橡膠瀝青混合料在丹通高速公路中面層ARAC—20的應用研究

馬亮

【摘 要】通過丹通高速公路路面第二合同段的ARAC-20橡膠瀝青中面層的施工，對施工中橡膠瀝青的生產、橡膠瀝青的改性原理及橡膠瀝青道路的優(yōu)點、配合比設計及施工工藝控制要點，闡述了橡膠瀝青應用于高速公路建設中的施工要點。橡膠瀝青混合料的生產過程中特別關注兩個重要參數，溫度和拌和時間。其中溫度主要包括橡膠瀝青的加工溫度、儲存溫度、混合料的拌和溫度；時間主要包括橡膠瀝青的加工時間、拌和時間、混合料的拌和時間。在施工過程中也要控制好所有的工序，才能保證工程質量的創(chuàng)優(yōu)，達到我國北方寒冷地區(qū)高速公路的典型示范樣板工程。同時，對今后同類型路面工程橡膠瀝青面層施工具有一定的指導意義。

【關鍵詞】橡膠瀝青；級配；工藝

0.前言

橡膠瀝青（Asphalt Rubber）指廢胎膠粉與瀝青，摻加一定比例的添加劑（擴展油聚合物），按一定比例拌合而得到的滿足相關技術指標要求的產物，其中廢胎膠粉的摻量不小于15%（內摻）或17.6%（外摻）。

在設計和施工良好的情況下橡膠瀝青材料能夠表現出良好的性能，橡膠瀝青路面與結構等價的普通路面相比，具有環(huán)保和節(jié)約資源、抗低溫碎裂、抗高溫車轍、后續(xù)的損壞發(fā)展緩慢，對一些出現早期病害的路面需要的養(yǎng)護費用大大降低。

丹（東）通（化）高速公路是國家重點高速公路鶴崗至大連的重要段落，是連接黑龍江、吉林重要的出海通道。丹通高速全長196.4公路，雙向四車道，路面共劃分為6個合同段，由我單位承擔丹通路面第2合同段全長25.5公里，起訖點樁號為K30+750—K57+040，其中瀝青中面層使用橡膠瀝青中面層（ARAC-20）試驗路。我單位會同科研院、業(yè)主及監(jiān)理單位共同結合以往的其它路段的橡膠瀝青使用經驗，從原材檢測、選擇、配合比設計、橡膠瀝青的生產、混合料的拌和、攤鋪、碾壓等施工工藝作以嚴格控制，取得了較好的效果。

1.橡膠瀝青改性原理及優(yōu)點

橡膠瀝青（asphalt rubber）指廢胎膠粉與瀝青，摻加一定比例的添加劑（擴展油聚合物），按一定比例拌合而得到的滿足相關技術指標要求的產物，其中廢胎膠粉的摻量不小于15%（內摻）或17.6%（外摻）。

在設計和施工良好的情況下橡膠瀝青材料能夠表現出良好的性能，橡膠瀝青路面與結構等價的普通路面相比，后續(xù)的損壞發(fā)展緩慢，對一些出現早期病害的路面需要的養(yǎng)護費用大大降低。

1.1橡膠瀝青改性原理

橡膠瀝青是輪胎橡膠粉粒在充分拌和的高溫條件下（180oC以上）與基質瀝青（丹通高速采用90號基質瀝青）充分熔脹反應形成的改性瀝青膠結材料。橡膠粉不發(fā)生裂解，吸收基質瀝青中的輕質組分，一方面直接改善基質瀝青，另一方面達到橡膠與瀝青充分復合的效果。橡膠瀝青中橡膠粉的含量摻量不小于15%（內摻）或17.6%（外摻）。熔脹反應后，橡膠顆粒的體積分數在30%～40%，膠結料和混合料都能顯著地表現出橡膠的物理、力學、化學性能。

1.2橡膠瀝青道路的優(yōu)點

橡膠瀝青擁有較強的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、以及抗老化、抗疲勞、抗水損壞的特性。所以把橡膠瀝青設計應用于道路方案中，可以充分體現以下特性與優(yōu)點：

（1）環(huán)保和節(jié)約資源。隨著中國經濟高速發(fā)展，同時也帶來了大量的廢舊輪胎，對社會環(huán)境造成了嚴重的污染，橡膠瀝青技術以其環(huán)保和節(jié)約資源的特點可以為這些黑色污染提供一條永續(xù)性的環(huán)保解決方案。

（2）抗低溫碎裂。由于橡膠本身的可塑性和延展性，使得橡膠瀝青低溫延度增大，橡膠瀝青路面抗低溫脆裂能力大大增強。

（3）抗高溫車轍。橡膠瀝青本身擁有較強的高溫穩(wěn)定性和粘性，所以用于路面結構中的橡膠瀝青膠結料具有高粘性與不易流動性。另外碎石外層所裹覆的橡膠瀝青膠結料中含有大顆粒的橡膠粉，可產生較大的磨阻力，也使碎石不易滑動，可減少車轍形成，同時保證結構能力。

（4）降低噪聲。橡膠瀝青是城市道路降低噪聲的新材料，與普通瀝青相比，可降低行車噪聲3～6dB，提高人居舒適環(huán)境。

（5）超強粘結作用。因為橡膠瀝青擁有超強的粘性，所以它可以非常牢固地吸附粘結在水穩(wěn)層或舊水泥路面上，從而起到與路面的粘結作用。

（6）提高行車安全。橡膠中的炭黑能夠使路面黑色長期保存，與標線的對比度高，路面摩擦力和剎車阻力增大，提高了行車安全，尤其是在雪水路面上效果更加顯著。

（7）延長使用壽命，節(jié)省養(yǎng)護成本。優(yōu)異的抗疲勞性可以提高路面的耐久性能，膠結料含量高、油膜厚以及輪胎中含有抗氧化劑，故提高了道路抗老化、抗氧化能力，由于道路的耐久性和性能得到提高，使得道路的養(yǎng)護費用顯著降低。

2.橡膠瀝青中面層配合比設計

2.1原材料

2.1.1粗集料

路面中面層粗集料采用優(yōu)質石灰?guī)r石料。要求碎石具有良好的棱角性，扁平及細長顆粒含量、黏土含量、密度、堅固性、安全性及有害物質含量應符合設計及《技術規(guī)范》。保證粗集料的潔凈、干燥、無風化、無雜質，具有足夠的強度、耐磨耗性，并符合圖紙要求。ARAC-20級配用碎石的質量技術要求應符合規(guī)范規(guī)定，且石料壓碎值不大于24%，洛杉磯磨耗損失不大于30%。粗集料規(guī)格為：16-19mm、13.2-16mm、9.5-13.2mm、4.75-9.5mm，產地為：桓仁縣雅河鄉(xiāng)世元采石場。

2.1.2細集料

橡膠瀝青中面層混合料4.75mm以下的細集料必須采用優(yōu)質石灰?guī)r生產的機制砂。細集料應潔凈、堅硬、干燥、無風化、無雜質或其他有害物質。規(guī)格為：2.36-4.75mm、0-1.18mm，產地為：桓仁縣雅河鄉(xiāng)世元采石場。

2.1.3 填料

填料必須采用由石灰石磨細的礦粉，礦粉必須保持干燥、潔凈，能從礦粉倉中自由流出。為提高石料與瀝青之間的粘結力，在中面層瀝青混合料中摻加P.O42.5級普通硅酸鹽水泥代替部分礦粉，水泥用量為礦粉總量的1.5%～2%。

2.1.4瀝青

中面層瀝青混凝土采用橡膠瀝青；采用的基質瀝青為國產90號道路石油瀝青。

2.1.5膠粉

根據我國的廢胎膠粉生產情況，按細度分為3種規(guī)格：

（1）粗膠粉，粒度在40目以下（0.425mm以上）。

（2）細膠粉，粒度在40～80目之間（0.425～0.180mm之間）。

（3）微細膠粉，粒度在80～200目之間（0.180～0.075mm之間）。

路用廢胎膠粉應選用常溫研磨粉碎的輪胎膠粉，且宜選擇斜交胎膠粉或天然膠含量較高的膠粉，并應滿足相應物理、化學指標。在保證易于碾壓成型，且滿足使用性能要求的前提下，應盡量選用較粗的廢胎膠粉。宜選擇30～80目之間的路用廢胎膠粉。

2.1.6橡膠瀝青

橡膠瀝青采用現場攪拌法加工的方式進行生產，采用間歇式生產橡膠瀝青，橡膠瀝青中廢胎膠粉的摻量可根據實際使用的技術要求確定，其摻量有一定的合理范圍，一般為基質瀝青質量的外摻17.6%～30%，我標段根據基質瀝青和使用的技術要求確定膠粉摻量為內摻17.75%。橡膠瀝青加工完成后應在6小時內使用完畢，其指標應符合下表的要求。

2.1.7外摻劑

為了進一步改善橡膠瀝青的某些技術性能，在橡膠瀝青加工過程中，可摻加一定比例的天然橡膠含量較高的橡膠類材料或某些輕質油分。外摻劑一般可與廢胎膠粉一起摻加到瀝青中拌和、加工，摻加量一般為1%～2%。

2.2橡膠瀝青生產工藝

2.2.1 橡膠瀝青加工前的準備

加工橡膠瀝青前，橡膠瀝青加工設備中的計量裝置應進行專門標定，并貼有計量標簽，有固定式的加工設備和移動式的加工設備。

2.2.2橡膠瀝青的加工流程：

（1）第一步：基質瀝青，橡膠粉等原材料的添加。

（2）第二步：基質瀝青，橡膠粉等原材料的預混。

（3）第三步：橡膠瀝青的反應過程。

（4）第四步：橡膠瀝青質量控制。

2.2.3橡膠瀝青的加工

（1）橡膠瀝青采用攪拌法加工。

（2）橡膠瀝青生產分為連續(xù)式和間歇式，宜采用間歇式生產橡膠瀝青。

橡膠瀝青的加工溫度宜控制在180～190oC，當廢胎膠粉摻量較大時，加工溫度可適當提高，但不應高于210oC，橡膠瀝青加工攪拌的時間，一般為45-60min。在生產過程中，應及時檢測每鍋橡膠瀝青的技術指標，當采用連續(xù)式生產時，每鍋45-60min抽樣檢測橡膠瀝青的技術指標。

當橡膠瀝青粘度大于2.5Pa.s時，橡膠瀝青的加熱溫度應提高5-10oC。

2.3配合比設計

合理的集料級配，可以提高瀝青面層的整體性能，我項目通過篩分后的級配碎石進行了對比試驗。集料的級配對混合料質量起著決定性作用，級配的改變有時可導致混合料性能改變，影響著結構層的耐久性，我們非常重視混合料的級配問題，合理的保證集料級配在設計范圍中值附近，發(fā)揮集料的骨架密實、高溫抗車轍、低溫抗裂作用，從而提高工程質量。

2.3.1配合比設計的各項檢測

（1）水穩(wěn)定性檢驗。

按照最佳油石比6.0%制件，進行馬歇爾穩(wěn)定度試驗及浸水馬歇爾試驗，殘留穩(wěn)定度為89.5%大于設計值85%，符合要求。

（2）高溫穩(wěn)定性檢驗。

按照最佳油石比6.0%進行車轍試驗，動穩(wěn)定度3859次/mm大于設計值3000次/mm，符合要求。

（3）滲水系數檢驗。

利用輪碾機成型的車轍試件進行滲水試驗，檢驗的滲水系數為41.6ml/min，符合施工圖紙不大于120ml/min的要求。

2.3.2生產配合比的確定

中面層瀝青混凝土材料生產配合比

3.橡膠瀝青中面層施工工藝及主要工序說明

3.1施工工藝

檢查下承層——混合料的拌和——混合料的運輸——混合料的攤鋪——混合料的碾壓——開放交通

3.2主要施工工序說明

（1）混合料攤鋪：通過試驗段確定松鋪系數1.26，松鋪厚度為6.3cm。正常施工時，橡膠瀝青混合料的最低攤鋪溫度根據鋪筑層厚度、氣溫、風速及下臥層表面溫度，不得低于表二要求。每天施工開始階段宜采用較高溫度的混合料。當氣溫低于15℃時，不得攤鋪橡膠瀝青混合料。

（2）混合料的壓實：混合料完成攤鋪后立即進行壓實作業(yè)。并檢查寬度、松鋪厚度、平整度、橫坡和攤鋪溫度，對不合格之處及時進行調整。橡膠瀝青混凝土的碾壓溫度的高低與橡膠瀝青的黏度有關，黏度越大、碾壓溫度越高。橡膠瀝青混凝土的初壓溫度一般不宜低于155℃，復壓溫度不宜低于135℃，終壓的結束溫度不宜低于90℃。

碾壓組合方式：

①初壓：用一臺CC624雙鋼輪壓路機，緊跟碾壓。靜壓0.5遍，振壓0.5遍，速度2～3km/h（相鄰碾壓帶應重疊10～20cm）

②復壓：用一臺CC624雙鋼輪壓路機，緊跟碾壓，振壓1遍。再用XP301型、CP271型膠輪壓路機各碾壓一遍。速度3～4km/h。

③終壓：用CC522雙鋼輪壓路機靜壓1～2遍，速度3～4km/h。達到表面平整、密實無輪跡。

3.3 開放交通

熱拌瀝青混合料攤鋪壓實后，經自然冷卻，待混合料表面溫度低于50℃后，方可開放交通。

3.4檢測

（1）對施工完的中面層厚度、平整度、彎沉、壓實度、橫坡、高程等一系列指標進行檢測，確定是否符合設計要求。

（2）對外觀要求：

①表面平整密實，無泛油、松散、裂縫和明顯離析等現象。

②表面無明顯碾壓輪跡。

③搭接處應緊密、平順，燙縫不枯焦。

④面層與路緣石及其他構筑物銜接平順，無積水或漏水現象。

⑤瀝青面層內部及表面的水要排除到路面范圍之外，路面無積水。

4.總結

為了保證工程質量，必須嚴格控制原材料的質量、成品橡膠瀝青指標及各道施工工序。另外，成品橡膠瀝青的黏度、集料級配、油石比的確定也是十分關鍵。在生產配合比設計過程中應與拌和樓緊密配合，做到冷料倉供料均勻、平衡、避免大規(guī)模生產中發(fā)生等料、溢料等現象。集料的級配不偏離中線，集料中的粉塵含量不超標，才能確保瀝青混合料質量的因素。

施工過程中要嚴格控制各道工序。橡膠瀝青混合料的生產過程中特別關注兩個重要參數，溫度和拌和時間。其中溫度主要包括橡膠瀝青的加工溫度、儲存溫度、混合料的拌和溫度；時間主要包括橡膠瀝青的加工時間、拌和時間、混合料的拌和時間。在攤鋪過程中要保證穩(wěn)定均勻的攤鋪速度，保證夯錘的頻率，碾壓要高溫緊跟，并采用雙膠輪大噸位的壓路機進行復壓，通過試驗路的證明這樣能夠提高瀝青中面層的壓實度，并控制好開放交通時間，只有控制好所有的工序，才能保證工程質量的創(chuàng)優(yōu)，達到我國北方寒冷地區(qū)高速公路的典型示范樣板工程。