浅析岩沥青改性沥青混合料施工关键技术

袁德军

(长沙市公路桥梁建设有限责任公司)

0 引 言

在高速公路建设中,沥青路面作为一种无接缝的连续式路面,由于其足够的力学强度,对行车荷载的良好承受力,行车平稳,无扬尘,舒适,振动小,噪音低以及便于维修养护的优点,多年来一直受到世界各国的重视。然而,随着公路建设高速发展,新的问题相继出现,随着国民经济高速发展,带动交通量迅速增长,车辆大型化,超载严重及渠化现象等使沥青混凝土路面经受严峻考验。许多公路建成不久就发生早期破坏,产生多种形式的道路病害,传统的沥青路面己难负重任。由此,与路面使用性能及服务质量息息相关的沥青材料研究,被提到了一个新的高度。研究及实践证明,天然沥青作为改性剂的改性沥青其高温稳定性、耐老化性,以及水稳定性都有显著改善,低温抗裂性也有一定程度地提高,很大程度上预防了沥青路面病害的出现。工程实践表明,用天然沥青做改性剂的改性沥青以其优越的路用性能获得了良好的经济效益和社会效益,应用前景十分广阔。

1 岩沥青混合料配合比设计

1.1 材料要求

(1)粗集料:粗集料应洁净、干燥、表面粗糙。采石场在生产过程中必须彻底清除覆盖层及泥土夹层,原石不得含有泥土杂物,集料成品不得堆放在泥土地上。粗集料的质量应符合要求。

(2)细集料:细集料包括人工砂、天然砂、石屑。细集料应洁净、干燥、无风化、无杂质,并有适当的级配,机制砂宜采用专用的制砂机制造,并选用优质石料生产,其级配应符合S16的要求。质量应符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF4O-2004)规定。天然砂的质量变化较大,形状较圆滑,并且含有一些有害成分,对于高速公路,热拌沥青混合料中天然砂的用量不宜超过集料总质量的 20%,SMA和OGFC混合料不宜使用天然砂。

(3)沥青:岩改性沥青是一种采用天然岩沥青改性剂对石油沥青改性制备而成的,具有优良的路用性能。岩改性沥青所采用的天然岩沥青改性剂是以分子量高达一万的沥青质为主要组成,其在岩石表面能产生强吸附能力,其吸附能力比普通沥青高出数倍,具有良好的抗剥落性能。同时还含有多种能促进石油沥青中的活性基团交联聚合的有机链,增强了沥青的内聚力,抗流动性、抗氧化性、粘附性和感温性等都比普通沥青得到了明显的提高。

1.2 热拌沥青混合料的配合比设计

(1)目标配合比设计阶段:对工程采用的原材料通过适当的矿料结构设计确定适宜的矿质混合料配合比,通过马歇尔试验确定最佳沥青含量,根据确定的矿质混合料配合比和最佳沥青含量进行沥青混合料试拌,对混合料的水稳定性、高温稳定性、低温抗裂性和渗水系数进行检验。各种性能都合格,便确定了目标配合比,否则继续调整。根据目标配合比设计所确定的矿料级配组成和最佳沥青含量作为目标配比,供沥青拌和站确定各冷料仓的供料比例、进料速度及试拌使用。

(2)生产配合比设计阶段:沥青混合料的生产应采用间歇式拌合站。调整冷料仓进料速度以后,对拌和站热料仓取样筛分。调整热料仓比例,由于拌和站取样误差以及除尘设备回收细料滞后等方面的影响,通常需要分成确定集料级配和确定沥青含量两步骤进行。首先确定热料仓比例,分别取三种热料仓配合比加沥青拌和,混合料级配以从拌和站连续生产时取的沥青混合料抽提结果为准,分析调整这三个级配,确定出最好的配合比。然后,取目标配比的最佳沥青含量、最佳沥青含量 ±3%等三个沥青含量进行试拌,进行抽提和马歇尔试验,确定出生产的最佳沥青含量。

(3)生产配合比设计验证阶段:对反复调整确定的拌合站热料仓比例和最佳沥青含量进行试拌、铺筑试验段,并对生产的沥青混合料进行取样抽提和马歇尔试验。试验段取样不少于三次,取样以从拌合站直接接取的样品为准。根据试验路确定的热料仓比例和最佳沥青含量为生产的标准配合比。满足各项要求的试验段抽提平均的各筛孔通过率为用于生产控制的标准级配曲线。

(4)确定施工级配允许波动范围。根据标准配合比和质量管理要求中各筛孔的允许波动范围,制定施工级配控制范围,用以检查混合料的生产质量。

施工前确定石油沥青加工及沥青混合料施工温度,根据沥青标号及粘度、气候条件、铺装层的厚度确定。

2 岩沥青混合料拌制

拌和厂应具备完备的排水设施,各种集料分隔储存,细集料场地应有防雨设施,料场及场内道路应作硬化处理,严禁泥土污染集料。还应考虑拌和场与厂地的距离,确保沥青混合料在运输过程中的温度下降不超过要求,且不至于因颠簸造成混合料的离析。采用的沥青拌和站型号为德基 -3000型间歇式拌和机,具有 5个冷料仓和 5个热料仓,并配有计算机、打印机、掺加纤维等外加剂等设备,还有保温性能良好的成品储料仓和二级除尘设备。拌和能力满足施工要求,除尘设备完好,达到国家环保要求,冷料仓数量满足配比要求,振动筛规格与矿料规格相匹配,数据见表 1。

表 1 间歇式拌和机用振动筛的等效筛孔(方孔筛)mm

2.1 改性沥青的掺配工艺

(1)直接加入法。

将矿料通过传送带送入回转炉加热至 190～200℃,沥青加热至 155～175℃。矿料由回转炉进入拌和罐,同时加入天然沥青改性剂进行干拌至少 3s。干拌完毕后喷入沥青进行湿拌至少 38s,然后放出拌和料进入运料车中,出料温度控制在 170℃左右。

(2)间接加入法。

将基质沥青通过流量计计算数量后输送至沥青罐中并加热至 155～175℃,将天然沥青改性剂用提升机提升至罐顶操作平台,计量好重量后加入沥青搅拌罐中进行搅拌混合,搅拌 20～30min后即可使用。如果生产设备带有胶体磨或剪切设备,那么通过胶体磨剪切后使用,效果会更佳。

2.2 拌和要求

(1)装载机上料时应从集料堆底部按顺序竖直装料,减小集料离析。

(2)拌和机生产时必须逐盘打印各个传感器测定的材料用量和沥青混合料拌和量、拌和温度等各种参数。

(3)操作人员不经实验人员同意不得随意调改配合比,不得随意补料,不得使用回收粉。

(4)不得使用刚刚破碎的新鲜集料,新集料应放置一周后才能使用,以防止沥青混合料的剥离。

(5)岩沥青混合料拌和时间一般不低于 50s,拌和温度在 180～185℃之间。

3 岩沥青混合料施工工艺及质量控制

3.1 混合料的运输

(1)岩沥青混合料对温度的要求比较高,因此混合料的温度要有专人负责测量并作好记录,严格控制出厂温度。

(2)岩沥青粘度较大,因此从拌和机向运料车上装料时,应多次挪动位置,平衡装料,减少混合料的离析。

(3)运输车辆的数量应根据拌和机的产量、摊铺速度、运距、等候卸料时间确定。一般正常施工时,摊铺机前面应有 3～5辆运输车等候卸料。

(4)连续摊铺过程中,运料车在摊铺前 10～30cm处停下,不得撞击摊铺机。卸料时运输车应挂空档,靠摊铺机推动前进。

3.2 混合料的摊铺

(1)摊铺岩沥青混合料时,采用功率较大的履带式摊铺机进行摊铺施工。摊铺机料斗应涂抹薄层隔离剂或防粘剂。

(2)铺筑高速公路时,摊铺宽度不只6m,进行岩沥青全幅罩面时,摊销机前后错开 10～20m,呈梯队同步进行作业,热接缝的搭接宽度在 30～60mm。

(3)由于岩沥青混合料对温度的要求比较高,因此在摊铺施工前要提前 1h进行熨平板的预热工作,熨平板温度不低于 100℃。摊铺过程熨平板选择较大的振动频率,提高初始压实度,以保证岩沥青路面的压实效果。

(4)在进行岩沥青混合料摊铺时,摊铺速度应控制在1～ 3m/min。

(5)由于岩沥青混合料对柴油的敏感度较强,同此在施工过程中尽可能避免采用柴油作为隔离剂的物件,比如铁锨和接触式平衡梁等,优先选用非接触式平衡梁。

3.3 压实

(1)岩沥青混合料初压温度≥160℃,复压温度≥133℃,终压温度≥90℃。

(2)岩沥青混合料的压实厚度不宜大于 100mm。

(3)在压实设备的选择上,岩沥青混合料不宜采用轮胎式压路机进行碾压,以防止将沥青结合料揉搓挤压上浮;易采用振动式压路机进行碾压,遵循“紧跟、慢压、高频、低幅”的原则,紧跟摊铺机后,采用高频率、低振幅的方式慢压。

3.4 接缝处理

(1)沥青路面的施工必须接缝紧密、连接平顺,不得产生明显的接缝离析。上、下层的纵缝应错开 150mm(热接)或 300～400mm(冷接)以上。相邻两幅及上、下层的横向接缝均应错位 1m以上。

(2)进行沥青罩面采用梯队作业时应采用热接缝,将已铺部分留 100～200mm宽暂不碾压,作为后续部分的基准面,然后跨缝碾压。

(3)开放交通时间。岩沥青混合料路面应完全自然冷却,混合料表面温度低于 50℃后,方能开放交通。尽可能不采用洒水冷却的方法降低混合料的温度。

[1]马琳.北美天然岩沥青改性与应用[J].中国公路,2003,(16):56-57.

[2]陈旭,姜开明.布敦岩沥青改性沥青混凝土配合比设计[J].山东交通学院学报,2005,13(2):35-38.

[3]公路改性沥青路面施工技术规范(JTJ036-98)[S].