蒙脫土改性瀝青復(fù)合料的施工應(yīng)用技術(shù)研究

劉銘輝

（贛州市公路發(fā)展中心崇義分中心，江西 崇義 341300）

0 引言

蒙脫土又稱微晶高嶺石或膠嶺石，是膨潤土礦的主要礦物成分，一種硅酸鹽類的天然礦物質(zhì)。蒙脫土加水后會(huì)變成糊狀，體積可以膨脹幾倍，受熱后可以脫水，體積收縮。蒙脫土有很強(qiáng)的陽離子交換和吸附功效，可用作吸附劑、漂白劑、填充劑，與聚合物復(fù)合，可以賦予聚合物以較好的減緩紫外線傳播和氣體阻隔性。蒙脫土可以有效減緩紫外線和氧氣在瀝青復(fù)合料上的擴(kuò)散，進(jìn)而降低瀝青在長時(shí)期熱氧老化過程中的針入度、軟化點(diǎn)、黏度和延度等，增強(qiáng)瀝青的抗老化功效。蒙脫土還能夠與瀝青構(gòu)成復(fù)合插層結(jié)構(gòu)，通過蒙脫土片層有效限制瀝青在高溫下的流動(dòng)形變，進(jìn)而顯著增強(qiáng)瀝青的高溫耐車轍能力。

1 案例簡介

某公路總長202.26 km，設(shè)計(jì)時(shí)速100 km/h。該公路路面在設(shè)計(jì)建設(shè)中，為適應(yīng)高原和草原公路的環(huán)境相對(duì)干燥和紫外線照射強(qiáng)烈的特點(diǎn)，采用蒙脫土改性瀝青復(fù)合料技術(shù)，以利用蒙脫土改性可以有效減緩紫外線的傳播和氧在瀝青中復(fù)合料中的擴(kuò)散，從而提高瀝青復(fù)合料路面的抗老化性能，增強(qiáng)路面結(jié)構(gòu)質(zhì)量和應(yīng)用持久性。其瀝青復(fù)合料為蒙脫土改性瀝青復(fù)合料，采取Superpavel2.5級(jí)配設(shè)計(jì)。復(fù)合料鋪層厚度4 cm，路幅寬度11.25 m，由2臺(tái)ABG423型攤鋪機(jī)鋪筑。

2 蒙脫土改性瀝青復(fù)合料施工技術(shù)

2.1 施工設(shè)備配套

（1）攤鋪機(jī)。應(yīng)用多功能攤鋪機(jī)開展攤鋪?zhàn)鳂I(yè)。攤鋪機(jī)主要由底盤、發(fā)動(dòng)機(jī)、料斗、送料裝置、螺旋器、振動(dòng)器、熨平板以及機(jī)電控制系統(tǒng)組成。復(fù)合料從運(yùn)料車卸入攤鋪料斗，由刮板輸送機(jī)輸送至攤鋪室，再由螺旋器攤開鋪至路面。攤鋪過程中邊松鋪，邊振搗夯實(shí)，邊由熨平板整平。攤鋪機(jī)的功效特性、參數(shù)配置和攤鋪過程控制，密切關(guān)系復(fù)合料的攤鋪質(zhì)量和路用功效。

（2）攪拌機(jī)。攪拌機(jī)配置一定要滿足攤鋪機(jī)現(xiàn)場鋪筑作業(yè)的用料量需求。根據(jù)復(fù)合料鋪筑工程量、相關(guān)性能有效期、運(yùn)送效率等綜合考慮配置，其參考最小產(chǎn)量可由公式（1）進(jìn)行計(jì)算：

式中，Qmin——綜合因素決定的攪拌裝備的最小復(fù)合料生產(chǎn)量（t/h）；hmax——攤開鋪路面單層的最大厚度（m）；B——單幅路面寬度（m）；v——鋪推進(jìn)速度，通常＜4 m/min；γ——復(fù)合料壓實(shí)后的密度（t/m3）；kw——骨料的含水量影響系數(shù)；kt——時(shí)間利用系數(shù)；km——材料影響系數(shù)。時(shí)間利用系數(shù)kt在一定程度上反應(yīng)攪拌作業(yè)的管理水平，通?？砂幢?予以選擇。

表1 時(shí)間利用系數(shù)kt

材料影響系數(shù)反應(yīng)不同材料的拌料難易程度。工程實(shí)踐顯示，細(xì)料比粗料更難攪拌，改性瀝青比普通瀝青更難拌和，需要適當(dāng)提高礦料溫度；如果復(fù)合料需要添加纖維，則需要適當(dāng)增加更多的攪拌時(shí)間，所以對(duì)于不同的材料要有不同的加權(quán)系數(shù)。具體見表2所示。

表2 材料攪拌難易度影響系數(shù)km

骨料含水量的影響系數(shù)表達(dá)骨料的含水量對(duì)攪拌機(jī)生產(chǎn)效率的影響。拌料生產(chǎn)能力由攪拌器和烘干筒兩個(gè)關(guān)鍵組件決定。額定生產(chǎn)率是在骨料含水量為5的標(biāo)準(zhǔn)條件下的基準(zhǔn)值。當(dāng)骨料含水量較高時(shí)，需要降低生產(chǎn)率，以保證骨料的加熱和干燥功效。當(dāng)骨料含水量相較于標(biāo)準(zhǔn)工況低時(shí)，生產(chǎn)效率取決于調(diào)拌器的產(chǎn)量，因?yàn)檎{(diào)拌器不受骨料含水量的影響。研究顯示，骨料含水量大于標(biāo)準(zhǔn)工況時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低產(chǎn)量，每大于標(biāo)準(zhǔn)工況1%含水量，產(chǎn)量應(yīng)減少10%左右。骨料含水量的影響系數(shù)取值具體見表3。

表3 骨料的含水量與影響系數(shù)kw的關(guān)系

（3）壓路機(jī)。應(yīng)按瀝青公路路面的施工技術(shù)規(guī)范要求，開展初壓、復(fù)壓、終壓。對(duì)于Superpave或SMA復(fù)合料因骨架嵌鎖基礎(chǔ)較好的，可以省略初壓過程，直接進(jìn)入復(fù)壓過程。碾壓操作段長度一般在30~50 m之間選擇，各階段應(yīng)注意滿足必要的壓實(shí)溫度。根據(jù)表4選擇壓路機(jī)型式、碾壓頻次和壓實(shí)速度[1]。

表4 壓路機(jī)作業(yè)參數(shù)

初壓應(yīng)用雙鋼輪靜壓壓路機(jī)或者以振動(dòng)壓路機(jī)靜壓；復(fù)壓不得啟動(dòng)振動(dòng)壓實(shí)，應(yīng)選擇輪胎壓路機(jī)或雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)；終壓應(yīng)用雙鋼輪靜壓壓路機(jī)或輪胎壓路機(jī)碾壓。靜壓壓路機(jī)的重疊寬度通常選擇輪寬的1/2，振動(dòng)壓路機(jī)重疊寬度一般選擇30 cm左右。壓路機(jī)相關(guān)參數(shù)配置與計(jì)算可參考如下：

（1）初、終壓的壓路機(jī)數(shù)量配置。可按公式（2）進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算時(shí)重疊寬度為鋼輪寬度的1/2：

式中，n1——初壓或終壓的壓路機(jī)配置數(shù)量（臺(tái)）；N1——初壓遍數(shù)；vr——壓路機(jī)的行進(jìn)速度（km/h）；vt——攤鋪推進(jìn)速度（m/min）；b——壓路機(jī)的輪間寬度（m）。

（2）復(fù)壓的壓路機(jī)數(shù)量配置?？砂垂剑?）進(jìn)行計(jì)算：

式中，n2——復(fù)壓的壓路機(jī)配置數(shù)量（臺(tái)）；b1——重疊碾壓寬度；N2——復(fù)壓遍數(shù)；其余同上。

（3）運(yùn)料車配置計(jì)算。在機(jī)械裝備的設(shè)置上，一旦確定了攤鋪機(jī)、拌料機(jī)、壓路機(jī)的數(shù)量，一般不再作臨時(shí)調(diào)節(jié)。而運(yùn)料車輛則應(yīng)根據(jù)作業(yè)量和運(yùn)距的變化，可做隨時(shí)調(diào)整。運(yùn)料車輛數(shù)量的調(diào)節(jié)，受行駛時(shí)間、裝卸時(shí)間、等待時(shí)間等參數(shù)影響決定。通常要求車速＞30 km/h，運(yùn)載量＞5 t，正常攤鋪時(shí)，每臺(tái)攤鋪機(jī)前要有2~3輛卸料車，以保證連續(xù)穩(wěn)定作業(yè)[2]。

1）所需運(yùn)料車數(shù)量可根據(jù)公式（4）進(jìn)行估算：

式中，Nc——運(yùn)料車?yán)碚撆渲脭?shù)量；G——運(yùn)料車的載量均值（t）；Q——拌料出貨能力（t/h）；K——運(yùn)料車的儲(chǔ)備系數(shù)，通常在1.10~1.20取值，當(dāng)路面狀況和車輛狀況較差時(shí)取大值，較好時(shí)取小值；ta——裝、運(yùn)、卸和回程等待所需的時(shí)間的總和（min）。

2）運(yùn)料車輛完成一個(gè)運(yùn)料循環(huán)所需的相關(guān)時(shí)間的計(jì)算。

運(yùn)料車裝料所需的時(shí)間按公式（5）計(jì)算：

式中，tp——運(yùn)料車的裝料需要時(shí)間（min）。

車輛運(yùn)料和返程時(shí)間可按公式（6）給予計(jì)算：

式中，tc——運(yùn)輸復(fù)合料所需時(shí)間（min）；L——運(yùn)輸復(fù)合料的行程距離（km）；vy——運(yùn)料平均車速（km/h）；vk——運(yùn)輸車返程平均車速（km/h）。

運(yùn)輸車待卸料和卸料需要時(shí)間，可按公式（7）計(jì)算：

式中，tf——運(yùn)輸車待卸料和卸料需要時(shí)間（min）；n——等待卸料的車輛數(shù)量；其他同上。

2.2 蒙脫土改性瀝青復(fù)合料的攤鋪

蒙脫土改性瀝青復(fù)合料的攤鋪工藝與質(zhì)量控制技術(shù)要點(diǎn)如下：

（1）應(yīng)用梯形攤鋪?zhàn)鳂I(yè)法。1臺(tái)攤鋪機(jī)攤鋪寬度為5.25 m，另1臺(tái)攤鋪寬度為6.00 m。6.00 m攤鋪機(jī)先行，2臺(tái)攤鋪機(jī)前后間距控制在1~2 m，松鋪層保持重疊5~10 cm。

（2）根據(jù)攤鋪機(jī)中速高頻運(yùn)行狀態(tài)和控制平整度的要求，攤鋪速度控制在2.50~3.00 m/min，振動(dòng)頻率宜控制在15~20 Hz范圍，熨平板頻率宜調(diào)整為30~40 Hz，以保證松鋪平整度和實(shí)現(xiàn)良好的預(yù)壓實(shí)度[3]。

（3）攤鋪機(jī)作業(yè)前應(yīng)充分預(yù)熱，通常預(yù)熱時(shí)間不低于30 min，保證熨平板的表面溫度達(dá)到150 ℃左右。熨平板溫度過低，熱復(fù)合料遭遇冷熨平板，會(huì)導(dǎo)致粘板，使鋪層表面發(fā)生推擠、開裂，推料影響碾壓后路面的平整度。

（4）由試驗(yàn)確定攤鋪厚度，根據(jù)表5確定松鋪系數(shù)k為1.18，因此松鋪厚度宜在4.72 cm。

表5 松鋪系數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

（5）攤鋪機(jī)啟動(dòng)前，宜準(zhǔn)備2種墊木。一種用于初鋪，其厚度為攤鋪厚度與松鋪系數(shù)的乘積。另一種是在攤鋪過程中供起步使用，其厚度應(yīng)為松鋪厚度減去壓實(shí)厚度。

（6）螺旋布料器宜選擇低位攤鋪狀態(tài)，軸線至地表高度設(shè)為31.50 cm。

（7）為保證攤鋪穩(wěn)定均勻，布料器料位應(yīng)為螺旋片高度的2/3~3/4之間。布料器轉(zhuǎn)速不能快也不能慢，應(yīng)與攤鋪厚度、寬度、行進(jìn)速度相匹配，其運(yùn)行時(shí)間應(yīng)控制在攤鋪機(jī)作業(yè)時(shí)間的80%。

圖1顯示了蒙脫土改性瀝青復(fù)合料的攤鋪現(xiàn)場。從圖中可以看出，采取攤鋪質(zhì)量控制措施后，攤鋪層穩(wěn)定均勻。

圖1 蒙脫土改性瀝青復(fù)合料攤鋪現(xiàn)場

2.3 壓實(shí)施工及質(zhì)量控制

一般路面碾壓操作包括3個(gè)階段，具體如圖2所示。

圖2 瀝青路面碾壓過程

為達(dá)到壓實(shí)度，采取以下工藝及控制質(zhì)量措施。

（1）初壓采用2臺(tái)DD110壓路機(jī)。1臺(tái)壓路機(jī)跟隨攤鋪機(jī)基于側(cè)邊碾壓，1臺(tái)壓路機(jī)跟隨攤鋪機(jī)沿路面接縫碾壓。在不粘輪和推移的情況下，啟動(dòng)振壓，否則須先靜壓后振壓。靜壓輪寬重疊1/2，振動(dòng)輪寬重疊30 cm。振動(dòng)碾壓行進(jìn)速度4~5 km/h，碾壓4~6遍。靜壓行進(jìn)速度2~3 km/h。

（2）復(fù)壓應(yīng)用2臺(tái)1膠輪壓路機(jī)，緊隨初壓再碾壓3遍，碾壓速度3~5 km/h。

（3）終壓在復(fù)壓后緊隨進(jìn)行，碾壓2遍，碾壓速度3~5 km/h，直至無輪跡為止。碾壓方式是壓路機(jī)每次從兩端折回時(shí)，應(yīng)呈階梯狀，緊跟攤鋪機(jī)前進(jìn)，折回處不應(yīng)在同一橫截面上，并與碾壓斷面縱向重疊1~1.5 m。在碾壓過程中，要尤其注意復(fù)合料溫度有否存在溫度敏感區(qū)。如果存在敏感區(qū)，應(yīng)避免在敏感區(qū)內(nèi)振動(dòng)碾壓操作，而選擇使用橡膠輪碾壓。應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場復(fù)合料的溫降情況，控制碾壓距離，一般控制在30~50 m。

3 結(jié)語

綜上所述，從復(fù)合料施工的設(shè)備配套、復(fù)合料的攤鋪、壓實(shí)施工及質(zhì)量控制等方面，梳理探討了蒙脫土改性瀝青復(fù)合料的施工應(yīng)用技術(shù)。蒙脫土有很強(qiáng)的陽離子交換和吸附功效，可以賦予聚合物以較好的減緩紫外線傳播和氣體阻隔性。蒙脫土改性瀝青復(fù)合料路面有限制瀝青高溫流動(dòng)形變，高溫老化和增強(qiáng)高溫耐車轍功效。材料優(yōu)勢也需要高質(zhì)量的路面施工技術(shù)給予助力和保障。蒙脫土改性瀝青復(fù)合料鋪筑施工，采取專場拌料，運(yùn)至攤鋪現(xiàn)場，由多功能專業(yè)攤鋪機(jī)和壓路機(jī)以梯式組隊(duì)方式進(jìn)行鋪筑壓實(shí)作業(yè)，因此需要以現(xiàn)場鋪筑操作為中心，系統(tǒng)組合配套施工設(shè)備，保證核心裝備即現(xiàn)場攤鋪機(jī)能夠處在合理正?；A(chǔ)上發(fā)揮最優(yōu)功效。