淺析巖瀝青改性瀝青混合料施工關鍵技術

袁德軍

(長沙市公路橋梁建設有限責任公司)

0 引 言

在高速公路建設中,瀝青路面作為一種無接縫的連續式路面,由于其足夠的力學強度,對行車荷載的良好承受力,行車平穩,無揚塵,舒適,振動小,噪音低以及便于維修養護的優點,多年來一直受到世界各國的重視。然而,隨著公路建設高速發展,新的問題相繼出現,隨著國民經濟高速發展,帶動交通量迅速增長,車輛大型化,超載嚴重及渠化現象等使瀝青混凝土路面經受嚴峻考驗。許多公路建成不久就發生早期破壞,產生多種形式的道路病害,傳統的瀝青路面己難負重任。由此,與路面使用性能及服務質量息息相關的瀝青材料研究,被提到了一個新的高度。研究及實踐證明,天然瀝青作為改性劑的改性瀝青其高溫穩定性、耐老化性,以及水穩定性都有顯著改善,低溫抗裂性也有一定程度地提高,很大程度上預防了瀝青路面病害的出現。工程實踐表明,用天然瀝青做改性劑的改性瀝青以其優越的路用性能獲得了良好的經濟效益和社會效益,應用前景十分廣闊。

1 巖瀝青混合料配合比設計

1.1 材料要求

(1)粗集料:粗集料應潔凈、干燥、表面粗糙。采石場在生產過程中必須徹底清除覆蓋層及泥土夾層,原石不得含有泥土雜物,集料成品不得堆放在泥土地上。粗集料的質量應符合要求。

(2)細集料:細集料包括人工砂、天然砂、石屑。細集料應潔凈、干燥、無風化、無雜質,并有適當的級配,機制砂宜采用專用的制砂機制造,并選用優質石料生產,其級配應符合S16的要求。質量應符合《公路瀝青路面施工技術規范》(JTGF4O-2004)規定。天然砂的質量變化較大,形狀較圓滑,并且含有一些有害成分,對于高速公路,熱拌瀝青混合料中天然砂的用量不宜超過集料總質量的 20%,SMA和OGFC混合料不宜使用天然砂。

(3)瀝青:巖改性瀝青是一種采用天然巖瀝青改性劑對石油瀝青改性制備而成的,具有優良的路用性能。巖改性瀝青所采用的天然巖瀝青改性劑是以分子量高達一萬的瀝青質為主要組成,其在巖石表面能產生強吸附能力,其吸附能力比普通瀝青高出數倍,具有良好的抗剝落性能。同時還含有多種能促進石油瀝青中的活性基團交聯聚合的有機鏈,增強了瀝青的內聚力,抗流動性、抗氧化性、粘附性和感溫性等都比普通瀝青得到了明顯的提高。

1.2 熱拌瀝青混合料的配合比設計

(1)目標配合比設計階段:對工程采用的原材料通過適當的礦料結構設計確定適宜的礦質混合料配合比,通過馬歇爾試驗確定最佳瀝青含量,根據確定的礦質混合料配合比和最佳瀝青含量進行瀝青混合料試拌,對混合料的水穩定性、高溫穩定性、低溫抗裂性和滲水系數進行檢驗。各種性能都合格,便確定了目標配合比,否則繼續調整。根據目標配合比設計所確定的礦料級配組成和最佳瀝青含量作為目標配比,供瀝青拌和站確定各冷料倉的供料比例、進料速度及試拌使用。

(2)生產配合比設計階段:瀝青混合料的生產應采用間歇式拌合站。調整冷料倉進料速度以后,對拌和站熱料倉取樣篩分。調整熱料倉比例,由于拌和站取樣誤差以及除塵設備回收細料滯后等方面的影響,通常需要分成確定集料級配和確定瀝青含量兩步驟進行。首先確定熱料倉比例,分別取三種熱料倉配合比加瀝青拌和,混合料級配以從拌和站連續生產時取的瀝青混合料抽提結果為準,分析調整這三個級配,確定出最好的配合比。然后,取目標配比的最佳瀝青含量、最佳瀝青含量 ±3%等三個瀝青含量進行試拌,進行抽提和馬歇爾試驗,確定出生產的最佳瀝青含量。

(3)生產配合比設計驗證階段:對反復調整確定的拌合站熱料倉比例和最佳瀝青含量進行試拌、鋪筑試驗段,并對生產的瀝青混合料進行取樣抽提和馬歇爾試驗。試驗段取樣不少于三次,取樣以從拌合站直接接取的樣品為準。根據試驗路確定的熱料倉比例和最佳瀝青含量為生產的標準配合比。滿足各項要求的試驗段抽提平均的各篩孔通過率為用于生產控制的標準級配曲線。

(4)確定施工級配允許波動范圍。根據標準配合比和質量管理要求中各篩孔的允許波動范圍,制定施工級配控制范圍,用以檢查混合料的生產質量。

施工前確定石油瀝青加工及瀝青混合料施工溫度,根據瀝青標號及粘度、氣候條件、鋪裝層的厚度確定。

2 巖瀝青混合料拌制

拌和廠應具備完備的排水設施,各種集料分隔儲存,細集料場地應有防雨設施,料場及場內道路應作硬化處理,嚴禁泥土污染集料。還應考慮拌和場與廠地的距離,確保瀝青混合料在運輸過程中的溫度下降不超過要求,且不至于因顛簸造成混合料的離析。采用的瀝青拌和站型號為德基 -3000型間歇式拌和機,具有 5個冷料倉和 5個熱料倉,并配有計算機、打印機、摻加纖維等外加劑等設備,還有保溫性能良好的成品儲料倉和二級除塵設備。拌和能力滿足施工要求,除塵設備完好,達到國家環保要求,冷料倉數量滿足配比要求,振動篩規格與礦料規格相匹配,數據見表 1。

表 1 間歇式拌和機用振動篩的等效篩孔(方孔篩)mm

2.1 改性瀝青的摻配工藝

(1)直接加入法。

將礦料通過傳送帶送入回轉爐加熱至 190～200℃,瀝青加熱至 155～175℃。礦料由回轉爐進入拌和罐,同時加入天然瀝青改性劑進行干拌至少 3s。干拌完畢后噴入瀝青進行濕拌至少 38s,然后放出拌和料進入運料車中,出料溫度控制在 170℃左右。

(2)間接加入法。

將基質瀝青通過流量計計算數量后輸送至瀝青罐中并加熱至 155～175℃,將天然瀝青改性劑用提升機提升至罐頂操作平臺,計量好重量后加入瀝青攪拌罐中進行攪拌混合,攪拌 20～30min后即可使用。如果生產設備帶有膠體磨或剪切設備,那么通過膠體磨剪切后使用,效果會更佳。

2.2 拌和要求

(1)裝載機上料時應從集料堆底部按順序豎直裝料,減小集料離析。

(2)拌和機生產時必須逐盤打印各個傳感器測定的材料用量和瀝青混合料拌和量、拌和溫度等各種參數。

(3)操作人員不經實驗人員同意不得隨意調改配合比,不得隨意補料,不得使用回收粉。

(4)不得使用剛剛破碎的新鮮集料,新集料應放置一周后才能使用,以防止瀝青混合料的剝離。

(5)巖瀝青混合料拌和時間一般不低于 50s,拌和溫度在 180～185℃之間。

3 巖瀝青混合料施工工藝及質量控制

3.1 混合料的運輸

(1)巖瀝青混合料對溫度的要求比較高,因此混合料的溫度要有專人負責測量并作好記錄,嚴格控制出廠溫度。

(2)巖瀝青粘度較大,因此從拌和機向運料車上裝料時,應多次挪動位置,平衡裝料,減少混合料的離析。

(3)運輸車輛的數量應根據拌和機的產量、攤鋪速度、運距、等候卸料時間確定。一般正常施工時,攤鋪機前面應有 3～5輛運輸車等候卸料。

(4)連續攤鋪過程中,運料車在攤鋪前 10～30cm處停下,不得撞擊攤鋪機。卸料時運輸車應掛空檔,靠攤鋪機推動前進。

3.2 混合料的攤鋪

(1)攤鋪巖瀝青混合料時,采用功率較大的履帶式攤鋪機進行攤鋪施工。攤鋪機料斗應涂抹薄層隔離劑或防粘劑。

(2)鋪筑高速公路時,攤鋪寬度不只6m,進行巖瀝青全幅罩面時,攤銷機前后錯開 10～20m,呈梯隊同步進行作業,熱接縫的搭接寬度在 30～60mm。

(3)由于巖瀝青混合料對溫度的要求比較高,因此在攤鋪施工前要提前 1h進行熨平板的預熱工作,熨平板溫度不低于 100℃。攤鋪過程熨平板選擇較大的振動頻率,提高初始壓實度,以保證巖瀝青路面的壓實效果。

(4)在進行巖瀝青混合料攤鋪時,攤鋪速度應控制在1～ 3m/min。

(5)由于巖瀝青混合料對柴油的敏感度較強,同此在施工過程中盡可能避免采用柴油作為隔離劑的物件,比如鐵锨和接觸式平衡梁等,優先選用非接觸式平衡梁。

3.3 壓實

(1)巖瀝青混合料初壓溫度≥160℃,復壓溫度≥133℃,終壓溫度≥90℃。

(2)巖瀝青混合料的壓實厚度不宜大于 100mm。

(3)在壓實設備的選擇上,巖瀝青混合料不宜采用輪胎式壓路機進行碾壓,以防止將瀝青結合料揉搓擠壓上浮;易采用振動式壓路機進行碾壓,遵循“緊跟、慢壓、高頻、低幅”的原則,緊跟攤鋪機后,采用高頻率、低振幅的方式慢壓。

3.4 接縫處理

(1)瀝青路面的施工必須接縫緊密、連接平順,不得產生明顯的接縫離析。上、下層的縱縫應錯開 150mm(熱接)或 300～400mm(冷接)以上。相鄰兩幅及上、下層的橫向接縫均應錯位 1m以上。

(2)進行瀝青罩面采用梯隊作業時應采用熱接縫,將已鋪部分留 100～200mm寬暫不碾壓,作為后續部分的基準面,然后跨縫碾壓。

(3)開放交通時間。巖瀝青混合料路面應完全自然冷卻,混合料表面溫度低于 50℃后,方能開放交通。盡可能不采用灑水冷卻的方法降低混合料的溫度。

[1]馬琳.北美天然巖瀝青改性與應用[J].中國公路,2003,(16):56-57.

[2]陳旭,姜開明.布敦巖瀝青改性瀝青混凝土配合比設計[J].山東交通學院學報,2005,13(2):35-38.

[3]公路改性瀝青路面施工技術規范(JTJ036-98)[S].