膠粉復(fù)合改性瀝青在某省道干線公路中應(yīng)用

羅鵬沖，劉金松，褚付克，袁 征

（1、平頂山市公路交通勘察設(shè)計院 河南平頂山467000；2、河南省交通規(guī)劃設(shè)計研究院股份有限公司 鄭州450000；3、河南省固廢材料道路工程循環(huán)利用重點實驗室 鄭州450000）

0 引言

膠粉復(fù)合改性瀝青可大量消耗廢舊輪胎并提高路面性能［1-2］，符合資源節(jié)約型、環(huán)境友好型“雙型”社會建設(shè)需求，目前被逐步推廣應(yīng)用。膠粉復(fù)合瀝青中由于存在少量未完全熔融的膠粉顆粒［3］，其混合料配合比設(shè)計與普通改性瀝青混合料配合比存在一定差異［4-6］，施工中需要確定更加合適精確的配合比。生產(chǎn)配合比是實際施工中采用的配合比，合理優(yōu)化和檢驗生產(chǎn)配合比，并鋪筑試驗段確定關(guān)鍵施工工藝參數(shù)對保證工程質(zhì)量至關(guān)重要。

基于此，本文以某省道一級公路為依托，通過室內(nèi)馬歇爾試驗和路用性能試驗檢驗?zāi)z粉復(fù)合改性瀝青混合料生產(chǎn)配合比性能，并通過試驗段確定松鋪系數(shù)、碾壓遍數(shù)等關(guān)鍵工藝參數(shù)，總結(jié)試驗段工藝流程，檢測試驗段工程質(zhì)量和應(yīng)用效果，以期為膠粉復(fù)合改性瀝青的進一步推廣應(yīng)用提供參考。

1 原材料

瀝青采用工程化生產(chǎn)的膠粉復(fù)合改性瀝青，性能檢測結(jié)果如表1 所示。粗集料、細(xì)集料和礦粉性能指標(biāo)均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范：JTG F40—2004》［7］的要求。

表1 膠粉復(fù)合改性瀝青性能檢測結(jié)果Tab.1 Performance Test Results of Crumb Rubber Composite Modified Asphalt

2 生產(chǎn)配合比設(shè)計及檢驗

2.1 生產(chǎn)配合比設(shè)計

按照文獻［7］、《廢胎膠粉復(fù)合改性瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范：河南省標(biāo)準(zhǔn)DB41∕T 1286—2016》的級配范圍要求，結(jié)合前期目標(biāo)配合比設(shè)計結(jié)果和相關(guān)工程經(jīng)驗，針對該一路公路拌和樓排出熱料的現(xiàn)場篩分結(jié)果，設(shè)計上面層膠粉復(fù)合改性WRAC-13生產(chǎn)配合比。

配合比設(shè)計方法采用馬歇爾試驗方法進行。本項目優(yōu)選的生產(chǎn)配合比礦料比例如表2所示，生產(chǎn)配合比合成級配如表3 所示。生產(chǎn)配合比設(shè)計級配曲線如圖1 所示。瀝青混合料馬歇爾試驗結(jié)果如表4 所示。由表4 分析可知，設(shè)計的生產(chǎn)配合比馬歇爾試驗結(jié)果均滿足文獻［7］要求，初步認(rèn)為該配合比可行，可進行后續(xù)路用性能檢驗。

表2 生產(chǎn)配合比礦料比例Tab.2 Proportion of Mineral Materials in Production Mix Proportion

表3 生產(chǎn)配合比合成級配Tab.3 Synthetic Gradation of Production Mix Proportion

圖1 WRAC-13混合料設(shè)計級配曲線Fig.1 WRAC-13 Design Grading Curve of Mixture

表4 瀝青混合料馬歇爾試驗結(jié)果Tab.4 Marshall Test Results of Asphalt Mixture

2.2 路用性能檢驗

針對上述確定的膠粉復(fù)合改性瀝青混合料生產(chǎn)配合比進一步進行路用性能檢驗，包括混合料水穩(wěn)定性能、高溫性能和低溫性能驗證。試驗方法參照文獻［7］中的對應(yīng)測試方法，試驗結(jié)果如表5所示。根據(jù)表5 中試驗結(jié)果，WRAC-13 膠粉改性瀝青混合料水穩(wěn)定性能、高溫性能和低溫性能均滿足文獻［7］對改性瀝青上面層混合料的技術(shù)要求。表明該設(shè)計生產(chǎn)級配路用性能良好，可開展后續(xù)試驗段鋪筑。

表5 WRAC-13橡膠瀝青混合料生產(chǎn)配合比檢驗Tab.5 Production Mix Proportion Inspection of WRAC-13 Rubber Asphalt Mixture

3 試驗段施工工藝

本文依托項目上面層結(jié)構(gòu)類型為WRAC-13膠粉復(fù)合改性瀝青混凝土，設(shè)計厚度4 cm。試驗段長度共500 m。膠粉復(fù)合改性瀝青混合料黏度比普通改性瀝青混合料高，增加了瀝青泵送及攪拌難度［8-9］。與普通瀝青混合料施工過程相比，其主要區(qū)別在于應(yīng)適當(dāng)提高各環(huán)節(jié)溫度。膠粉復(fù)合改性瀝青混合料的施工溫度要求如表6所示。

表6 膠粉復(fù)合改性瀝青混合料施工溫度要求Tab.6 Construction Temperature Requirements of Crumb Rubber Composite Modified Asphalt Mixture

3.1 混合料拌和

拌和樓為5000 型間歇式拌和樓。膠粉復(fù)合改性瀝青粘度高，泵送難度大，主線試驗路施工時瀝青輸送泵的電機功率為15 kW，瀝青噴灑泵電機的功率為22 kW?；旌狭习韬瓦^程中集料、瀝青及出料溫度需滿足表6中的溫度要求。拌和時間由試拌確定，每盤拌和時間不小于50 s（其中干拌時間為5～10 s，濕拌時間40 s）。

3.2 混合料運輸

混合料生產(chǎn)裝車過程中，中控室應(yīng)根據(jù)拌和樓放料及混合料在運輸車上堆積情況，通知車輛前后移動，裝料過程可按照“車頭1∕2?車尾1∕2?中間裝至頂?剩余車頭裝滿?剩余車尾裝滿”的順序，有效減少粗集料過度集中形成離析現(xiàn)象，保證混合料整體均勻。施工天氣溫度較低時，運輸車輛采用“一布一棉”覆蓋保溫，保證混合料在運輸過程中的溫度。

3.3 混合料攤鋪

膠粉復(fù)合改性瀝青混合料攤鋪溫度不低于175 ℃。攤鋪機一般按2～4 m∕min 的速度緩慢、均勻、不間斷地攤鋪，做到每天只收工停機1次。攤前熨平板提前0.5～1.0 h預(yù)熱至不低于100 ℃。為精確控制施工完成后上面層厚度，需要確定混合料攤鋪過程中松鋪系數(shù)。膠粉復(fù)合改性瀝青上面層松鋪系數(shù)測試結(jié)果如表7 所示。由表7 可知，松鋪系數(shù)確定取1.20，松鋪厚度為壓實后厚度乘以松鋪系數(shù)。施工中應(yīng)隨時檢驗松鋪厚度，確保壓實后厚度滿足要求。后續(xù)大規(guī)模施工過程中，攤鋪機等作業(yè)參數(shù)應(yīng)與試驗段保持一致。

表7 膠粉復(fù)合改性瀝青上面層松鋪系數(shù)測試結(jié)果Tab.7 Loose Paving Coefficient Test Results of Rubber Powder Composite Modified Asphalt Upper Layer

3.4 混合料碾壓

膠粉復(fù)合改性瀝青混合料黏度大，可碾壓時間短，試驗段采用目前廣泛采用的模糊碾壓工藝［10］。模糊碾壓采用鋼輪與膠輪組合同步碾壓工藝，具有節(jié)省碾壓時間、提高壓實效率、減少溫度損失、提高平整度、減少溫度離析等優(yōu)點。膠粉復(fù)合改性瀝青上面層碾壓過程分為初壓、復(fù)壓、終壓。初壓由2 臺自重不小于13 t 的雙鋼輪振動壓路機靜往微返（靜壓過去，微振返回）碾壓1遍，頻率先低后高，輪跡重疊1∕2。復(fù)壓由2 臺雙鋼輪振動壓路機和2 臺自重不小于30 t 的膠輪壓路機組合碾壓，碾壓過程中膠輪壓路機緊跟鋼輪壓路機，漸進向前進行，輪跡重疊1∕2。終壓主要是消除壓實中產(chǎn)生的輪跡，采用1 臺雙鋼輪壓路機碾壓1遍，輪跡重疊10 cm。

復(fù)壓過程中碾壓遍數(shù)對壓實效果至關(guān)重要。本項目在不同碾壓遍數(shù)（鋼輪和膠輪組合往返算1遍）時首先采用無核密度儀檢測壓實度［11］。當(dāng)無核密度儀檢測的壓實度達到98%以上時，采用鉆芯取樣方法復(fù)核壓實度。不同碾壓遍數(shù)下壓實度檢測結(jié)果如表8所示。由表8分析可知，當(dāng)碾壓遍數(shù)達到5 遍時，無核密度儀檢測的壓實度達到98%以上，滿足文獻［7］要求。碾壓7 遍和8 遍后，采用鉆芯取樣法測得壓實度比無核密度儀檢測的壓實度約高1%，壓實度更好。因此，組合碾壓遍數(shù)不少于5 遍時，2 種方法測得壓實度均滿足要求。確定組合碾壓遍數(shù)不少于5遍。碾壓組合、遍數(shù)及方式等碾壓方案如表9所示。

表8 不同碾壓遍數(shù)下壓實度檢測結(jié)果Tab.8 Test Results of Compactness under Different Rolling Times

表9 WRAC-13上面層碾壓組合方案Tab.9 WRAC-13 Upper Layer Rolling Combination Scheme

4 試驗段效果檢測

試驗段施工完成后，按照《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn) 第一冊 土建工程：JTG F80∕1—2017》要求，檢測試驗段各項性能，檢測方法按照《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程：JTG 3450—2019》對應(yīng)試驗方法。試驗段壓實度、滲水和構(gòu)造深度檢測結(jié)果如表10 所示，平整度檢測結(jié)果如表11 所示。由表10 和表11 分析可知，試驗段工程質(zhì)量均滿足文獻［7］要求，膠粉復(fù)合改性瀝青上面層試驗段達到預(yù)期良好效果。

表10 試驗段壓實度、滲水和構(gòu)造深度檢測結(jié)果Tab.10 Test Results of Compactness, Seepage and Structural Depth of Test Section

表11 試驗段平整度檢測結(jié)果Tab.11 Flatness Test Results of Test Section

5 結(jié)論

通過上述膠粉復(fù)合改性瀝青混合料生產(chǎn)配合設(shè)計、試驗段施工及質(zhì)量檢測，可得出以下結(jié)論：

⑴確定的膠粉復(fù)合改性瀝青WRAC-13 生產(chǎn)配合比馬歇爾性能及路用性能均滿足文獻［7］要求。

⑵膠粉復(fù)合改性瀝青混合料施工溫度比普通改性瀝青混合料施工溫度約高10℃，混合料松鋪系數(shù)為1.20。碾壓過程復(fù)壓環(huán)節(jié)，鋼輪和膠輪組合碾壓遍數(shù)應(yīng)不少于5遍。

⑶膠粉復(fù)合改性瀝青上面層試驗段工程質(zhì)量均滿足文獻［7］要求，達到預(yù)期良好效果。