青海地区直投式改性沥青混合料施工质量控制

陈子敬，彭军康，余 阳

(青海省公路建设管理局，青海 西宁 810001)

0 引 言

青海地区的特殊气候和自然环境给沥青路面施工带来较大影响，使施工质量难以保证，因此该地区的沥青混凝土道路在服役过程中极易出现包括车辙在内的各种病害。为了提高沥青混合料性能，延长沥青路面服役寿命，常使用改性沥青作为胶结料来铺筑沥青路面。

根据改性沥青混合料拌合时改性剂状态的不同，可将改性沥青的生产工艺分为湿法和干法。湿法是将改性剂直接加入基质沥青中，在一定温度、搅拌速率下剪切预制得到改性沥青成品，再以其为结合料与矿粉进行拌合后使用，此工艺目前使用最为广泛[1]；干法工艺常被称为“直投式”工艺。与湿法工艺不同，它不用先预制改性沥青成品，而是直接在拌合过程中与结合料、矿料、填料一同投入，利用拌合过程中机械力的作用，使改性剂在混合料中均匀分布，实现改善混合料性能的效果。相较于湿法工艺，直投式工艺省去了成品改性沥青的生产环节与运输环节，减少了生产与物流过程中的能源消耗和污染物排放，避免了长时间运输过程中改性沥青离析造成的性能减弱问题；此外直投式改性沥青混合料的生产可根据实际情况安排，不必受制于成品改性沥青生产[2-5]。青海地区地域广袤，改性沥青生产地与公路建设地距离一般较远，且青海地区大部位于青藏高原，气温较低，改性沥青的长途运输及存储过程中易离析的问题难以解决。因此，用直投式工艺生产改性沥青在青海地区公路沥青路面建设中有很大的应用前景。

在直投式改性沥青混合料生产过程中，沥青混合料的配合比设计、拌合与施工工艺都与普通改性沥青混合料存在差别。本文结合青海地区气候与自然环境特征，对青海地区直投式改性沥青混合料施工技术进行阐述，针对其原材料组成、配合比设计与拌合施工工艺展开论述，提出青海地区直投式改性沥青混合料的施工质量控制方法。

1 原材料选择

1.1 集料

作为沥青混合料中的主要材料，集料的物理化学特征对直投式改性沥青混合料的性能有极其重要的影响。集料的颗粒形状和表面形貌差异是其性能指标差异性的主要原因之一，不仅会对混合料的结构产生影响，还会显著影响其路用性能，因此选用优质集料是保证路面质量的重要措施。

粗集料在直投式沥青混合料中起到骨架作用，是混合料强度的主要来源[6]。因此在选择粗集料时，首要考虑的便是集料的力学性能是否满足要求。若粗集料压碎值等力学指标不能满足要求，便无法保证直投式改性沥青混合料的强度。目前，在国内的集料生产过程中普遍存在工艺粗糙、加工方式落后等问题，这导致粗集料的级配稳定性难以得到控制。另外，集料的泥含量、针片状含量及棱角性等方面常无法满足要求[7]。考虑到青海地区车辙等病害较为严重，为保证直投式沥青路面质量，需在粗集料组成、密度、强度、黏附性等方面进行严格要求，具体指标要求如表1所示。

直投式改性沥青混合料中的细集料应是干净、无风化、不含杂质且粒径分布在一定级配范围的天然机制砂或石屑。需要注意的是，现行规范仅在级配范围、密度、坚固性与砂当量等指标上对细集料提出要求。除此之外，细集料还应与沥青良好地黏结，一般选择与沥青黏附性较好的碱性石料(如石灰岩等)[8]。若采用酸性细集料，则需采取抗剥落措施进行处理。细集料的常规指标应符合表2中的要求。

表2 细集料性能指标要求

1.2 填料

填料在直投式沥青混合料的强度形成过程中发挥着重要作用。矿粉的比表面积大，吸油作用显著，可与结合料形成黏结力较大的沥青胶浆；粗、细集料在沥青胶浆的黏结作用下，形成稳定的、具有一定结构的沥青混合料。常使用石灰岩或岩浆岩，将其中强基性的憎水石料磨细，即可得到矿粉[9]。在进行矿粉生产前，需对原石料进行清洗，将泥土等杂质清除干净。沥青混合料所用矿粉的各种指标应符合表3的要求。

表3 矿粉性能指标要求

1.3 基质沥青

目前，青海高寒高海拔地区沥青路面建设主要采用基质沥青，较少应用改性沥青。不同区域主要根据当地海拔选用沥青，一般来说海拔高度在2 000～3 000 m时选用90#基质沥青，在3 000～4 000 m时选用110#基质沥青，在4 000 m以上则选用更高标号基质沥青。所选基质沥青的基本技术指标均应满足规范中对于道路石油沥青的要求。

研究表明，直投式改性沥青混合料的性能在很大程度上取决于沥青结合料的性能。直投式沥青改性剂能否成功对基质沥青进行改性，取决于改性剂与沥青之间的匹配程度。使用配伍性好的基质沥青与直投式沥青改性剂制得的直投式改性沥青结合料性能更好，因此选择合适的基质沥青显得尤为重要。在施工前需进行相关试验，验证沥青与直投式改性剂之间的配伍性。

1.4 直投式沥青改性剂

当集料进入拌锅后，即可投入直投式沥青改性剂，先直接干拌一定时间，再喷入基质沥青湿拌。在此过程中，直投式沥青改性剂的状态会发生变化，主要包括熔化、黏性流动与熔体混合3个过程。根据直投式沥青改性剂在拌锅中的3个变化阶段，有针对性地提出直投式改性剂的控制指标，如黏流温度、熔体流动速率和扩散率等[10]。通常直投式改性剂的黏流温度越低、熔体流动速率和扩散率越快，其效能越容易发挥，对沥青混合料的改性效果越好。

根据材料组成，目前常使用的直投式沥青改性剂材料分为纤维类和高模量类[11]。纤维类改性剂可有效提高沥青混合料的自愈合能力，减少裂缝的产生及拓展。纤维类改性剂比表面积大，吸油作用明显，显著增大了矿料与沥青之间的结合强度；另外，加入的纤维会填充混合料内部空隙，降低混合料的空隙率，使水分进入混合料内部的可能性降低，进而提升了混合料的抗水损害能力。高模量类改性剂在沥青混合料中主要起到加筋和胶结作用，明显提高混合料骨架内摩阻力，使混合料的动稳定度也显著增大，抗车辙性能显著改善。基于直投式沥青改性剂自身性质，可将其应用于青海地区高寒、强紫外线、强降水等气候环境特征较为显著的区域，实现对基质沥青进行改性的目的，进而提升沥青路面使用性能，并延长服役寿命[12]。

2 配合比设计

在进行直投式改性沥青混合料的配合比设计时，首先需要确定直投式沥青改性剂的掺量。掺量应当按照道路等级、当地气候特征、交通量、路面类型等进行室内试验，并结合工程实践经验及经济性原则综合考虑。需要注意的是，在实际生产过程中，直投式沥青改性剂在短暂拌合过程中仅发生熔化，并与基质沥青形成机械共混的状态，在运输时间内才能保证改性剂充分溶胀。因此在进行室内试验时，混合料拌合后需结合实际运输时间，在一定温度下焖料0.5～1.5 h，再击实或轮碾成型。配合比设计的其他步骤，参照普通改性沥青混合料的配合比设计进行即可。

3 拌合、运输、摊铺及碾压

3.1 拌合

拌合混合料时，直投式沥青改性剂应直接投入拌锅，投放方式主要分为机械自动计量投放和人工投放。对于需求量较大的工程项目，人工投放不利于控制直投式沥青改性剂的拌合时间，且存在安全问题，因此不建议采用。当采用人工投放时，需依照改性剂的掺量计算拌锅中每盘用量，并提前将其分装为小袋，包装宜采用玻璃化转变温度较低的塑料袋制品；另外，直投式沥青改性剂应在热料仓释放集料后直接投入，与集料进行干拌。采用机械自动计量投放时，在正式生产前需对投放机械设备的计量系统进行称重与投放时间标定，控制质量误差在±3%以内，投料时间少于10 s[13]。直投式改性剂投入拌锅后，与热集料干拌5 s左右(可据实际情况延长)；然后加入矿粉，喷入基质沥青，与矿料和改性剂搅拌40～45 s即可得到直投式改性改性沥青混合料。拌合温度应满足规范中关于生产温度的相关规定。

3.2 运输

为减少混合料离析，运料车在装料之时应结合实际情况调整位置，一般先在运料车前后部装料，再在中部装料[14]。由于直投式沥青改性剂的溶胀发育主要发生在运输过程中，为保证此过程的顺利进行，需保证运输过程中混合料温度在一定范围内。混合料的出厂温度大约在170 ℃～185 ℃，运输至施工现场时温度不得低于165 ℃。考虑到青海地区气温较低的情况，为使混合料温度符合要求，需采取措施来确保运料车的保温能力，减少运输过程中的混合料离析。

3.3 摊铺与碾压

将混合料运输至现场后，应在最短时间内进行摊铺，摊铺作业应均匀、连续。因此，应结合拌合生产能力、运输时间和碾压能力，选择合适的摊铺速度。诸多工程实践表明，摊铺速度宜在2～6 m·min-1。为保证路面平整度，在摊铺过程中不宜出现间歇施工和急刹车。在沥青混合料摊铺完成后，应紧接着进行路面碾压工作。碾压作业应遵循“紧跟、慢压、高频、低幅”的原则，完成初压、复压和终压。在实际碾压过程中，碾压速度基本变化不大，一般根据实际情况来调整碾压次数。此外，温度对碾压效果也有较大影响。当温度较高时，可以适当减少碾压次数；当温度较低时，碾压时的轮迹会在路面上存留，影响路面平整度。另外，由于压实度难以保证，混合料间空隙增大，路面服役过程中容易出现渗水等现象，缩短沥青路面的服役寿命。因此，在碾压过程中应对温度进行实时监测，确保碾压作业顺利进行。

4 结 语

在直投式改性沥青路面施工中，应结合工程建设地区的实际情况及干法工艺的特点，严格把控矿料、沥青及直投式沥青改性剂等原材料质量，按规定进行混合料配合比设计及生产，规范施工过程，加强运输、摊铺、碾压环节的质量控制，确保路面压实度与平整度满足要求。只有严格执行相关规范要求，才能保证公路建设工程顺利完成，提升沥青路面的路用性能，延长公路的服役寿命。