馬亮
【摘 要】通過丹通高速公路路面第二合同段的ARAC-20橡膠瀝青中面層的施工,對施工中橡膠瀝青的生產(chǎn)、橡膠瀝青的改性原理及橡膠瀝青道路的優(yōu)點(diǎn)、配合比設(shè)計(jì)及施工工藝控制要點(diǎn),闡述了橡膠瀝青應(yīng)用于高速公路建設(shè)中的施工要點(diǎn)。橡膠瀝青混合料的生產(chǎn)過程中特別關(guān)注兩個重要參數(shù),溫度和拌和時間。其中溫度主要包括橡膠瀝青的加工溫度、儲存溫度、混合料的拌和溫度;時間主要包括橡膠瀝青的加工時間、拌和時間、混合料的拌和時間。在施工過程中也要控制好所有的工序,才能保證工程質(zhì)量的創(chuàng)優(yōu),達(dá)到我國北方寒冷地區(qū)高速公路的典型示范樣板工程。同時,對今后同類型路面工程橡膠瀝青面層施工具有一定的指導(dǎo)意義。
【關(guān)鍵詞】橡膠瀝青;級配;工藝
0.前言
橡膠瀝青(Asphalt Rubber)指廢胎膠粉與瀝青,摻加一定比例的添加劑(擴(kuò)展油聚合物),按一定比例拌合而得到的滿足相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求的產(chǎn)物,其中廢胎膠粉的摻量不小于15%(內(nèi)摻)或17.6%(外摻)。
在設(shè)計(jì)和施工良好的情況下橡膠瀝青材料能夠表現(xiàn)出良好的性能,橡膠瀝青路面與結(jié)構(gòu)等價的普通路面相比,具有環(huán)保和節(jié)約資源、抗低溫碎裂、抗高溫車轍、后續(xù)的損壞發(fā)展緩慢,對一些出現(xiàn)早期病害的路面需要的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用大大降低。
丹(東)通(化)高速公路是國家重點(diǎn)高速公路鶴崗至大連的重要段落,是連接黑龍江、吉林重要的出海通道。丹通高速全長196.4公路,雙向四車道,路面共劃分為6個合同段,由我單位承擔(dān)丹通路面第2合同段全長25.5公里,起訖點(diǎn)樁號為K30+750—K57+040,其中瀝青中面層使用橡膠瀝青中面層(ARAC-20)試驗(yàn)路。我單位會同科研院、業(yè)主及監(jiān)理單位共同結(jié)合以往的其它路段的橡膠瀝青使用經(jīng)驗(yàn),從原材檢測、選擇、配合比設(shè)計(jì)、橡膠瀝青的生產(chǎn)、混合料的拌和、攤鋪、碾壓等施工工藝作以嚴(yán)格控制,取得了較好的效果。
1.橡膠瀝青改性原理及優(yōu)點(diǎn)
橡膠瀝青(asphalt rubber)指廢胎膠粉與瀝青,摻加一定比例的添加劑(擴(kuò)展油聚合物),按一定比例拌合而得到的滿足相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求的產(chǎn)物,其中廢胎膠粉的摻量不小于15%(內(nèi)摻)或17.6%(外摻)。
在設(shè)計(jì)和施工良好的情況下橡膠瀝青材料能夠表現(xiàn)出良好的性能,橡膠瀝青路面與結(jié)構(gòu)等價的普通路面相比,后續(xù)的損壞發(fā)展緩慢,對一些出現(xiàn)早期病害的路面需要的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用大大降低。
1.1橡膠瀝青改性原理
橡膠瀝青是輪胎橡膠粉粒在充分拌和的高溫條件下(180oC以上)與基質(zhì)瀝青(丹通高速采用90號基質(zhì)瀝青)充分熔脹反應(yīng)形成的改性瀝青膠結(jié)材料。橡膠粉不發(fā)生裂解,吸收基質(zhì)瀝青中的輕質(zhì)組分,一方面直接改善基質(zhì)瀝青,另一方面達(dá)到橡膠與瀝青充分復(fù)合的效果。橡膠瀝青中橡膠粉的含量摻量不小于15%(內(nèi)摻)或17.6%(外摻)。熔脹反應(yīng)后,橡膠顆粒的體積分?jǐn)?shù)在30%~40%,膠結(jié)料和混合料都能顯著地表現(xiàn)出橡膠的物理、力學(xué)、化學(xué)性能。
1.2橡膠瀝青道路的優(yōu)點(diǎn)
橡膠瀝青擁有較強(qiáng)的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、以及抗老化、抗疲勞、抗水損壞的特性。所以把橡膠瀝青設(shè)計(jì)應(yīng)用于道路方案中,可以充分體現(xiàn)以下特性與優(yōu)點(diǎn):
(1)環(huán)保和節(jié)約資源。隨著中國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展,同時也帶來了大量的廢舊輪胎,對社會環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染,橡膠瀝青技術(shù)以其環(huán)保和節(jié)約資源的特點(diǎn)可以為這些黑色污染提供一條永續(xù)性的環(huán)保解決方案。
(2)抗低溫碎裂。由于橡膠本身的可塑性和延展性,使得橡膠瀝青低溫延度增大,橡膠瀝青路面抗低溫脆裂能力大大增強(qiáng)。
(3)抗高溫車轍。橡膠瀝青本身擁有較強(qiáng)的高溫穩(wěn)定性和粘性,所以用于路面結(jié)構(gòu)中的橡膠瀝青膠結(jié)料具有高粘性與不易流動性。另外碎石外層所裹覆的橡膠瀝青膠結(jié)料中含有大顆粒的橡膠粉,可產(chǎn)生較大的磨阻力,也使碎石不易滑動,可減少車轍形成,同時保證結(jié)構(gòu)能力。
(4)降低噪聲。橡膠瀝青是城市道路降低噪聲的新材料,與普通瀝青相比,可降低行車噪聲3~6dB,提高人居舒適環(huán)境。
(5)超強(qiáng)粘結(jié)作用。因?yàn)橄鹉z瀝青擁有超強(qiáng)的粘性,所以它可以非常牢固地吸附粘結(jié)在水穩(wěn)層或舊水泥路面上,從而起到與路面的粘結(jié)作用。
(6)提高行車安全。橡膠中的炭黑能夠使路面黑色長期保存,與標(biāo)線的對比度高,路面摩擦力和剎車阻力增大,提高了行車安全,尤其是在雪水路面上效果更加顯著。
(7)延長使用壽命,節(jié)省養(yǎng)護(hù)成本。優(yōu)異的抗疲勞性可以提高路面的耐久性能,膠結(jié)料含量高、油膜厚以及輪胎中含有抗氧化劑,故提高了道路抗老化、抗氧化能力,由于道路的耐久性和性能得到提高,使得道路的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用顯著降低。
2.橡膠瀝青中面層配合比設(shè)計(jì)
2.1原材料
2.1.1粗集料
路面中面層粗集料采用優(yōu)質(zhì)石灰?guī)r石料。要求碎石具有良好的棱角性,扁平及細(xì)長顆粒含量、黏土含量、密度、堅(jiān)固性、安全性及有害物質(zhì)含量應(yīng)符合設(shè)計(jì)及《技術(shù)規(guī)范》。保證粗集料的潔凈、干燥、無風(fēng)化、無雜質(zhì),具有足夠的強(qiáng)度、耐磨耗性,并符合圖紙要求。ARAC-20級配用碎石的質(zhì)量技術(shù)要求應(yīng)符合規(guī)范規(guī)定,且石料壓碎值不大于24%,洛杉磯磨耗損失不大于30%。粗集料規(guī)格為:16-19mm、13.2-16mm、9.5-13.2mm、4.75-9.5mm,產(chǎn)地為:桓仁縣雅河鄉(xiāng)世元采石場。
2.1.2細(xì)集料
橡膠瀝青中面層混合料4.75mm以下的細(xì)集料必須采用優(yōu)質(zhì)石灰?guī)r生產(chǎn)的機(jī)制砂。細(xì)集料應(yīng)潔凈、堅(jiān)硬、干燥、無風(fēng)化、無雜質(zhì)或其他有害物質(zhì)。規(guī)格為:2.36-4.75mm、0-1.18mm,產(chǎn)地為:桓仁縣雅河鄉(xiāng)世元采石場。
2.1.3 填料
填料必須采用由石灰石磨細(xì)的礦粉,礦粉必須保持干燥、潔凈,能從礦粉倉中自由流出。為提高石料與瀝青之間的粘結(jié)力,在中面層瀝青混合料中摻加P.O42.5級普通硅酸鹽水泥代替部分礦粉,水泥用量為礦粉總量的1.5%~2%。
2.1.4瀝青
中面層瀝青混凝土采用橡膠瀝青;采用的基質(zhì)瀝青為國產(chǎn)90號道路石油瀝青。
2.1.5膠粉
根據(jù)我國的廢胎膠粉生產(chǎn)情況,按細(xì)度分為3種規(guī)格:
(1)粗膠粉,粒度在40目以下(0.425mm以上)。
(2)細(xì)膠粉,粒度在40~80目之間(0.425~0.180mm之間)。
(3)微細(xì)膠粉,粒度在80~200目之間(0.180~0.075mm之間)。
路用廢胎膠粉應(yīng)選用常溫研磨粉碎的輪胎膠粉,且宜選擇斜交胎膠粉或天然膠含量較高的膠粉,并應(yīng)滿足相應(yīng)物理、化學(xué)指標(biāo)。在保證易于碾壓成型,且滿足使用性能要求的前提下,應(yīng)盡量選用較粗的廢胎膠粉。宜選擇30~80目之間的路用廢胎膠粉。
2.1.6橡膠瀝青
橡膠瀝青采用現(xiàn)場攪拌法加工的方式進(jìn)行生產(chǎn),采用間歇式生產(chǎn)橡膠瀝青,橡膠瀝青中廢胎膠粉的摻量可根據(jù)實(shí)際使用的技術(shù)要求確定,其摻量有一定的合理范圍,一般為基質(zhì)瀝青質(zhì)量的外摻17.6%~30%,我標(biāo)段根據(jù)基質(zhì)瀝青和使用的技術(shù)要求確定膠粉摻量為內(nèi)摻17.75%。橡膠瀝青加工完成后應(yīng)在6小時內(nèi)使用完畢,其指標(biāo)應(yīng)符合下表的要求。
2.1.7外摻劑
為了進(jìn)一步改善橡膠瀝青的某些技術(shù)性能,在橡膠瀝青加工過程中,可摻加一定比例的天然橡膠含量較高的橡膠類材料或某些輕質(zhì)油分。外摻劑一般可與廢胎膠粉一起摻加到瀝青中拌和、加工,摻加量一般為1%~2%。
2.2橡膠瀝青生產(chǎn)工藝
2.2.1 橡膠瀝青加工前的準(zhǔn)備
加工橡膠瀝青前,橡膠瀝青加工設(shè)備中的計(jì)量裝置應(yīng)進(jìn)行專門標(biāo)定,并貼有計(jì)量標(biāo)簽,有固定式的加工設(shè)備和移動式的加工設(shè)備。
2.2.2橡膠瀝青的加工流程:
(1)第一步:基質(zhì)瀝青,橡膠粉等原材料的添加。
(2)第二步:基質(zhì)瀝青,橡膠粉等原材料的預(yù)混。
(3)第三步:橡膠瀝青的反應(yīng)過程。
(4)第四步:橡膠瀝青質(zhì)量控制。
2.2.3橡膠瀝青的加工
(1)橡膠瀝青采用攪拌法加工。
(2)橡膠瀝青生產(chǎn)分為連續(xù)式和間歇式,宜采用間歇式生產(chǎn)橡膠瀝青。
橡膠瀝青的加工溫度宜控制在180~190oC,當(dāng)廢胎膠粉摻量較大時,加工溫度可適當(dāng)提高,但不應(yīng)高于210oC,橡膠瀝青加工攪拌的時間,一般為45-60min。在生產(chǎn)過程中,應(yīng)及時檢測每鍋橡膠瀝青的技術(shù)指標(biāo),當(dāng)采用連續(xù)式生產(chǎn)時,每鍋45-60min抽樣檢測橡膠瀝青的技術(shù)指標(biāo)。
當(dāng)橡膠瀝青粘度大于2.5Pa.s時,橡膠瀝青的加熱溫度應(yīng)提高5-10oC。
2.3配合比設(shè)計(jì)
合理的集料級配,可以提高瀝青面層的整體性能,我項(xiàng)目通過篩分后的級配碎石進(jìn)行了對比試驗(yàn)。集料的級配對混合料質(zhì)量起著決定性作用,級配的改變有時可導(dǎo)致混合料性能改變,影響著結(jié)構(gòu)層的耐久性,我們非常重視混合料的級配問題,合理的保證集料級配在設(shè)計(jì)范圍中值附近,發(fā)揮集料的骨架密實(shí)、高溫抗車轍、低溫抗裂作用,從而提高工程質(zhì)量。
2.3.1配合比設(shè)計(jì)的各項(xiàng)檢測
(1)水穩(wěn)定性檢驗(yàn)。
按照最佳油石比6.0%制件,進(jìn)行馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)及浸水馬歇爾試驗(yàn),殘留穩(wěn)定度為89.5%大于設(shè)計(jì)值85%,符合要求。
(2)高溫穩(wěn)定性檢驗(yàn)。
按照最佳油石比6.0%進(jìn)行車轍試驗(yàn),動穩(wěn)定度3859次/mm大于設(shè)計(jì)值3000次/mm,符合要求。
(3)滲水系數(shù)檢驗(yàn)。
利用輪碾機(jī)成型的車轍試件進(jìn)行滲水試驗(yàn),檢驗(yàn)的滲水系數(shù)為41.6ml/min,符合施工圖紙不大于120ml/min的要求。
2.3.2生產(chǎn)配合比的確定
中面層瀝青混凝土材料生產(chǎn)配合比
3.橡膠瀝青中面層施工工藝及主要工序說明
3.1施工工藝
檢查下承層——混合料的拌和——混合料的運(yùn)輸——混合料的攤鋪——混合料的碾壓——開放交通
3.2主要施工工序說明
(1)混合料攤鋪:通過試驗(yàn)段確定松鋪系數(shù)1.26,松鋪厚度為6.3cm。正常施工時,橡膠瀝青混合料的最低攤鋪溫度根據(jù)鋪筑層厚度、氣溫、風(fēng)速及下臥層表面溫度,不得低于表二要求。每天施工開始階段宜采用較高溫度的混合料。當(dāng)氣溫低于15℃時,不得攤鋪橡膠瀝青混合料。
(2)混合料的壓實(shí):混合料完成攤鋪后立即進(jìn)行壓實(shí)作業(yè)。并檢查寬度、松鋪厚度、平整度、橫坡和攤鋪溫度,對不合格之處及時進(jìn)行調(diào)整。橡膠瀝青混凝土的碾壓溫度的高低與橡膠瀝青的黏度有關(guān),黏度越大、碾壓溫度越高。橡膠瀝青混凝土的初壓溫度一般不宜低于155℃,復(fù)壓溫度不宜低于135℃,終壓的結(jié)束溫度不宜低于90℃。
碾壓組合方式:
①初壓:用一臺CC624雙鋼輪壓路機(jī),緊跟碾壓。靜壓0.5遍,振壓0.5遍,速度2~3km/h(相鄰碾壓帶應(yīng)重疊10~20cm)
②復(fù)壓:用一臺CC624雙鋼輪壓路機(jī),緊跟碾壓,振壓1遍。再用XP301型、CP271型膠輪壓路機(jī)各碾壓一遍。速度3~4km/h。
③終壓:用CC522雙鋼輪壓路機(jī)靜壓1~2遍,速度3~4km/h。達(dá)到表面平整、密實(shí)無輪跡。
3.3 開放交通
熱拌瀝青混合料攤鋪壓實(shí)后,經(jīng)自然冷卻,待混合料表面溫度低于50℃后,方可開放交通。
3.4檢測
(1)對施工完的中面層厚度、平整度、彎沉、壓實(shí)度、橫坡、高程等一系列指標(biāo)進(jìn)行檢測,確定是否符合設(shè)計(jì)要求。
(2)對外觀要求:
①表面平整密實(shí),無泛油、松散、裂縫和明顯離析等現(xiàn)象。
②表面無明顯碾壓輪跡。
③搭接處應(yīng)緊密、平順,燙縫不枯焦。
④面層與路緣石及其他構(gòu)筑物銜接平順,無積水或漏水現(xiàn)象。
⑤瀝青面層內(nèi)部及表面的水要排除到路面范圍之外,路面無積水。
4.總結(jié)
為了保證工程質(zhì)量,必須嚴(yán)格控制原材料的質(zhì)量、成品橡膠瀝青指標(biāo)及各道施工工序。另外,成品橡膠瀝青的黏度、集料級配、油石比的確定也是十分關(guān)鍵。在生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)過程中應(yīng)與拌和樓緊密配合,做到冷料倉供料均勻、平衡、避免大規(guī)模生產(chǎn)中發(fā)生等料、溢料等現(xiàn)象。集料的級配不偏離中線,集料中的粉塵含量不超標(biāo),才能確保瀝青混合料質(zhì)量的因素。
施工過程中要嚴(yán)格控制各道工序。橡膠瀝青混合料的生產(chǎn)過程中特別關(guān)注兩個重要參數(shù),溫度和拌和時間。其中溫度主要包括橡膠瀝青的加工溫度、儲存溫度、混合料的拌和溫度;時間主要包括橡膠瀝青的加工時間、拌和時間、混合料的拌和時間。在攤鋪過程中要保證穩(wěn)定均勻的攤鋪速度,保證夯錘的頻率,碾壓要高溫緊跟,并采用雙膠輪大噸位的壓路機(jī)進(jìn)行復(fù)壓,通過試驗(yàn)路的證明這樣能夠提高瀝青中面層的壓實(shí)度,并控制好開放交通時間,只有控制好所有的工序,才能保證工程質(zhì)量的創(chuàng)優(yōu),達(dá)到我國北方寒冷地區(qū)高速公路的典型示范樣板工程。