橡胶沥青混合料配合比设计与施工技术在高速公路的应用研究
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作者: 贺玉喜
摘要:采用废旧轮胎橡胶粉改性沥青作为一种新型的改性沥青,由于其独特的路用性能和环保效益及相对较低的成本投入,正在得到普遍的推广和应用。本文结合工程实例,详细阐述了高速公路沥青路面采用橡胶沥青混合料的配合比设计要点,并对其施工技术和检测进行了深入探讨和总结。实践证明,沥青路面采用橡胶沥青混合料对防治路面反射裂缝效果良好。
关键词:橡胶沥青混合料;配合比设计;施工技术;高速公路;检测
中图分类号:U416.218
文献标识码:B
文章编号:1008-0422(2010)08-0205-02
1引言
橡胶沥青混合料在美国、加拿大、欧洲等发达国家和地区公路工程中已得到普遍应用,近年来我国也开始对橡胶粉改性沥青进行研究,已在在江西、湖北、四川、湖南、北京等地沥青公路路面工程中逐步推广使用。
废旧轮胎中含有天然橡胶、合成橡胶、硫磺和碳黑等成分,是道路沥青良好的改性剂。国内外研究表明,废旧橡胶粉可明显提高基质沥青的使用性能;橡胶沥青混合料具有优良的高温稳定性、低温抗裂性、抗水损害能力,其抗老化性能和抗疲劳性能更优于其他改性沥青混合料,橡胶沥青混合料摊铺成高油石比的高弹性低噪音路面,可有效地阻止水对路面的破坏,提高行车的舒适性,降低噪声污染,减薄路面层的厚度,抵抗重交通荷载和不良气候的影响,适宜于高等级公路沥青路面工程。近年来,在湖南常吉、衡炎及国内多条高速公路或改造路段面层及应力吸收层得到了应用,现对橡胶沥青混合料配合比设计与施工进行如下分析探讨。
2项目概况
某高速公路第25标段试验路段,沥青面层采用4cm厚AR-AC13橡胶沥青混合料,并设置平均厚度为1cm的橡胶沥青SAMI应力吸收层,以防止沥青路面的反射裂缝并起到防水的作用。
本标段选取了路面纵断面线形较好的2km长路段(K82+000~K84+000),作为橡胶沥青混合料路面试验路段,橡胶沥青路面结构见图1。
3AR-AC13橡胶沥青混合料配合比设计
3.1原材料选择
3.1.1基质沥青
本项目采用AH-70基质沥青,其主要技术指标经测定满足规范要求,技术要求主要参照JTGF40-2004《公路沥青路面施工技术规范》,测定结果见表1。
3.1.2集料
AR-AC13橡胶沥青混合料中,粗集料多,细集料少,所以必须采用坚固、针片状含量少,同时有较好黏附性能的石料。本试验路采用本地碎石,填料采用P.O.32.5缓凝水泥,以增强沥青与石料的黏附性。经验证,所采用集料的主要技术指标均能满足规范要求,集料试验结果见表2。
3.1.3橡胶粉
废旧轮胎生成的橡胶粉颗粒表面呈羽絮状,表面呈毛刺状,比表面积较大,这样的结构利于橡胶与沥青的吸附。本试验路采用某橡胶粉厂生产的20目胶粉。橡胶粉质量标准指标符合表3要求。
3.2橡胶沥青混合料配合比设计
项目根据地区的气候条件以及橡胶沥青混合料的技术特点,取5.4%作为AR-AC13橡胶沥青混合料的设计空隙率。其矿料设计级配范围见表4。
表4的橡胶沥青混合料级配,参考了国外的级配范围,本试验路的混合料配合比要求较高的粗集料含量,粗集料骨架结构的形成,将有效避免橡胶颗粒干涉压实作用;这种混合料的细集料较少,形成类似于SMA的断级配形式,混合料的设计油石比为8.4%。
4橡胶沥青路面施工技术及质量控制措施
4.1橡胶沥青的制备
橡胶沥青制备采用现场改性方法,在生产工艺中,搅拌速度、反应时间及温度等因素影响橡胶沥青品质,需根据实际情况确定。其中,反应温度尤其重要,橡胶沥青的生产温度宜控制在180℃~195℃,反应时间一般为45~60min。
本次试验段基质沥青采用AH-70沥青,橡胶粉采用某橡胶粉厂20目胶粉,80%基质沥青与20%的橡胶粉。由于橡胶粉与沥青的反应过程较慢,橡胶沥青采用间歇式方式加工,先将AH-70基质沥青加热到170℃左右,再将基质沥青和橡胶粉按确定的比例同时加入橡胶沥青混融罐中,通过快速升温罐将混合料升温至190℃~200℃,再泵入反应釜中反应45min,使橡胶粉与沥青的反应充分,同时也可减小橡胶沥青离析的问题。橡胶沥青的出料温度控制在200℃左右。
橡胶沥青的性质有多项指标表示,其中黏度指标对于橡胶沥青特别重要,高温黏度能够反应橡胶沥青的可施工性能,而且对胶粉掺量敏感、与混合料性质相关性好。所以在橡胶沥青拌制混合料之前,进行了黏度等指标检测,检测结果见表5。
4.2橡胶沥青混合料的搅和
本工程采用LB2000型沥青混凝土拌和楼,筛网设置决定了混合料级配的稳定性和生产经济性,根据本试验路所用矿料的级配情况,热料仓选择的筛网孔径为18.0、11.0、6.0、3.0mm,混合料中粗集料用量比例较大,生产过程中需要严格控制好拌和楼冷料上料速度与热料仓的料位平衡。
加工好的橡胶沥青成品罐直接与拌和楼对接,由于橡胶粉能吸收沥青中的油分,使稠度增加,橡胶沥青裹敷在碎石表面的沥青膜大为增厚,为了增强辉绿岩集料与橡胶沥青的粘结性能,特掺入2.5%的缓凝水泥作为抗剥落剂,水泥从矿粉仓进入拌和锅。生产过程中,拌和周期约为60s,其中干拌约8s,湿拌约40s,要求拌出的沥青混合料沥青裹覆得均匀,无花白料。沥青加热温度为180℃~190℃,矿料加热温度为190℃~200℃,混合料出厂温度控制在185℃左右。
4.3橡胶沥青混合料运输
为了确保摊铺时混合料的温度保持在175℃左右,混合料应采用大吨位自卸车运输,运料时所有车辆采取加盖双层棉被等保温措施。开始摊铺时,现场待卸料车辆不得少于5辆,以保证连续摊铺。卸车时需做到不掀开棉被,直接卸料。
4.4橡胶沥青混合料摊铺
橡胶沥青混合料温度一旦下降,混合料将难以碾压,为了保证压实度和平整度,需要采取措施保证摊铺机的连续运作。本试验路采用2台摊铺机联合摊铺:1台ABG423摊铺机,摊铺宽度为6.25m,摊铺主车道和路肩一侧;1台ABG325摊铺机,摊铺宽度为4.25m,摊铺超车道一侧,摊铺速度约2.5m~m・min-1。由于混合料的级配较粗,摊铺时在搭接位置和路缘带附近容易出现集料离析带,为防止横向离析,在ABG325摊铺机加装了一个螺旋叶片及前挡板,并适当调整了搭接宽度。此外,为防止摊铺过程中出现温度离析,导致碾压不足的现象,应保证摊铺作业的连续性,协调好运输车与摊铺机的衔接,切勿出现停机待料的情况。
4.5橡胶沥青混合料碾压
橡胶沥青级配混合料级配粗,胶结料黏稠,相比普通动压实功。橡胶沥青级配混合料不推挤,初压就可以采用振动方式紧跟摊铺机进行碾压。为了防止黏轮和泛油现象,本试验路采用了4台双钢轮压路机在全宽范围内分别紧跟2台摊铺机负责约半个摊铺路面的压实。碾压遍数为:先初压2遍,前进时静压后退时振压,复压3遍,前后开振,最后终(静)压2遍,碾压速度控制在4km・h-1以下。
5 路面检测与施工效果分析评价
试验路完工后,实验室按照验收评定相关要求,组织了对部分验评项目的现场检测,检测项目包括渗水系数、构造深度和压实度。
为检验路面的密水效果和表面抗滑性能,对完工路面的6个位置进行了检测,每个位置取3个测点进行渗水系数和构造深度试验,测试结果取均值。检测点路面渗水系数均符合设计要求(渗水系数设计值要求不大于120mL.min-1);表面构造深度均值大都控制在1.1mm左右,表明设计的混合料具有较好的抗滑性,施工均匀性也较为理想。
为了检验路面的压实效果,对路面压实度进行了检测,试验结果见表6。芯样厚度、马氏压实度和理论压实度均满足技术要求,路面现场空隙率为5.3%,与配合比设计空隙率基本吻合,表明采用的碾压工艺合理,取得了预期效果。本工程通车一年后检测,未发现大的反射裂缝现象发生,说明采用路面橡胶沥青混合料施工取得了良好的实际效果。
6结语
综上所述,橡胶沥青混凝土能全面提高路用性能,能很好迎合道路路面工程对高性能沥青混凝土不断增长的需求,同时实现低污染回收利用废旧轮胎,应用前景远大。室内的初步试验表明,橡胶粉能同时显著改善沥青混合料的高温稳定性、抗水损坏性能和低温性能,使公路路面综合性能得到较大范围的提高。
此外,橡胶沥青混合料施工工作性很好,施工温度的要求不超过其他改性沥青,运卸铺离析减少,施工工艺只须在现有机械设备基础上稍作调整,技术指标和手段进行少量的补充,就可以更好控制施工质量。可以预见,未来几年橡胶沥青混合料在我国沥青路面工程中具有广阔的应用前景。
参考文献:
[1]黄文元.轮胎橡胶粉改性沥青路用性能及应用研究[D].上海:同济大学,2004.
[2]王伟.橡胶沥青混合料高温性能研究[D].上海:同济大学,2008.
[3]JTGF40-2004.公路沥青路面施工技术规范[S].
[4] 交通部公路科学研究院.橡胶沥青及混合料设计施工技术指南[M].北京,人民交通出版社,2009,1.
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