周晟、華軍

（江西省交通工程集團有限公司，江西南昌330000）

0 引言

我國的瀝青路面在冬季普遍面臨季節(jié)性冰凍災害問題，路面結冰嚴重影響行車安全。在此基礎上，包括機械除冰雪、水熱融雪、噴灑鹽化物、鋪筑橡膠顆粒除冰雪路面在內的各種瀝青路面融雪技術便應運而生。其中，橡膠顆粒自應力融雪技術主要利用廢舊輪胎等材料制備瀝青混凝土，在橡膠顆粒瀝青路面結冰后，車輛荷載的作用下會使橡膠顆粒產(chǎn)生彈性變形，引發(fā)路表冰層和路面結構變形差異，取得較好的自融雪效果[1]。但是，橡膠顆粒密度小，在拌和過程中易結團，無法形成較好的混合料嵌擠結構，為保證瀝青路面施工效果，必須加強混凝土制備參數(shù)及施工過程控制。

1 工程概況

某地區(qū)一改建高速公路起訖樁號K1002+000—K1022+200，線路長20.2km。舊路面先后表現(xiàn)出坑槽、裂縫、唧漿等病害，且路面不具備自融雪性能，遇到降雨降雪冰凍天氣，路面冰層厚度最大可達8cm，十分不利于行車安全。故決定在公路改擴建過程中使用橡膠顆粒自應力融雪瀝青混凝土路面，提升路面自融雪性能。改建后的路面自下至上依次為砂礫墊層+18cm厚水穩(wěn)碎石底基層+19cm厚水穩(wěn)碎石下基層+19cm厚水穩(wěn)碎石上基層+12cm厚ATB-25+7cm厚AC-20+4cm厚橡膠顆粒融雪瀝青混合料面層。

2 施工參數(shù)確定

2.1 集料及瀝青加熱溫度

集料和瀝青在拌和前的加熱溫度對兩者的黏結性能影響較大。結合相關研究成果，當加熱溫度升高時，橡膠顆粒表面炭化作用將增強[2]，橡膠顆粒表面與瀝青的反應速度也會加快，使混合料黏結性能顯著提升。然而，瀝青加熱溫度升高后會加劇瀝青材料老化，使其與集料的黏結性能下降。

選擇摻加TPS高黏改性瀝青及石灰?guī)r集料的橡膠顆粒為試驗材料，通過馬歇爾自動擊實儀成型試件，并根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011）展開室內試驗。試驗過程中只改變原材料加熱溫度，保持其余試驗條件不變；集料和瀝青加熱溫度分別控制在160～220℃和140～190℃范圍內，并按照10℃的間隔展開對照試驗，成型馬歇爾試件并測量空隙率。

集料加熱溫度對空隙率的影響具體見圖1，當集料加熱溫度在160～200℃之間增大時，空隙率降低幅度明顯；當集料加熱溫度超出200℃，則隨集料溫度升高，混合料空隙率快速增大。通過分析原因可知，集料溫度的升高將加速橡膠顆粒和集料表面的炭化反應速度，提升混合料黏結性與和易性，使混合料空隙率降低；當集料加熱溫度升高至一定水平后，橡膠顆粒表面炭化反應太過劇烈，高溫集料也會灼傷瀝青，使混合料黏結性能下降，空隙率迅速增大。

圖1 集料加熱溫度與空隙率

瀝青加熱溫度對空隙率的影響具體見圖2，當瀝青加熱溫度位于140～170℃時，隨著瀝青加熱溫度的升高，混合料空隙率持續(xù)減??；而當瀝青加熱溫度超出170℃時，混合料空隙率會隨瀝青加熱溫度的升高而緩慢上升。分析原因發(fā)現(xiàn)，瀝青溫度的升高使橡膠顆粒溶脹作用加劇，進而與瀝青發(fā)生黏結反應，混合料空隙率下降；而當瀝青溫度升高至一定限度后，瀝青的老化會降低其自身黏結性能，引起混合料空隙率小幅回升。

圖2 瀝青加熱溫度與空隙率

綜合以上分析，橡膠顆粒瀝青混合料拌和溫度應略高于普通瀝青混合料，所使用的TPS高黏改性瀝青和SBS改性瀝青加熱溫度分別控制在165℃和175℃，集料溫度不超出190～200℃的范圍。

2.2 投料次序

橡膠顆粒比普通石料密度小、粒徑均勻，在混合料中均勻分散存在一定難度。這就決定了原材料投放次序影響瀝青對集料的裹覆效果及拌和的均勻性。在其他試驗條件相同的情況下，進行三種投放次序（次序1：集料—瀝青—橡膠顆粒和礦粉。次序2：集料—橡膠顆?！獮r青—礦粉。次序3：集料和橡膠顆?！獮r青—礦粉）成型試件空隙率及混合料均勻性試驗。

根據(jù)試驗結果，次序1混合料中橡膠顆粒存在結團現(xiàn)象，分散不均勻，瀝青對集料的裹覆性也較差；另外兩種投料次序成型試件空隙率小，集料裹覆均勻，馬歇爾殘留穩(wěn)定度高。也就是說，先進行集料和橡膠顆粒干拌和后再按比例摻加瀝青和礦粉，可取得最佳拌和效果，這與普通瀝青混合料拌和次序基本一致。綜合比較拌和效果及空隙率，最終采用次序3進行原材料投放。

2.3 拌和溫度

橡膠顆粒瀝青混合料拌和溫度直接影響混合料路用性能及施工溫度，拌和溫度過低，則會增大拌和樓功耗，降低拌和質量；拌和溫度過高，則會引發(fā)橡膠顆粒表面炭化和瀝青材料老化，并造成能源浪費。為保證橡膠顆粒瀝青混合料路用性能，設置了6組拌和溫度，依次為140℃、150℃、160℃、170℃、180℃和190℃，在其他試驗條件相同情況下成型馬歇爾試件，并檢測空隙率，具體結果見圖3。由圖3可知，拌和溫度對馬歇爾試件空隙率的影響趨勢與集料加熱溫度的影響趨勢及影響機理基本一致；為此，應將拌和溫度控制在170℃，以使混合料壓實性能達到最優(yōu)。

圖3 拌和溫度與馬歇爾試件空隙率

2.4 拌和時間

橡膠顆粒瀝青混合料拌和時間過短，會影響拌和的均勻性；過長則會引發(fā)瀝青老化、橡膠顆粒炭化，并造成拌和能的浪費。通過對干拌和時間在15～45s內的混合料空隙率的分析發(fā)現(xiàn)，干拌和時間不足35s時集料中的橡膠顆粒分布不均勻，而當干拌和時間超出35s后，可顯著提升混合料均勻性。摻加瀝青后的濕拌時間也影響成型試件空隙率和混合料均勻性，所進行的室內試驗結果詳見圖4。當濕拌時間為50s時，存在較為明顯的花白料；當濕拌時間為70s時，拌和均勻性明顯提升，且隨著濕拌時間的延長，均勻性更好，空隙率減??；當濕拌時間超出100s時，時間空隙率開始增大，這是由瀝青材料嚴重老化所引起的。

圖4 濕拌和時間與混合料壓實性能

通過對以上試驗結果的分析，將最終確定的該公路工程橡膠顆粒自應力融雪瀝青混合料施工溫度匯總至表1。在橡膠顆粒瀝青混合料拌和時，應按照集料和橡膠顆粒—瀝青—礦粉的次序投料，三個階段的拌和時間依次為30～35s、60s和90s。

表1 橡膠顆粒自應力融雪瀝青混合料施工溫度

3 試驗段施工

3.1 原材料及級配

該公路橡膠顆粒自應力融雪瀝青路面施工主要使用粒徑4.75～9.5mm和9.5～19mm的粗集料和粒徑2.36～4.75mm的細集料，經(jīng)過測定，不同粒徑集料的表觀密度見表2。礦粉和橡膠顆粒表觀密度分別為2.72g/cm3和1.16g/cm3。

表2 集料表觀密度

橡膠顆粒輕質且密度小，如果采用常規(guī)的瀝青混合料設計方法，必將影響混合料結構的穩(wěn)定性。為此，該工程試驗段施工采用AC-16斷級配瀝青混合料。由于摻加橡膠瀝青的混合料空隙率等指標存在較大的變異性[3]，故無法通過常規(guī)混合料性能指標評價橡膠瀝青混合料的優(yōu)劣。

為充分發(fā)揮粗集料嵌擠作用，采用主骨料空隙填充法[4]進行混合料級配設計。根據(jù)該方法得出，油石比6.4%，粗細集料用量為82.5%和6.6%；結合工程實際及室內試驗最終得到的油石比為6.2%，粒徑為4.75～9.5mm及粒徑9.5～19mm的粗集料用量依次為27%和56%，粒徑0～2.36mm及粒徑2.36～4.75mm細集料用量分別為7%和0；橡膠顆粒用量3.5%，礦粉用量10%。室內試驗所確定出的瀝青、碎石、砂、礦粉用量的體積比為6.2∶76.8∶7∶10。

3.2 攤鋪

橡膠顆粒瀝青混凝土攤鋪施工與普通混凝土攤鋪基本一致。該公路采用ABG8820B履帶式攤鋪機，攤鋪開始后現(xiàn)場等候卸料車輛應控制在3～4輛，不得出現(xiàn)因供料不及時而中斷攤鋪的情況。攤鋪機運行速度應保持在2.0m/min為宜，且連續(xù)緩慢勻速運行。除以上要點外，橡膠顆粒自應力融雪瀝青混合料攤鋪施工應參照普通混凝土施工工藝進行。

3.3 碾壓

橡膠顆粒瀝青混合料隨溫度的升高而黏性增大，橡膠顆粒的摻加同時增大了碾壓后回彈變形的可能，所以橡膠顆粒瀝青混合料碾壓工藝與普通混凝土不同。首先，碾壓時應緊跟慢壓、勻速少水，碾壓使用14t戴納派克CC624HF雙鋼輪壓路機和12.6t卡特CB534D雙鋼輪振動壓路機碾壓，以防止混凝料黏輪后影響壓實質量。碾壓過程中還應將驅動輪設置在壓路機前進向，避免混凝土因堆積而出現(xiàn)擁包。對于存在碾壓難度的部位，應增大初壓遍數(shù)；為控制碾壓后回彈變形，還應增大終壓遍數(shù)，將碾壓結束的溫度控制在70℃以下。壓實施工參數(shù)詳見表3。

表3 橡膠顆粒瀝青混合料壓實施工參數(shù)

4 結語

通過該公路室內試驗及現(xiàn)場施工，結果表明，橡膠顆粒自應力融雪瀝青路面施工工藝可在確保路面密實度滿足規(guī)范要求的基礎上，保證路用性能及耐久性，且摻加橡膠顆粒后的混凝土力學性能及路用性能均明顯優(yōu)于普通瀝青混凝土，能有效提升瀝青路面自融雪性能，減少冬季降雪后瀝青路面交通事故的發(fā)生。橡膠顆粒主要來自廢舊橡膠輪胎及制品，屬于廢舊資源重新利用，故該技術具有十分顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。