陳 超

(福建貝潤(rùn)建設(shè)有限公司，福建 龍巖 364000)

1 引 言

熱拌式橡膠瀝青應(yīng)力吸收層是主要由橡膠瀝青、集料和礦粉等組成，設(shè)置于舊水泥混凝土面板與瀝青鋪裝層之間，成型后結(jié)構(gòu)密實(shí)、粘結(jié)力強(qiáng)、不滲水，與舊水泥混凝土面板之間結(jié)合牢固，能有效地消除或延緩反射裂縫的產(chǎn)生。

2 原材料及相關(guān)性能指標(biāo)

2.1 橡膠瀝青

(1)橡膠瀝青的性能指標(biāo)采用美國(guó)亞力桑那州的標(biāo)準(zhǔn)(見表1)，在實(shí)際工程中，為確保橡膠瀝青混合料的工作性能，其粘度(177 ℃)的上限宜控制在3.0 kPa內(nèi)。

表1 橡膠瀝青技術(shù)指標(biāo)

(2)橡膠瀝青的原材料

①基質(zhì)瀝青：采用符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)要求的70#道路石油瀝青。

②橡膠粉：采用廢舊輪胎橡膠粉，粒徑為40目，密度為1.14 g/cm3，無(wú)雜質(zhì)，含有一定分量的碳酸鈣，以防止膠粉顆粒相互粘結(jié)。

(3)橡膠瀝青的生產(chǎn)

①生產(chǎn)流程：基質(zhì)瀝青迅速提高溫度后，在橡膠粉和基質(zhì)瀝青在拌和倉(cāng)內(nèi)拌和10 min～15 min后，將拌和好的橡膠瀝青混合料在規(guī)定的溫度和時(shí)間在反應(yīng)倉(cāng)內(nèi)進(jìn)行攪拌，最終將成品放入存儲(chǔ)倉(cāng)進(jìn)行存儲(chǔ)。

②生產(chǎn)參數(shù)的確定：橡膠瀝青生產(chǎn)前應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)，確定橡膠粉摻量、攪拌反應(yīng)的時(shí)間和溫度。經(jīng)試驗(yàn)，最終確定本工程將采用18%的橡膠粉摻量、45 min的攪拌反應(yīng)時(shí)間、195～205 ℃的攪拌反應(yīng)溫度作為橡膠瀝青的生產(chǎn)參數(shù)。

③橡膠瀝青的質(zhì)量：實(shí)際生產(chǎn)的橡膠瀝青技術(shù)指標(biāo)(見表2)符合要求。其中試配試拌指標(biāo)為配合比設(shè)計(jì)時(shí)橡膠瀝青的技術(shù)指標(biāo)。

表2 橡膠瀝青試配試拌和實(shí)際生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)

2.2 礦料

(1)集料

橡膠瀝青混合料的集料一般采用非酸性(堿性更佳)巖石的5 mm以下碎石、石屑，砂采用天然細(xì)砂。

(2)礦粉

采用具有良好的親油性的堿性石灰?guī)r加工磨細(xì)而成。

(3)礦料級(jí)配

采用AC-5的級(jí)配作為橡膠瀝青混合料的礦料級(jí)配(見表3)。

表3 礦料級(jí)配范圍

2.3 橡膠瀝青混合料

橡膠瀝青混合料馬歇爾體積-力學(xué)試驗(yàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(見表4)，其中空隙率、礦料間率指標(biāo)采用STRATA應(yīng)力吸收層的標(biāo)準(zhǔn)，由于采用了較大的瀝青用量、較小的空隙率，瀝青飽和度指標(biāo)調(diào)高至85%～95%。

表4 馬歇爾體積-力學(xué)試驗(yàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

3 橡膠瀝青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)

3.1 原材料及其試驗(yàn)

拌和場(chǎng)進(jìn)場(chǎng)的主要材料有：

礦料：3～5碎石、0～3石屑、細(xì)砂、礦粉，橡膠瀝青。

(2)材料試驗(yàn)

在進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)前，對(duì)礦料和橡膠瀝青等應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)取樣檢測(cè)，所有材料經(jīng)檢測(cè)應(yīng)符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)及其他相關(guān)要求。

3.2 礦料級(jí)配設(shè)計(jì)

(1)各種材料篩分及相對(duì)密度試驗(yàn)

通過(guò)試驗(yàn)，與目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)相關(guān)的材料試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果匯總?cè)缦卤?見表5)。

表5 各種材料篩分及相對(duì)密度試驗(yàn)結(jié)果

(2)確定集料用量比例

根據(jù)各礦料的篩分結(jié)果，用試算法或圖解法確定各礦料間的比例關(guān)系，決定采用3～5碎石∶0～3石屑∶細(xì)砂∶礦粉=35∶31∶28∶6的比例(%)，使合成級(jí)配曲線盡量接近設(shè)計(jì)推薦級(jí)配范圍的中值(見表6)。

表6 目標(biāo)配合比礦料合成級(jí)配和設(shè)計(jì)級(jí)配試驗(yàn)

3.3 確定最佳瀝青用量

(1)馬歇爾試驗(yàn)

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，以9.5%橡膠瀝青用量為中值，按每0.5%為一檔，分別制作5組不同橡膠瀝青用量的馬歇爾試件，測(cè)定計(jì)算不同試件的穩(wěn)定度、流值、空隙率、飽和度、礦料間隙率、毛體積相對(duì)密度、理論相對(duì)密度等相關(guān)指標(biāo)(見表7)。

表7 目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)馬歇爾體積-力學(xué)指標(biāo)匯總表

(2)最佳瀝青用量

對(duì)所選擇的瀝青用量范圍，密度、穩(wěn)定度沒有出現(xiàn)峰值，則OAC1=a3=9.92%。

穩(wěn)定度、流值、空隙率、飽和度指標(biāo)均符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的瀝青用量范圍為9.0%～10.24%，則OAC2=9.62%，故最佳瀝青用量OAC=(OAC1+OAC2)/2=9.8%。

3.4 路用性能檢驗(yàn)

(1)高溫性能檢驗(yàn)

將最佳瀝青用量OAC拌和的瀝青混合料按規(guī)定的方法制作車轍試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)試件，3個(gè)試件的動(dòng)穩(wěn)定度分別為4 135次/min、4 231次/min、4 184次/min，均值為4 183次/min，符合規(guī)范(≧3 000次/min)的要求。

(2)水穩(wěn)定性檢驗(yàn)

將最佳瀝青用量OAC拌和的瀝青混合料按規(guī)定的方法制作馬歇爾試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)試件，在60 ℃條件下，穩(wěn)定度為11.0 kN。同時(shí)將試件在60 ℃溫水中浸水48 h，測(cè)其馬歇爾穩(wěn)定度為10.7 kN，則殘留穩(wěn)定度MS0=10.7/11.0=97.3%，符合規(guī)范(≧85%)的要求。

(3)滲水系數(shù)檢驗(yàn)

利用輪碾法成型的試件進(jìn)行滲水檢驗(yàn)，測(cè)得滲水系數(shù)為8 ml/min，符合規(guī)范(≦120 ml/min)的要求。

由于本工程地處南方，氣溫溫和，無(wú)需進(jìn)行凍融劈裂車轍試驗(yàn)和低溫抗裂性能檢驗(yàn)。

3.5 目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)結(jié)果(見表8)

表8 目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)結(jié)果

4 生產(chǎn)配合比的設(shè)計(jì)及驗(yàn)證

4.1 生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)

(1)礦料級(jí)配的組合設(shè)計(jì)

根據(jù)目標(biāo)配合比的設(shè)計(jì)比例入料，將礦料利用拌和機(jī)的振動(dòng)篩進(jìn)行二次篩分，然后在每個(gè)熱料倉(cāng)內(nèi)取樣測(cè)試材料級(jí)配，確定每個(gè)熱料倉(cāng)的材料用量比例，盡量使合成級(jí)配與設(shè)計(jì)級(jí)配保持一致，供拌和機(jī)控制室使用。

①振動(dòng)篩分級(jí)

由于振動(dòng)篩的篩分效率比試驗(yàn)室低，在篩孔的選擇時(shí)應(yīng)較試驗(yàn)室篩孔放大，本工程采用的振動(dòng)篩篩孔為11.0、5.5、3.5 mm，分別對(duì)應(yīng)試驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)篩篩孔9.5、4.75、2.36 mm。對(duì)應(yīng)的熱料倉(cāng)分別為3#倉(cāng)、2#倉(cāng)、1#倉(cāng)。

②熱料倉(cāng)的礦料篩分結(jié)果(見表9)

表9 生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)各熱料倉(cāng)材料篩分結(jié)果

③級(jí)配組合

計(jì)算得出各種礦料比例(%)及生產(chǎn)級(jí)配，3#倉(cāng)∶2#倉(cāng)∶1#倉(cāng)∶礦粉=35∶29∶30∶6，通過(guò)篩分試驗(yàn)結(jié)果顯示，合成的生產(chǎn)級(jí)配與目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)級(jí)配基本保持一致(見表10)。

表10 熱料倉(cāng)礦料三種級(jí)配篩分結(jié)果

(2)確定的最佳瀝青用量

采用目標(biāo)配合比確定的最佳瀝青用量OAC、OAC±0.3%及確定的各熱料倉(cāng)材料合成級(jí)配制作試件。測(cè)定計(jì)算馬歇爾體積-力學(xué)指標(biāo)(見表11)。

表11 生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)馬歇爾體積-力學(xué)指標(biāo)匯總表

按照與目標(biāo)配合比同樣的方法，得出生產(chǎn)配合比的最佳瀝青用量為9.9%。

(3)確定生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)指標(biāo)

采用生產(chǎn)配合比確定的最佳瀝青用量9.9%及確定的各熱料倉(cāng)材料合成級(jí)配制作試件。測(cè)定計(jì)算生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)指標(biāo)(見表12)。

表12 生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)指標(biāo)匯總表

(4)生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)結(jié)果(見表13)

表13 生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)結(jié)果

4.2 生產(chǎn)配合比驗(yàn)證

(1)試拌

拌和機(jī)采用生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)確定的最佳瀝青用量及各熱料倉(cāng)材料比例制拌橡膠瀝青混合料，拌和時(shí)以出料溫度170～180 ℃為控制目標(biāo)，其中礦料加熱溫度為180～190 ℃，橡膠瀝青的加熱溫度為180～200 ℃。試拌時(shí)各類礦料先干拌10 s，再加入橡膠瀝青濕拌55 s，總拌和時(shí)間不少于65 s，但拌和時(shí)間也不宜過(guò)長(zhǎng)，以避免瀝青老化；應(yīng)通過(guò)試拌確定最佳拌和時(shí)間，以混合料拌和均勻、色彩一致、無(wú)離析為度。

(2)試驗(yàn)檢測(cè)

取樣制作試件，檢測(cè)瀝青混合料的馬歇爾指標(biāo)，并現(xiàn)場(chǎng)取樣進(jìn)行抽提瀝青用量，檢測(cè)結(jié)果(見表14)。

表14 生產(chǎn)配合比驗(yàn)證指標(biāo)匯總表

檢測(cè)結(jié)果與生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)基本一致，由此確定按生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)結(jié)果(表13)作為橡膠瀝青應(yīng)力吸收層的生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)配合比，其指標(biāo)(表12)作為施工時(shí)質(zhì)量的控制依倨和標(biāo)準(zhǔn)。

(3)試鋪

鋪設(shè)試驗(yàn)段，觀察攤鋪、碾壓過(guò)程混合料的施工性能和成型混合料表面狀況，對(duì)施工方案、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓工藝等可行性和設(shè)備的匹配情況的綜合性驗(yàn)證，待各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)檢驗(yàn)合格后進(jìn)入規(guī)模施工。

試驗(yàn)段通過(guò)核子密實(shí)度儀檢測(cè)，橡膠瀝青應(yīng)力吸收層的空隙率為2.4%。

5 相關(guān)事項(xiàng)

(1)橡膠瀝青應(yīng)力吸收層與舊水泥路面的粘結(jié)

相關(guān)試驗(yàn)表明，在潔凈的舊水泥板灑布乳化瀝青粘層，不能提高橡膠瀝青應(yīng)力吸收層與舊水泥板界面間的粘結(jié)。如果舊水泥路面很干凈，不提倡灑布瀝青粘層。只有當(dāng)舊水泥路面無(wú)法保持潔凈時(shí)，才灑布瀝青粘層，且應(yīng)控制在0.2～0.3 kg/m2。

(2)橡膠瀝青應(yīng)力吸收層與瀝青鋪裝層的粘結(jié)

如果在應(yīng)力吸收層馬上施工下面層，可以不灑布瀝青粘層；如果應(yīng)力吸收層施工后無(wú)法及時(shí)鋪設(shè)下面層，需開放交通，則應(yīng)灑布瀝青粘層。由于應(yīng)力吸收層瀝青含量大、細(xì)料多，混合料密實(shí)，粘層乳化瀝青無(wú)法滲透，其噴灑用量不宜過(guò)高，應(yīng)控制在0.3～0.4 kg/m2范圍內(nèi)。

(3)應(yīng)力吸收層厚度

橡膠瀝青應(yīng)力吸收層的最佳厚度為20～30 mm，當(dāng)厚度太薄時(shí)不利于延緩反射裂縫，無(wú)法達(dá)到消減應(yīng)力和封水的目的，也難于施工；如果厚度太厚則不利于應(yīng)力吸收層的高溫穩(wěn)定性，會(huì)引起過(guò)早出現(xiàn)疲勞開裂和車轍，影響路面使用壽命。

6 結(jié) 語(yǔ)

經(jīng)過(guò)了一年多的通車使用，路面運(yùn)營(yíng)正常，通過(guò)工程實(shí)例證明，合理的熱拌式應(yīng)力吸收層橡膠瀝青配合比設(shè)計(jì)能夠有效起到防水、粘結(jié)、減緩反射裂縫擴(kuò)展的作用，同時(shí)也具有重要的環(huán)保效益和社會(huì)效益。