青海地區(qū)直投式改性瀝青混合料施工質(zhì)量控制

陳子敬，彭軍康，余 陽

(青海省公路建設(shè)管理局，青海 西寧 810001)

0 引 言

青海地區(qū)的特殊氣候和自然環(huán)境給瀝青路面施工帶來較大影響，使施工質(zhì)量難以保證，因此該地區(qū)的瀝青混凝土道路在服役過程中極易出現(xiàn)包括車轍在內(nèi)的各種病害。為了提高瀝青混合料性能，延長瀝青路面服役壽命，常使用改性瀝青作為膠結(jié)料來鋪筑瀝青路面。

根據(jù)改性瀝青混合料拌合時改性劑狀態(tài)的不同，可將改性瀝青的生產(chǎn)工藝分為濕法和干法。濕法是將改性劑直接加入基質(zhì)瀝青中，在一定溫度、攪拌速率下剪切預(yù)制得到改性瀝青成品，再以其為結(jié)合料與礦粉進(jìn)行拌合后使用，此工藝目前使用最為廣泛[1]；干法工藝常被稱為“直投式”工藝。與濕法工藝不同，它不用先預(yù)制改性瀝青成品，而是直接在拌合過程中與結(jié)合料、礦料、填料一同投入，利用拌合過程中機(jī)械力的作用，使改性劑在混合料中均勻分布，實現(xiàn)改善混合料性能的效果。相較于濕法工藝，直投式工藝省去了成品改性瀝青的生產(chǎn)環(huán)節(jié)與運輸環(huán)節(jié)，減少了生產(chǎn)與物流過程中的能源消耗和污染物排放，避免了長時間運輸過程中改性瀝青離析造成的性能減弱問題；此外直投式改性瀝青混合料的生產(chǎn)可根據(jù)實際情況安排，不必受制于成品改性瀝青生產(chǎn)[2-5]。青海地區(qū)地域廣袤，改性瀝青生產(chǎn)地與公路建設(shè)地距離一般較遠(yuǎn)，且青海地區(qū)大部位于青藏高原，氣溫較低，改性瀝青的長途運輸及存儲過程中易離析的問題難以解決。因此，用直投式工藝生產(chǎn)改性瀝青在青海地區(qū)公路瀝青路面建設(shè)中有很大的應(yīng)用前景。

在直投式改性瀝青混合料生產(chǎn)過程中，瀝青混合料的配合比設(shè)計、拌合與施工工藝都與普通改性瀝青混合料存在差別。本文結(jié)合青海地區(qū)氣候與自然環(huán)境特征，對青海地區(qū)直投式改性瀝青混合料施工技術(shù)進(jìn)行闡述，針對其原材料組成、配合比設(shè)計與拌合施工工藝展開論述，提出青海地區(qū)直投式改性瀝青混合料的施工質(zhì)量控制方法。

1 原材料選擇

1.1 集料

作為瀝青混合料中的主要材料，集料的物理化學(xué)特征對直投式改性瀝青混合料的性能有極其重要的影響。集料的顆粒形狀和表面形貌差異是其性能指標(biāo)差異性的主要原因之一，不僅會對混合料的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，還會顯著影響其路用性能，因此選用優(yōu)質(zhì)集料是保證路面質(zhì)量的重要措施。

粗集料在直投式瀝青混合料中起到骨架作用，是混合料強(qiáng)度的主要來源[6]。因此在選擇粗集料時，首要考慮的便是集料的力學(xué)性能是否滿足要求。若粗集料壓碎值等力學(xué)指標(biāo)不能滿足要求，便無法保證直投式改性瀝青混合料的強(qiáng)度。目前，在國內(nèi)的集料生產(chǎn)過程中普遍存在工藝粗糙、加工方式落后等問題，這導(dǎo)致粗集料的級配穩(wěn)定性難以得到控制。另外，集料的泥含量、針片狀含量及棱角性等方面常無法滿足要求[7]?？紤]到青海地區(qū)車轍等病害較為嚴(yán)重，為保證直投式瀝青路面質(zhì)量，需在粗集料組成、密度、強(qiáng)度、黏附性等方面進(jìn)行嚴(yán)格要求，具體指標(biāo)要求如表1所示。

直投式改性瀝青混合料中的細(xì)集料應(yīng)是干凈、無風(fēng)化、不含雜質(zhì)且粒徑分布在一定級配范圍的天然機(jī)制砂或石屑。需要注意的是，現(xiàn)行規(guī)范僅在級配范圍、密度、堅固性與砂當(dāng)量等指標(biāo)上對細(xì)集料提出要求。除此之外，細(xì)集料還應(yīng)與瀝青良好地黏結(jié)，一般選擇與瀝青黏附性較好的堿性石料(如石灰?guī)r等)[8]。若采用酸性細(xì)集料，則需采取抗剝落措施進(jìn)行處理。細(xì)集料的常規(guī)指標(biāo)應(yīng)符合表2中的要求。

表2 細(xì)集料性能指標(biāo)要求

1.2 填料

填料在直投式瀝青混合料的強(qiáng)度形成過程中發(fā)揮著重要作用。礦粉的比表面積大，吸油作用顯著，可與結(jié)合料形成黏結(jié)力較大的瀝青膠漿；粗、細(xì)集料在瀝青膠漿的黏結(jié)作用下，形成穩(wěn)定的、具有一定結(jié)構(gòu)的瀝青混合料。常使用石灰?guī)r或巖漿巖，將其中強(qiáng)基性的憎水石料磨細(xì)，即可得到礦粉[9]。在進(jìn)行礦粉生產(chǎn)前，需對原石料進(jìn)行清洗，將泥土等雜質(zhì)清除干凈。瀝青混合料所用礦粉的各種指標(biāo)應(yīng)符合表3的要求。

表3 礦粉性能指標(biāo)要求

1.3 基質(zhì)瀝青

目前，青海高寒高海拔地區(qū)瀝青路面建設(shè)主要采用基質(zhì)瀝青，較少應(yīng)用改性瀝青。不同區(qū)域主要根據(jù)當(dāng)?shù)睾０芜x用瀝青，一般來說海拔高度在2 000～3 000 m時選用90#基質(zhì)瀝青，在3 000～4 000 m時選用110#基質(zhì)瀝青，在4 000 m以上則選用更高標(biāo)號基質(zhì)瀝青。所選基質(zhì)瀝青的基本技術(shù)指標(biāo)均應(yīng)滿足規(guī)范中對于道路石油瀝青的要求。

研究表明，直投式改性瀝青混合料的性能在很大程度上取決于瀝青結(jié)合料的性能。直投式瀝青改性劑能否成功對基質(zhì)瀝青進(jìn)行改性，取決于改性劑與瀝青之間的匹配程度。使用配伍性好的基質(zhì)瀝青與直投式瀝青改性劑制得的直投式改性瀝青結(jié)合料性能更好，因此選擇合適的基質(zhì)瀝青顯得尤為重要。在施工前需進(jìn)行相關(guān)試驗，驗證瀝青與直投式改性劑之間的配伍性。

1.4 直投式瀝青改性劑

當(dāng)集料進(jìn)入拌鍋后，即可投入直投式瀝青改性劑，先直接干拌一定時間，再噴入基質(zhì)瀝青濕拌。在此過程中，直投式瀝青改性劑的狀態(tài)會發(fā)生變化，主要包括熔化、黏性流動與熔體混合3個過程。根據(jù)直投式瀝青改性劑在拌鍋中的3個變化階段，有針對性地提出直投式改性劑的控制指標(biāo)，如黏流溫度、熔體流動速率和擴(kuò)散率等[10]。通常直投式改性劑的黏流溫度越低、熔體流動速率和擴(kuò)散率越快，其效能越容易發(fā)揮，對瀝青混合料的改性效果越好。

根據(jù)材料組成，目前常使用的直投式瀝青改性劑材料分為纖維類和高模量類[11]。纖維類改性劑可有效提高瀝青混合料的自愈合能力，減少裂縫的產(chǎn)生及拓展。纖維類改性劑比表面積大，吸油作用明顯，顯著增大了礦料與瀝青之間的結(jié)合強(qiáng)度；另外，加入的纖維會填充混合料內(nèi)部空隙，降低混合料的空隙率，使水分進(jìn)入混合料內(nèi)部的可能性降低，進(jìn)而提升了混合料的抗水損害能力。高模量類改性劑在瀝青混合料中主要起到加筋和膠結(jié)作用，明顯提高混合料骨架內(nèi)摩阻力，使混合料的動穩(wěn)定度也顯著增大，抗車轍性能顯著改善?；谥蓖妒綖r青改性劑自身性質(zhì)，可將其應(yīng)用于青海地區(qū)高寒、強(qiáng)紫外線、強(qiáng)降水等氣候環(huán)境特征較為顯著的區(qū)域，實現(xiàn)對基質(zhì)瀝青進(jìn)行改性的目的，進(jìn)而提升瀝青路面使用性能，并延長服役壽命[12]。

2 配合比設(shè)計

在進(jìn)行直投式改性瀝青混合料的配合比設(shè)計時，首先需要確定直投式瀝青改性劑的摻量。摻量應(yīng)當(dāng)按照道路等級、當(dāng)?shù)貧夂蛱卣?、交通量、路面類型等進(jìn)行室內(nèi)試驗，并結(jié)合工程實踐經(jīng)驗及經(jīng)濟(jì)性原則綜合考慮。需要注意的是，在實際生產(chǎn)過程中，直投式瀝青改性劑在短暫拌合過程中僅發(fā)生熔化，并與基質(zhì)瀝青形成機(jī)械共混的狀態(tài)，在運輸時間內(nèi)才能保證改性劑充分溶脹。因此在進(jìn)行室內(nèi)試驗時，混合料拌合后需結(jié)合實際運輸時間，在一定溫度下燜料0.5～1.5 h，再擊實或輪碾成型。配合比設(shè)計的其他步驟，參照普通改性瀝青混合料的配合比設(shè)計進(jìn)行即可。

3 拌合、運輸、攤鋪及碾壓

3.1 拌合

拌合混合料時，直投式瀝青改性劑應(yīng)直接投入拌鍋，投放方式主要分為機(jī)械自動計量投放和人工投放。對于需求量較大的工程項目，人工投放不利于控制直投式瀝青改性劑的拌合時間，且存在安全問題，因此不建議采用。當(dāng)采用人工投放時，需依照改性劑的摻量計算拌鍋中每盤用量，并提前將其分裝為小袋，包裝宜采用玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較低的塑料袋制品；另外，直投式瀝青改性劑應(yīng)在熱料倉釋放集料后直接投入，與集料進(jìn)行干拌。采用機(jī)械自動計量投放時，在正式生產(chǎn)前需對投放機(jī)械設(shè)備的計量系統(tǒng)進(jìn)行稱重與投放時間標(biāo)定，控制質(zhì)量誤差在±3%以內(nèi)，投料時間少于10 s[13]。直投式改性劑投入拌鍋后，與熱集料干拌5 s左右(可據(jù)實際情況延長)；然后加入礦粉，噴入基質(zhì)瀝青，與礦料和改性劑攪拌40～45 s即可得到直投式改性改性瀝青混合料。拌合溫度應(yīng)滿足規(guī)范中關(guān)于生產(chǎn)溫度的相關(guān)規(guī)定。

3.2 運輸

為減少混合料離析，運料車在裝料之時應(yīng)結(jié)合實際情況調(diào)整位置，一般先在運料車前后部裝料，再在中部裝料[14]。由于直投式瀝青改性劑的溶脹發(fā)育主要發(fā)生在運輸過程中，為保證此過程的順利進(jìn)行，需保證運輸過程中混合料溫度在一定范圍內(nèi)?；旌狭系某鰪S溫度大約在170 ℃～185 ℃，運輸至施工現(xiàn)場時溫度不得低于165 ℃。考慮到青海地區(qū)氣溫較低的情況，為使混合料溫度符合要求，需采取措施來確保運料車的保溫能力，減少運輸過程中的混合料離析。

3.3 攤鋪與碾壓

將混合料運輸至現(xiàn)場后，應(yīng)在最短時間內(nèi)進(jìn)行攤鋪，攤鋪作業(yè)應(yīng)均勻、連續(xù)。因此，應(yīng)結(jié)合拌合生產(chǎn)能力、運輸時間和碾壓能力，選擇合適的攤鋪速度。諸多工程實踐表明，攤鋪速度宜在2～6 m·min-1。為保證路面平整度，在攤鋪過程中不宜出現(xiàn)間歇施工和急剎車。在瀝青混合料攤鋪完成后，應(yīng)緊接著進(jìn)行路面碾壓工作。碾壓作業(yè)應(yīng)遵循“緊跟、慢壓、高頻、低幅”的原則，完成初壓、復(fù)壓和終壓。在實際碾壓過程中，碾壓速度基本變化不大，一般根據(jù)實際情況來調(diào)整碾壓次數(shù)。此外，溫度對碾壓效果也有較大影響。當(dāng)溫度較高時，可以適當(dāng)減少碾壓次數(shù)；當(dāng)溫度較低時，碾壓時的輪跡會在路面上存留，影響路面平整度。另外，由于壓實度難以保證，混合料間空隙增大，路面服役過程中容易出現(xiàn)滲水等現(xiàn)象，縮短瀝青路面的服役壽命。因此，在碾壓過程中應(yīng)對溫度進(jìn)行實時監(jiān)測，確保碾壓作業(yè)順利進(jìn)行。

4 結(jié) 語

在直投式改性瀝青路面施工中，應(yīng)結(jié)合工程建設(shè)地區(qū)的實際情況及干法工藝的特點，嚴(yán)格把控礦料、瀝青及直投式瀝青改性劑等原材料質(zhì)量，按規(guī)定進(jìn)行混合料配合比設(shè)計及生產(chǎn)，規(guī)范施工過程，加強(qiáng)運輸、攤鋪、碾壓環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，確保路面壓實度與平整度滿足要求。只有嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)規(guī)范要求，才能保證公路建設(shè)工程順利完成，提升瀝青路面的路用性能，延長公路的服役壽命。