廢膠粉改性瀝青混合料在公路施工中的應(yīng)用

巢玉華

（江西省宜春公路建設(shè)集團(tuán)有限公司，江西 宜春 336000）

0 引言

隨著我國(guó)汽車使用量的增多，淘汰、廢棄的橡膠輪胎數(shù)量也隨之增加，如果不加以合理利用，廢舊輪胎等橡膠制品必將增加環(huán)境污染，造成資源浪費(fèi)。

結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究，采取恰當(dāng)工藝將廢舊橡膠粉添加至瀝青中，制備而成的改性瀝青混合料技術(shù)屬性及路用性能均比常規(guī)改性瀝青混合料優(yōu)越，既能明顯較少反射裂縫，提升路面結(jié)構(gòu)耐久性和高溫穩(wěn)定性，還能增強(qiáng)路面材料抗疲勞性能，有效解決廢舊橡膠輪胎大量棄置的問題，實(shí)現(xiàn)資源高效利用。

1 工程概況

Z 高速公路起訖樁號(hào)K185+000～K225+585，全線長(zhǎng)40.585km，該公路位于我國(guó)東南地區(qū)，工程區(qū)降雨豐富且常年高溫，為提升公路路面高溫穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)耐久性、抗車轍性能等路用性能，決定使用廢舊輪胎膠粉進(jìn)行瀝青混合料改性。并以其中重載超限交通量較大的K210+665～K214+800 路段為試驗(yàn)段，進(jìn)行其上、中面層廢膠粉改性瀝青混合料試鋪，上、中面層分別為4cm 厚AC-13C 和8cm 厚AC-20C 廢膠粉改性瀝青混凝土層設(shè)計(jì)。

2 材料及配合比設(shè)計(jì)

2.1 原材料

廢膠粉改性瀝青混合料在制備前，必須根據(jù)瀝青改性要求將廢橡膠磨細(xì)至一定目數(shù)后摻加至熔融瀝青中，并待橡膠粉完全溶解、溶脹后與瀝青形成彈塑性優(yōu)良的復(fù)合結(jié)構(gòu)[1]。該工程所使用的70#基質(zhì)瀝青性能檢測(cè)結(jié)果顯示，其25℃針入度為61.2（0.1mm），軟化點(diǎn)48.1℃，10℃延度40.9cm，閃點(diǎn)302.8℃，15℃密度為1.025g/cm3，溶解度99.8%，RTFOT 后質(zhì)量變化率為-0.25%，25℃殘留針入度比為73%，10℃殘留延度為12cm。

集料主要采用工程所在地產(chǎn)石灰?guī)r碎石料、機(jī)制砂及石灰?guī)r磨細(xì)礦粉。石灰?guī)r主要有9.5～19mm 和4.75～9.5mm 兩種規(guī)格，視密度分別為2.838g/cm3和2.841g/cm3，毛體積密度分別為2.816g/cm3和2.819g/cm3，吸水率0.28%和0.26%，針片狀顆粒含量12.5%和10.9%，壓碎值15.3%。機(jī)制砂細(xì)集料視密度2.823g/cm3，毛體積密度2.788g/cm3，砂當(dāng)量81%。石灰?guī)r磨細(xì)礦粉視密度2.845g/cm3，含水量0.2%，0.6mm 以下、0.15mm 以下 及0.075mm 以下的粒度占比分別為100%、93.8% 和87.8%，塑性指數(shù)2.3%。以上性能取值均符合規(guī)范要求。

2.2 配合比設(shè)計(jì)

該公路上面層按照AC-13C 確定級(jí)配，目標(biāo)配合比為9.5～19mm 石灰?guī)r碎石料∶4.75～9.5mm 石灰?guī)r碎石料∶機(jī)制砂∶石灰?guī)r磨細(xì)礦粉∶水泥＝37%∶24%∶36%∶1%∶2%，最佳油石比按5.0%確定。生產(chǎn)配合比應(yīng)為22～30mm 石灰?guī)r碎石料∶11～22mm 石灰?guī)r碎石料∶6～11mm 石灰?guī)r碎石料∶粒徑6mm 以下石灰?guī)r碎石料∶石灰?guī)r磨細(xì)礦粉∶水泥＝6%∶34%∶23%∶33%∶3%∶1%。中面層按照AC-30C 確定級(jí)配，目標(biāo)配合比為9.5～13.2mm 石灰?guī)r碎石料∶4.75～9.5mm 石灰?guī)r碎石料∶機(jī)制砂∶石灰?guī)r磨細(xì)礦粉∶水泥＝28%∶27%∶42%∶1%∶2%，最佳油石比按5.2%確定。生產(chǎn)配合比應(yīng)為11～16mm 石灰?guī)r碎石料∶6～11mm 石灰?guī)r碎石料∶粒徑6mm 以下石灰?guī)r碎石料∶石灰?guī)r磨細(xì)礦粉∶水泥＝16%∶34%∶46%∶3%∶1%。

2.3 材料性能試驗(yàn)

為保證施工質(zhì)量，必須進(jìn)行廢膠粉改性瀝青混合料高溫穩(wěn)定性、低溫性能及水穩(wěn)性檢驗(yàn)。

2.3.1 高溫穩(wěn)定性

該公路路段重載超載交通量大，且環(huán)境因素復(fù)雜多變，引發(fā)永久車轍的可能性較大，為保證道路服務(wù)水平和路面使用壽命，必須進(jìn)行廢膠粉改性瀝青混合料高溫性能分析。不同的油石比下混合料高溫穩(wěn)定性能試驗(yàn)結(jié)果詳見表1。

表1 廢膠粉改性瀝青混合料高溫穩(wěn)定性能

由表1中試驗(yàn)結(jié)果可知，在5.2%的油石比下，廢膠粉改性瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度最大，此時(shí)改性瀝青混合料高溫穩(wěn)定性最佳；且隨著油石比的增大，因混合料中自由瀝青含量增加，多余瀝青會(huì)起到集料潤(rùn)滑劑的作用[2]，遇到高溫和壓力后變形量隨之增大。油石比為5.0%時(shí)，改性瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度略小于5.2%的油石比動(dòng)穩(wěn)定度，且因?yàn)r青摻量較少，高溫變形量也比5.2%的油石比小。

2.3.2 低溫性能

該區(qū)低電阻率油層分布區(qū)域內(nèi)地層水礦化度普遍較高。LX112井，純上5砂組3 004.8～3 020.0m井段，地層水礦化度為（13～18）×104 mg／L，電阻率為0.7～0.9Ω·m，試油日產(chǎn)油8.6t，日產(chǎn)水3.4m3。而L110井，純上5砂組2 822.0～2 827.0m井段，地層水礦化度為8×104 mg／L左右，電阻率為0.9Ω·m，試油日產(chǎn)水6.48m3，油花。兩口井純上5砂組巖性、物性、電阻率基本相同，但地層水礦化度相差較大，造成兩口井試油結(jié)果完全不同。

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果，剔除油石比5.4%的情況后進(jìn)行廢膠粉改性瀝青混合料低溫性能試驗(yàn)，具體采用一定尺寸的小梁進(jìn)行彎曲試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)油石比為4.8%、5.0% 和5.2% 時(shí)，改性瀝青混合料最大破壞荷載為 1175.4N、1250.6N、1139.7N，撓度為0.540mm、0.605mm 和0.554mm，破壞應(yīng)變最大值為2885με、3097με 和2895με，彎曲勁度模量為9.3Pa、9.8Pa 和9.4Pa，抗彎拉強(qiáng)度為3254MPa、3295MPa 和3247MPa。可見，油石比取5.0%時(shí)，改姓瀝青混合料抗破壞性能最佳，如遇破壞時(shí)的撓度變形也較大，改性瀝青混合料低溫抗變形能力較好。

2.3.3 水穩(wěn)性

通過凍融劈裂試驗(yàn)和浸水馬歇爾試驗(yàn)進(jìn)行廢膠粉改性瀝青混合料水穩(wěn)性檢驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，油石比增大后，改性瀝青混合料凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比和浸水殘留穩(wěn)定度呈增大趨勢(shì)，混合料水穩(wěn)性也增強(qiáng)。

因此，此公路試驗(yàn)段中面層AC-13C 廢膠粉改性瀝青混合料油石比按5.0%確定。

3 施工工藝

廢膠粉改性瀝青混合料施工工藝與常規(guī)熱拌瀝青混合料大同小異，因廢膠粉改性瀝青混合料黏度更大，故對(duì)其施工過程控制要求更高。

3.1 改性瀝青混合料制備

當(dāng)前工程中制備橡膠瀝青一般采用干法和濕法：干法制備時(shí)主要將廢膠粉按設(shè)計(jì)比與集料混合，再噴灑熱瀝青后拌和均勻；濕法制備時(shí)則以橡膠粉為改性劑摻入瀝青中，剪切制備得到橡膠粉改性瀝青。該工程主要將廢橡膠輪胎磨細(xì)至50～80 目并按16%的摻量摻入70#基質(zhì)瀝青中，在180～185℃的溫度下以5000～6000r/min 的剪切速率剪切1h，以得到橡膠粉改性瀝青。廢膠粉改性瀝青混合料制備工藝可參照改性瀝青混合料，但必須重點(diǎn)加強(qiáng)各環(huán)節(jié)溫度控制，具體見表2。廢膠粉改性瀝青黏度較高，故應(yīng)延長(zhǎng)混合料拌和時(shí)間，以保證混合料性能?；旌狭洗鎯?chǔ)過程中，必須采用裝有攪拌裝置的儲(chǔ)罐，避免發(fā)生膠粉顆粒和集料顆粒沉淀，影響混合料性能。

3.2 攤鋪及碾壓

廢膠粉改性瀝青混合料攤鋪碾壓施工工藝與SBS改性瀝青完全一致，為此必須嚴(yán)格按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）的相關(guān)規(guī)定展開攤鋪及碾壓施工。攤鋪過程中，攤鋪機(jī)械必須按照3.0～4.0m/min 的速度連續(xù)勻速行進(jìn)，避免不必要的中斷。碾壓則分初壓、復(fù)壓和終壓三個(gè)階段展開，且必須遵循緊跟慢壓、高頻低幅的碾壓施工原則。初壓階段主要使用1 臺(tái)Ingersoll-Rand-DD110 型雙鋼輪壓路機(jī)和1 臺(tái)DNPC-C522 型雙鋼輪壓路機(jī)緊跟攤鋪機(jī)，并按2.0km/h 的速度以高頻低幅的模式振動(dòng)碾壓2～3 遍。復(fù)壓階段則通過2 臺(tái)徐工XP305 型膠輪壓路機(jī)按3.0km/h 的速度碾壓2～3 遍，并達(dá)到設(shè)計(jì)壓實(shí)度。終壓階段通過1 臺(tái)DD110 雙鋼輪壓路機(jī)掛強(qiáng)振前進(jìn)靜壓1 遍、后退靜壓1 遍；再改用C521 型壓路機(jī)振壓1 遍，以徹底消除輪痕。

在廢膠粉改性瀝青混合料施工過程中為避免混合料黏輪，應(yīng)在膠輪上均勻噴灑摻加潤(rùn)滑劑的水，其余施工環(huán)節(jié)均與一般改性瀝青混合料施工過程相同。

3.3 接縫處理

4 瀝青路面施工質(zhì)量控制策略

4.1 明確施工質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)

公路工程在具體的施工中，企業(yè)要結(jié)合工程的具體情況，嚴(yán)格落實(shí)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范化要求，確定瀝青路面評(píng)價(jià)指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)，給工程質(zhì)量管控、方案的制定提供基礎(chǔ)條件。因此，在瀝青路面施工中，工程技術(shù)人員需要做好材料檢測(cè)、路面質(zhì)量檢測(cè)、質(zhì)量評(píng)價(jià)等方面分析，綜合評(píng)估瀝青路面的質(zhì)量是否合格，如果存在質(zhì)量問題，需要技術(shù)采取措施解決和處理。比如對(duì)于集料性能，要保證集料的堅(jiān)固性處于35%～45%之間，保證材料的安定性在15%左右，以達(dá)到集料性能的要求。而針對(duì)瀝青材料來說，技術(shù)人員需要嚴(yán)格執(zhí)行我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和要求，做好材料技術(shù)參數(shù)的控制，保證針入度、黏度、性能等符合工程的要求。

4.2 做好材料管理工作

從材料管理的實(shí)際情況出發(fā)，為了避免因?yàn)椴牧系囊蛩囟o工程的質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面的影響，所以要考慮到工程的具體情況選擇合適的施工材料，保證材料各項(xiàng)性能指標(biāo)都符合要求，嚴(yán)格做好材料管控工作。

4.2.1 選擇合適的材料

分析了解瀝青路面的施工方案、公路等級(jí)、自然環(huán)境等要素，確定各項(xiàng)材料的技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)，根據(jù)招投標(biāo)的結(jié)果簽訂采購(gòu)合同。在合同中，需要明確標(biāo)記好材料的性能標(biāo)準(zhǔn)、單次運(yùn)輸量、運(yùn)輸時(shí)間等要素。

4.2.2 材料檢查和驗(yàn)收

材料進(jìn)入到施工現(xiàn)場(chǎng)前，管理人員需要對(duì)材料的數(shù)量、規(guī)格參數(shù)、技術(shù)文件等進(jìn)行全面檢查，如果發(fā)現(xiàn)技術(shù)文件不完善，則不能簽收該材料。同時(shí)，做好材料的抽樣檢測(cè)工作。比如某高速公路改擴(kuò)建施工項(xiàng)目中，管理人員按照規(guī)范的要求進(jìn)行水泥材料的取樣檢測(cè)，取樣數(shù)量為12kg，從20 個(gè)不同位置抽取相同重量的產(chǎn)品。同時(shí)，在相同批次、相同總量的條件之下，選擇砂石樣品12kg，要從堆料的、中、頂三個(gè)部分分別進(jìn)行選取。

4.2.3 試拌作業(yè)

進(jìn)行材料的試拌作業(yè)，結(jié)合檢測(cè)報(bào)告的技術(shù)參數(shù)，確定合適的瀝青材料配比方案，確定合適的技術(shù)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化和調(diào)整。

4.2.4 質(zhì)量控制

做好混合料攪拌質(zhì)量的控制，工作人員加強(qiáng)攪拌環(huán)節(jié)管控。

4.3 提高施工過程質(zhì)量控制力度

瀝青路面在具體施工環(huán)節(jié)，工作人員做好現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)環(huán)節(jié)的管理和控制，同時(shí)還要做好旁站監(jiān)理工作。如果發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)施工和設(shè)計(jì)方案不符或者有違章作業(yè)的情況，監(jiān)理人員及時(shí)終止施工，并且向上級(jí)單位報(bào)告，解決處理問題。

以某高速公路該擴(kuò)建施工項(xiàng)目為例，在路面攤鋪、碾壓等施工環(huán)節(jié)，做好下述幾個(gè)方面的控制：現(xiàn)場(chǎng)配置有2 臺(tái)攤鋪機(jī)同時(shí)開展攤鋪?zhàn)鳂I(yè)施工；攤鋪機(jī)與壓路機(jī)組合成為機(jī)械施工組；技術(shù)人員做好瀝青混合料供應(yīng)順利的控制，明確當(dāng)?shù)氐臄備伮范伍L(zhǎng)度參數(shù)；在施工前就要放置好墊木，做好熨平板的調(diào)整工作，保證前端是平齊的狀態(tài)，且要做好預(yù)熱處理。然后將攤鋪設(shè)備溫度加熱到100℃以上，再組織現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行攤鋪施工；底面結(jié)構(gòu)攤鋪?zhàn)鳂I(yè)的速度為4m/min，中、表面層攤鋪速度為3m/min；定期做好各項(xiàng)技術(shù)的檢測(cè)，如果存在偏差，應(yīng)該做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，同時(shí)選擇合適的機(jī)械設(shè)備。做好溫度參數(shù)的控制，初壓環(huán)節(jié)溫度在150～160℃之間。

4.4 做好瀝青路面驗(yàn)收評(píng)定工作

瀝青路面施工完成后，施工單位需要先進(jìn)行自檢作業(yè)，如果存在質(zhì)量問題，需要及時(shí)處理，主要檢測(cè)技術(shù)參數(shù)是壓實(shí)度、彎沉值等。然后交付給第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)、建設(shè)單位、監(jiān)理單位同時(shí)進(jìn)行驗(yàn)收與評(píng)定，做好各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)的檢測(cè)和控制，全面對(duì)照和分析，保證現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)方案、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是一致的，偏差處于合理范圍內(nèi)，這樣才能交付使用。如果發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)重的質(zhì)量問題，應(yīng)該做好返修處理，以確保工程的質(zhì)量合格。

4.5 采取質(zhì)量通病防治及修補(bǔ)措施

在當(dāng)前施工中，雖然施工單位做好了質(zhì)量管理和控制，提升了施工技術(shù)水平，但是還是無法從根本上消除預(yù)防路面裂縫等質(zhì)量問題，所以加強(qiáng)質(zhì)量管控極為重要。因此，施工單位需要提前評(píng)估各種工程問題的發(fā)生概率、產(chǎn)生的影響等方面，以此作為基礎(chǔ)選擇合適的質(zhì)量管控與管控。比如，在上述改建項(xiàng)目中，企業(yè)還要同時(shí)進(jìn)行瀝青路面裂縫監(jiān)測(cè)工作，對(duì)于形成的位置、走向、長(zhǎng)度、寬度、深度等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，在裂縫兩側(cè)需要埋設(shè)標(biāo)志，應(yīng)用千分尺、游標(biāo)卡尺等監(jiān)測(cè)和控制，或者應(yīng)用裂縫計(jì)做好量測(cè)控制。通過直接測(cè)量方式進(jìn)行裂縫長(zhǎng)度監(jiān)測(cè)，然后測(cè)量深度尺寸。

4.6 季節(jié)性施工管理

冬季、雨季等環(huán)境下進(jìn)行施工，容易給瀝青路面的質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重的影響?；诖耍┕て髽I(yè)必須選擇合適的施工管理和控制措施，以保證工程的質(zhì)量合格。在某改擴(kuò)建項(xiàng)目中，在冬季進(jìn)行施工，為了避免施工季節(jié)產(chǎn)生的不利影響，應(yīng)該選擇下述措施進(jìn)行控制：現(xiàn)場(chǎng)存放的施工材料必須進(jìn)行防雪、防凍等處理，將容易發(fā)生凍害的材料分批進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，表面覆蓋一層油氈達(dá)到保護(hù)作用；做好現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)的調(diào)整，將現(xiàn)場(chǎng)的水源進(jìn)入部位封堵處理，定期開展排水處理，防止在現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)結(jié)冰等情況；對(duì)于施工人員進(jìn)行冬季施工培訓(xùn)和教育工作，消除不利因素影響，保證施工質(zhì)量合格。

5 結(jié)語

綜上所述，通過對(duì)Z 公路上中面層廢膠粉改性瀝青混合料施工過程的分析得知，原材料選擇和配合比設(shè)計(jì)是保證改性瀝青混合料性能質(zhì)量的關(guān)鍵?；旌狭蠝囟燃澳雺菏┕た刂剖潜ＷC廢膠粉改性瀝青混合料施工質(zhì)量的關(guān)鍵，必須加強(qiáng)碾壓設(shè)備組合及碾壓遍數(shù)等的嚴(yán)格把控。施工質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果顯示，該公路試驗(yàn)段廢膠粉改性瀝青混凝土面層平整度、壓實(shí)度、構(gòu)造深度、摩擦系數(shù)及滲水系數(shù)等均符合規(guī)范要求，表明施工質(zhì)量?jī)?yōu)良，且路面使用性能也比常規(guī)改性瀝青混合料路面優(yōu)越。