论新型温拌SAM改性沥青混合料技术在改造工程中的应用

论新型温拌SAM改性沥青混合料技术在改造工程中的应用

陈志标

广东鸿高建设集团有限公司523123

摘要：随着经济的高速发展，高速公路的建设显示它在社会经济中的重要性，运输的加重，对路面的坚固要求也越来越高。笔者通过实际的工作经验，简述了新型改性沥青混合料技术在工程中的应用并讨论了现行路面检测中存在的问题及发展趋势，以更好地发挥路面检测的作用。

关键词：SAM改性沥青混合料；技术；工程应用

改革开放以来我国建立了一大批的高速公路，公路运输所带来的经济效益是其他运输业所不能及的，但在公路的坚固性和实用性方面却差强人意，有些高速公路在通车不到两年时间就出现了车辙、裂缝、坑槽、松散等路面早期破坏形式，所以对路面进行早期检测和及时养护显得尤其重要。而现行路面检测技术或多或少存在一些缺点，如贝克曼梁法测弯沉测速慢，钻芯法测压实度对路面结构有损坏，手工铺砂法测抗滑性能结果代表性差等，因而快速无损检测手段是必要的。现代道路检测技术正由人工破损类检测向自动化无损检测技术发展，由低速、低精度向高速、高精度发展。

1工程概况

东莞市S255线龙溪大桥至石水口段是东莞市S255线的一部分，将东莞市与惠州市连接起来，对桥头镇乃至整个东莞的发展都有重要作用，2004年4月，按双向6车道一级公路标准、水泥混凝土路面和硬路肩进行升级改造，于2005年9月完工通车，通车10年间由于S255线龙溪大桥至石水口段重车行驶多，公路路面损坏严重，断板多，路面平整度差，道路的通行能力低下，部分路段边沟堵塞，以至于雨天道路容易积水，影响行车安全，严重影响桥头、常平、樟木头等镇区的经济发展。目前该路段的路况已经不能适应交通运输发展和区域经济的发展需要，对其进行维修改造，改善现有公路状况已是当务之急。

2015年6月东莞市公路管理局与浙江理工大学签订技术开发合同开展新型温拌SAM改性沥青混合料技术在高等级公路的应用研究，以S255线龙溪大桥至桥头石水口段路面改造工程为依托工程进行试验段铺筑。

本试验段起止桩号ZK13+800~ZK14+250，路线总长450m，罩面层厚度4cm。

2施工简况

2015年9月22日和9月24日，东莞市公路管理局与浙江理工大学联合开发的新型温拌SAM改性沥青混合料技术在高等级公路的应用研究项目在S255线龙溪大桥至桥头石水口段路面改造工程ZK13+800~ZK14+250进行了试验段铺筑，路段长450m，宽16m，面层设计厚度为4cm；面积7200m2。沥青拌和站到试验段施工现场车程90分钟。由大里程桩号向小里程桩号方向进行摊铺。施工当日为晴天，空气温度36℃左右。施工时，摊铺机两台，胶轮压路机1台，双钢轮压路机2台，小型压路机1台，初压采用双钢轮压路机静压1遍，复压为先用双钢轮压路机振动碾压3遍，再用胶轮压路机碾压3遍，终压为双钢轮压路机静压1~2遍，直至碾压没有轮迹为止。试验段摊铺系数1.15。

（二）目标配合比与生产配合比

1.目标配合比

1）原材料

原材料性能检测结果见表6-1～6-6所列。

2）矿料合成级配

（1）原材料筛分及合成级配

3）沥青混合料性能试验结果

通过室内马歇尔试验，最终确定目标配合比最佳硫磺沥青胶结料用量为6.4%（其中油石比3.6%，硫磺含量2.8%），沥青混合料性能试验结果见表6-8所列。

2.生产配合比

1）原材料

本项目上面层AC-13C型沥青混合料生产配合比设计采用的集料为深圳平湖芙蓉石场生产的辉绿岩，矿粉为博罗公庄生产的矿粉；消石灰为龙门银龙生产的消石灰。试验结果见表6-9所列。

2）热料仓矿料筛分及矿料合成级配

（1）矿料筛分及合成级配

3）沥青混合料性能指标试验结果

通过室内马歇尔试验，最终确定生产配合比最佳硫磺沥青胶结料用量为6.4%（其中油石比3.6%，硫磺含量2.8%），沥青混合料性能指标试验结果见表6-11所列。

（三）AC-13C温拌SAM改性沥青混合料施工工艺控制关键指标

1.施工室内试验检测

1）抽提及筛分试验结果

在试验段施工过程中对生产的沥青混合料进行了取样抽提及筛分，结果见表6-12所列，因硫磺颗粒融入沥青，统一按硫磺胶结料含量检测。

图6-2AC-13C型温拌SAM改性沥青混合料生产配合比矿料合成级配曲线图

由表6-12可以看出，实际施工级配在规范要求的级配偏差范围内，符合配合比设计要求。

2）沥青混合料性能指标试验结果

对所取沥青混合料进行室内马歇尔试验，试验结果见表6-13所列。

从表6-13可以看出，各项指标均能满足规范和设计要求。

2.AC-13C温拌SAM改性沥青混合料施工工艺研究

1）硫磺颗粒添加方式

采用人工方式添加硫磺颗粒（硫磺颗粒中预先添加2%的抑烟剂），事先对拌和楼进行了改进，增加硫磺颗粒投放窗口。根据每锅生产的量，按照配合比设计的硫磺添加比例，计算处每锅所需硫磺颗粒用量，本项目中根据拌和楼试拌的沥青混合料效果，将硫磺颗粒与沥青比例调整为2.0%：4.1%，每锅生产混合料3吨，硫磺颗粒投放60kg，生产前按20kg/袋将硫磺颗粒分好，并放置于拌和楼投放窗口前。

2）拌和时间

热料仓比例为11~16mm：5~11mm：3~5mm：0~3mm：消石灰：矿粉=25：29：5：36：3：2。加料顺序为矿料-沥青+硫磺-矿粉（湿拌），矿料加入后立刻添加沥青，拌和时间为50~55s，其中硫磺人工添加时间8~10s。本项目沥青混合料生产时，总的拌和时间控制在55~60s（干拌时间5~10s），为了保证混合料拌和均匀，硫磺颗粒完全融入沥青中，没有花白料等现象出现，需要尽量增加拌和时间。

3）温度控制指标

温拌硫磺沥青混合料在拌和站生产时主要是对生产温度的控制，包括：沥青加热温度、集料加热温度、拌和温度及出料温度。

本试验段沥青混合料生产过程中，沥青加热温度控制在135~145℃，矿料加热温度分别采取140~145℃和130~135℃，拌和温度和混合料出料温度则分别为140~145℃和130~135℃。

（1）矿料加热温度采用140~145℃时，硫磺颗粒加入拌和锅后，硫磺颗粒遇到高温集料和沥青后发生反应，产生大量的刺鼻性气体和烟，不利于生产作业，对硫磺颗粒在沥青混合料中的作用也将产生一定的影响。此外，运料车到现场后内部混合料温度在135~140℃，温度较高，施工现场烟雾和刺鼻性气体较浓，容易引起工人身体不适。

（2）矿料加热温度采用130~135℃时，在生产和施工过程中仍有一定量的烟雾和刺激性气体产生，混合料拌合效果良好。

（3）在矿料温度一定的情况下，硫磺颗粒中抑烟剂的掺量为2%，加之试验段铺筑时当地气温在36℃左右，晴朗无风，空气不流畅，这些因素也会影响人员的硫磺沥青混合料生产和摊铺作业。

根据上述生产情况：

（1）在混合料生产过程中应在保证混合料性能的前提下尽量降低矿料加热温度，减少烟雾和刺激性气体的产生。

（2）在正常生产前，应试拌多盘白料测定温度，待矿料温度稳定并达到要求的温度后，在向拌锅内添加沥青和硫磺颗粒，生产硫磺沥青混合料。

（3）根据工程具体情况，需要适当增加硫磺颗粒中抑烟剂的掺加量。

4）出料及运输

（1）出料

本次试验段施工时，最初生产沥青混合料时按照普通沥青混合料的出料方式将混合料首先放入成品储料仓内，在储存够一车料的量后再放料至运输车，然后至储料仓内存料至80余吨放料时，发现储存在料仓中的成品硫磺沥青混合料无法自行卸出，堵塞在成品储料仓的卸料口，只能借助外在工具一点点的将其掏出。

分析原因主要以下几个方面：

①温拌硫磺沥青混合料所用沥青为特种沥青，其加热温度比普通沥青要低，本项目中用于存放特种沥青的罐中还有未排净的改性沥青，在较低的加热温度下原有改性沥青会对特种沥青的性能产生较大影响（如：黏度），降低硫磺沥青混合料的流动性。

②拌和楼的储料内一次性存放成品混合料太多，最初卸入的混合料会堆积在储料仓的出料口且被压实。硫磺沥青混合料的温度和沥青胶结料用量均低于普通沥青混合料，也使硫磺沥青混合料的流动性小于普通沥青混合料。

根据上述分析：

①在沥青混合料生产过程中，应将每锅拌和好的沥青混合料直接卸入运料车内，且每车不宜装太多，并及时用保温帆布覆盖，以减少热量的散失。

②适当提高沥青的用量。本次试验段施工过程中，室内生产配合比确定的硫磺与沥青的比例为40：60，在生产过程中根据实际情况将其调整为35：65，增加了沥青用量，在一定程度也增加了沥青混合料的流动性。

③可采用“后—前—中”的装料顺序往运料车上放料，这样可以在一定程度上减少由于最开始放到运料车上的沥青混合料温度降低对运输车卸料产生的影响。

（2）运输

①试验段铺筑所用运料车为60t自卸车，每锅成品料直接装入车厢内，以每锅3t，每锅拌和时间55s计算，装满一辆车所需时间在18min左右，由于等候装料时间较长，致使装料时混合料温度损失较大。

②运料车从拌和楼到施工现场所需时间在90min左右，由于运距较长，同时运料车运输到现场后并不能直接进行摊铺，还需等待一定的时间，本次试验段施工过程中从沥青混合料卸入运输车开始计算，至运输车到施工现场开始卸料所用时间在3小时左右。

③正常情况下，在进行摊铺过程中，随着运料车卸斗的升高，沥青混合料会慢慢的卸入到摊铺机前，然而本次试验段施工过程中，由于受沥青混合料温度的损失和硫磺沥青混合料自身流动性较低的影响，且所用运料车又装料较多，而导致沥青混合料不能连续的进入摊铺机中，而是在运料车斗上升到一定高度时突然大量涌入摊铺机中的现象，影响摊铺机正常作业。

根据上述情况分析总结如下：

①合理配置车辆。运输硫磺沥青混合料的车应选用15~25t的自卸车，减少沥青混合料装料等待时间，降低沥青混合料温度散失量。

②科学控制时间。建议硫磺沥青混合料从生产到完成摊铺的时间不超过2h，或者通过覆盖保温帆布加强运输过程中的保温效果，以避免表面沥青混合料温度降低较多产生结壳现象。

5）摊铺

采用2台摊铺机梯队作业，摊铺速度2.0m/min，试验段分两天完成摊铺作业，作业温度分别为：①矿料加热温度140~145℃、摊铺温度135~140℃；②矿料加热温度130~135℃、摊铺温度125~130℃。

在摊铺过程中发现：当温度高时，摊铺现场烟量较大，同时受环境影响，产生的烟未能及时有效的扩散（如图6-10所示），对施工作业造成了不利影响。根据施工人员现场反应，即使佩戴了过滤口罩，当烟浓度较大时仍会引起身体不适。

因此，在高温无风环境下进行作业时，应尽可能的降低硫磺沥青混合料的摊铺温度（125~130℃），同时做好施工现场人员的安全防护措施。

经现场检测：在相同碾压工艺下，路面摊铺的松铺系数为1.15时压实后的路面厚度均能满足设计要求。

图6-10摊铺现场图

6）碾压

（1）碾压遵循“高频、低幅、紧跟、慢压”的原则，同类压路机并列成梯队压实，错轮碾压时重叠1/2轮宽，从低侧向高侧碾压，采用紧跟梯队作业，钢轮压路机和胶轮压路机可以同步前进和后退，尽量在较高温度区内完成碾压。

（2）碾压时严禁压路机中途停留、转向或紧急制动，当压路机来回交替碾压时，前后两次停留地点避免在同一横断面上。

（3）钢轮压路机尽量不洒水，以不粘轮为度进行控制；胶轮压路机的隔离剂不要用柴油，应选用菜油或水和洗衣粉的混合液。

（4）本次试验段初压采用双钢轮压路机静压1遍，复压为先用双钢轮压路机振动碾压3遍，再用胶轮压路机碾压3遍，终压为双钢轮压路机静压1~2遍，直至碾压没有轮迹为止。

7）现场检测

本次试验段施工结束后，及时对现场主要技术性能指标进行了检测，检测结果见表6-14和表6-15所列。

从表6-14和表6-15可知，试验段各项路用性能指标均符合设计要求，具有良好的抗渗水性。

对试验段碾压工艺进行分析：本试验段同时使用了双钢轮压路机和胶轮压路机，其中，胶轮压路机的作用在于密水，提高路面压实度。根据检测结果可以看出路面在压实度和抗渗水方面均性能优良，路面构造深度满足设计要求。考虑到东莞市S255线路面改造工程其他路段碾压时仅使用双钢轮压路机即能满足路面使用性能要求，因此建议，在进行硫磺沥青混合料碾压时可仅使用双钢轮压路机，但要保证碾压遍数，确保路面压实度能达到设计要求。

结束语：

充分调研、理论分析、室内试验和试验段试铺验证的基础上，对新型温拌SAM改性沥青混合料施工过程中的关键技术进行系统。检测设备正向着高精度、实时化、标准化、智能化以及多功能的趋势发展。

参考文献：

［1］张超，郑南翔，王建设．路基路面试验检测技术［M］．北京：人民交通出版社，2004．

［2］王吉林，杜文靖，王国强．沥青路面检测技术现状［J］.交通科技与经济，2003（3）．

［3］武志芬．浅谈沥青路面检测新技术［J］．科技与经济，2006（18）．