橡胶沥青在高速公路路面养护中的应用

薛 倩

(1.浙江工业大学 建筑工程学院,杭州 310014;2.浙江交通职业技术学院,杭州 311112)

0 引 言

橡胶沥青是首先把废旧轮胎通过常温粉碎的方式制成橡胶粉粒,然后以这种橡胶粉粒为改性剂,在高温条件下 (180℃以上)与基质沥青充分拌合,并且经过充分熔胀后形成的一种新型改性沥青胶结材料。

近年来,随着环保意识的增强、资源循环利用的要求提高以及橡胶沥青技术的进步,使得废旧轮胎胶粉在公路工程中的应用得到了一定的发展。废旧轮胎中由于含有天然橡胶、合成橡胶、硫磺和碳黑等成份,是道路沥青良好的改性剂。国内外研究表明,废旧橡胶粉可明显提高基质沥青的使用性能。橡胶沥青混合料具有优良的高温稳定性、低温抗裂性、抗水损害能力,其抗老化性能和抗疲劳性能更优于其他改性沥青混合料。

1 工程概况及罩面养护方案

金丽温高速公路全长234km,系浙江省交通建设规划中 “两纵两横十八连三绕三通道”的重要一横,也是上海至云南瑞丽、黑龙江同江至海南三亚两条国道主干线在浙江中部的重要连接线。金丽温高速公路起于金华二仙桥,与杭金衢高速公路相接,途经金华、丽水、温州三地市八县 (市、区),全线设互通或连接线与330国道、49省道、42省道、03省道相连,终于温州南白象,与甬台温高速公路相交,于2005年12月23日全线建成通车。经过多年的运营,目前部分路段的沥青路面出现了车辙、坑槽、裂缝、翻浆等路面典型病害,其中隧道部分微表处 (2004年施工)脱落现象比较严重,路面使用性能较差。针对金丽温高速的病害特点,综合各方面因素,决定采用橡胶沥青路面技术对部分路面进行改造,本次改造路段长度为0.48 km。

本次试验段原沥青砼路面结构层依次为20 cm厚低剂量水泥稳定碎石底基层,32 cm厚水泥稳定碎石基层,17 cm厚沥青混凝土面层 (从下到上分别为 7 cm厚AC-25I、6 cm厚AC-20I、4 cm厚AK-13I)。随着使用年限的增长和交通流量的迅速增加,现场调查发现,该路段出现了典型的车辙、裂缝等病害现象。本试验段最终的施工方案为在原有沥青混凝土面层的基础上直接进行3.5 cm厚AR-AC13橡胶沥青混合料罩面,其间用改性乳化沥青粘层加强联结。

2 原材料的选择

2.1 基质沥青

本试验路采用韩国SK70号道路石油沥青,性能检测结果见表1,其主要技术指标经测定满足现行规范要求。

表1 基质沥青性能试验结果

2.2 集 料

2.2.1 粗集料

本试验段采用的粗集料为玄武岩碎石,为确保其具有良好的颗粒形状,碎石加工采用鄂式破碎机一级破碎,采用反击式破碎机二次破碎,最后通过整形机整形,以保证碎石针片状含量,其检测结果见表2和表3。

表2 玄武岩(10～15mm)检测结果

表3 玄武岩(5～10mm)检测结果

2.2.2 细集料

本试验段采用的细集料为洁净、干燥、无风化、无杂质,并有适当的颗粒级配的石屑,其质量检测结果见表4。

表4 石屑 (0～5mm)

2.2.3 填 料

本试验段采用的填料为石灰岩等憎水性石料经磨细得到的矿粉,其质量检测结果见表5。

表5 矿粉 (0～0.6mm)

2.3 橡胶粉

废旧轮胎生成的橡胶粉颗粒表面呈羽絮状,比表面积较大,这样的结构有利于橡胶粉与沥青的吸附。本试验路段采用南京某橡胶粉厂生产的40目胶粉,筛分结果见表6,满足级配要求。

表6 橡胶粉筛分结果

3 AR-AC13橡胶沥青混合料配合比设计

3.1 目标配合比设计

本试验路段根据浙江省的气候条件,在综合考虑预防路面水损害和车辙、裂缝等病害的基础上,结合交通部指南中的配合比设计要求,确定ARAC13橡胶沥青混合料矿料组成为10～15mm碎石:5～10mm碎石:0～5mm石屑:水泥=36%∶36.5%∶21%∶6.5%,其油石比为6.4%。该配合比体现了较高的粗集料含量,能形成粗集料骨架结构,有利于避免橡胶颗粒干涉压实作用,同时较低的细集料含量,将有利于形成类似于SMA的断级配形式。其级配的掺配结果如表7。

表7 AR-AC13目标配合比掺配结果

按上述级配要求掺配,橡胶沥青混合料ARAC13目标配合比的技术指标检测,结果见表8。

表8 AR-AC13目标配合比的技术指标检测结果

3.2 生产配合比设计

按生产配合比设计要求,对各热料仓进行了取样筛分,其矿料组成为10～18mm碎石:4～10mm碎石:0～4mm石屑:水泥=42%:31%:21%:6%,其油石比为6.3%。生产配合比级配的掺配结果及混合料AR-AC13的技术指标检测结果分别见表9和表10。

4 橡胶沥青混合料施工工艺

4.1 橡胶沥青的加工

橡胶沥青的生产需要专用的设备,设备的核心部件是高速搅拌机,能够使橡胶粉与基质沥青充分混合,橡胶粉掺量对橡胶沥青性质影响较大,生产设备需要有高精度的计量装置。本试验段橡胶沥青加工采用现场改性方法,由于橡胶粉与沥青的反应过程较慢,一般要45～60 min,为了使橡胶粉与沥青充分反应,生产设备附设反应罐,在高温和搅动的状态下,橡胶沥青容易离析的问题得到缓解。

表9 AR-AC13生产配合比掺配结果

表10 AR-AC13生产配合比的技术指标检测结果

4.2 橡胶沥青混合料的拌合

本试验路段橡胶沥青混合料采用玛莲尼M160拌和楼生产,在正常情况下,每盘的实际拌和时间为70～75 s,其生产能力为80T/H,在拌和过程中应根据沥青和各种矿料的用量,严格控制橡胶沥青混合料的拌和温度。为保证施工时的温度,在实际施工中,混合料的出厂温度以高限控制,即控制在180℃左右。

4.3 橡胶沥青混合料的摊铺

本试验路段橡胶沥青混合料采用弗特勒S1800摊铺机摊铺,摊铺速度缓慢、均匀、连续不间断,中途无停顿,根据拌和楼产量,本次试验摊铺速度控制在2 m/min。

4.4 橡胶沥青混合料的碾压

根据摊铺机控制的摊铺速度、气候及其他沥青路面的施工经验,配备了3台带有高频低幅功能的双钢轮振动式压路机和2台胶轮压路机,初压的遍数为3遍,碾压第一遍压实开始就需打开振动,从外侧向中心碾压,碾压按 “紧跟、慢压、高频、低幅”的原则进行,振动压路机的振动频率宜为35～50Hz,振幅宜为0.3～0.8mm。复压遍数为5～6遍,不小于120℃时采用钢轮振动碾压3遍,胶轮碾压2～3遍。

橡胶沥青混合料的终压应紧接在复压后进行,如经复压后已无明显轮迹时可免去终压。终压采用双轮钢压路机静压1～2遍,至无明显轮迹为止。在碾压过程中,需选择合理的碾压方式,并随时检测橡胶沥青混凝土碾压温度,保证橡胶沥青混合料的碾压温度,以达到最佳碾压效果。

5 路面检测

在试验路段完工开放交通前,实验室按照验收评定相关要求,组织了对部分验评项目的现场检测,检测项目包括渗水系数、构造深度和压实度,具体的评定结果如表11所示。从中可知,橡胶沥青AR-AC13路面完全符合规范要求。

表11 AR-AC13路面检测评定结果

6 结 语

从试验路段通车运营后的情况看,经历了近一年的高温雨季、低温等气候、交通条件的考验,路况始终保持良好的营运状态,其路面无坑洞、无橡胶沥青玛蹄脂上浮的现象,无车辙、无裂缝病害的出现,其路面抗滑性能、构造深度基本无衰减,完全体现了橡胶沥青所具有的优点。

由于橡胶沥青具有优异的低温柔性和低温抗裂性能,以及较强的高温稳定性、抗老化性能、抗疲劳性能和抗水损坏性能,橡胶沥青混凝土表面层方案在路面改造过程中具有投资少、工期短、抗裂性能突出等优点,有着广阔的应用前景。

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