》
6、《MWV温拌技术在国内的应用》