基于干法和湿法工艺的排水路面施工控制及应用评价★

王 靖，曾 贵，王俊超，黄 峰

(1.广西新发展交通集团有限公司钦州高速公路运营分公司,广西 钦州 535000;2.重庆市智翔铺道技术有限公司,重庆 401336)

0 引言

现阶段高速公路沥青路面的上面层基本采用骨架密实型的SMA-13或悬浮密实型的AC-13[1],其特点在于孔隙率低,表面构造磨耗较快,引发南方多雨地区的雨天行车安全问题,尤其是长下坡路段和超宽弯道段,主要体现在雨水与路表形成一层水膜,降低了轮胎与路表的接触面积,在高速行驶中容易产生水漂[2];另一方面加之构造越小,利用轮胎花纹和表面构造排水的能力越弱,车辆高速行驶导致雨水飞溅形成水雾干扰两侧以及后方通行车辆视线,存在安全隐患。为此,具有透水性能的沥青混合料成为功能性沥青路面的研究热点之一。

空隙率为18%～25%的排水路面主要类型为OGFC-13和PAC-13,为保证大孔隙混合料的耐久性,通常使用高黏改性沥青。我国早期较为依赖日本进口的TPS,而随着沥青改性材料及工艺的进步,交通运输部公路科学研究院作为高黏改性剂的引领者推动了中国高黏改性沥青的发展[3]。贺玉莹等[4]依托HVA高黏剂的基础上开发了高性能高黏改性剂 HVA-H并验证了高低温性能,认为采用通过力延度试验计算的拉伸柔量和稳态流动试验测试的零剪切黏度用于表征高低温性较为贴切。吕大春等[5]在研究中引入灰色关联度理论,结果表明不同来源基质沥青与高黏改性剂配伍效果相差较大,但可通过沥青常规性能与流变性能指标相关性进行优选高黏剂。马嘉琛[6]、高磊[7]、杨三强[8]、张树文[9]等分别利用SBS,TPS,相容剂,稳定剂制备高黏剂并验证高黏沥青性能。但大多数高黏剂是采用直投方式,而高黏沥青的检测指标又是通过湿法加入,两者的不统一对排水路面的施工控制也带来一定的弊端。本文结合广西某高速公路长下坡路段专项养护项目,对比分析干法和湿法两种工艺下排水路面PAC-13的施工控制以及应用评价,为后续路面改造提供参考。

1 项目概况

1.1 项目背景

G75兰海高速某路段地处桂南地带,常年高温多雨,各路段自完成改扩建后均为双向八车道的沥青混凝土路面,其中部分超高过渡段路面降雨时出现排水不畅或路面积水,影响行车安全。为提高驾驶员在超速、急转、急刹等不当操作的容错率,在排水不畅路段实施沥青排水路面工程。

1.2 设计方案

通过对原路面进行调查测量,未发现路面有明显沉降。如图1所示,本次路面设计方案为铣刨4 cm上面层后加铺防水黏结层及4 cm PAC-13排水路面,采用干法及湿法两种施工工艺。由于路面采用铣刨重铺结构,排水沥青层底面标高低于土路肩表面及路缘石表面标高。为保证路面层间水接入现有排水系统,应设置导水槽。导水槽底面、侧壁撒布SBS改性沥青防水层,撒布量1.0 kg/m2～1.2 kg/m2。

2 原材料控制

2.1 SBS改性沥青与高黏剂的配伍性

沥青胶结料是决定排水沥青混合料性能的关键因素之一。配伍性试验主要依靠湿法加工而成的高黏沥青关键技术指标确定。前期在选择高黏剂的过程中,首先通过高黏剂颗粒与SBS改性沥青在不同剪切条件下的溶胀效果作为初选,剔除发育效果的高黏剂。

其次,为保证此次试验段对高黏剂和SBS改性沥青的配伍性,对原样SBS改性沥青的技术指标展开控制,相比《公路沥青路面施工技术规范》[10]而言,在设计阶段将I-D型SBS改性沥青的软化点指标60 ℃提高至75 ℃以上,5 ℃延度由大于20 cm提升至大于25 cm,135 ℃运动黏度由小于3 Pa·s缩小范围至2.2 Pa·s～3 Pa·s,弹性恢复率由75%提升至90%,48 h软化点差降低至2.0 ℃。

根据《排水沥青路面设计与施工技术规范》[11]中对高黏沥青的指标要求,将高黏沥青的软化点提升至85 ℃,48 h软化点差由2.5 ℃降低至2.2 ℃,60 ℃动力黏度提高至300 000 Pa·s。以上对沥青指标的控制均为保障试验段项目在高温重载多雨环境下的耐久性。其中,对于湿法改性的高黏沥青在储存过程中按频率(次/d)进行软化点、老化后软化点两个指标的抽检,其变化幅度应在±2 ℃内。

2.2 细集料和填料控制

机制砂的洁净程度直接影响沥青胶砂的内部黏聚力,从而导致大孔隙混合料在长期动水压力的作用下出现松散而最终导致排水路面的破坏。为此,试验段项目针对机制砂选材特别注重亚甲蓝值和砂当量两个指标,经过比对3个厂家料源,只保留了亚甲蓝值低于2.5 g/kg和砂当量超过65%的厂家。再则针对填料应选择干燥、洁净、无风化、无杂质的石灰岩石料磨细矿粉,严格规避回收粉以及含水率超过1%的矿粉。

3 生产控制

3.1 生产配合比

根据干法和湿法两种生产工艺,按照相关规程,通过不同油石比下的飞散试验和析漏试验结果的拐点获取最小沥青用量和最大沥青用量,再综合确定油石质量比为4.7%。碎石(10～15) mm∶碎石(5～10) mm∶石屑(0～3) mm∶矿粉(0～0.6) mm=32%∶52%∶12%∶4%,聚酯纤维掺量0.1%,见表1—表6。

表1 高黏改性沥青技术指标

表2 I-DSBS改性沥青技术指标

表3 粗集料技术指标

表4 细集料技术指标

表5 矿粉技术指标

表6 PAC-13生产配合比矿料合成级配

3.2 拌和参数控制

3.2.1 拌和前准备

为保证排水沥青混合料质量,需确定拌和站装有温度计及二次除尘设置,拌和全过程采用电脑进行控制并能逐盘打印。再则拌和楼的计量设备已通过有资质的计量部门标定,在使用过程中不定期进行复核,确保计量准确。冷料仓进料比例、速度已进行标定。聚酯纤维采用计量准确的机械进行投放,保证投放时间,聚酯纤维计量精度为±1%。而在干法工艺中,高黏改性剂也宜采用机械投放,其计量精度为±0.2%。

3.2.2 拌和顺序及时间

无论干法还是湿法工艺,拌和时间均经试拌确定,应以混合料拌和均匀、所有矿料颗粒全部裹覆沥青结合料为度,无花白料、无结团成块或严重的粗细集料分离现象。在湿法工艺中,集料和纤维同时投放,干拌时间为20 s,再投入矿粉,喷撒高黏改性沥青,湿拌40 s,整个循环周期60 s;在干法工艺中,集料和纤维同时投放,干拌时间为15 s,随后喷撒沥青,同时投入高黏度添加剂拌和10 s,5 s后投放矿粉,矿粉投放完后湿拌35 s,整个循环周期65 s。

3.2.3 拌和温度

沥青混合料拌和温度是影响生产质量的因素之一,根据运距合理选择集料和沥青加热温度,温度参数如表7所示。

表7 PAC-13沥青混合料生产温度控制表 ℃

4 摊铺、碾压控制

4.1 摊铺

铺筑试验段采用2台已配备非接触式平衡梁装置的摊铺机,并采集初始压实度参数。若采用不同型号的摊铺机时,注意夯锤振捣频率开到最大值的50%以上,两台摊铺机初始密度相差小于0.05。两台摊铺机前后行走间距为 5 m～10 m,搭接宽度控制在5 cm～10 cm,以确保纵向接缝质量。为避免层间排水导流层和层间黏结大幅度下降,导致路面不能正常传递行车荷载,造成路面层间水现象严重,引发路面坑槽等早期病害,摊铺机横向螺旋前端加装防滚落粗集料挡板,防止摊铺面接地层大多数为一层大颗粒粗集料垫底。大空隙率级配结构,两台摊铺机对接高出0 mm～1 mm。摊铺速度为2 m/min～3 m/min,排水沥青混合料摊铺温度不宜低于155 ℃,低于150 ℃沥青混合料应做废弃处理。

4.2 碾压

由于排水沥青路面空隙率高达 18%～25%,粗集料基本为点与点接触,容易压实,也容易将集料压碎,造成沥青混合料局部失去黏聚能力,从而导致掉粒飞散等病害。排水沥青路面碾压主要控制均匀压实和集料多次碾压搓揉达到稳固。按初压、复压、终压三个阶段进行。初压应在混合料摊铺后紧跟进行,压实温度控制在150 ℃～165 ℃,不得产生推移、开裂,初压为静压4遍～5遍。初压后观察平整度、路拱,发现问题及时作适当调整。复压宜采用胶轮压路机,控制温度80 ℃～100 ℃碾压,压实1遍～2遍。终压可采用钢轮压路机静压1遍。为防止较高温度下胶轮压路机黏轮,宜采用隔离剂喷淋装置。试验段监控碾压温度见表8。

表8 PAC-13沥青混合料实测碾压温度

5 应用效果评价

5.1 干法和湿法排水沥青混合料性能对比

根据试验段所取热料进行排水路面沥青混合料路用性能测试,结果见表9。

表9 湿法和干法排水沥青混合料性能测试结果

由表9可知,两种工艺在高温稳定性、水稳定性以及低温性能等方面均较为接近,但整体上看,采用湿法拌制的混合料稍优于干法拌制的混合料,其主要原因在于湿法改性的高黏沥青混合料中高黏剂通过溶胀、剪切、发育后较为均匀地分散在SBS改性沥青中,并和SBS改性剂起到进一步交联作用使得结构更稳定,性能得以优化[12]。

5.2 干法和湿法排水路面现场检测

分别在干法和湿法两种工艺试验段对排水路面的渗水性能、厚度、抗滑性能进行了测试,结果如表10所示。

表10 湿法和干法排水沥青路面现场测试结果

从表10可以看出,两种工艺在实施后,现场检测指标接近,由于现场检测的试验结果也会受机械设备操作以及线形走势影响,暂无法细究两种工艺的优劣,但两种工艺下的排水路面现场技术要求均满足设计要求。

6 结语

结合广西某高速排水路面试验段的应用,对干法和湿法工艺下排水路面施工过程的控制及应用评价进行了总结。试验段对原材料的控制主要体现在高黏剂与SBS改性沥青的配伍性和细集料的洁净程度,在生产方面主要控制拌和温度、拌和顺序以及拌和时间,摊铺、碾压阶段控制施工温度、施工速率等。经对排水沥青混合料路用性能测试以及现场测试,两种工艺下的指标较为接近,在路用性能方面湿法工艺略优于干法工艺。在实施过程中也衍生出一定的问题,比如在干法中如何评定高黏改性剂与混合料是否混合均匀以及其作用机理应如何表征;而采用湿法工艺中对于成品高黏改性沥青的储存稳定性还需采用更为合适的指标进行评判,以上问题需在未来继续探索。