淺析巖瀝青改性瀝青混合料施工關(guān)鍵技術(shù)

袁德軍

(長沙市公路橋梁建設(shè)有限責(zé)任公司)

0 引 言

在高速公路建設(shè)中,瀝青路面作為一種無接縫的連續(xù)式路面,由于其足夠的力學(xué)強(qiáng)度,對行車荷載的良好承受力,行車平穩(wěn),無揚(yáng)塵,舒適,振動小,噪音低以及便于維修養(yǎng)護(hù)的優(yōu)點,多年來一直受到世界各國的重視。然而,隨著公路建設(shè)高速發(fā)展,新的問題相繼出現(xiàn),隨著國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展,帶動交通量迅速增長,車輛大型化,超載嚴(yán)重及渠化現(xiàn)象等使瀝青混凝土路面經(jīng)受嚴(yán)峻考驗。許多公路建成不久就發(fā)生早期破壞,產(chǎn)生多種形式的道路病害,傳統(tǒng)的瀝青路面己難負(fù)重任。由此,與路面使用性能及服務(wù)質(zhì)量息息相關(guān)的瀝青材料研究,被提到了一個新的高度。研究及實踐證明,天然瀝青作為改性劑的改性瀝青其高溫穩(wěn)定性、耐老化性,以及水穩(wěn)定性都有顯著改善,低溫抗裂性也有一定程度地提高,很大程度上預(yù)防了瀝青路面病害的出現(xiàn)。工程實踐表明,用天然瀝青做改性劑的改性瀝青以其優(yōu)越的路用性能獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益,應(yīng)用前景十分廣闊。

1 巖瀝青混合料配合比設(shè)計

1.1 材料要求

(1)粗集料:粗集料應(yīng)潔凈、干燥、表面粗糙。采石場在生產(chǎn)過程中必須徹底清除覆蓋層及泥土夾層,原石不得含有泥土雜物,集料成品不得堆放在泥土地上。粗集料的質(zhì)量應(yīng)符合要求。

(2)細(xì)集料:細(xì)集料包括人工砂、天然砂、石屑。細(xì)集料應(yīng)潔凈、干燥、無風(fēng)化、無雜質(zhì),并有適當(dāng)?shù)募壟?機(jī)制砂宜采用專用的制砂機(jī)制造,并選用優(yōu)質(zhì)石料生產(chǎn),其級配應(yīng)符合S16的要求。質(zhì)量應(yīng)符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTGF4O-2004)規(guī)定。天然砂的質(zhì)量變化較大,形狀較圓滑,并且含有一些有害成分,對于高速公路,熱拌瀝青混合料中天然砂的用量不宜超過集料總質(zhì)量的 20%,SMA和OGFC混合料不宜使用天然砂。

(3)瀝青:巖改性瀝青是一種采用天然巖瀝青改性劑對石油瀝青改性制備而成的,具有優(yōu)良的路用性能。巖改性瀝青所采用的天然巖瀝青改性劑是以分子量高達(dá)一萬的瀝青質(zhì)為主要組成,其在巖石表面能產(chǎn)生強(qiáng)吸附能力,其吸附能力比普通瀝青高出數(shù)倍,具有良好的抗剝落性能。同時還含有多種能促進(jìn)石油瀝青中的活性基團(tuán)交聯(lián)聚合的有機(jī)鏈,增強(qiáng)了瀝青的內(nèi)聚力,抗流動性、抗氧化性、粘附性和感溫性等都比普通瀝青得到了明顯的提高。

1.2 熱拌瀝青混合料的配合比設(shè)計

(1)目標(biāo)配合比設(shè)計階段:對工程采用的原材料通過適當(dāng)?shù)牡V料結(jié)構(gòu)設(shè)計確定適宜的礦質(zhì)混合料配合比,通過馬歇爾試驗確定最佳瀝青含量,根據(jù)確定的礦質(zhì)混合料配合比和最佳瀝青含量進(jìn)行瀝青混合料試拌,對混合料的水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和滲水系數(shù)進(jìn)行檢驗。各種性能都合格,便確定了目標(biāo)配合比,否則繼續(xù)調(diào)整。根據(jù)目標(biāo)配合比設(shè)計所確定的礦料級配組成和最佳瀝青含量作為目標(biāo)配比,供瀝青拌和站確定各冷料倉的供料比例、進(jìn)料速度及試拌使用。

(2)生產(chǎn)配合比設(shè)計階段:瀝青混合料的生產(chǎn)應(yīng)采用間歇式拌合站。調(diào)整冷料倉進(jìn)料速度以后,對拌和站熱料倉取樣篩分。調(diào)整熱料倉比例,由于拌和站取樣誤差以及除塵設(shè)備回收細(xì)料滯后等方面的影響,通常需要分成確定集料級配和確定瀝青含量兩步驟進(jìn)行。首先確定熱料倉比例,分別取三種熱料倉配合比加瀝青拌和,混合料級配以從拌和站連續(xù)生產(chǎn)時取的瀝青混合料抽提結(jié)果為準(zhǔn),分析調(diào)整這三個級配,確定出最好的配合比。然后,取目標(biāo)配比的最佳瀝青含量、最佳瀝青含量 ±3%等三個瀝青含量進(jìn)行試拌,進(jìn)行抽提和馬歇爾試驗,確定出生產(chǎn)的最佳瀝青含量。

(3)生產(chǎn)配合比設(shè)計驗證階段:對反復(fù)調(diào)整確定的拌合站熱料倉比例和最佳瀝青含量進(jìn)行試拌、鋪筑試驗段,并對生產(chǎn)的瀝青混合料進(jìn)行取樣抽提和馬歇爾試驗。試驗段取樣不少于三次,取樣以從拌合站直接接取的樣品為準(zhǔn)。根據(jù)試驗路確定的熱料倉比例和最佳瀝青含量為生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)配合比。滿足各項要求的試驗段抽提平均的各篩孔通過率為用于生產(chǎn)控制的標(biāo)準(zhǔn)級配曲線。

(4)確定施工級配允許波動范圍。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)配合比和質(zhì)量管理要求中各篩孔的允許波動范圍,制定施工級配控制范圍,用以檢查混合料的生產(chǎn)質(zhì)量。

施工前確定石油瀝青加工及瀝青混合料施工溫度,根據(jù)瀝青標(biāo)號及粘度、氣候條件、鋪裝層的厚度確定。

2 巖瀝青混合料拌制

拌和廠應(yīng)具備完備的排水設(shè)施,各種集料分隔儲存,細(xì)集料場地應(yīng)有防雨設(shè)施,料場及場內(nèi)道路應(yīng)作硬化處理,嚴(yán)禁泥土污染集料。還應(yīng)考慮拌和場與廠地的距離,確保瀝青混合料在運(yùn)輸過程中的溫度下降不超過要求,且不至于因顛簸造成混合料的離析。采用的瀝青拌和站型號為德基 -3000型間歇式拌和機(jī),具有 5個冷料倉和 5個熱料倉,并配有計算機(jī)、打印機(jī)、摻加纖維等外加劑等設(shè)備,還有保溫性能良好的成品儲料倉和二級除塵設(shè)備。拌和能力滿足施工要求,除塵設(shè)備完好,達(dá)到國家環(huán)保要求,冷料倉數(shù)量滿足配比要求,振動篩規(guī)格與礦料規(guī)格相匹配,數(shù)據(jù)見表 1。

表 1 間歇式拌和機(jī)用振動篩的等效篩孔(方孔篩)mm

2.1 改性瀝青的摻配工藝

(1)直接加入法。

將礦料通過傳送帶送入回轉(zhuǎn)爐加熱至 190～200℃,瀝青加熱至 155～175℃。礦料由回轉(zhuǎn)爐進(jìn)入拌和罐,同時加入天然瀝青改性劑進(jìn)行干拌至少 3s。干拌完畢后噴入瀝青進(jìn)行濕拌至少 38s,然后放出拌和料進(jìn)入運(yùn)料車中,出料溫度控制在 170℃左右。

(2)間接加入法。

將基質(zhì)瀝青通過流量計計算數(shù)量后輸送至瀝青罐中并加熱至 155～175℃,將天然瀝青改性劑用提升機(jī)提升至罐頂操作平臺,計量好重量后加入瀝青攪拌罐中進(jìn)行攪拌混合,攪拌 20～30min后即可使用。如果生產(chǎn)設(shè)備帶有膠體磨或剪切設(shè)備,那么通過膠體磨剪切后使用,效果會更佳。

2.2 拌和要求

(1)裝載機(jī)上料時應(yīng)從集料堆底部按順序豎直裝料,減小集料離析。

(2)拌和機(jī)生產(chǎn)時必須逐盤打印各個傳感器測定的材料用量和瀝青混合料拌和量、拌和溫度等各種參數(shù)。

(3)操作人員不經(jīng)實驗人員同意不得隨意調(diào)改配合比,不得隨意補(bǔ)料,不得使用回收粉。

(4)不得使用剛剛破碎的新鮮集料,新集料應(yīng)放置一周后才能使用,以防止瀝青混合料的剝離。

(5)巖瀝青混合料拌和時間一般不低于 50s,拌和溫度在 180～185℃之間。

3 巖瀝青混合料施工工藝及質(zhì)量控制

3.1 混合料的運(yùn)輸

(1)巖瀝青混合料對溫度的要求比較高,因此混合料的溫度要有專人負(fù)責(zé)測量并作好記錄,嚴(yán)格控制出廠溫度。

(2)巖瀝青粘度較大,因此從拌和機(jī)向運(yùn)料車上裝料時,應(yīng)多次挪動位置,平衡裝料,減少混合料的離析。

(3)運(yùn)輸車輛的數(shù)量應(yīng)根據(jù)拌和機(jī)的產(chǎn)量、攤鋪速度、運(yùn)距、等候卸料時間確定。一般正常施工時,攤鋪機(jī)前面應(yīng)有 3～5輛運(yùn)輸車等候卸料。

(4)連續(xù)攤鋪過程中,運(yùn)料車在攤鋪前 10～30cm處停下,不得撞擊攤鋪機(jī)。卸料時運(yùn)輸車應(yīng)掛空檔,靠攤鋪機(jī)推動前進(jìn)。

3.2 混合料的攤鋪

(1)攤鋪巖瀝青混合料時,采用功率較大的履帶式攤鋪機(jī)進(jìn)行攤鋪施工。攤鋪機(jī)料斗應(yīng)涂抹薄層隔離劑或防粘劑。

(2)鋪筑高速公路時,攤鋪寬度不只6m,進(jìn)行巖瀝青全幅罩面時,攤銷機(jī)前后錯開 10～20m,呈梯隊同步進(jìn)行作業(yè),熱接縫的搭接寬度在 30～60mm。

(3)由于巖瀝青混合料對溫度的要求比較高,因此在攤鋪施工前要提前 1h進(jìn)行熨平板的預(yù)熱工作,熨平板溫度不低于 100℃。攤鋪過程熨平板選擇較大的振動頻率,提高初始壓實度,以保證巖瀝青路面的壓實效果。

(4)在進(jìn)行巖瀝青混合料攤鋪時,攤鋪速度應(yīng)控制在1～ 3m/min。

(5)由于巖瀝青混合料對柴油的敏感度較強(qiáng),同此在施工過程中盡可能避免采用柴油作為隔離劑的物件,比如鐵锨和接觸式平衡梁等,優(yōu)先選用非接觸式平衡梁。

3.3 壓實

(1)巖瀝青混合料初壓溫度≥160℃,復(fù)壓溫度≥133℃,終壓溫度≥90℃。

(2)巖瀝青混合料的壓實厚度不宜大于 100mm。

(3)在壓實設(shè)備的選擇上,巖瀝青混合料不宜采用輪胎式壓路機(jī)進(jìn)行碾壓,以防止將瀝青結(jié)合料揉搓擠壓上浮;易采用振動式壓路機(jī)進(jìn)行碾壓,遵循“緊跟、慢壓、高頻、低幅”的原則,緊跟攤鋪機(jī)后,采用高頻率、低振幅的方式慢壓。

3.4 接縫處理

(1)瀝青路面的施工必須接縫緊密、連接平順,不得產(chǎn)生明顯的接縫離析。上、下層的縱縫應(yīng)錯開 150mm(熱接)或 300～400mm(冷接)以上。相鄰兩幅及上、下層的橫向接縫均應(yīng)錯位 1m以上。

(2)進(jìn)行瀝青罩面采用梯隊作業(yè)時應(yīng)采用熱接縫,將已鋪部分留 100～200mm寬暫不碾壓,作為后續(xù)部分的基準(zhǔn)面,然后跨縫碾壓。

(3)開放交通時間。巖瀝青混合料路面應(yīng)完全自然冷卻,混合料表面溫度低于 50℃后,方能開放交通。盡可能不采用灑水冷卻的方法降低混合料的溫度。

[1]馬琳.北美天然巖瀝青改性與應(yīng)用[J].中國公路,2003,(16):56-57.

[2]陳旭,姜開明.布敦巖瀝青改性瀝青混凝土配合比設(shè)計[J].山東交通學(xué)院學(xué)報,2005,13(2):35-38.

[3]公路改性瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范(JTJ036-98)[S].