澆筑式瀝青混合料配比設(shè)計(jì)方法與施工技術(shù)

焦利敏

(太原市筑鑫市政工程檢測(cè)有限公司，山西太原 030024)

0 引言

澆筑式瀝青混凝土是一種新型的瀝青混合料，代號(hào)為GA，它是由高含量的瀝青和高比例的礦粉以及一定粗集料在220℃高溫下，經(jīng)長時(shí)間拌制，形成一種粘稠的具有類似于水泥砂漿的流動(dòng)性的混合料。GA施工澆筑后，用抹刀抹平，無需壓路機(jī)碾壓，待其冷卻后即可密實(shí)成型。由于它具有這些優(yōu)點(diǎn)，一般將其用于大、中型橋梁的橋面鋪裝中。GA的材料組成、配比設(shè)計(jì)、性能指標(biāo)、施工技術(shù)與普通AC系列瀝青混合料都有著很大的差別。作為工程技術(shù)人員，本人曾參與了太原市漪汾橋和北中環(huán)橋的試驗(yàn)檢測(cè)工作，積累了GA的一些施工經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，下面我就簡(jiǎn)單介紹一下它的配比設(shè)計(jì)方法及施工要點(diǎn)。

1 設(shè)計(jì)原理

GA的配比設(shè)計(jì)應(yīng)包括目標(biāo)配比設(shè)計(jì)、生產(chǎn)配比設(shè)計(jì)、生產(chǎn)配比驗(yàn)證三個(gè)階段。GA的礦料比例和瀝青含量等各項(xiàng)數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算得出后，試驗(yàn)室應(yīng)用小型瀝青拌和機(jī)模擬試拌。GA的熱穩(wěn)定性采用貫入度、流動(dòng)性作為控制指標(biāo)。用低溫彎曲試驗(yàn)檢驗(yàn)GA的抗裂性能。

2 材料組成

2.1 瀝青

GA使用經(jīng)過改性的硬質(zhì)瀝青作為結(jié)合料，該瀝青具有較高稠度和粘性，以保證高溫下不產(chǎn)生較深車轍以及冬季低溫下不開裂的穩(wěn)定性能。改性硬質(zhì)瀝青是用聚合物改性瀝青摻加一定天然瀝青或建筑瀝青而成。與普通聚合物改性瀝青相比，GA用的改性硬質(zhì)瀝青要“硬”很多。

表1為改性硬質(zhì)瀝青的技術(shù)要求。為了與普通改性瀝青進(jìn)行對(duì)比，我把普通SBS聚合物改性瀝青的技術(shù)要求也一并列出，便于二者比對(duì)。

表2為2009年6月漪汾橋兩側(cè)便道鋼橋生產(chǎn)GA用的改性硬質(zhì)瀝青各項(xiàng)指標(biāo)，該瀝青為韓國產(chǎn)SK型改性硬質(zhì)瀝青。

2.2 粗集料

GA用的粗集料應(yīng)按規(guī)范要求擇優(yōu)選取，并對(duì)各種集料取樣試驗(yàn)，當(dāng)某一種材料不合格時(shí)，應(yīng)予以剔除，重新選料。

需要指出的是GA用的粗集料壓碎值應(yīng)經(jīng)高溫烘干后再冷卻至室溫進(jìn)行試驗(yàn)。烘干溫度為300℃。而普通AC用的粗集料做壓碎值僅需風(fēng)干即可。

2.3 細(xì)集料

GA的細(xì)集料包括機(jī)制砂、天然砂、石屑，其技術(shù)要求與AC系列混合料的相同。在GA中適宜摻加一定比例的天然砂，目的是增加GA的流動(dòng)性。天然砂與機(jī)制砂的比例不得大于2∶1。

表1 改性硬質(zhì)瀝青的技術(shù)要求

表2 改性硬質(zhì)瀝青各項(xiàng)指標(biāo)

2.4 填料

GA的填料為礦粉，摻加量高達(dá)25%以上，如此高的摻量也是為了提高GA的粘聚力和穩(wěn)定性。同時(shí)礦粉與瀝青有較好的吸附作用，二者利于形成結(jié)構(gòu)瀝青。

2.5 外摻劑

為改善混合料的施工和易性，保證GA有足夠的“流動(dòng)本領(lǐng)”。同時(shí)也是為提高GA的高溫穩(wěn)定性，要在瀝青混合料中摻加改性劑。在漪汾橋便道鋼橋橋面以及北中環(huán)橋鋼橋面GA鋪設(shè)時(shí)，我們摻加了Sasobit改性劑。它在加熱條件下，簡(jiǎn)單攪拌即可穩(wěn)定分散于瀝青之中，能有效降低瀝青感溫性，顯著提高混合料抗變形、抗車轍等能力。

3 確定GA的礦料配比

GA和AC同屬懸浮密實(shí)型結(jié)構(gòu)，粗集料懸于瀝青膠砂中，其強(qiáng)度主要由瀝青和填料相互作用產(chǎn)生粘聚力形成。為保證GA有足夠的流動(dòng)性，4.75 mm以下約占到70%，填料25%左右(北中環(huán)橋橋面GA中礦粉占到27%)。

表3是GA的級(jí)配要求。

表3 GA的級(jí)配要求

各集料進(jìn)場(chǎng)試驗(yàn)合格后，依據(jù)各礦料的篩分級(jí)配，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行GA的級(jí)配設(shè)計(jì)，得出各集料的用量比例，力爭(zhēng)使較多篩孔的通過率接近級(jí)配要求范圍中值，尤其以 4.75，2.36，0.075 三個(gè)篩孔最為關(guān)鍵。計(jì)算所得到的合成級(jí)配曲線應(yīng)連續(xù)平滑。北中環(huán)橋鋼橋橋面GA目標(biāo)配比為:(5 mm～10 mm)∶(3 mm～5 mm)∶(0 mm～3 mm)∶天然砂∶礦粉 =32%∶5%∶26%∶10%∶27%，油石比為8.0%。

4 確定GA的油石比

先預(yù)估適宜的油石比為中間值，然后按±0.3%為變量。依據(jù)先前計(jì)算所得到的礦料配比用小型拌和機(jī)分組拌和，并按規(guī)定的方法分別測(cè)定三組油石比下GA的混合料貫入度、貫入度增量等指標(biāo)。我國規(guī)定GA應(yīng)滿足表4的技術(shù)要求。參照表中要求確定滿足貫入度和貫入度增量的瀝青用量范圍，確定最佳的油石比。

5 配比檢驗(yàn)

GA的配比設(shè)計(jì)完成后，要經(jīng)過施工和易性和低溫彎曲性能檢驗(yàn)。施工和易性檢驗(yàn)是以最佳油石比下拌和的混合料按要求的方法測(cè)定其劉埃爾流動(dòng)性。低溫彎曲性能檢驗(yàn)按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中有關(guān)方法制作(300×100×50)mm試件測(cè)定。經(jīng)檢驗(yàn)施工和易性和低溫性能之一不符合表4性能要求時(shí)，應(yīng)進(jìn)行配比調(diào)整。

經(jīng)過試驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足表4要求時(shí)，即可進(jìn)行生產(chǎn)配比的設(shè)計(jì)。

6 生產(chǎn)配比設(shè)計(jì)與生產(chǎn)配比驗(yàn)證

目標(biāo)配比設(shè)計(jì)結(jié)束以后，應(yīng)將各礦料配比轉(zhuǎn)化為瀝青拌和機(jī)冷料倉的供料比例供生產(chǎn)配比設(shè)計(jì)試拌使用。把礦料的目標(biāo)配合比設(shè)定為各冷料倉的皮帶轉(zhuǎn)速方法為:將各冷料倉皮帶分別設(shè)置5個(gè)皮帶轉(zhuǎn)速，測(cè)定不同的轉(zhuǎn)速下對(duì)應(yīng)集料的流量，單位統(tǒng)一為kg/min。以皮帶轉(zhuǎn)速為橫坐標(biāo)，以集料流量為縱坐標(biāo)畫出坐標(biāo)關(guān)系圖，并將所測(cè)得的5個(gè)轉(zhuǎn)速—流量對(duì)應(yīng)值標(biāo)于坐標(biāo)上。根據(jù)設(shè)定的瀝青拌和機(jī)每小時(shí)產(chǎn)量求出所需的單位小時(shí)礦料輸入量。在圖中找出對(duì)應(yīng)的該料倉皮帶轉(zhuǎn)速。

按上述方法對(duì)各冷料倉標(biāo)定的比例進(jìn)行烘干、上料，再從拌和機(jī)熱倉中取樣、篩分，按最佳目標(biāo)油石比±0.2%拌制瀝青混合料，做和易性、貫入度、低溫試驗(yàn)等。直至混合料各項(xiàng)指標(biāo)完全合格，這時(shí)就可確定生產(chǎn)配比和最佳油石比了。

生產(chǎn)配比驗(yàn)證即通過試拌試鋪?zhàn)罱K確認(rèn)生產(chǎn)用的配合比，是經(jīng)一系列調(diào)整后達(dá)到目標(biāo)、生產(chǎn)均衡，與工地?cái)備併暯泳o密，穩(wěn)定質(zhì)量的過程，當(dāng)配比驗(yàn)證合格，該配比將在生產(chǎn)中嚴(yán)格執(zhí)行，不得輕易變更。

7 GA的施工要點(diǎn)

7.1 準(zhǔn)備工作

由于GA配比中礦粉的比例較大，因此，上料前必須要考慮拌和機(jī)的結(jié)構(gòu)和填料倉最大稱量值。漪汾橋便道鋼橋橋面GA生產(chǎn)時(shí)，礦粉的生產(chǎn)配比摻量為29%，當(dāng)時(shí)，瀝青拌和場(chǎng)的瀝青混合料拌和設(shè)備為加隆3000型，如果每盤按3 000 kg稱量，礦粉就得摻將近1 000 kg。而加隆3000型拌和機(jī)填料倉最大稱量值為250 kg，因此，決定了該機(jī)每盤只能生產(chǎn)1 000 kg GA混合料。然后，根據(jù)拌和機(jī)產(chǎn)量、運(yùn)輸距離等確定車輛配備數(shù)量以及施工進(jìn)度。

7.2 拌和機(jī)拌和

因?yàn)镚A的礦粉摻量較大，所以要盡可能使用能對(duì)填料加溫的拌和機(jī)，GA要求石料加熱溫度在280℃ ～320℃之間。攪拌后成品料出料溫度在220℃ ±5℃以內(nèi)。

7.3 拌和時(shí)間

將加熱后的集料計(jì)量，加入礦粉后干拌20 s～30 s，使礦粉充分升溫，攪拌均勻，加入瀝青后，再拌和60 s～90 s即可出料。

7.4 運(yùn)輸

GA拌和好后放入專用運(yùn)輸車中，此時(shí)要加入2%～4%的Sasobit改性劑并在運(yùn)輸罐內(nèi)繼續(xù)攪拌。GA專用運(yùn)輸車儲(chǔ)料罐內(nèi)部設(shè)有攪拌葉片及升溫裝置。運(yùn)輸車儲(chǔ)料罐內(nèi)應(yīng)先升溫預(yù)熱，并限制最高溫度不超過240℃，防止GA硬結(jié)。裝料后，要連續(xù)不停攪拌至少30 min，運(yùn)輸過程中，要關(guān)閉罐體上部倉門保溫。從拌和機(jī)拌和開始，應(yīng)在3 h～6 h之內(nèi)完成運(yùn)輸、攤鋪等全部工作。

7.5 施工環(huán)境要求

GA的施工環(huán)境及技術(shù)要求見表4。

表4 GA的施工環(huán)境及技術(shù)要求

GA的施工環(huán)境應(yīng)選擇氣溫15℃以上的夏季，天氣晴朗無雨，下承層干燥不潮濕的情況下進(jìn)行。

7.6 攤鋪

攤鋪GA需用專用攤鋪機(jī)械。在攤鋪前應(yīng)根據(jù)攤鋪厚度先支模型以控制厚度和平整度。當(dāng)運(yùn)輸車將GA混合料直接卸在橋面板上，攤鋪機(jī)布料器左右刮動(dòng)使熨平板前布滿混合料，自動(dòng)攤鋪至規(guī)定厚度，無需碾壓即可成型。

8 結(jié)語

目前，GA混合料在我國屬于新材料、新工藝、新技術(shù)，還未得到廣泛的普及。但是由于其特殊的性能，今后必將在我國的道路和橋梁建設(shè)中逐步地得到推廣以及應(yīng)用。因此研究和開發(fā)GA混合料的工藝技術(shù)，總結(jié)有關(guān)的施工經(jīng)驗(yàn)具有很重要的意義。我們要不斷的去了解它、掌握它、改進(jìn)它，以便更好的為我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)。