熱拌式橡膠瀝青應力吸收層的設計

陳 超

(福建貝潤建設有限公司，福建 龍巖 364000)

1 引 言

熱拌式橡膠瀝青應力吸收層是主要由橡膠瀝青、集料和礦粉等組成，設置于舊水泥混凝土面板與瀝青鋪裝層之間，成型后結構密實、粘結力強、不滲水，與舊水泥混凝土面板之間結合牢固，能有效地消除或延緩反射裂縫的產生。

2 原材料及相關性能指標

2.1 橡膠瀝青

(1)橡膠瀝青的性能指標采用美國亞力桑那州的標準(見表1)，在實際工程中，為確保橡膠瀝青混合料的工作性能，其粘度(177 ℃)的上限宜控制在3.0 kPa內。

表1 橡膠瀝青技術指標

(2)橡膠瀝青的原材料

①基質瀝青：采用符合《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)要求的70#道路石油瀝青。

②橡膠粉：采用廢舊輪胎橡膠粉，粒徑為40目，密度為1.14 g/cm3，無雜質，含有一定分量的碳酸鈣，以防止膠粉顆粒相互粘結。

(3)橡膠瀝青的生產

①生產流程：基質瀝青迅速提高溫度后，在橡膠粉和基質瀝青在拌和倉內拌和10 min～15 min后，將拌和好的橡膠瀝青混合料在規定的溫度和時間在反應倉內進行攪拌，最終將成品放入存儲倉進行存儲。

②生產參數的確定：橡膠瀝青生產前應進行試驗，確定橡膠粉摻量、攪拌反應的時間和溫度。經試驗，最終確定本工程將采用18%的橡膠粉摻量、45 min的攪拌反應時間、195～205 ℃的攪拌反應溫度作為橡膠瀝青的生產參數。

③橡膠瀝青的質量：實際生產的橡膠瀝青技術指標(見表2)符合要求。其中試配試拌指標為配合比設計時橡膠瀝青的技術指標。

表2 橡膠瀝青試配試拌和實際生產技術指標

2.2 礦料

(1)集料

橡膠瀝青混合料的集料一般采用非酸性(堿性更佳)巖石的5 mm以下碎石、石屑，砂采用天然細砂。

(2)礦粉

采用具有良好的親油性的堿性石灰巖加工磨細而成。

(3)礦料級配

采用AC-5的級配作為橡膠瀝青混合料的礦料級配(見表3)。

表3 礦料級配范圍

2.3 橡膠瀝青混合料

橡膠瀝青混合料馬歇爾體積-力學試驗技術標準(見表4)，其中空隙率、礦料間率指標采用STRATA應力吸收層的標準，由于采用了較大的瀝青用量、較小的空隙率，瀝青飽和度指標調高至85%～95%。

表4 馬歇爾體積-力學試驗技術標準

3 橡膠瀝青混合料目標配合比設計

3.1 原材料及其試驗

拌和場進場的主要材料有：

礦料：3～5碎石、0～3石屑、細砂、礦粉，橡膠瀝青。

(2)材料試驗

在進行配合比設計前，對礦料和橡膠瀝青等應進行現場取樣檢測，所有材料經檢測應符合《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)及其他相關要求。

3.2 礦料級配設計

(1)各種材料篩分及相對密度試驗

通過試驗，與目標配合比設計相關的材料試驗檢測結果匯總如下表(見表5)。

表5 各種材料篩分及相對密度試驗結果

(2)確定集料用量比例

根據各礦料的篩分結果，用試算法或圖解法確定各礦料間的比例關系，決定采用3～5碎石∶0～3石屑∶細砂∶礦粉=35∶31∶28∶6的比例(%)，使合成級配曲線盡量接近設計推薦級配范圍的中值(見表6)。

表6 目標配合比礦料合成級配和設計級配試驗

3.3 確定最佳瀝青用量

(1)馬歇爾試驗

根據經驗，以9.5%橡膠瀝青用量為中值，按每0.5%為一檔，分別制作5組不同橡膠瀝青用量的馬歇爾試件，測定計算不同試件的穩定度、流值、空隙率、飽和度、礦料間隙率、毛體積相對密度、理論相對密度等相關指標(見表7)。

表7 目標配合比設計馬歇爾體積-力學指標匯總表

(2)最佳瀝青用量

對所選擇的瀝青用量范圍，密度、穩定度沒有出現峰值，則OAC1=a3=9.92%。

穩定度、流值、空隙率、飽和度指標均符合技術標準的瀝青用量范圍為9.0%～10.24%，則OAC2=9.62%，故最佳瀝青用量OAC=(OAC1+OAC2)/2=9.8%。

3.4 路用性能檢驗

(1)高溫性能檢驗

將最佳瀝青用量OAC拌和的瀝青混合料按規定的方法制作車轍試驗標準試件，3個試件的動穩定度分別為4 135次/min、4 231次/min、4 184次/min，均值為4 183次/min，符合規范(≧3 000次/min)的要求。

(2)水穩定性檢驗

將最佳瀝青用量OAC拌和的瀝青混合料按規定的方法制作馬歇爾試驗標準試件，在60 ℃條件下，穩定度為11.0 kN。同時將試件在60 ℃溫水中浸水48 h，測其馬歇爾穩定度為10.7 kN，則殘留穩定度MS0=10.7/11.0=97.3%，符合規范(≧85%)的要求。

(3)滲水系數檢驗

利用輪碾法成型的試件進行滲水檢驗，測得滲水系數為8 ml/min，符合規范(≦120 ml/min)的要求。

由于本工程地處南方，氣溫溫和，無需進行凍融劈裂車轍試驗和低溫抗裂性能檢驗。

3.5 目標配合比設計結果(見表8)

表8 目標配合比設計結果

4 生產配合比的設計及驗證

4.1 生產配合比設計

(1)礦料級配的組合設計

根據目標配合比的設計比例入料，將礦料利用拌和機的振動篩進行二次篩分，然后在每個熱料倉內取樣測試材料級配，確定每個熱料倉的材料用量比例，盡量使合成級配與設計級配保持一致，供拌和機控制室使用。

①振動篩分級

由于振動篩的篩分效率比試驗室低，在篩孔的選擇時應較試驗室篩孔放大，本工程采用的振動篩篩孔為11.0、5.5、3.5 mm，分別對應試驗室標準篩篩孔9.5、4.75、2.36 mm。對應的熱料倉分別為3#倉、2#倉、1#倉。

②熱料倉的礦料篩分結果(見表9)

表9 生產配合比設計各熱料倉材料篩分結果

③級配組合

計算得出各種礦料比例(%)及生產級配，3#倉∶2#倉∶1#倉∶礦粉=35∶29∶30∶6，通過篩分試驗結果顯示，合成的生產級配與目標配合比設計級配基本保持一致(見表10)。

表10 熱料倉礦料三種級配篩分結果

(2)確定的最佳瀝青用量

采用目標配合比確定的最佳瀝青用量OAC、OAC±0.3%及確定的各熱料倉材料合成級配制作試件。測定計算馬歇爾體積-力學指標(見表11)。

表11 生產配合比設計馬歇爾體積-力學指標匯總表

按照與目標配合比同樣的方法，得出生產配合比的最佳瀝青用量為9.9%。

(3)確定生產配合比設計指標

采用生產配合比確定的最佳瀝青用量9.9%及確定的各熱料倉材料合成級配制作試件。測定計算生產配合比設計指標(見表12)。

表12 生產配合比設計指標匯總表

(4)生產配合比設計結果(見表13)

表13 生產配合比設計結果

4.2 生產配合比驗證

(1)試拌

拌和機采用生產配合比設計確定的最佳瀝青用量及各熱料倉材料比例制拌橡膠瀝青混合料，拌和時以出料溫度170～180 ℃為控制目標，其中礦料加熱溫度為180～190 ℃，橡膠瀝青的加熱溫度為180～200 ℃。試拌時各類礦料先干拌10 s，再加入橡膠瀝青濕拌55 s，總拌和時間不少于65 s，但拌和時間也不宜過長，以避免瀝青老化；應通過試拌確定最佳拌和時間，以混合料拌和均勻、色彩一致、無離析為度。

(2)試驗檢測

取樣制作試件，檢測瀝青混合料的馬歇爾指標，并現場取樣進行抽提瀝青用量，檢測結果(見表14)。

表14 生產配合比驗證指標匯總表

檢測結果與生產配合比設計數據基本一致，由此確定按生產配合比設計結果(表13)作為橡膠瀝青應力吸收層的生產的標準配合比，其指標(表12)作為施工時質量的控制依倨和標準。

(3)試鋪

鋪設試驗段，觀察攤鋪、碾壓過程混合料的施工性能和成型混合料表面狀況，對施工方案、運輸、攤鋪、碾壓工藝等可行性和設備的匹配情況的綜合性驗證，待各項技術指標檢驗合格后進入規模施工。

試驗段通過核子密實度儀檢測，橡膠瀝青應力吸收層的空隙率為2.4%。

5 相關事項

(1)橡膠瀝青應力吸收層與舊水泥路面的粘結

相關試驗表明，在潔凈的舊水泥板灑布乳化瀝青粘層，不能提高橡膠瀝青應力吸收層與舊水泥板界面間的粘結。如果舊水泥路面很干凈，不提倡灑布瀝青粘層。只有當舊水泥路面無法保持潔凈時，才灑布瀝青粘層，且應控制在0.2～0.3 kg/m2。

(2)橡膠瀝青應力吸收層與瀝青鋪裝層的粘結

如果在應力吸收層馬上施工下面層，可以不灑布瀝青粘層；如果應力吸收層施工后無法及時鋪設下面層，需開放交通，則應灑布瀝青粘層。由于應力吸收層瀝青含量大、細料多，混合料密實，粘層乳化瀝青無法滲透，其噴灑用量不宜過高，應控制在0.3～0.4 kg/m2范圍內。

(3)應力吸收層厚度

橡膠瀝青應力吸收層的最佳厚度為20～30 mm，當厚度太薄時不利于延緩反射裂縫，無法達到消減應力和封水的目的，也難于施工；如果厚度太厚則不利于應力吸收層的高溫穩定性，會引起過早出現疲勞開裂和車轍，影響路面使用壽命。

6 結 語

經過了一年多的通車使用，路面運營正常，通過工程實例證明，合理的熱拌式應力吸收層橡膠瀝青配合比設計能夠有效起到防水、粘結、減緩反射裂縫擴展的作用，同時也具有重要的環保效益和社會效益。