橡膠瀝青在高速公路路面養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用

薛 倩

(1.浙江工業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院,杭州 310014;2.浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院,杭州 311112)

0 引 言

橡膠瀝青是首先把廢舊輪胎通過常溫粉碎的方式制成橡膠粉粒,然后以這種橡膠粉粒為改性劑,在高溫條件下 (180℃以上)與基質(zhì)瀝青充分拌合,并且經(jīng)過充分熔脹后形成的一種新型改性瀝青膠結(jié)材料。

近年來,隨著環(huán)保意識的增強(qiáng)、資源循環(huán)利用的要求提高以及橡膠瀝青技術(shù)的進(jìn)步,使得廢舊輪胎膠粉在公路工程中的應(yīng)用得到了一定的發(fā)展。廢舊輪胎中由于含有天然橡膠、合成橡膠、硫磺和碳黑等成份,是道路瀝青良好的改性劑。國內(nèi)外研究表明,廢舊橡膠粉可明顯提高基質(zhì)瀝青的使用性能。橡膠瀝青混合料具有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、抗水損害能力,其抗老化性能和抗疲勞性能更優(yōu)于其他改性瀝青混合料。

1 工程概況及罩面養(yǎng)護(hù)方案

金麗溫高速公路全長234km,系浙江省交通建設(shè)規(guī)劃中 “兩縱兩橫十八連三繞三通道”的重要一橫,也是上海至云南瑞麗、黑龍江同江至海南三亞兩條國道主干線在浙江中部的重要連接線。金麗溫高速公路起于金華二仙橋,與杭金衢高速公路相接,途經(jīng)金華、麗水、溫州三地市八縣 (市、區(qū)),全線設(shè)互通或連接線與330國道、49省道、42省道、03省道相連,終于溫州南白象,與甬臺溫高速公路相交,于2005年12月23日全線建成通車。經(jīng)過多年的運(yùn)營,目前部分路段的瀝青路面出現(xiàn)了車轍、坑槽、裂縫、翻漿等路面典型病害,其中隧道部分微表處 (2004年施工)脫落現(xiàn)象比較嚴(yán)重,路面使用性能較差。針對金麗溫高速的病害特點(diǎn),綜合各方面因素,決定采用橡膠瀝青路面技術(shù)對部分路面進(jìn)行改造,本次改造路段長度為0.48 km。

本次試驗(yàn)段原瀝青砼路面結(jié)構(gòu)層依次為20 cm厚低劑量水泥穩(wěn)定碎石底基層,32 cm厚水泥穩(wěn)定碎石基層,17 cm厚瀝青混凝土面層 (從下到上分別為 7 cm厚AC-25I、6 cm厚AC-20I、4 cm厚AK-13I)。隨著使用年限的增長和交通流量的迅速增加,現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn),該路段出現(xiàn)了典型的車轍、裂縫等病害現(xiàn)象。本試驗(yàn)段最終的施工方案為在原有瀝青混凝土面層的基礎(chǔ)上直接進(jìn)行3.5 cm厚AR-AC13橡膠瀝青混合料罩面,其間用改性乳化瀝青粘層加強(qiáng)聯(lián)結(jié)。

2 原材料的選擇

2.1 基質(zhì)瀝青

本試驗(yàn)路采用韓國SK70號道路石油瀝青,性能檢測結(jié)果見表1,其主要技術(shù)指標(biāo)經(jīng)測定滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

表1 基質(zhì)瀝青性能試驗(yàn)結(jié)果

2.2 集 料

2.2.1 粗集料

本試驗(yàn)段采用的粗集料為玄武巖碎石,為確保其具有良好的顆粒形狀,碎石加工采用鄂式破碎機(jī)一級破碎,采用反擊式破碎機(jī)二次破碎,最后通過整形機(jī)整形,以保證碎石針片狀含量,其檢測結(jié)果見表2和表3。

表2 玄武巖(10～15mm)檢測結(jié)果

表3 玄武巖(5～10mm)檢測結(jié)果

2.2.2 細(xì)集料

本試驗(yàn)段采用的細(xì)集料為潔凈、干燥、無風(fēng)化、無雜質(zhì),并有適當(dāng)?shù)念w粒級配的石屑,其質(zhì)量檢測結(jié)果見表4。

表4 石屑 (0～5mm)

2.2.3 填 料

本試驗(yàn)段采用的填料為石灰?guī)r等憎水性石料經(jīng)磨細(xì)得到的礦粉,其質(zhì)量檢測結(jié)果見表5。

表5 礦粉 (0～0.6mm)

2.3 橡膠粉

廢舊輪胎生成的橡膠粉顆粒表面呈羽絮狀,比表面積較大,這樣的結(jié)構(gòu)有利于橡膠粉與瀝青的吸附。本試驗(yàn)路段采用南京某橡膠粉廠生產(chǎn)的40目膠粉,篩分結(jié)果見表6,滿足級配要求。

表6 橡膠粉篩分結(jié)果

3 AR-AC13橡膠瀝青混合料配合比設(shè)計

3.1 目標(biāo)配合比設(shè)計

本試驗(yàn)路段根據(jù)浙江省的氣候條件,在綜合考慮預(yù)防路面水損害和車轍、裂縫等病害的基礎(chǔ)上,結(jié)合交通部指南中的配合比設(shè)計要求,確定ARAC13橡膠瀝青混合料礦料組成為10～15mm碎石:5～10mm碎石:0～5mm石屑:水泥=36%∶36.5%∶21%∶6.5%,其油石比為6.4%。該配合比體現(xiàn)了較高的粗集料含量,能形成粗集料骨架結(jié)構(gòu),有利于避免橡膠顆粒干涉壓實(shí)作用,同時較低的細(xì)集料含量,將有利于形成類似于SMA的斷級配形式。其級配的摻配結(jié)果如表7。

表7 AR-AC13目標(biāo)配合比摻配結(jié)果

按上述級配要求摻配,橡膠瀝青混合料ARAC13目標(biāo)配合比的技術(shù)指標(biāo)檢測,結(jié)果見表8。

表8 AR-AC13目標(biāo)配合比的技術(shù)指標(biāo)檢測結(jié)果

3.2 生產(chǎn)配合比設(shè)計

按生產(chǎn)配合比設(shè)計要求,對各熱料倉進(jìn)行了取樣篩分,其礦料組成為10～18mm碎石:4～10mm碎石:0～4mm石屑:水泥=42%:31%:21%:6%,其油石比為6.3%。生產(chǎn)配合比級配的摻配結(jié)果及混合料AR-AC13的技術(shù)指標(biāo)檢測結(jié)果分別見表9和表10。

4 橡膠瀝青混合料施工工藝

4.1 橡膠瀝青的加工

橡膠瀝青的生產(chǎn)需要專用的設(shè)備,設(shè)備的核心部件是高速攪拌機(jī),能夠使橡膠粉與基質(zhì)瀝青充分混合,橡膠粉摻量對橡膠瀝青性質(zhì)影響較大,生產(chǎn)設(shè)備需要有高精度的計量裝置。本試驗(yàn)段橡膠瀝青加工采用現(xiàn)場改性方法,由于橡膠粉與瀝青的反應(yīng)過程較慢,一般要45～60 min,為了使橡膠粉與瀝青充分反應(yīng),生產(chǎn)設(shè)備附設(shè)反應(yīng)罐,在高溫和攪動的狀態(tài)下,橡膠瀝青容易離析的問題得到緩解。

表9 AR-AC13生產(chǎn)配合比摻配結(jié)果

表10 AR-AC13生產(chǎn)配合比的技術(shù)指標(biāo)檢測結(jié)果

4.2 橡膠瀝青混合料的拌合

本試驗(yàn)路段橡膠瀝青混合料采用瑪蓮尼M160拌和樓生產(chǎn),在正常情況下,每盤的實(shí)際拌和時間為70～75 s,其生產(chǎn)能力為80T/H,在拌和過程中應(yīng)根據(jù)瀝青和各種礦料的用量,嚴(yán)格控制橡膠瀝青混合料的拌和溫度。為保證施工時的溫度,在實(shí)際施工中,混合料的出廠溫度以高限控制,即控制在180℃左右。

4.3 橡膠瀝青混合料的攤鋪

本試驗(yàn)路段橡膠瀝青混合料采用弗特勒S1800攤鋪機(jī)攤鋪,攤鋪速度緩慢、均勻、連續(xù)不間斷,中途無停頓,根據(jù)拌和樓產(chǎn)量,本次試驗(yàn)攤鋪速度控制在2 m/min。

4.4 橡膠瀝青混合料的碾壓

根據(jù)攤鋪機(jī)控制的攤鋪速度、氣候及其他瀝青路面的施工經(jīng)驗(yàn),配備了3臺帶有高頻低幅功能的雙鋼輪振動式壓路機(jī)和2臺膠輪壓路機(jī),初壓的遍數(shù)為3遍,碾壓第一遍壓實(shí)開始就需打開振動,從外側(cè)向中心碾壓,碾壓按 “緊跟、慢壓、高頻、低幅”的原則進(jìn)行,振動壓路機(jī)的振動頻率宜為35～50Hz,振幅宜為0.3～0.8mm。復(fù)壓遍數(shù)為5～6遍,不小于120℃時采用鋼輪振動碾壓3遍,膠輪碾壓2～3遍。

橡膠瀝青混合料的終壓應(yīng)緊接在復(fù)壓后進(jìn)行,如經(jīng)復(fù)壓后已無明顯輪跡時可免去終壓。終壓采用雙輪鋼壓路機(jī)靜壓1～2遍,至無明顯輪跡為止。在碾壓過程中,需選擇合理的碾壓方式,并隨時檢測橡膠瀝青混凝土碾壓溫度,保證橡膠瀝青混合料的碾壓溫度,以達(dá)到最佳碾壓效果。

5 路面檢測

在試驗(yàn)路段完工開放交通前,實(shí)驗(yàn)室按照驗(yàn)收評定相關(guān)要求,組織了對部分驗(yàn)評項(xiàng)目的現(xiàn)場檢測,檢測項(xiàng)目包括滲水系數(shù)、構(gòu)造深度和壓實(shí)度,具體的評定結(jié)果如表11所示。從中可知,橡膠瀝青AR-AC13路面完全符合規(guī)范要求。

表11 AR-AC13路面檢測評定結(jié)果

6 結(jié) 語

從試驗(yàn)路段通車運(yùn)營后的情況看,經(jīng)歷了近一年的高溫雨季、低溫等氣候、交通條件的考驗(yàn),路況始終保持良好的營運(yùn)狀態(tài),其路面無坑洞、無橡膠瀝青瑪蹄脂上浮的現(xiàn)象,無車轍、無裂縫病害的出現(xiàn),其路面抗滑性能、構(gòu)造深度基本無衰減,完全體現(xiàn)了橡膠瀝青所具有的優(yōu)點(diǎn)。

由于橡膠瀝青具有優(yōu)異的低溫柔性和低溫抗裂性能,以及較強(qiáng)的高溫穩(wěn)定性、抗老化性能、抗疲勞性能和抗水損壞性能,橡膠瀝青混凝土表面層方案在路面改造過程中具有投資少、工期短、抗裂性能突出等優(yōu)點(diǎn),有著廣闊的應(yīng)用前景。

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