公路工程温拌沥青混合料施工关键技术研究.pdf
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1、总651期2023年第21期(7月 下)0 引言温拌沥青混合料因具有明显的抗滑、防噪声、易于施工维修、行车舒适度高等优点,成为市政道路工程中应用最为广泛的筑路材料之一1。但温拌沥青混合料的施工质量受到施工阶段摊铺温度和碾压温度的影响显著,在长距离运输或者外界温度较低的情况下,温拌沥青混合料的摊铺温度与碾压温度存在不同程度的变异性,导致施工完成后温拌沥青混合料的使用性能和力学性质出现不连续的现象,在长期的运营过程中易引发各种病害2。为此,本文利用现场实测手段,在摊铺阶段和碾压阶段的温度场进行测试,分析其温度演变规律,提出相应的施工技术,并对施工效果进行评价。1 工程概况某市政工程二期线路全长 2
2、.580 km,里程范围为BZDK0+000BZDK1+580.000,线路起点位于某城市主干道,沿南北方向展线,重点位于另一城市主干道,道路规划红线宽度为50 m,设计为双线四车道,全线采用温拌沥青混合料铺设,路面结构从上至下共8层,具体结构分层、材料、几何参数和力学参数如表 1所示。表1 路面结构设计基本概况上面层中面层下面层细粒式SBS改性沥青混凝土中粒式沥青混凝土粗粒式SBS改性沥青混凝土4671 3001 2801 1501.701.200.82结构层名称材料厚度/cm20 抗压模量/MPa劈裂强度/MPa封层透层上基层下基层低基层改性乳化沥青改性乳化沥青5%厂拌水泥稳定碎石5%厂拌
3、水泥稳定碎石级配碎石11208201 4001 3002200.50.5表1(续)结构层名称材料厚度/cm20 抗压模量/MPa劈裂强度/MPa2 温拌沥青混合料在摊铺和压缩过程中的温度响应特征2.1 温拌沥青混合料的温度场基本方程在自然状态下,空间任意两点存在温度差异,就会发生热量的传递,热量传递过程根据能量守恒定律可以用导热偏微分方程进行描述。根据傅里叶导热基本定理,假设温拌沥青混合料为各向同性的连续介质,在其中任意一点(x,y,z)位置,取一个边长为dx、dy、dz的小立方体单元,在(x,y,z)点的温度为T,在x轴、y轴和z轴3个方向上的温度场按梯度变化,分别为Tx、Ty和Tz,在微元
4、体中流入的热量与流出的热量可分别用式(1)、式(2)进行描述。dx=-Txdydzdy=-Tydxdzdz=-Tzdydx(1)收稿日期:2022-12-01作者简介:张志敏(1981),男,山西运城人,硕士,高级工程师,研究方向为道路与桥梁工程。公路工程温拌沥青混合料施工关键技术研究张志敏(山西省交通建设工程质量检测中心(有限公司),山西 太原 030000)摘要:以某温拌沥青混凝土路面为实例,采用现场实测的方法对温拌沥青混合料摊铺阶段和碾压阶段的温度场进行了分析,并对其关键施工工艺进行研究,选取低温抗裂性指标和动稳定度指标评价其施工效果。结果表明,温拌沥青混合料温度从表面开始向上不断减小,
5、在温拌沥青混合料表面上部5 cm内温度下降剧烈;摊铺阶段,混合料上面层和中面层的内部温度和表面温度与呈现较为明显的线性关系;碾压阶段,混合料上面层和中面层的内部温度和表面温度与时间且呈现较为明显的指数关系;对温拌沥青混合料上面层的低温抗裂指标和动稳定度指标测试表明,施工效果良好。关键词:温拌沥青;温度特征;摊铺与压实;低温抗裂性;动稳定度指标;表面温度中图分类号:U414文献标识码:B26交通世界TRANSPOWORLDdx+dx=-()Txdydz+2Tx2dxdydzdy+dy=-()Tydxdz+2Ty2dxdydzdz+dz=-()Tzdydx+2Tz2dxdydz(2)式(1)(2)
6、中:为拉梅常数;为内源热量;T为温度。微立方体内单位时间内热量增加为 cTtdxdydz,其中为导热体密度,c为导热体比容。按能量守恒定量可以得到温拌沥青混合料的温度场基本方程如式(3)所示。()2Tx2+2Ty2+2Tz2+=cTt(3)2.2 温拌沥青混合料摊铺和碾压过程中的温度场响应在摊铺过程中,选取试验路段,研究温拌沥青混凝土面层以上温度的分布规律。温度监测点分别设定在沥青表面(0 cm)、距离沥青表面高度5 cm、15 cm、30 cm、50 cm和80 cm,观测温拌沥青混合料温度随时间的变化过程,温度采集时间分别为0 min、3 min、6min、9 min、12 min和15
7、min。图1为摊铺阶段温拌混凝土沥青混合料表面以上不同高度不同时间段的温度变化规律。可以看出,在相同的时间内,从温拌沥青混合料表面开始向上温度不断降低,在温拌沥青混合料表面上部5 cm以内温度下降剧烈,5 cm以上温度下降速率较小。温拌沥青混合料表面的温度场响应特征主要是由于温拌沥青混合料与空气之间存在着热对流和热传递产生的。刚摊铺的温拌沥青混合料温度明显高于表面以上空气温度,温拌沥青混合料的热量不断向空气中散发,导致空气产生气流运动,不断地将沥青表面的热量带走,另一方面,热量向上辐射的强度不断降低,因此在垂直方向上,随深度升高温度不断降低。图1 温拌沥青混合料摊铺阶段不同时间段不同高度处的温
8、度变化规律图2为摊铺阶段温拌混合料沥青混合料表面和内部不同时间段的温度变化规律。可以看出,温拌沥青混合料上面层和中面层的内部温度和表面温度均随着时间的增加而不断减小,且呈现较为明显的线性关系。对温拌沥青混合料上面层和中面层的内部温度和表面温度与时间的拟合关系表明,温拌沥青混合料表面温度和内部温度与时间均具有良好的线性回归关系,拟合系数均大于0.85,拟合关系如式(4)式(7)所示。T1=-1.5904t+122.47,R2=0.8719(4)T2=-1.1933t+121.64,R2=0.8719(5)T3=-1.6066t+158.03,R2=0.9664(6)T4=-1.6303t+157
9、.77,R2=0.9674(7)式(4)(7)中:T1为摊铺阶段温拌沥青混合料上面层表面温度,单位;T2为摊铺阶段温拌沥青混合料中面层表面温度,单位;T3为摊铺阶段温拌沥青混合料上面层中部温度,单位;T4为摊铺阶段温拌沥青混合料中面层中部温度,单位;t为时间;R为拟合系数。图2 不同时间段温拌沥青混合料摊铺阶段表面温度和内部温度变化规律为研究碾压阶段温拌沥青混合料温度随时间的变化过程,在里程 BZDK1+800.500温拌沥青混合料中面层、上面层表面和中部分别设置温度传感器,温度采集时间为036 min,采集时间间隔为3 min。图3为碾压阶段温拌混合料沥青混合料表面和内部不同时间段的温度变化
10、规律。可以看出,温拌沥青混合料上面层和中面层的内部温度和表面温度均随着时间的增加呈现非线性减小,具有明显的指数关系。对温拌沥青混合料上面层和中面层的内部温度和表面温度与时间的拟合关系表明,温拌沥青混合料表面温度和内部温度与时间均具有良好的指数回归关系,拟合系数均大于0.85,拟合关系如式(8)式(11)所示。T1=150.28exp(-0.021t),R2=0.9652(8)T2=115.20exp(-0.013t),R2=0.8541(9)T3=172.78exp(-0.015t),R2=0.9410(10)T4=156.16exp(-0.012t),R2=0.9411(11)式(8)(11
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