王 靖，曾 貴，王俊超，黃 峰

(1.廣西新發(fā)展交通集團(tuán)有限公司欽州高速公路運(yùn)營分公司,廣西 欽州 535000;2.重慶市智翔鋪道技術(shù)有限公司,重慶 401336)

0 引言

現(xiàn)階段高速公路瀝青路面的上面層基本采用骨架密實(shí)型的SMA-13或懸浮密實(shí)型的AC-13[1],其特點(diǎn)在于孔隙率低,表面構(gòu)造磨耗較快,引發(fā)南方多雨地區(qū)的雨天行車安全問題,尤其是長下坡路段和超寬彎道段,主要體現(xiàn)在雨水與路表形成一層水膜,降低了輪胎與路表的接觸面積,在高速行駛中容易產(chǎn)生水漂[2];另一方面加之構(gòu)造越小,利用輪胎花紋和表面構(gòu)造排水的能力越弱,車輛高速行駛導(dǎo)致雨水飛濺形成水霧干擾兩側(cè)以及后方通行車輛視線,存在安全隱患。為此,具有透水性能的瀝青混合料成為功能性瀝青路面的研究熱點(diǎn)之一。

空隙率為18%～25%的排水路面主要類型為OGFC-13和PAC-13,為保證大孔隙混合料的耐久性,通常使用高黏改性瀝青。我國早期較為依賴日本進(jìn)口的TPS,而隨著瀝青改性材料及工藝的進(jìn)步,交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院作為高黏改性劑的引領(lǐng)者推動(dòng)了中國高黏改性瀝青的發(fā)展[3]。賀玉瑩等[4]依托HVA高黏劑的基礎(chǔ)上開發(fā)了高性能高黏改性劑 HVA-H并驗(yàn)證了高低溫性能,認(rèn)為采用通過力延度試驗(yàn)計(jì)算的拉伸柔量和穩(wěn)態(tài)流動(dòng)試驗(yàn)測試的零剪切黏度用于表征高低溫性較為貼切。呂大春等[5]在研究中引入灰色關(guān)聯(lián)度理論,結(jié)果表明不同來源基質(zhì)瀝青與高黏改性劑配伍效果相差較大,但可通過瀝青常規(guī)性能與流變性能指標(biāo)相關(guān)性進(jìn)行優(yōu)選高黏劑。馬嘉琛[6]、高磊[7]、楊三強(qiáng)[8]、張樹文[9]等分別利用SBS,TPS,相容劑,穩(wěn)定劑制備高黏劑并驗(yàn)證高黏瀝青性能。但大多數(shù)高黏劑是采用直投方式,而高黏瀝青的檢測指標(biāo)又是通過濕法加入,兩者的不統(tǒng)一對排水路面的施工控制也帶來一定的弊端。本文結(jié)合廣西某高速公路長下坡路段專項(xiàng)養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目,對比分析干法和濕法兩種工藝下排水路面PAC-13的施工控制以及應(yīng)用評價(jià),為后續(xù)路面改造提供參考。

1 項(xiàng)目概況

1.1 項(xiàng)目背景

G75蘭海高速某路段地處桂南地帶,常年高溫多雨,各路段自完成改擴(kuò)建后均為雙向八車道的瀝青混凝土路面,其中部分超高過渡段路面降雨時(shí)出現(xiàn)排水不暢或路面積水,影響行車安全。為提高駕駛員在超速、急轉(zhuǎn)、急剎等不當(dāng)操作的容錯(cuò)率,在排水不暢路段實(shí)施瀝青排水路面工程。

1.2 設(shè)計(jì)方案

通過對原路面進(jìn)行調(diào)查測量,未發(fā)現(xiàn)路面有明顯沉降。如圖1所示,本次路面設(shè)計(jì)方案為銑刨4 cm上面層后加鋪防水黏結(jié)層及4 cm PAC-13排水路面,采用干法及濕法兩種施工工藝。由于路面采用銑刨重鋪結(jié)構(gòu),排水瀝青層底面標(biāo)高低于土路肩表面及路緣石表面標(biāo)高。為保證路面層間水接入現(xiàn)有排水系統(tǒng),應(yīng)設(shè)置導(dǎo)水槽。導(dǎo)水槽底面、側(cè)壁撒布SBS改性瀝青防水層,撒布量1.0 kg/m2～1.2 kg/m2。

2 原材料控制

2.1 SBS改性瀝青與高黏劑的配伍性

瀝青膠結(jié)料是決定排水瀝青混合料性能的關(guān)鍵因素之一。配伍性試驗(yàn)主要依靠濕法加工而成的高黏瀝青關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)確定。前期在選擇高黏劑的過程中,首先通過高黏劑顆粒與SBS改性瀝青在不同剪切條件下的溶脹效果作為初選,剔除發(fā)育效果的高黏劑。

其次,為保證此次試驗(yàn)段對高黏劑和SBS改性瀝青的配伍性,對原樣SBS改性瀝青的技術(shù)指標(biāo)展開控制,相比《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》[10]而言,在設(shè)計(jì)階段將I-D型SBS改性瀝青的軟化點(diǎn)指標(biāo)60 ℃提高至75 ℃以上,5 ℃延度由大于20 cm提升至大于25 cm,135 ℃運(yùn)動(dòng)黏度由小于3 Pa·s縮小范圍至2.2 Pa·s～3 Pa·s,彈性恢復(fù)率由75%提升至90%,48 h軟化點(diǎn)差降低至2.0 ℃。

根據(jù)《排水瀝青路面設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》[11]中對高黏瀝青的指標(biāo)要求,將高黏瀝青的軟化點(diǎn)提升至85 ℃,48 h軟化點(diǎn)差由2.5 ℃降低至2.2 ℃,60 ℃動(dòng)力黏度提高至300 000 Pa·s。以上對瀝青指標(biāo)的控制均為保障試驗(yàn)段項(xiàng)目在高溫重載多雨環(huán)境下的耐久性。其中,對于濕法改性的高黏瀝青在儲存過程中按頻率(次/d)進(jìn)行軟化點(diǎn)、老化后軟化點(diǎn)兩個(gè)指標(biāo)的抽檢,其變化幅度應(yīng)在±2 ℃內(nèi)。

2.2 細(xì)集料和填料控制

機(jī)制砂的潔凈程度直接影響瀝青膠砂的內(nèi)部黏聚力,從而導(dǎo)致大孔隙混合料在長期動(dòng)水壓力的作用下出現(xiàn)松散而最終導(dǎo)致排水路面的破壞。為此,試驗(yàn)段項(xiàng)目針對機(jī)制砂選材特別注重亞甲藍(lán)值和砂當(dāng)量兩個(gè)指標(biāo),經(jīng)過比對3個(gè)廠家料源,只保留了亞甲藍(lán)值低于2.5 g/kg和砂當(dāng)量超過65%的廠家。再則針對填料應(yīng)選擇干燥、潔凈、無風(fēng)化、無雜質(zhì)的石灰?guī)r石料磨細(xì)礦粉,嚴(yán)格規(guī)避回收粉以及含水率超過1%的礦粉。

3 生產(chǎn)控制

3.1 生產(chǎn)配合比

根據(jù)干法和濕法兩種生產(chǎn)工藝,按照相關(guān)規(guī)程,通過不同油石比下的飛散試驗(yàn)和析漏試驗(yàn)結(jié)果的拐點(diǎn)獲取最小瀝青用量和最大瀝青用量,再綜合確定油石質(zhì)量比為4.7%。碎石(10～15) mm∶碎石(5～10) mm∶石屑(0～3) mm∶礦粉(0～0.6) mm=32%∶52%∶12%∶4%,聚酯纖維摻量0.1%,見表1—表6。

表1 高黏改性瀝青技術(shù)指標(biāo)

表2 I-DSBS改性瀝青技術(shù)指標(biāo)

表3 粗集料技術(shù)指標(biāo)

表4 細(xì)集料技術(shù)指標(biāo)

表5 礦粉技術(shù)指標(biāo)

表6 PAC-13生產(chǎn)配合比礦料合成級配

3.2 拌和參數(shù)控制

3.2.1 拌和前準(zhǔn)備

為保證排水瀝青混合料質(zhì)量,需確定拌和站裝有溫度計(jì)及二次除塵設(shè)置,拌和全過程采用電腦進(jìn)行控制并能逐盤打印。再則拌和樓的計(jì)量設(shè)備已通過有資質(zhì)的計(jì)量部門標(biāo)定,在使用過程中不定期進(jìn)行復(fù)核,確保計(jì)量準(zhǔn)確。冷料倉進(jìn)料比例、速度已進(jìn)行標(biāo)定。聚酯纖維采用計(jì)量準(zhǔn)確的機(jī)械進(jìn)行投放,保證投放時(shí)間,聚酯纖維計(jì)量精度為±1%。而在干法工藝中,高黏改性劑也宜采用機(jī)械投放,其計(jì)量精度為±0.2%。

3.2.2 拌和順序及時(shí)間

無論干法還是濕法工藝,拌和時(shí)間均經(jīng)試拌確定,應(yīng)以混合料拌和均勻、所有礦料顆粒全部裹覆瀝青結(jié)合料為度,無花白料、無結(jié)團(tuán)成塊或嚴(yán)重的粗細(xì)集料分離現(xiàn)象。在濕法工藝中,集料和纖維同時(shí)投放,干拌時(shí)間為20 s,再投入礦粉,噴撒高黏改性瀝青,濕拌40 s,整個(gè)循環(huán)周期60 s;在干法工藝中,集料和纖維同時(shí)投放,干拌時(shí)間為15 s,隨后噴撒瀝青,同時(shí)投入高黏度添加劑拌和10 s,5 s后投放礦粉,礦粉投放完后濕拌35 s,整個(gè)循環(huán)周期65 s。

3.2.3 拌和溫度

瀝青混合料拌和溫度是影響生產(chǎn)質(zhì)量的因素之一,根據(jù)運(yùn)距合理選擇集料和瀝青加熱溫度,溫度參數(shù)如表7所示。

表7 PAC-13瀝青混合料生產(chǎn)溫度控制表 ℃

4 攤鋪、碾壓控制

4.1 攤鋪

鋪筑試驗(yàn)段采用2臺已配備非接觸式平衡梁裝置的攤鋪機(jī),并采集初始壓實(shí)度參數(shù)。若采用不同型號的攤鋪機(jī)時(shí),注意夯錘振搗頻率開到最大值的50%以上,兩臺攤鋪機(jī)初始密度相差小于0.05。兩臺攤鋪機(jī)前后行走間距為 5 m～10 m,搭接寬度控制在5 cm～10 cm,以確?？v向接縫質(zhì)量。為避免層間排水導(dǎo)流層和層間黏結(jié)大幅度下降,導(dǎo)致路面不能正常傳遞行車荷載,造成路面層間水現(xiàn)象嚴(yán)重,引發(fā)路面坑槽等早期病害,攤鋪機(jī)橫向螺旋前端加裝防滾落粗集料擋板,防止攤鋪面接地層大多數(shù)為一層大顆粒粗集料墊底。大空隙率級配結(jié)構(gòu),兩臺攤鋪機(jī)對接高出0 mm～1 mm。攤鋪速度為2 m/min～3 m/min,排水瀝青混合料攤鋪溫度不宜低于155 ℃,低于150 ℃瀝青混合料應(yīng)做廢棄處理。

4.2 碾壓

由于排水瀝青路面空隙率高達(dá) 18%～25%,粗集料基本為點(diǎn)與點(diǎn)接觸,容易壓實(shí),也容易將集料壓碎,造成瀝青混合料局部失去黏聚能力,從而導(dǎo)致掉粒飛散等病害。排水瀝青路面碾壓主要控制均勻壓實(shí)和集料多次碾壓搓揉達(dá)到穩(wěn)固。按初壓、復(fù)壓、終壓三個(gè)階段進(jìn)行。初壓應(yīng)在混合料攤鋪后緊跟進(jìn)行,壓實(shí)溫度控制在150 ℃～165 ℃,不得產(chǎn)生推移、開裂,初壓為靜壓4遍～5遍。初壓后觀察平整度、路拱,發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)作適當(dāng)調(diào)整。復(fù)壓宜采用膠輪壓路機(jī),控制溫度80 ℃～100 ℃碾壓,壓實(shí)1遍～2遍。終壓可采用鋼輪壓路機(jī)靜壓1遍。為防止較高溫度下膠輪壓路機(jī)黏輪,宜采用隔離劑噴淋裝置。試驗(yàn)段監(jiān)控碾壓溫度見表8。

表8 PAC-13瀝青混合料實(shí)測碾壓溫度

5 應(yīng)用效果評價(jià)

5.1 干法和濕法排水瀝青混合料性能對比

根據(jù)試驗(yàn)段所取熱料進(jìn)行排水路面瀝青混合料路用性能測試,結(jié)果見表9。

表9 濕法和干法排水瀝青混合料性能測試結(jié)果

由表9可知,兩種工藝在高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性以及低溫性能等方面均較為接近,但整體上看,采用濕法拌制的混合料稍優(yōu)于干法拌制的混合料,其主要原因在于濕法改性的高黏瀝青混合料中高黏劑通過溶脹、剪切、發(fā)育后較為均勻地分散在SBS改性瀝青中,并和SBS改性劑起到進(jìn)一步交聯(lián)作用使得結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定,性能得以優(yōu)化[12]。

5.2 干法和濕法排水路面現(xiàn)場檢測

分別在干法和濕法兩種工藝試驗(yàn)段對排水路面的滲水性能、厚度、抗滑性能進(jìn)行了測試,結(jié)果如表10所示。

表10 濕法和干法排水瀝青路面現(xiàn)場測試結(jié)果

從表10可以看出,兩種工藝在實(shí)施后,現(xiàn)場檢測指標(biāo)接近,由于現(xiàn)場檢測的試驗(yàn)結(jié)果也會(huì)受機(jī)械設(shè)備操作以及線形走勢影響,暫無法細(xì)究兩種工藝的優(yōu)劣,但兩種工藝下的排水路面現(xiàn)場技術(shù)要求均滿足設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)語

結(jié)合廣西某高速排水路面試驗(yàn)段的應(yīng)用,對干法和濕法工藝下排水路面施工過程的控制及應(yīng)用評價(jià)進(jìn)行了總結(jié)。試驗(yàn)段對原材料的控制主要體現(xiàn)在高黏劑與SBS改性瀝青的配伍性和細(xì)集料的潔凈程度,在生產(chǎn)方面主要控制拌和溫度、拌和順序以及拌和時(shí)間,攤鋪、碾壓階段控制施工溫度、施工速率等。經(jīng)對排水瀝青混合料路用性能測試以及現(xiàn)場測試,兩種工藝下的指標(biāo)較為接近,在路用性能方面濕法工藝略優(yōu)于干法工藝。在實(shí)施過程中也衍生出一定的問題,比如在干法中如何評定高黏改性劑與混合料是否混合均勻以及其作用機(jī)理應(yīng)如何表征;而采用濕法工藝中對于成品高黏改性瀝青的儲存穩(wěn)定性還需采用更為合適的指標(biāo)進(jìn)行評判,以上問題需在未來繼續(xù)探索。