低温条件下钢箱梁沥青铺装施工技术

苏勇

（上海建工集团股份有限公司,上海市 200080）

低温条件下钢箱梁沥青铺装施工技术

苏勇

（上海建工集团股份有限公司,上海市 200080）

结合工程实例,重点分析了SMA高弹高黏改性沥青混凝土配合比设计及在低温情况下沥青混凝土铺装施工技术措施,对类似工程具有一定的参考和借鉴作用。

SMA；沥青混凝土配合比设计；低温；保温措施

0 引言

SMA是一种由沥青、纤维稳定剂、矿粉和少量的细集料组成的沥青马蹄脂填充间断级配的粗集料骨架间隙而组成的沥青混合料,SMA混合料的出料温度是整个混合料施工的关键,也是保证摊铺和碾压质量的基础,其出料温度一般为185℃左右。由于山西省太原市位于北半球中纬度地理位置,受西伯利亚冷空气的影响,秋季降温迅速,冬季干冷漫长；根据工程进度计划安排和要求,太原祥云桥主桥桥面沥青混凝土铺装于11月进行施工,平均气温0～5℃；在低温条件下,如何采取合理、有效的保温措施保证SMA混合料的出料和摊铺温度是该施工的重点和难点。

1 工程概况

太原市祥云桥工程位于太原市区南侧汾河上,主桥为独塔钢混凝土组合斜拉桥,主桥桥面梁由混凝土梁及钢梁组成,其中钢桥面长177.2 m（接东引桥）,桥面全宽50.6 m,中间3 m宽中央分隔带,两侧依次为14.5 m宽机动机道,2.5 m宽拉索区,3.5 m宽非机动车道,3 m宽人行道。钢桥面横断面设计图如图1所示。

图1 钢桥面横断面设计图

1.1 铺装类型

铺装类型见表1。

表1 桥面铺装类型汇总表

1.2 铺装分层

铺装分层如图2所示。

图2 铺装分层图

2 施工重点、难点及措施

2.1 低温SMA混合料施工技术措施

（1）严格控制SMA混合料温度,出拌和站温度需用 170～180℃,运抵并摊铺不低于160～170℃,SMA混合料直接由20t运料车运至摊铺现场,运输过程中必须覆盖棉被保温。

（2）提高SMA混合料摊铺后压实度,采取大振捣棒的摊铺机,以使压实度提高。

（3）改变碾压方式,由于摊铺时加大压实度用振动压路机在碾压时有没有推移现象,同时紧跟摊铺机,减少双钢轮洒水次数。

（4）断料措施,如在施工过程中,发生断料按照“毛茬热接,错茬搭接”必须把松茬压实切出立茬,恢复施工时,凉茬处理,即在摊铺前先用热合料把接茬熔化,再铲出后摊铺。

2.2 防止沥青混凝土施工中离析的措施

2.2.1 严格控制沥青混合料的矿料级配

低温条件下SMA混合料在拌和生产中,应严格控制矿质混合料的级配在规定范围之内,在级配曲线中影响铺面均匀性较大的是中部颗粒的数量,特别是4.75 mm和2.36 mm的通过质量的百分率,应接近级配范围的中值,过少将影响面层的均匀性,过多将会影响面层的压实性（压实困难)。

2.2.2 混合料拌和必须均匀

沥青混合料的拌和温度和拌和时间是混合料达到均匀的两个基本要素,经试拌确定后,在生产过程中不应随意变动；同时还应随时观察拌出混合料的外观,除颜色均匀一致、无花白颗粒外,粗细颗粒的分布还应均匀,无粗细料分离现象。如有分离应及时调整拌和温度和延长拌和时间。

2.2.3 要防止沥青混合料在运输中发生离析

沥青混合料拌和设备必须配有一定容积的贮料仓,确保拌和机连续生产不致发生因等料而停机的现象。从贮料仓中卸料装上运料车的过程中,运料车应前后移动不少于3次,即分几次卸装混合料,避免一次卸装,因为混合料在车厢内形成一个大锥体,会促使粗细颗粒分离,卡车正确的装载会减少离析。

2.2.4 优化摊铺工艺

（1）要注意摊铺机接料斗的操作程序,以减少粗细料的离析。摊铺机集料斗应在刮板尚未露出,尚有约10 cm热料时拢料,这是在运料车刚退出时进行；而且应该做到在料斗两翼才恢复原位时,下一辆运料车即开始卸料,做到连续供料,以避免粗料集中。应做到每一料车摊铺机集料斗拢料一次,否则集料斗两翼内侧的余料会形成向内的斜面,避免开始卸料时摊出的铺面将出现等距离块状离析。

（2）摊铺机调整到最佳状态,是避免铺面出现条带状离析的关键。调试好螺旋布料器两端的自动料位器,并使料门开度、链板送料器的速度和螺旋布料器的转速相匹配。螺旋布料器的料量以略高于布料器中心为度,料面高度应基本在同一平面上,并与铺面横坡一致,使熨平板的挡料板前混合料在全宽范围内均匀分布,避免摊铺层出现离析现象。

（3）调整摊铺各机熨平板的激振强度相一致。熨平板是由多块拼合而成,每块熨平板中由于夯锤新旧程度和磨损情况不尽相同,因而各块熨平板的激振强度会有所差异,激振强度大,熨平板会把较多的细料振到铺层的下部,表面呈现较多的粗料；而激振强度弱,熨平板细料振到铺层下部较少,因而铺层表面细料较多。

（4）及时人工修补铺面上的洞眼。铺层表面的粗大颗粒,在熨平板的拖拉下,后部形成了洞眼,对铺面形成的洞眼,在碾压前应人工填入适量热沥青混合料。

2.3 路面平整度控制措施

路面沥青混凝土摊铺技术重点之一在于如何控制面层平整度,根据施工的实际经验,其主要控制措施如下。

2.3.1 严格控制原材料质量

面层原材料的质量必须满足设计要求,必须严格控制集料的最大粒径和用量,以减少压实系数的波动,从而保证路面的平整度。

2.3.2 加强机械设备的调试和检修

采用先进的备有平衡梁的进口摊铺机进行沥青面层的施工,采用全单幅摊铺,熨平板的振动夯击强度能使摊铺层的压实度达85%以上,从而减小压路机初压产生的推挤现象,有利于平整度的提高。

2.3.3 合理确定拌和能力和运输能力

为了保证均匀、连续、不间断的摊铺,必须保证拌和楼达到一定的产量。

2.3.4 保证缓慢、均匀、连续、不间断的摊铺

（1）摊铺速度不宜过快,以免影响到摊铺后的预压、密实度和平整度；但亦不宜太慢,否则影响生产效率。推荐速度控制在2～4 m/min。

（2）摊铺过程中不得随意变换速度,禁止因摊铺机前运料车较多时加快速度,或运料车较少时故意放慢速度等料。因速度的变化必然导致摊铺厚度变化,为了保持厚度不变,就要调节厚度调节器以及捣固器和熨平板的激振力与振捣梁行程,以保证最终压实面平整。但人工调节是凭经验,在速度变化处终归会引起摊铺后预压密实度的变化,从而导致最终密实厚度的差异。

（3）摊铺中要绝对保证连续性,避免因待料等原因引起中途停顿。混合料温度下降会引起局部不平整,而且纵向调平系统在每次启动后,仍需行驶3～8 m后才能恢复正常。

（4）运料车卸料时不得撞击摊铺机,并及时清除摊铺机前洒落的粒料,严禁人工向摊铺层上撒料,摊铺层未压实前不得随意踩踏,以保证路面的平整度。

2.3.5 压路机的黏轮处理

对于钢轮压路机采用向轮上喷洒少量雾状水,并在喷水处覆盖布条以增加水均匀性来解决。

2.3.6 严格操作表面层的接缝处理

表面层的接缝处理是路面施工中的关键环节,必须严格操作。横向施工接缝采用平接缝,每次开工前应切除端部平整度和厚度达不到要求的地方,为使接头处整齐且避免扰动,采用锯缝机锯缝,缝要平直且与路线方向垂直,切忌锯进下一层。锯缝后要清理干净并使其干燥,接头处涂刷一薄层乳化沥青,使前后两部分较好地黏合在一起。在起步时,熨平板应充分预热,根据松铺厚度垫起熨平板并设定好平衡梁,保证接头处的平整度。碾压之前接头处人工找补,对大的空隙进行撒细料弥补,碾压时派专人用3 m直尺反复测量接头处的平整度,满足平整度要求。

3 SMA配合比设计

SMA的配合比设计是做好SMA面层的第一步,也是至关重要的一步。SMA配合比设计的全过程分为三个阶段,即目标配合比设计阶段、生产配合比设计阶段和生产配合比验证阶段。

3.1 目标配合比设计

目标配合比设计的目的是确定各种规格集料的配合比,使矿料混合料的颗粒组成接近级配范围的中值,采用不同沥青用量制备马歇尔试件,并通过马歇尔试验确定最佳沥青用量。

3.2 生产配合比设计

拌和厂冷料仓的集料按目标配合比确定的比例进入烘干筒烘干,若采用间歇式拌和机,则烘干的热料经过二次筛分重新分成各不同粒级的集料,分别进入拌和机热料仓。各个热料仓的集料颗粒组成需要重新进行矿料配合比计算,以确定各个热料仓集料进入拌和室的比例并检验最佳沥青用量,即为生产配合比设计。

生产配合比设计流程:校核料场集料颗粒组成→热料仓集料筛分试验→热料仓集料配合比设计→马歇尔试验检验,确定生产配合比的最佳沥青用量。

4 施工现场准备

施工前质量报检单进行报检,报检合格后方可进行摊铺,把准备摊铺的SMA路面下承层清扫干净并在下承层上喷洒黏层油。

4.1 拌合现场准备

（1）沥青拌和机已安装完毕,处于正常的工作状态,料场及拌和设备周围场地均已硬化处理,确保材料不被污染。

（2）拌和厂设计考虑了风向、运输等,有安全防火设施,运离居民点,地势干燥,具备较良好的生产条件。矿料均分仓堆放,并设有防雨和保温设施。

（3）拌和厂动力设备应配有足够的发电机组和加热、保温设备。若遇停电,可全部采用自发电保证均衡生产不受影响。

4.2 机械设备、试验仪器准备

（1）拌和机正常运转,并有备用料机。

（2）矿物纤维电子机械式投料机运作进行,计量装置准确可靠。

（3）摊铺机、压路机、运输车及加热、保温设备集结完毕。

（4）试验室配置了先进的检测仪器,仪器安装、调试、计量认证、日常维护良好,并处于良好的工作状态。

5 沥青混凝土施工工艺技术

5.1 SMA混合料拌和

（1）SMA混合料须增设一套纤维添加设备。但由于SMA为间断级配,粗集料粒径单一、量多,细集料很少,矿粉用量大,放料、等料、排料时间相对延长。

（2）混合料的出料温度是整个SMA混合料施工的关键,是保证摊铺和碾压质量的基础。拌和时,既要提高拌和温度,又要防止拌和过程中沥青老化,集料加热温度控制在200℃左右,改性沥青的成品温度控制在175℃左右,矿粉和纤维不加热,混合料的出料温度一般为185℃左右。

（3）沥青混合料拌和时间为干拌15 s、湿拌45 s并以沥青全部裹覆矿料,木质素絮状纤维和混合料拌和均匀,无花白料、无结块成团和离析现象,发生异常时需及时调整。

（4）沥青混凝土须逐车测量温度并填发出厂料单,施工现场凭出厂料单测温收料。

5.2 SMA混合料运输

（1）SMA混合料中沥青用量较大,为防止沥青析漏,不宜在贮料仓中贮存。混合料直接由20 t运料车运至摊铺现场,运料车厢底部及侧板均清扫干净并涂防黏剂。运输过程中必须有保温措施。

（2）从拌和楼卸料口向自卸车卸料时,每卸一斗自卸车适当挪动位置,分前、后、中三堆堆放以减少混合料中粗细集料离析现象,料车均用棉被覆盖。

（3）运料车到达施工现场后,交验出厂料单,测温收料,合格后由专人指挥卸料,在对准摊铺机受料斗倒车时距摊铺30 cm处空档停车,由摊铺机推动料车前进,自卸车厢顶起的角度和速度根据需要仍由同一人指挥,以达到摊铺需要。

（4）确保在摊铺机前等候的卸料车在5辆左右,既保证摊铺机能够连续均匀不断地进行摊铺,又减少因摊铺机前压车引起混合料温度降低。

5.3 SMA混合料的摊铺、碾压

（1）摊铺机在开始受料前应在料斗内喷洒少量防止黏料用的防黏液。

（2）摊铺机就位后,先预热30 min左右,使熨平板的温度在100℃以上,调好熨平板高度且与松铺厚度相等,松铺系数为1.10,摊铺速度为3.0 m/min以内。

（3）确保摊铺机速度与拌和设备生产能力相适应,保证摊铺过程匀速、连续不间断。

（4）由于SMA沥青玛蹄脂的黏度非常大,摊铺温度和摊铺速度控制不好,会产生横向裂纹。为了消除摊铺过程中产生的横向裂纹,严格控制摊铺温度不低于160～170℃,摊铺速度严格控制在2 m/min以下。

（5）对SMA混合料路面施工,碾压是最重要的一环,保证及时碾压非常关键。SMA混合料由于粗集料嵌挤良好,碾压过程中推挤很小,可采用较重的压路机在很高的温度下碾压,决不能按老习惯在摊铺机后面隔一定距离碾压。一旦SMA混合料的温度下降,改性沥青的黏度增大,压实就达不到要求。碾压时严格按照“紧跟、慢压、高频、低幅”的原则进行。初压、复压、终压三个碾压阶段紧密衔接。

（6）碾压过程中SMA存在着与普通沥青混合料有显著区别的特征:在高温状态下用振动压路机碾压而不产生推拥；碾压成型后表面有足够的构造深度又基本不透水。这两个显著特征也正是鉴别SMA是否成功的重要标志。

6 结语

（1）高弹改性沥青混合料保证高温稳定性基础上,低温变形能力和抗疲劳开裂能力与普通改性沥青混合料比有很大的提高,-10℃低温应变大于10 000 με,疲劳开裂性能是普通混合料的25倍左右,1 000 με的疲劳寿命达到190万次。

（2）高弹改性沥青混合料已经在多座钢桥面铺装中得到应用,大大改善了普通改性沥青混合料容易产生低温开裂和疲劳开裂的状况。其有着很大的实用价值和广泛的推广应用前景。

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[4]张肖宁.沥青与沥青混合料的黏弹力学原理及应用 [M].北京:人民交通出版社,2006.

U443.33

B

1009-7716（2017）07-0117-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.07.034

2017-03-08

苏勇（1976-）,男,山东庆云人,工程师,从事工程公路市政桥梁施工管理工作。