李繼足

（中鐵十八局集團(tuán)市政工程有限公司，天津市 300200）

1 引言

橡膠改性瀝青主要是將廢舊輪胎通過一定粉碎工藝制備成大小均勻的橡膠顆粒，摻加至瀝青中在180℃高溫條件下剪切一段時(shí)間，并經(jīng)過溶脹形成一種新型改性瀝青膠結(jié)材料。研究表明將廢舊輪胎加工處理后，可以作為集料、礦粉、橡膠改性瀝青混合料等，不僅可以解決大量廢舊輪胎處置問題，同時(shí)橡膠改性瀝青路面具有良好的耐疲勞、抗老化特性，顯著優(yōu)于其他改性瀝青混合料［1-2］。本文依托項(xiàng)目實(shí)際，通過對(duì)橡膠改性瀝青混合料原材料檢驗(yàn)及配合比設(shè)計(jì)，詳述了其施工工藝，為橡膠改性瀝青在高速公路建設(shè)中的推廣應(yīng)用提供參考價(jià)值。

2 工程概況

某高速公路全長(zhǎng)254km，為防止公路在未來運(yùn)營(yíng)過程中由于產(chǎn)生車轍、坑槽等病害，進(jìn)而導(dǎo)致路面各項(xiàng)使用性能下降，嚴(yán)重影響正常交通出行。在對(duì)各方面因素綜合分析基礎(chǔ)上，最終提出采用橡膠改性瀝青進(jìn)行路面鋪筑。其中試驗(yàn)段樁號(hào)范圍為K23+600~K24+320，該標(biāo)段內(nèi)的道路各結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)狀況如表1所示。

表1 試驗(yàn)段道路各結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)狀況

3 原材料及配合比設(shè)計(jì)

3.1 基質(zhì)瀝青

本項(xiàng)目采用SK-70#基質(zhì)瀝青進(jìn)行橡膠改性瀝青的制備，通過對(duì)基質(zhì)瀝青各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)（如表2所示）發(fā)現(xiàn)，均滿足規(guī)范要求。

表2 SK-70#基質(zhì)瀝青技術(shù)指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

3.2 集料

（1）粗集料

本項(xiàng)目粗集料選用顎式破碎機(jī)生產(chǎn)的玄武巖碎石，采用反擊式破碎機(jī)進(jìn)行二次破碎加工，避免其針片狀含量過多導(dǎo)致嵌擠作用減弱，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)測(cè)試結(jié)果見表3。

表3 玄武巖粗集料各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

（2）細(xì)集料

本項(xiàng)目細(xì)集料采用表面干燥潔凈、質(zhì)地堅(jiān)硬、無風(fēng)化的石屑，其質(zhì)量測(cè)試結(jié)果見表4。

表4 細(xì)集料質(zhì)量測(cè)試結(jié)果

（3）填料

項(xiàng)目采用石灰?guī)r磨成的細(xì)粉作為填料，由于石灰?guī)r填料為憎水性材料，與瀝青形成膠漿后可以更好地裹覆在集料表面，黏附性強(qiáng)，其質(zhì)量測(cè)試結(jié)果見表5。

表5 石灰?guī)r礦粉質(zhì)量測(cè)試結(jié)果

（4）橡膠粉

本文分別對(duì)40目、60目、80目和5%、10%、15%、20%、25%、30%摻量下的橡膠粉進(jìn)行改性瀝青制備，并采用基礎(chǔ)性能試驗(yàn)確定最佳橡膠粉目數(shù)和摻量，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 不同橡膠粉目數(shù)的橡膠改性瀝青性能試驗(yàn)

由上述試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著橡膠粉目數(shù)逐漸增大，改性瀝青針入度逐漸減小，延度增大，軟化點(diǎn)上升。主要是由于目數(shù)越大的膠粉顆粒越細(xì)，比表面積越大，與瀝青發(fā)生溶脹反應(yīng)的速率相應(yīng)加快，形成了穩(wěn)定的三維網(wǎng)狀空間結(jié)構(gòu)，進(jìn)而使得橡膠改性瀝青高、低溫性能得到提升［3-5］。此外，隨著膠粉目數(shù)不斷增大，高低溫性能提升也愈加明顯，因此推薦采用80目的橡膠粉進(jìn)行改性。

采用5%、10%、15%、20%、25%、30%六種不同摻量下的橡膠粉對(duì)基質(zhì)瀝青進(jìn)行改性，并基于三大指標(biāo)試驗(yàn)對(duì)其性能進(jìn)行分析，試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 不同橡膠粉摻量的橡膠改性瀝青性能試驗(yàn)

由上表分析可知，隨著橡膠粉摻量逐漸增加，改性瀝青的高溫性能逐漸提升，且上升速度逐漸減緩，而低溫性能先上升后減小。主要是由于適量膠粉可以與基質(zhì)瀝青形成穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)，有效改善了瀝青的高溫穩(wěn)定性和低溫柔韌性，但隨著膠粉摻量進(jìn)一步增加，導(dǎo)致其與瀝青不能完全混溶，膠粉以大顆粒的形式分散于瀝青中，無法分散均勻，因此本文使用80目、20%摻量的橡膠粉進(jìn)行橡膠改性瀝青的制備。

3.3 目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)

在綜合考慮項(xiàng)目所處地區(qū)氣候條件、路面水損害、車轍及裂縫等病害基礎(chǔ)上，結(jié)合交通運(yùn)輸部中橡膠改性瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)規(guī)范，確定各檔集料的比例為：10～15mm碎石：5～10mm碎石：石屑：填料=36%：36.5%：21%：6.5%［6］。該級(jí)配中粗集料含量較多，有利于形成骨架結(jié)構(gòu)，避免對(duì)橡膠改性瀝青混合料產(chǎn)生干涉壓實(shí)作用，同時(shí)較少的細(xì)集料含量有利于形成SMA馬蹄脂結(jié)構(gòu)。級(jí)配摻配比例見表8。

表8 橡膠改性瀝青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)

基于上述目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)結(jié)果，通過室內(nèi)馬歇 爾試驗(yàn)確定最佳油石比為5.57%，試驗(yàn)結(jié)果見表9。

表9 不同油石比下的橡膠改性瀝青混合料試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)最佳油石比下的橡膠改性瀝青混合料高溫、水穩(wěn)性能進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見表10。由試驗(yàn)結(jié)果可知，各項(xiàng)測(cè)試指標(biāo)都滿足交通運(yùn)輸部規(guī)范技術(shù)要求，可以投入下一步生產(chǎn)。

表10 橡膠改性瀝青混合料目標(biāo)配合比各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

3.4 生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)

依據(jù)目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)結(jié)果，根據(jù)項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)的礦料篩分結(jié)果確定實(shí)際生產(chǎn)配合比［7］，10～18mm碎石：4～10mm碎石：石屑：填料=42%：31%：21%：6%，橡膠改性瀝青混合料的最佳油石比為6.3%，級(jí)配摻配比例與各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)測(cè)試結(jié)果分別見表11、表12。

表11 橡膠改性瀝青混合料生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)

表12 橡膠改性瀝青混合料生產(chǎn)配合比各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

4 橡膠改性瀝青混合料施工工藝

4.1 橡膠改性瀝青制備

生產(chǎn)橡膠改性瀝青的核心設(shè)備是高速剪切機(jī)，通過將橡膠粉與基質(zhì)瀝青充分混溶后即可制備出高性能的橡膠改性瀝青。本項(xiàng)目采用現(xiàn)場(chǎng)加工制備法，同時(shí)為防止在存放過程中產(chǎn)生離析，需要保證在高溫條件下不斷攪拌，緩解瀝青離析過程。

4.2 混合料拌和

在拌合樓進(jìn)行橡膠改性瀝青混合料生產(chǎn)，通常情況下每鍋瀝青混合料的拌和時(shí)間在70～75s左右，生產(chǎn)能力為80T/H。拌和生產(chǎn)過程中需要對(duì)瀝青用量、集料用量、拌和溫度、拌和時(shí)間等多因素加以控制，拌和結(jié)束時(shí)需要檢查混合料的出廠溫度是否合格，規(guī)范要求控制在180℃左右［8］。

4.3 混合料攤鋪

本項(xiàng)目采用弗特勒S1800型瀝青混合料攤鋪機(jī)進(jìn)行橡膠改性瀝青混合料攤鋪工作，整個(gè)作業(yè)過程中需要控制攤鋪速度（2m/min）、攤鋪均勻性，嚴(yán)禁出現(xiàn)急停、掉轉(zhuǎn)等情況。

4.4 混合料碾壓

碾壓階段需要結(jié)合工程施工經(jīng)驗(yàn)和規(guī)范要求，控制碾壓速度、碾壓遍數(shù)，通常初壓、復(fù)壓階段采用振動(dòng)壓實(shí)，振動(dòng)頻率在35～50Hz，終壓階段采用靜壓和膠輪壓實(shí)，尤其需要保證壓實(shí)度溫度不能低于120℃。

5 路面檢測(cè)

本項(xiàng)目段施工結(jié)束后，需要根據(jù)規(guī)范相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)橡膠改性瀝青路面進(jìn)行驗(yàn)收，檢測(cè)項(xiàng)目包括路面構(gòu)造深度、壓實(shí)度和滲水系數(shù)，結(jié)果見表13。從檢測(cè)結(jié)果可知，本工程試驗(yàn)段橡膠改性瀝青路面施工完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求，可以開放交通。

表13 試驗(yàn)段橡膠改性瀝青混合料路面檢測(cè)結(jié)果

6 結(jié)語

本文依托實(shí)際工程，從橡膠改性瀝青混合料原材料及配合比設(shè)計(jì)方面綜合分析，基于對(duì)橡膠改性瀝青混合料施工工藝分析，從試驗(yàn)段瀝青路面檢測(cè)結(jié)果和后期運(yùn)營(yíng)情況看，橡膠改性瀝青混合料具有較強(qiáng)的高溫穩(wěn)定性和抗水損害性能，路面抗滑性能和構(gòu)造深度在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)無明顯衰減，具有良好的工程應(yīng)用前景。