TPR改性瀝青混合料在國省道干線公路面層中的應(yīng)用

辛 寧

（山東省路橋集團有限公司，山東 濟南 250002）

0 引言

TPR材料是以熱塑性丁苯橡膠為基礎(chǔ)原材料，添加樹脂（如PP，PS）、填料、增塑油劑以及其他功能助劑共混改性材料。TPR材料不僅無毒無味，能夠回收利用，還具備橡膠的特性，有良好的彈性、回彈收縮性、耐磨性和耐候性，是一種兼具橡膠和熱塑性塑料特性的材料，因此，在眾多工業(yè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。將TPR改性劑應(yīng)用于道路工程，能夠有效提升瀝青混合料的各項路用性能指標(biāo)。

1 工程概況

河南省S312省道鄭州境改建項目（即G107東移至江山路段）起于鄭州市萬灘鎮(zhèn)十里店村向南0.6km處，沿著鄭州至徐州客運專線（即鄭徐高鐵）北側(cè)往西延伸，在關(guān)帝廟東側(cè)轉(zhuǎn)向西南方向，一直到北周莊鎮(zhèn)北方進入鄭州市金水區(qū)，然后在來潼寨村往東連接黃河淤背區(qū)，再往西先后下穿京港澳高速公路橋和公鐵兩用橋，經(jīng)過南月堤后往西南方向上跨老G107，與天河路交叉后繼續(xù)往西與江山路交叉，到達本工程終點。項目途徑鄭州市惠濟區(qū)、金水區(qū)、鄭東新區(qū)，全長37.123km，其中有6.026km是利用正在建設(shè)中的G107 東移至四港聯(lián)動大道連接線，因此項目實際建設(shè)里程為31.097km。項目道路按照雙向六車道一級公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計（同時作為市政道路使用），橋涵采用車輛荷載公路-I級（新建）標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計速度為100km/h，路基寬度為33.5m。路面結(jié)構(gòu)為半剛性基層瀝青路面，具體結(jié)構(gòu)為4cm 厚AC-13C細(xì)粒式改性瀝青混凝土上面層+6cmAC-20C 中粒式改性瀝青混凝土中面層+水泥穩(wěn)定碎石半剛性基層。項目路基填方量較大，約245.48萬m3，挖方量約79.82萬m3，需要大量借方。項目施工環(huán)境復(fù)雜，沿線設(shè)置有1處互通立交，7處分離式立交，27個平面交叉，2個通道，養(yǎng)護工區(qū)、服務(wù)區(qū)、路段監(jiān)控通信站各1處。

按工程要求，細(xì)粒式改性瀝青混凝土將用于路面結(jié)構(gòu)的上面層，有必要對計劃選用的TPR改性瀝青進行混合料配合比設(shè)計、關(guān)鍵施工工藝流程、施工質(zhì)量檢測等進行研究，以確保路面質(zhì)量。

2 TPR改性瀝青混合料配合比設(shè)計

2.1 原材料指標(biāo)

（1）TPR：TPR是類似于SBS的一種高性能瀝青改性劑，能夠顯著改善瀝青性能指標(biāo)。經(jīng)前期室內(nèi)試驗確定，該項目所用TPR改性劑的摻量為瀝青用量的8%。

（2）粗集料：項目所用粗集料為玄武巖碎石，有3～5mm、5～10mm、10～15mm 三種粒徑組成，集料清潔、干燥，近立方體顆粒，集料的表觀相對密度、吸水率、壓碎值、洛杉磯磨耗損失等各項指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

（3）細(xì)集料：細(xì)集料采用粒徑為0～3mm的機制砂，質(zhì)地堅硬、潔凈，其表觀相對密度為2.712t/m3，砂當(dāng)量為63.2%，棱角性（流動時間）為42.1s，相關(guān)技術(shù)指標(biāo)均符合規(guī)范要求。

（4）填料：填料采用石灰?guī)r加工而成的礦粉，干燥、潔凈，各項技術(shù)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求[1]。

（5）瀝青：瀝青作為連接各集料的膠結(jié)料，是影響瀝青混合料的最主要因素之一，該項目采用為70號A級道路石油瀝青，各項指標(biāo)均符合規(guī)范要求。

2.2 配合比

（1）配合比設(shè)計原則

瀝青混合料的配合比設(shè)計應(yīng)以滿足瀝青面層功能要求為基礎(chǔ)，同時充分考慮依托工程所處的地理位置、氣候條件、交通量等因素對瀝青混合料性能的影響。該項目所研究的TPR 改性瀝青混合料用于瀝青路面上面層，使用過程中將受到交通荷載、溫度、水等外界因素的直接作用。因此，TPR改性瀝青應(yīng)具有良好的溫度穩(wěn)定性、抗疲勞性、耐久性和行車舒適性等性能?；诖?，應(yīng)從全面改善瀝青混合料路面的綜合指標(biāo)出發(fā)，開展瀝青混合料的級配設(shè)計與優(yōu)化，以確保瀝青混合料面層具有安全、耐久的性能指標(biāo)。

（2）配合比設(shè)計

瀝青混合料的目標(biāo)配合比是從瀝青混合料的目標(biāo)性能要求出發(fā)，以規(guī)范要求的碎石集料級配范圍為準(zhǔn)則，采用試算法確定各檔集料的摻配比例，對混合料合成級配不斷優(yōu)化調(diào)整，確定瀝青混合料綜合路用性能滿足設(shè)計要求時的油石比和集料摻配比例。

在我國公路工程施工中多采用馬歇爾試驗法進行瀝青混合料的配合比設(shè)計和日常檢測。該項目通過對TPR改性瀝青混合料開展馬歇爾試驗和路用性能檢驗，最終確定TPR改性瀝青混合料AC-13C的配合比，結(jié)果見表1，級配曲線如圖1。

表1 TPR改性AC-13C瀝青混合料配合比設(shè)計結(jié)果

圖1 級配設(shè)計曲線圖

上述級配的TPR 改性瀝青混合料馬歇爾技術(shù)指標(biāo)和路用性能試驗結(jié)果見表2和表3。

表2 TPR改性瀝青混合料的馬歇爾試驗結(jié)果

表3 TPR改性瀝青混合料的路用性能試驗結(jié)果

3 施工流程及效果檢驗

3.1 關(guān)鍵施工工藝

3.1.1 瀝青混合料拌制

瀝青混合料的拌合由拌合站來完成，拌合站主要由進料斗、傳送帶、攪拌機、儲料斗、瀝青儲存罐、瀝青運送管道及控制室等幾部分組成。拌和設(shè)備采用南方路機LB 系列5000型間歇式拌和機，該設(shè)備具有自動化程序高、配料準(zhǔn)確、高效率、低能耗及除塵效果良好的特點，可自動稱量投放材料。施工拌合過程由控制室來進行全程控制[2]。

瀝青混合料拌和機啟動前，應(yīng)提前將瀝青加熱到規(guī)定溫度（一般為160℃左右），若溫度未達到要求，不得開機生產(chǎn)。拌和機啟動運行后應(yīng)空轉(zhuǎn)30s左右，預(yù)熱干燥筒，同時檢查各機械、儀表是否正常工作。檢查結(jié)束后加入適量的集料進行試拌，集料加熱溫度165～200℃，試拌時應(yīng)確認(rèn)稱量、加熱、溫度等計量是否準(zhǔn)確，打印設(shè)備是否正常工作。待確認(rèn)一切正常后，按照配合比設(shè)計添加熱瀝青、集料、礦粉、TPR改性劑等材料進行拌和。

拌和過程中應(yīng)隨時檢查瀝青混合料的瀝青用量、集料及填料比例以及加熱溫度等是否滿足要求，若存在偏差應(yīng)及時調(diào)整。TPR的添加工藝簡單，可在瀝青混合料拌合過程中直接加入，但應(yīng)先與礦料充分拌和（一般5～10s）。

為確保TPR改性瀝青混合料質(zhì)量，應(yīng)保證瀝青混合料拌和均勻，所有碎石骨料應(yīng)全部均勻裹覆瀝青膠結(jié)料，不得有結(jié)團、花白料和離析等現(xiàn)象，并確?；旌狭铣鰣鰷囟冗_到規(guī)范要求[3]。

由于該項目采用了國內(nèi)較先進的拌和設(shè)備，各種材料配合比用量全部由電腦自動控制，因此拌合料質(zhì)量比較穩(wěn)定。攤鋪試驗段時共出料12 車，出料溫度范圍為150～160℃，滿足規(guī)范要求。

3.1.2 混合料運輸

該項目采用10 輛載重25t 的大噸位自卸汽車進行運輸，運輸過程中嚴(yán)禁超載，并不得急剎車、急彎掉頭等，以防止對粘層造成破壞。

運輸過程中應(yīng)對瀝青混合料進行覆蓋，以減少運輸和等待過程中的熱量散失，保證施工溫度，減少攤鋪過程的溫度離析。

瀝青混合料的運輸車輛配置應(yīng)與攤鋪效率相匹配，為確保連續(xù)施工，混合料的運輸能力應(yīng)稍大于攤鋪能力，施工時保持?jǐn)備仚C前方有2～3輛運料車等候。

裝車前運料車的清潔與隔離、裝車時的汽車移動、進入現(xiàn)場時輪胎的清潔等均按照規(guī)范規(guī)定要求執(zhí)行。

3.1.3 攤鋪及碾壓

試驗段施工選用的福格勒S1800-2攤鋪機，采用雪橇式自動調(diào)平裝置控制攤鋪厚度并自動找平，攤鋪機布設(shè)方式及攤鋪溫度控制滿足規(guī)范規(guī)定要求，攤鋪速度控制在2～6m/min的范圍內(nèi)。

AC-13C上面層試驗段施工時采用的壓路機數(shù)量為6臺（2臺13t雙鋼輪壓路機，1臺12t雙鋼輪壓路機，1臺14t雙鋼輪壓路機，2臺30t輪胎壓路機）。瀝青混合料的具體碾壓方案如下：

（1）初壓。初壓采用1臺14t雙鋼輪壓路機，前進時以2～3km/h的速度靜壓2遍，初壓溫度不低于130℃，返回時應(yīng)沿前進輪跡行駛并開啟振動裝置。初壓時應(yīng)重疊20～30cm 輪跡。初壓完成后應(yīng)及時檢查平整度和路拱橫坡，有明顯缺陷時應(yīng)按現(xiàn)場技術(shù)人員和監(jiān)理人員的要求進行修整或返工[4]。

（2）復(fù)壓。復(fù)壓緊接著初壓進行，首先采用30t輪胎壓路機以3～5km/h 的速度對初壓后的瀝青混合料進行搓揉，以提高上面層密水性。復(fù)壓溫度應(yīng)不低于120℃。為保障TPR改性瀝青混合料路面的密水性和壓實度，復(fù)壓應(yīng)先利用輪胎壓路機碾壓4遍，再利用2臺13t雙鋼輪壓路機振動碾壓4遍。

（3）終壓。終壓的目的是消除輪跡，保證面層具有較好的平整度，提高行車舒適性。因此，終壓時瀝青混合料應(yīng)具有較高的溫度，但是又不能過高，否則會影響平整度。終壓時采用12t雙鋼輪壓路機靜壓2遍，碾壓速度宜為3～6km/h，碾壓結(jié)束后表面溫度應(yīng)不低于90℃。

通過對試驗段施工過程中瀝青混合料拌和、運輸、攤鋪、碾壓等環(huán)節(jié)的溫度檢測，各指標(biāo)均滿足規(guī)范規(guī)定要求。

3.2 施工質(zhì)量檢測

（1）TPR改性瀝青混合料級配。對試驗段TPR改性瀝青混合料礦料級配、油石比進行了試驗檢測，檢測結(jié)果見表4。

表4 TPR改性瀝青混合料級配檢測

結(jié)合表4 檢測結(jié)果和表1 可以看出，施工用的TPR改性瀝青混合料的級配與設(shè)計級配保持一致，說明混合料級配良好且穩(wěn)定。

（2）TPR改性瀝青混合料性能指標(biāo)。對試驗段用TPR改性瀝青混合料的性能指標(biāo)進行了檢測，結(jié)果見表5。

表5 TPR改性瀝青混合料性能檢測結(jié)果

由表5中檢測結(jié)果可以看出，TPR改性瀝青混合料的各項路用性能指標(biāo)滿足規(guī)范要求。

（3）TPR改性瀝青混合料路面壓實度。對TPR改性瀝青混合料試驗段進行了鉆孔取芯，對芯樣的厚度、密度、壓實度等指標(biāo)進行檢查，結(jié)果見表6，由表可知，檢測結(jié)果滿足設(shè)計要求。

表6 TPR改性瀝青混合料試驗段路面取芯壓實度試驗結(jié)果

（4）滲水系數(shù)。TPR改性瀝青混合料試驗段滲水系數(shù)檢測結(jié)果見表7，檢測結(jié)果表明試驗段滲水系數(shù)滿足設(shè)計要求。

表7 TPR改性瀝青混合料試驗段路面滲水試驗結(jié)果

3.3 運營期性能觀測

目前，工程已竣工通車2年，通過對工程路面使用狀況的跟蹤和觀測發(fā)現(xiàn)，TPR改性瀝青混合料路面尚沒有明顯的車轍病害，且路面裂縫平均間距明顯小于同期鋪筑的普通瀝青路面，說明TPR改性瀝青混合料具有良好的高低溫路用性能。

4 結(jié)束語

（1）當(dāng)TPR改性劑摻量為8.0%時，TPR改性瀝青混合料的車轍試驗動穩(wěn)定度為3412次/mm，小梁彎曲應(yīng)變?yōu)?106με，浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度為83.6%，凍融劈裂殘留強度比為82.1%，能夠很好地滿足規(guī)范要求，說明TPR改性瀝青混合料具有良好的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、抗車轍和抗水損能力。

（2）TPR改性瀝青混合料生產(chǎn)、施工工藝簡單，無需額外增加設(shè)備；TPR改性瀝青混合料拌和時，TPR改性劑添加工藝簡單，一般先直接投入礦料中干拌5～10s，再加入基質(zhì)瀝青進行濕拌。

（3）TPR 改性瀝青混合料試驗段的應(yīng)用效果顯示，試驗段的壓實度在97%以上，滲水系數(shù)不超過85ml/min（明顯小于設(shè)計要求的120ml/min），說明TPR 改性瀝青混合料的應(yīng)用效果良好。