碾压式沥青混凝土负温施工试验

（一）施工模拟试验条件

碾压式沥青混凝土负温施工研究试验共分三场进行。第一场试验场地长120m，以沥青混凝土低温施工试验段为基础层，试验时将试验场地等分为三段，各段分别摊铺沥青含量为6．5%、7．0%、7．5%的沥青混凝土混合料，每段再等分为3个单元（长约13m），每个单元又分为盖帆布碾压和裸露碾压两部分，心墙摊铺宽度为50cm；第二场、第三场试验场地长25m，试验时将试验场地等分为三段（长约8m），各段分别摊铺沥青含量为6．5%、7．0%、7．5%的沥青混凝土混合料，并采用相同的碾压方式进行碾压。

在碾压式沥青混凝土负温施工研究试验中，第一场试验的拌和设备采用吉林公路工程设备厂生产的拌和楼，摊铺方式为机械摊铺；第二场、第三场试验的拌和设备为中水一局的骨料加热设备和搅拌机，摊铺方式采用人工摊铺。

施工时段内气温范围为-17～-2℃，西北风3～4级，满足风力小于4级的要求。

（二）试验用施工配合比

碾压式沥青混凝土在负温条件下施工模拟试验的配合比与低温施工模拟试验的配合比相同，以检验该沥青混凝土配合比可否在负温情况下应用。

（三）试验用碾压参数

借鉴尼尔基碾压式沥青混凝土防渗心墙低温施工模拟试验成果，第一场不同沥青含量的碾压式沥青混凝土负温施工模拟试验均按如下方式进行碾压：

（1）BW120AD—3振动碾静碾2遍+动碾6遍+WALO70振动碾动碾4遍+收光2遍。

（2）BW120AD—3振动碾静碾2遍+动碾8遍+WALO70振动碾动碾4遍+收光2遍。

（3）BW120AD—3振动碾静碾2遍+动碾10遍+WALO70振动碾动碾4遍+收光2遍。

第二场、第三场不同沥青含量的碾压式沥青混凝土负温施工模拟试验采用BW120AD—3振动碾静碾2遍+动碾6遍+静碾2遍收光的碾压方式进行碾压。

（四）沥青混凝土的保温措施与混合料温度损失

为了检验碾压式沥青混凝土防渗心墙低温施工时的保温措施是否可以在负温情况下使用，在负温施工时仍然采用低温施工时的保温措施和沥青混凝土混合料拌和温度（即沥青温度加热到160～170℃；矿料的加热温度控制在180～190℃；沥青混凝土混合料出机口温度控制在165～175℃），根据混合料温度损失检验结果评价保温措施和沥青混凝土混合料温度控制标准的可行性。沥青混凝土混合料温度检测结果见表4-22。

从表4-22中可以看出，三场试验沥青混凝土的拌和、碾压施工温度和碾压后保温罩内温度均在控制范围内，说明采用的沥青混凝土混合料的温度控制标准和保温措施在负温下使用是可行的。这对沥青混凝土的均匀性、可塑性及层间结合问题提供了安全保证。

（五）沥青混凝土碾压施工试验成果分析

在碾压式沥青混凝土碾压施工结束后对已经冷却的沥青混凝土钻芯取样，通过芯样检测分析负温施工后施工层及其层间结合部位的碾压式沥青混凝土的表观密度、孔隙率等性能试验结果，研究可能导致质量缺陷的补救措施，确定最佳效果的低温碾压施工方案，以保证碾压式沥青混凝土施工质量。碾压式沥青混凝土低温施工研究成果见表4-23。

表4-22　沥青混凝土混合料温度检测试验结果

表4-23　碾压式沥青混凝土负温施工研究试验成果(www.xing528.com)

注 A为BW120AD—3振动碾静碾2遍、动碾6遍+WALO70振动碾动碾4遍、静碾2遍；
B为BW120AD—3振动碾静碾2遍、动碾8遍+WALO70振动碾动碾4遍、静碾2遍；
C为BW120AD—3振动碾静碾2遍、动碾10遍+WALO70振动碾动碾4遍、静碾2遍；
E为BW120AD—3振动碾静碾2遍、动碾6遍、静碾2遍。

从表4-23中可以看出，试验用碾压式沥青混凝土拌和系统在-6℃以上的计量精度可以满足设计使用要求，但温度低于-6℃且不采取适当的保温措施的情况下是不能满足设计要求的，这是因为热沥青在管道中热量损失较大，热沥青的粘滞性增大，流动性减小，计量时沥青含量偏大。因此，为安全起见，在环境温度低于-6℃时，对目前普遍采用的碾压式沥青混凝土施工用拌和系统必须采取适当的保温措施，以确保碾压式沥青混凝土拌和用料的计量精度。为将本次试验进行下去，在环境温度低于-6℃时采用中水一局自制的简易的拌和系统，对碾压式沥青混凝土混合料进行拌和，试验结果表明，由于中水一局拌和系统在计量前没有采用二次筛分工艺，试验用料是直接采用骨料加工破碎筛分系统生产的骨料，因此一旦骨料加工破碎筛分系统的骨料级配控制不严格，将导致试验用混凝土骨料级配偏差较大，因而在实际生产中应严格控制骨料加工破碎筛分系统中各级筛子的筛分质量。

图4-15　沥青含量与孔隙率关系曲线（盖布碾压）

图4-16　沥青含量与孔隙率关系曲线（不盖布碾压）

图4-17　碾压遍数与孔隙率关系曲线（盖布碾压）

图4-18　碾压遍数与孔隙率关系曲线（不盖布碾压）

从图4-15和图4-16中可以看出，无论是盖布碾压，还是不盖布碾压，在选定的碾压遍数下，沥青混凝土孔隙率随着沥青含量的增加而降低；从图4-17和图4-18中可以看出，在满足设计要求的密实度情况下，盖布碾压与不盖布碾压的沥青混凝土孔隙率与碾压遍数关系曲线在沥青含量为6．5%时出现了不一致的现象，其原因可能是试验过程中材料的匀质性问题，也可能是由于盖布碾压具有一定的“闭气”，造成弹性碾压效应（盖布碾压时由于振动碾压以后浮于沥青混凝土表面的沥青浸入帆布而阻碍了夹杂在沥青混凝土中的热空气的排出，形成弹性碾压效应），由于其规律和7．0%沥青含量的沥青混凝土的孔隙率与碾压遍数关系是一致的，因而我们更倾向于后一种观点。当沥青含量为7．6%时盖布碾压与不盖布碾压的沥青混凝土孔隙率与碾压遍数关系曲线是一致的，即在碾压遍数合适的前提下再提高碾压遍数不利于沥青混凝土的密实性，因为过度增加碾压遍数会造成沥青混凝土扰动破坏，使本已密实的沥青混凝土内部产生微裂隙，从而增大沥青混凝土的孔隙率。也就是说，在沥青混凝土施工配合比相同的情况下，沥青混凝土的孔隙率并不是随着碾压遍数的增加而普遍降低，存在一个最佳碾压遍数；在碾压遍数相同的情况下，沥青混凝土的孔隙率随着沥青含量的增加而普遍降低，而且不同沥青含量的沥青混凝土的最佳碾压遍数是不同的，即最佳碾压遍数随沥青含量的增加而减少。结合碾压式沥青混凝土低温施工研究成果与表4-23中的试验结果，可得出如下结论：当沥青含量为6．5%时，BW120AD—3振动碾静碾2遍、动碾8遍+WALO70振动碾动碾4遍、静碾2遍为最佳碾压方式；当沥青含量为7．0%时，BW120AD—3振动碾静碾2遍、动碾6遍+WALO70振动碾动碾4遍、静碾2遍为最佳碾压方式；当沥青含量为7．5%时，BW120AD—3振动碾静碾2遍、动碾6遍+WALO70振动碾动碾4遍、静碾2遍为最佳碾压方式（该碾压方式在所有设计碾压方式中碾压遍数最少）；当温度为-17～0℃时，BW120AD—3振动碾静碾2遍、动碾6遍、再静碾2遍收光能获得满足设计要求的沥青混凝土。结合表4-23与上述结论不难发现，在沥青混凝土负温施工研究中，对于不同沥青含量情况下沥青混凝土最佳碾压方式的选择，并不是以该碾压方式下沥青混凝土孔隙率最低为依据，而是在孔隙率小于3%的前提下，选择碾压遍数最少的碾压方式作为最佳碾压方式。因为在沥青混凝土负温施工中，沥青混凝土温度的下降速度很快，如果碾压遍数过多，反而会造成沥青混凝土本身的结构破坏，从而严重影响沥青混凝土的防渗效果。因此，特别值得注意的是：施工环境温度越低，越应该严格控制对沥青混凝土混合料的碾压遍数，碾压遍数过多反而会降低沥青混凝土的防渗性能。因此，不同沥青含量的沥青混凝土在负温条件下的最佳碾压参数并不是以追求碾压后沥青混凝土的孔隙率最低为原则，而是在满足孔隙率小于3%的设计要求的前提下，选择碾压遍数最少的碾压方式作为最佳碾压方式。由于盖布碾压不仅可以有效地减小风力造成的沥青混凝土表面温度的散失，而且还可以防止振动碾在碾压过程中出现的粘碾轮、卡碾子的现象，从而延长振动碾的使用寿命，而且盖布碾压还可以防止沥青混凝土表面的沥青—填料相因粘附在碾轮上而被带走，有效地保证了沥青混凝土心墙的匀质性和层间结合效果，因而盖布碾压应作为碾压式沥青混凝土负温施工技术的有效措施之一。

综上所述，在-17～0℃、风速3～4级这一环境条件下，选择合适的施工配合比，控制沥青混凝土混合料的入仓温度在150～170℃之间，在沥青混凝土混合料表面用帆布进行适当的覆盖，碾压后用保温罩进行适当的保温，配备经验丰富的施工人员，按照最佳碾压遍数进行碾压，对碾压后的沥青混凝土进行必要的保护，在尼尔基水利枢纽工程等寒冷气候环境条件下进行碾压式沥青混凝土负温施工是可行的。

（六）试验小结

通过沥青混凝土负温施工模拟试验，在沥青混凝土负温施工技术方面取得了如下研究成果：

（1）适当调整碾压式沥青混凝土的施工拌和温度，确定适宜的碾压式沥青混凝土碾压施工参数，保证沥青混凝土层间结合面具有适宜的温度，采用适宜的保温装置覆盖负温施工后的沥青混凝土仓面，可以有效地减缓沥青混凝土的温降速度，使沥青混凝土有足够的时间完成内部的自我愈合，确保碾压式沥青混凝土防渗心墙的施工质量。

（2）在沥青混凝土混合料配合比、施工温度控制良好，施工参数合理，保温措施得当，施工人员具有相当经验和专业技能的前提下，碾压式沥青混凝土在-17～0℃低温范围内进行负温碾压施工是可行的，其碾压施工质量是能够得到保证的。

（3）目前普遍采用的碾压式沥青混凝土拌和系统在-6℃以上环境气温下其计量精度可以满足水工碾压式沥青混凝土设计使用要求，当环境气温低于-6℃时必须对碾压式沥青混凝土拌和系统进行保温处理，采用简易拌和系统时应严格控制骨料筛分系统的筛分质量。

（4）采用盖布碾压可以有效防止碾压式沥青混凝土混合料表面温度损失，解决沥青混凝土混合料粘碾轮的实际问题，延长振动碾的使用寿命，保证了碾压式沥青混凝土在-15℃以上环境气温下的施工质量。