湖沥青在高速公路工程中的应用

路建印

(河北省石黄高速公路管理处)

1 概 述

沥青是公路建设中最重要的原材料之一,成本占公路总投资 1/3左右,无论从工程质量还是从投资控制方面,其重要性都是不言而喻的,因此沥青的选择和质量控制是公路建设中极为重要的环节。

2 沥青材料的选择

某高速公路中修工程改性沥青采用业主招标采购的方式,在多家改性沥青生产商中选定了每吨低于SBS改性沥青500元左右的湖改性沥青。

3 湖改性沥青的特点

3.1 制备

湖改性沥青的制作过程非常简单,只需将TLA沥青和基质沥青分别加热,按照设计比例掺配混溶即可。

3.2 灰分

湖改性沥青中均匀分布着用肉眼即可看见的明亮小点儿,这就是灰分矿物质,灰分是湖改性沥青中特有的一种物质,它由铁、铝、硅和镁等的氧化物构成,无论在硬度方面,还是在与沥青和矿料的亲和力方面都远高于矿粉,因此对湖改性沥青混合料的质量起着至关重要的作用,而且 TLA的掺加量直接决定了灰分含量,因此它也是控制掺加量的一个重要指标。

3.3 动稳定度

作为重交沥青的湖改性沥青另一个突出特点就是动稳定度非常高,在 60℃条件下的车辙实验,动稳定度均在6000以上,这是其他重交沥青无法比拟的。

3.4 耐久性

TLA沥青经过几千万年的地壳运动形成,性能非常稳定,具有持久的稠度特性,抗老化能力比较强。

3.5 储存稳定性

由于湖改性沥青中含有灰分矿物质,且密度较大,容易发生沉淀,因此在长途运输和储存过程中都需要不间歇的搅拌。

3.6 沥青三大指标

(1)针入度。

由于灰分存在,使得 TLA沥青在改性基质沥青时,掺加量对针入度的影响非常大,以 70#基质沥青为例,掺加量在25%时针入度降至40左右,掺加量在 30%时针入度降至 35左右。

(2)延度。

在实验室条件下,15℃掺加 25%湖改性沥青的延度是17cm,规范要求的 5℃延度做不出来。

(3)软化点。

按照常规做沥青软化点的方法,湖改性沥青的软化点(70#基质沥青,掺加量在 25% ～30%时)测得值在 53～55℃左右,掺加量对软化点的影响并不明显。

4 湖改性沥青技术指标的确定和检测

根据近几年湖沥青在河北的使用经验,TLA对 70#基质沥青的掺加量在 25%～30%时,比较适合重交通路面使用。按照湖改性沥青的技术特点和试验数据见表 1,对湖改性沥青的针入度指标进行了相应调整,因为采用TMA-50时灰分指标小于规范规定的7.5～19.5,如采用TMA-30时,针入度会太小,影响低温抗裂性能,所以引入了区间在 30～40的针入度控制标准,这样既控制了沥青生产商的湖沥青掺加量,又不会造成针入度过低,影响沥青混合料的低温抗裂性,其他指标按《公路沥青路面施工技术规范》JTGF40-2004关于TMA-50执行。

湖改性沥青的技术要求跟其他改性沥青不同,在做完沥青全项指标后,对工地实验室的要求是每批次都要对湖改性沥青的针入度和灰分含量进行测定。其中灰分含量指标可以确保TLA沥青的掺加量,这对沥青质量的稳定性起到了非常关键的作用。

表1 湖沥青指标试验报告

5 湖沥青的储存和运输

5.1 运输中应注意的问题

现在运输沥青的保温罐车基本上都没有设计搅拌装置,因此沥青装车后路上运输必须有时间限制。某高速公路施工现场距TLA沥青加工厂约150km,沿高速公路2h可以到达。因沥青供应商和施工承包商之间建立了一套比较完善的沥青接受制度,确保沥青随用随进,及时卸车。经过一段时间后,罐车中没有发现太多的沉淀物,可见短途运输TLA沥青是可行的。如果距离较长,就应该设置搅拌设施,或者采用在现场加工制作的方法。

5.2 泵送

TLA沥青中含有硬度较大的灰分矿物颗粒,将会对泵的过流部分产生磨损,输送泵宜采用内齿轮保温泵,不能使用螺杆泵,并应及时检修,泵和管线要有导热油伴温,且温度应高于普通沥青。否则,TLA沥青将发生沉淀,矿物质颗粒凝固后硬度很大,非常难于清除,会造成泵和管线报废。

5.3 储存

湖改性沥青的储存罐宜采用螺旋浆片式搅拌器和风管搅拌两种方式的立式罐,并且风管深入到罐底。鉴于施工单位原来均采用 30～50t的卧式储罐。施工中采用在罐体1/3处、2/3处各加一组机械浆片式搅拌器,在罐首尾各加一组风式搅拌的方法。使用 3个月后,发现个别罐底虽有少量沉淀现象,但经分析认为很可能是由于停电,或设备检修时搅拌器停止工作造成的,基本不影响沥青稳定性。

6 TLA沥青的理论用量和对矿料级配的影响

6.1 TLA沥青的理论用量

TLA沥青中主要成分包括CS2可溶分(沥青分)54%、灰分36%、其他(主要是可恢复的结晶水)10%。

以m基质沥青∶mTLA=75∶25为例,一份TLA改性沥青中实有沥青75%+25%×54%=88.5%,即为了真正加入一份沥青,实际需要加TLA改性沥青1/0.885=1.13份。例如设计油石比为6%,实际需加入的TLA改性沥青油石比为6%× 1.13=6.8%。

如上计算TLA沥青油石比应大于其他改性沥青,在施工中须特别注意这个问题,现有的抽提实验方法不能真正反应油石比的大小,因此应在生产中建立沥青拌合站机器设定值与抽提之间的对应关系,并以拌合站机器设定值做为主要控制措施。

6.2 TLA沥青对矿料级配的影响

考虑TLA沥青矿物颗粒(灰分0.01mm)占混合料的比例为 0.5%,按照常规掺配出来的湖改性沥青混合料偏细,在施工中可略作调整。

7 湖改性沥青混合料的特点

(1)湖改性沥青混合料的拌和、运输、摊铺应按改性沥青施工规范执行,由于湖改性沥青针入度比较低,施工中温度应控制在中上限,出厂温度应不低于 180℃,运输中应加强保温,当气温低于 10℃时,不能在进行施工。

(2)由于湖改性沥青混合料比较脆,施工中的横向接缝比较难处理,施工中应尽量多切一些,使接缝处不松散。

(3)湖改性沥青中含有结晶水合物,因此湖改性沥青在施工中会有大量白色烟雾,且有一种异样气味,很容易就可以判别是不是湖改性沥青混合料。

(4)湖沥青混合料的最大特点是抗车辙性比较好,在施工中进行了多次车辙实验,在级配接近中值情况下,动稳定度均达到 6000次以上,远高于 3600次的设计要求。

8 结 语

经过近半年的施工,石黄高速中修工程中的湖沥青罩面段已完成70km,与采用SBS改性沥青相比明显节省了资金,提高了路面抗车辙性。施工中发现湖改性沥青的技术规范尚不完善。因此对于湖改性沥青的技术指标、检验标准等应通过试验对规范进行逐步补充修订。