橡胶沥青施工技术在高速公路路面工程中的应用

苑艳飞

（张家口市路桥工程监理咨询有限责任公司，河北 张家口 075000）

0 引言

废弃轮胎数量逐年递增，已经成为一种新的环境污染，而橡胶沥青技术不仅可以有效解决废弃轮胎重新利用的问题，还能够增强传统沥青路面使用性能和安全性能[1]。但目前对橡胶沥青的很多施工参数并未十分明确，橡胶粉掺加量也存在争议。故本文依托实际工程，结合橡胶沥青技术施工工艺，在试验路段使用不同橡胶粉掺加量的橡胶沥青进行摊铺，通过检测路面高温稳定性能和水稳定性能，确定最佳施工参数及制备工艺。

1 原材料

1.1 沥青

目前制备橡胶沥青主要是通过湿法工艺获取，即普通基质沥青中掺加橡胶粉并在高温环境下高速搅拌。为使橡胶沥青路面拥有更好的路用性能，普通基质沥青的选择至关重要，本文试验路段所用普通基质沥青各项性能检测结果如表1所示。

表1 普通基质沥青性能指标检测结果

1.2 橡胶粉

本文试验路段采用橡胶粉50 目废弃轮胎橡胶粉，并对橡胶粉进行试验检测，检测结果如表2 和表3所示。

表2 橡胶粉物理性能检测结果表

表3 橡胶粉化学性能检测结果表

对所用橡胶粉物理性能和化学性能进行检测，检测结果均满足技术指标要求。此外，橡胶粉密度必须满足施工规范要求，在橡胶粉筛分时需要严格控制，其各级筛孔通过率严格满足要求，橡胶粉筛分结果表如表4所示。

表4 橡胶粉筛分结果表如表

1.3 橡胶沥青

为对比普通基质沥青与不同橡胶粉掺加量的橡胶沥青三大指标性能差异，本文制备五组不同橡胶沥青，A 组为胶粉掺加为0 的普通基质沥青，B 组为胶粉掺加为5%的橡胶沥青，C 组为胶粉掺加为10%的橡胶沥青，D 组为胶粉掺加为15%的橡胶沥青，E 组为胶粉掺加为20%的橡胶沥青，并在实验室内对A 组到E 组五组沥青进行试验检测，五组沥青性能指标检测结果如表5 所示。橡胶粉掺加量与针入度和软化点关系图如图1所示。

表5 五组沥青性能指标检测结果

图1 橡胶粉掺加量与针入度和软化点关系图

由表5 可知，橡胶沥青比普通沥青针入度明显降低，而软化点得到增加。由图1 可知，随着橡胶粉掺加量增加，沥青软化点从47.3℃增加到62.9℃，软化点逐渐增加；而针入度从95.1mm 减少到43.3mm，软化点逐渐增加；而普通基质沥青5℃延度超过100cm，而掺入橡胶粉沥青延度明显减小，且随着橡胶粉掺加量增加，延度从6.9cm增加到8.9cm，表明加入橡胶粉可以有效改善沥青性能[2]。因此，本项目工程试验路段铺筑过程沥青混合料原材料选择橡胶沥青。

2 工程实例

2.1 工程概况

某高速公路项目工程位于河北省，全线长142km，起点桩号为K1220+000，终点桩号为K1362+000，经过对该地区地质探测发现，该路段长期受到高温影响，普通沥青混凝土路面结构由于高温稳定性较差，导致路面出现裂缝等病害，因此考虑工程所在地气候、地质等影响要素，决定对该项目高速公路采用橡胶沥青混凝土路面，以提高路面的高温性能。故本文根据施工规范要求对高速公路各结构层采取的设计方案，上面层为厚度4cm 的橡胶沥青土，中面层为厚度8cm 的AC-20 沥青混凝土，下面层为厚度10cm的沥青稳定碎石，基层为厚度20cm 的水泥稳定碎石，并优选基层建筑材料，保证施工质量。

2.2 施工工艺

2.2.1 施工前准备工作

首先通过试验检沥青、橡胶粉、玄武岩集料等原材料的各项性能指标，保证每个原材料使用质量满足施工要求，并严格控制集料在不同尺寸筛孔通过率，筛分结果如表6所示，保证集料级配满足施工要求。

表6 不同尺寸筛孔集料通过率

2.2.2 拌和与运输

橡胶沥青常见的制备方法为干拌法和湿拌法，干拌法施工工艺简单，对仪器设备要求不高，目前国内使用最多制备方法为湿拌法，制备时首先沥青加热灌温度提升至190℃，保证灌内温度不得低于185℃，温度达到要求后在反应装置内放入橡胶粉，加入橡胶粉后提升反应装置内部温度，在恒温恒湿保温箱内取出集料，将集料与橡胶沥青放入拌和装置中，拌和过程中要注意拌和温度，温度过低会导致橡胶沥青混合料发生离析，温度过高则会导致橡胶沥青混合料出现分层，严重影响橡胶沥青路用性能，拌和时间不得低于70min，混合料出料温度应控制在160～170℃[3]。

橡胶沥青混合料拌和完成后，应立即送至施工现场。装车时在运输车车壁内涂抹润滑剂，防止混合料黏附在车内壁，导致清洗困难。混合料装卸作业时要保证运输车平稳。运输过程中，运输车应匀速行驶，避免出现紧急制动导致混合料出现离析。

2.2.3 摊铺

在高速公路项目路段K1350+000—K1350+500 道路右侧作为试验路段，研究不同橡胶粉掺加量对沥青路面施工质量的影响。将500m 试验路段平均分成5段，每段长100m。将A组到E组五组不同掺量橡胶沥青混合料均匀铺筑在试验路段上，摊铺机应匀速行驶，中途不得停车、加速或者减速，保证橡胶沥青混合料摊铺均匀。摊铺作业时，现场工作人员应在一旁监督指导作业，保证摊铺均匀，最后人工对路幅两侧修整，保证路面整洁[4]。

2.2.4 碾压

橡胶沥青混合料黏结能力较强，现场碾压工作应采用较大的压实机器进行压实作业。初压使用22t 双钢轮振动压路机进行碾压作业，碾压机速度在1km/h～2km/h 为佳，碾压遍数为3～4 遍，保证集料不被碾压破碎且能够提高橡胶沥青混合料压实度；复压作业使用22t 双钢轮振动压路机，碾压机速度在2～3km/h为佳，碾压遍数为4～6遍，保证橡胶沥青路面压实度满足施工要求；终压用双轮式缸筒式压路机，碾压机速度在1～2km/h 为佳，碾压遍数为1～2 遍，用于消除路面车轮痕迹带。压实作业路面长度不宜过长，控制在50m内[5]。

2.2.5 养护

路面完成摊铺工作后，在路面适当洒水和铺养生布进行养护工作，养护时间为7d。

2.3 性能检测

2.3.1 高温稳定性能

为探究不同掺量橡胶沥青混合料对路面高温稳定性能的影响关系，本文选用五种不同橡胶粉掺加量制备混合料摊铺试验路段，摊铺、碾压施工完成后，分别在试验路段A、B、C、D 和E 五个试验路段右侧车辙位置处选取五个取样点，进行钻芯取样。钻芯试样在实验室内，进行马歇尔稳定度试验、浸水48h 稳定度试验以及动稳定度试验，检测结果如表7所示。

表7 五种不同橡胶粉掺加量橡胶沥青试验结果

由表7 可知，使用橡胶沥青能够有效提高路面高温稳定性能，试验路段A～E马歇尔稳定度由8.7kN到9.8kN、浸水48h 稳定度由6.1kN 到9.0kN、动稳定度由3 001 次/mm 显著增加到5 960 次/mm，表明橡胶沥青混合料可以有效提高沥青路面高温稳定性能。橡胶粉掺加量由5%增加到20%，沥青路面高温性能随着胶粉掺加量增加而逐渐增加。因此本项目工程试验路段铺筑过程沥青混合料原材料选择橡胶沥青，且需要根据施工要求合理选择橡胶粉掺加量。

2.3.2 水稳定性能

水稳定性能关乎沥青道路汽车行驶安全性，为探究橡胶沥青与普通基质沥青对路面水稳定性能的影响关系。在试验路段A、B、C、D 和E 五个路段车辙位置处选取五个取样点，钻芯取样。钻芯试样在实验室内，进行冻融劈裂试验，检测结果如表8所示。

表8 五种沥青冻融劈裂试验结果

由图2 可知，橡胶沥青较普通基质沥青铺筑路面能够有效提高路面水稳定性能，试验路段A 冻融残余强度比为77.3%，明显低于橡胶沥青路面冻融残余强度比，且随着橡胶粉掺加量的增加，橡胶沥青路面水稳定性能先缓慢提高再降低。试验路段D～E 冻融残余强度比从82.1%增加到85.9%，再减小到84.3%。因此，需要根据施工要求合理选择橡胶粉掺加量。

图2 橡胶粉掺加量与冻融残余强度比关系图

3 结语

橡胶沥青技术已经运用在广大高速公路中，本文依托实际工程，在试验路段采用橡胶粉掺加量为0%、5%、10%、15%、20%进行路面施工，并对工程质量进行检测分析，结果表明，橡胶沥青能够有效改善路面高性能和水稳定性能，且随着胶粉掺加量增加，沥青路面高温性能逐渐提高，水稳定性能先缓慢提高再降低。