收稿日期:2024-01-19
作者简介:牟军(1980—),男,本科,工程师,研究方向:农村公路建设管理。
摘要 文章旨在探讨温拌沥青混合料在农村公路养护工程中的应用,通过分析其施工技术要点及对环境和经济的影响,验证了温拌技术在提升公路养护质量、延长道路使用寿命、节能减排等方面的优势。结合工程实例,阐述了温拌技术的种类以及优势,分析探究了温拌沥青混合料的性能,并分析总结了温拌沥青混合料的施工技术要点。研究结果表明,温拌沥青混合料不仅能够显著提高路面性能,还能在降低环境影响和施工成本等方面发挥重要作用,是一种值得推广的绿色养护材料及技术。
关键词 农村公路养护;温拌沥青混合料;性能探究;施工要点
中图分类号 U418.6文献标识码 A文章编号 2096-8949(2024)09-0051-04
0 引言
在我国广袤的农村地带,公路网络是连接偏远村落、促进地区经济发展的关键纽带。这些公路对于农产品的销售、居民的出行以及整体社会福祉起着至关重要的作用。然而,农村公路的建设和维护面临着预算紧张、技术更新缓慢和维护资源有限等难题,尤其是在选择和应用经济高效的路面材料方面[1]。近年来,随着环保和节能意识的提升,温拌沥青混合料作为一种创新的道路铺设材料,在农村公路养护项目中得到了越来越多的应用。与传统热拌沥青相比,温拌沥青混合料的施工温度较低,不仅能有效降低能源消耗和环境污染,还有助于提高路面的施工质量,延长使用寿命。该文以具体工程为例,旨在深入探讨温拌沥青混合料在农村公路养护中的有效应用,研究分析温拌技术的种类与技术优势、性能以及施工技术要点,以供同类型项目参考。
1 工程概况
在江苏某市级行政区域内,六个县区广泛铺设了农村公路网络,这些公路大多采用了水泥混凝土作为路面材料。截至2020年年初,该市农村公路的总长度达到了35 120 km,这一数字占到了市内公路总长度的91.24%。目前,该市的每个行政村都已建成并硬化了通村公路。在这些农村路网中,还包括了许多采用了简化施工方法的路面。自该市农村公路网络建立并运营以来,由于遭受车辆负载、持续使用、自然条件等多重外部因素的作用,部分路段已经出现了沉降、水泥板裂缝、坑洼和断裂等各类问题,这些问题仍在不断加剧。为了提升道路的耐久性,迅速恢复其正常使用功能,增强行车的安全性和舒适度,地方道路管理机构经过多轮讨论,最终决定采用温拌沥青混合料进行农村公路的维护和修复工作。
2 温拌技术
2.1 种类
温拌沥青技术的种类包含了多种不同的施工技术,旨在通过降低沥青混合料的施工温度改善环境影响和工作效率,同时保持或提升道路的性能。以下是几种施工技术的详细介绍:
(1)沥青发泡技术:这种技术通过在沥青中注入水,在高温下水迅速蒸发形成泡沫,从而降低沥青的黏度,提高了沥青混合料在较低温度下的可工作性[2]。沥青发泡技术通过降低混合料的施工温度,减少能源消耗和有害气体排放,同时保持了混合料的优良性能。
(2)有机添加剂技术:在这一技术中,常用的添加剂包括蜡类物质等,它们的加入可以在不显著提高外部温度的情况下,通过降低其熔点减少沥青混合料的黏度。这种方法不仅能有效降低施工温度,还能通过添加剂的润滑作用提高混合料的性能。
(3)表面活性剂技术:使用表面活性剂作为温拌沥青混合料的一部分,虽然不直接改变沥青的黏度,但能显著影响集料和沥青之间的界面作用力。通过降低这些微观界面的摩擦力,可以提高混合料的可工作性和道路的最终性能。
2.2 优势
温拌沥青混合料的技术优势涵盖了环境、经济和施工效率等方面的一系列改进,这些优势共同推动了其在现代道路建设中的广泛应用。
(1)环保效益显著:在生产过程中,热拌的高温条件会导致大量的有害气体释放,比如沥青烟和多环芳烃。这些有害物质對工人健康构成威胁,并且会释放大量对环境有害的气体,成为温室效应的一个重要因素。而与热拌相比,温拌的施工过程中排放的有毒气体显著减少。有害气体排放对比见表1所示。
使用温拌技术可以在沥青混合料的生产和施工过程中降低所需的加热温度,从而减少沥青烟和其他有害气体的排放。此外,温拌沥青技术有效减少的碳排放量可以达到29.4%。这一点不仅有利于改善施工现场的工作环境,而且对减少整个项目的环境足迹具有重要意义[3]。
(2)节能减排:传统的热拌沥青混合料需要在较高温度下进行加热和混合,这不仅消耗大量能源,还会产生大量的烟雾和温室气体排放。相比之下,温拌技术可以在较低的温度下完成沥青的混合和摊铺工作,从而显著减少能源消耗和对环境的影响。此外,温拌沥青技术减少的热量消耗直接转化为经济成本的节省,为道路建设项目带来经济效益。生产1 t热拌沥青混合料通常需要消耗8.03 kg燃油或者10 kg煤粉,而生产1 t温拌沥青混合料仅消耗5.7 kg燃油。因此,选择温拌沥青的生产过程能显著降低能源消耗,能效提升至少29%以上。同时,减少了因燃料燃烧产生的有害气体排放,有助于减少工地附近空气质量的恶化,改善施工现场的工作环境,提高施工人员的工作条件。
(3)延缓沥青老化:传统的热拌工艺在高温条件下进行,这种高温不仅消耗更多的能源,还会加速沥青的老化过程,从而影响道路的长期性能和耐久性。相比之下,温拌技术通过在更低的温度下进行混合和施工,可有效减少沥青的热氧化和挥发性有机物的排放,从而减缓了沥青的老化速率,有助于提高道路的使用寿命和长期性能。
(4)提高施工灵活性:温拌沥青混合料技术使得在较低温度条件下也能进行沥青的施工,极大地提高了公路养护和施工的灵活性。这意味着在气候较冷的地区或季节也能进行有效的道路建设和维护工作,克服了传统技术在低温条件下施工困难的限制。
3 温拌沥青混合料的性能探究
3.1 原材料
在该工程项目中,采用的关键材料包括矿粉、ZS料场集料和SBS改性沥青,这些材料均符合相关的行业标准与规范要求。為了提升沥青混合料的整体性能,工程中加入了特定比例的温拌剂,这一步骤不仅能够优化混合料的性质,还有助于简化温拌沥青的施工流程。值得注意的是,温拌剂的使用不会给沥青路面带来腐蚀或污染问题。
在综合考虑了多个因素后,该工程项目将乳化型温拌剂作为首选[4]。这种温拌剂的加入,有效地锁定了混合料内部的细微水分,并在混合过程中形成了一种润滑结构,这不仅阻止了沥青胶结料的团聚现象,还在较低的温度条件下增强了混合料的可操作性。此外,乳化型温拌剂的润滑特性在碾压过程中显现出来,有助于集料的重排和骨架结构的形成,从而提升了混合料的密实度。
碾压完成后,乳化型温拌剂形成的临时润滑结构将在机械作用和自然条件的影响下逐步消失。这一过程有利于提升沥青胶结料与集料之间的黏结性能,加速锚固结构的建立,从而确保了道路材料的长期稳定性和耐用性。
3.2 性能试验
在选择了合适的温拌剂类型和投加量之后,依据相关试验标准,对某农村道路养护项目中应用的温拌沥青混合料进行了一系列性能测试。
3.2.1 沥青材料
在农村公路养护工程中,施工前对未添加和已添加乳化型温拌剂的沥青混合料进行了性能测试。如表1所示,展示了不同比例的乳化型温拌剂添加对沥青材料软化点和延伸性的影响。
表1 不同乳化型温拌剂比例下沥青材料的
软化点和延伸性
温拌剂添加比例/% 0 1 2 3 5
沥青软化点/℃ 45 40.2 45.3 47.5 48.6
沥青延伸性/cm 108.5 116.6 120.8 123.3 124.5
由表1可知,向沥青混合料中加入乳化型温拌剂能有效增强沥青与集料的黏结力[5]。在不同比例的温拌剂添加实验中,2%的添加量在改善黏附性方面表现出较好的效果。同时,软化点是衡量沥青混合料抗热软化能力的指标,而延伸性则反映了沥青混合料在低温条件下抗裂性的能力。通过对不同温拌剂添加比例的测试,发现2%的添加量可使沥青材料的软化点与延伸性达到一个较好的平衡点,即在保持较高软化点的同时,也确保了良好的延伸性,这意味着在高温和低温条件下都能表现出较好的性能。此外,在增加温拌剂的比例进一步提高沥青混合料性能的同时,也需要考虑成本效益比。从实验数据来看,2%的温拌剂添加量在提升沥青混合料性能的同时,也是一个经济有效的选择。相比之下,更高比例的添加量虽然能进一步提升某些性能指标,但成本增加和性能提升之间可能不是线性关系,而2%的添加量则提供了一个较为合理的性能与成本之间的折中方案。综合评估沥青材料的软化点和延伸性等指标后,最终选定了2%的乳化型温拌剂加入量作为最佳方案。沥青材料的针入度与温拌剂加入量之间的关系则进一步验证了这一决定,见图1所示。
3.2.2 沥青混合料
深入评估沥青混合料的应用效果后,施工团队采取了从拌和站提取沥青样本的策略,并对热拌与温拌进行了性能测试。性能测试的结果如表2所示。
从表2中可以看出,旋转压实反算次数与孔隙率之间存在一定的关系。孔隙率随着旋转压实次数的增加而减少,反映了混合料的压实度在提高。同时,通过对比热拌和温拌工艺下的流值和稳定度数据,可以发现温拌工艺在某些条件下能够提供与热拌相当甚至更优的性能指标,尤其是在较低温度下。在沥青混合料的生产过程中,当拌和温度设置在135~165 ℃范围内,可观察到随着拌和温度的提高,无论是热拌还是温拌沥青混合料,其稳定性都有所增强,并且其孔隙率持续减少。在相同的温度条件下,温拌沥青混合料的孔隙率明显低于热拌沥青混合料。通过深入比较发现,150 ℃下生产的温拌沥青混合料在性能上与165 ℃下生产的热拌沥青混合料相当,且温度的变化对旋转压实的孔隙率影响不大。
图1 针入度与温拌剂加入量之间的关系图
4 温拌沥青混合料的施工技术要点
4.1 原路面处理
在对农村公路进行养护工作前,施工队伍应采取预处理措施,如使用铣刨机械清除原有路面,并进行路面裂缝的修补。在这次工程中,施工团队运用了WTG型号的路面铣刨机对原农村公路表面的损坏部分进行了有效的铣刨处理。为了确保公路基层的彻底清洁,还额外使用了人工清理和专业的清洁车辆。根据工程需求,估算该次施工需要使用大约1.5 t的高性能黏结剂提升路面的整体质量和耐久性。
4.2 混合料运输
对于长时间运输的沥青混合料,应在其表面覆盖保护层,如篷布等,以维持其温度,防止因温度下降而影响施工质量。在极端天气条件下,比如高温或低温,使用保温车辆运输冷拌沥青混合料,确保其温度保持在理想范围内。在沥青混合料装载阶段,应事先对储存罐进行彻底清洁,确保没有残留物质。在运输过程中,精确控制保温罐的温度,避免温度过高或过低损害沥青混合料的性能。如果检测到沥青混合料的温度低于标准(80 ℃),应采用加热措施,如导热油加热等。在装载和运输过程中,应确保清洁度,车厢内应涂抹防黏剂。抵达工地后,应对混合料进行全面检测,若有结块或分层应立即废弃,不得用于工程。材料到达后,由指定人员指挥,专业团队依照特定程序进行卸载,确保卸载位置满足现场需求,避免因长时间等待或存放过久影响材料性能。
4.3 摊铺与碾压
在铺设温拌沥青时,施工速度应维持在每分钟铺设3~4 m的范围,并需要调整铺平机的熨平板角度至最低。同时,需要切换摊铺机至高频率振动,但振幅较低的工作状态。为了确保沥青的良好铺设效果,施工的温度应控制在140~150 ℃,而铺设的沥青层厚度则应在2.1~
2.2 cm。在随后的压实阶段,首先应使用钢轮压路机对路面进行初步压实,控制在1~2次的压实遍数。接下来,使用胶轮压路机进行二次压实以增强路面结构。此时,需要多达3~5次的压实遍数,从而达到所需的路面密实度标准[6]。
4.4 成本效益分析
在维护农村公路时,采用温拌沥青混合料不仅能够有效解决路面问题,还能提升道路性能,从而避免对原有路面进行大规模挖掘和重建的需要。在该项目中,待养护的公路总长达到12 480 km,原始的混凝土路面厚度为25 cm,路宽大约6 m。若全面进行开挖重建,将需要约250万吨的碎石和水泥,同时还将产生同等量的建筑废料,这对周边环境造成极大的负担。通过使用温拌沥青混合料进行路面病害修复,不但大幅减少建筑材料的消耗,延长了公路的使用年限,而且对环境的保护效果显著,实现了经济与社会效益的双赢。
5 结束语
综上所述,该研究通过对温拌沥青混合料在农村公路养护中的应用进行全面分析,证明了温拌技术在提高公路养护质量、延长道路使用寿命、降低环境影响和施工成本等方面的显著优势。研究发现,采用温拌沥青混合料不仅能够改善路面性能,还能促进节能减排,有利于可持续发展目标的实现。未来,随着温拌技术的不断完善和应用范围的扩大,其在农村公路养护中的应用将更加广泛,对推动我国农村公路建设和养护工作的科学化、标准化发展具有重要意义。
参考文献
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