ARAC-13橡膠改性瀝青混合料面層碾壓工藝研究

韋程元，涂福韻，譚 毅，張嘉豪

(1.廣西路橋工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530200；2.廣西交科集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

隨著我國交通事業(yè)的發(fā)展，廢舊輪胎產(chǎn)生量不斷攀升，每年大概以8%～10%的速度急劇增加，目前已經(jīng)達(dá)到千萬噸以上。廢舊輪胎是威脅生態(tài)環(huán)境的“黑色污染”，其回收利用具有一定難度[1]。將廢舊輪胎加工成膠粉，制備成橡膠改性瀝青應(yīng)用于瀝青路面修筑，是廢舊輪胎橡膠資源化、無害化利用的主要途徑之一，可以有效解決廢舊輪胎帶來的“黑色污染”，并在一定程度上提升瀝青路面質(zhì)量[2-3]。

廢舊輪胎加工成膠粉制備橡膠改性瀝青是發(fā)達(dá)國家治理廢舊橡膠輪胎材料污染、綜合利用廢物的具有環(huán)保經(jīng)濟(jì)性的普遍做法[4-5]。橡膠改性瀝青在抗變形、抗老化、抗疲勞、抗裂、降噪等方面性能突出，可有效提升瀝青路面長期使用壽命[6-8]，故本文高速公路面層采用ARAC-13橡膠改性瀝青混合料。由于橡膠改性瀝青混合料油石比較大，膠輪碾壓過度容易造成瀝青層“泛油”，降低瀝青層的平整度；但瀝青面層得不到充分壓實(shí)，又可能出現(xiàn)掉粒、早期水損害、甚至車轍。因此碾壓工藝將直接影響瀝青路面的壓實(shí)度、抗水損害能力、行駛舒適度等，碾壓工藝的合理性對ARAC-13橡膠改性瀝青混合料面層的鋪筑至關(guān)重要[9-10]。為此，本文將對比研究鋼輪壓路機(jī)、膠輪壓路機(jī)搭配和僅采用鋼輪壓路機(jī)兩種碾壓工藝對ARAC-13橡膠改性瀝青混合料面層碾壓效果的影響，并對ARAC-13橡膠改性瀝青混合料面層的碾壓效果進(jìn)行檢測，推薦更適用于ARAC-13橡膠改性瀝青混合料面層的碾壓工藝。

1 原材料

1.1 橡膠改性瀝青

混合料采用廣西交科新材料科技有限公司供應(yīng)的橡膠改性瀝青，選用30目～80目的路用廢胎橡膠粉，膠粉摻量為20%(內(nèi)摻)。橡膠改性瀝青具體性能指標(biāo)如表1所示。

表1 橡膠改性瀝青性能指標(biāo)表

1.2 集料

混合料粗集料采用輝綠巖碎石，粗集料分為1#(11～16 mm)、2#(6～11 mm)、3#(4～6 mm)三檔輝綠巖碎石；細(xì)集料為4#(0～4 mm)的石灰?guī)r機(jī)制砂；填料為石灰?guī)r礦粉。

2 混合料配合比及性能

因為該高速公路處于廣西高溫濕熱地區(qū)，所以ARAC-13橡膠改性瀝青混合料配合比設(shè)計過程中主要側(cè)重抗車轍性能、水穩(wěn)定性及抗滑性能。本文采用馬歇爾設(shè)計方法對ARAC-13橡膠改性瀝青混合料進(jìn)行配合比設(shè)計，確定最佳油石比為5.7%。其礦料級配組成設(shè)計如下頁表2所示。

ARAC-13橡膠改性瀝青混合料的基本性能如下頁表3所示。試驗結(jié)果表明，ARAC-13橡膠改性瀝青混合料性能均符合工程技術(shù)要求。

表2 礦料級配組成設(shè)計表

表3 ARAC-13橡膠改性瀝青混合料性能試驗結(jié)果表

3 碾壓工藝方案設(shè)計

路面碾壓工藝直接影響路面壓實(shí)度、混合料整體粘聚力、平整度等，表面層對平整度有嚴(yán)格要求。施工方擔(dān)心膠輪作用在高溫橡膠改性瀝青混合料上會降低路面的平整度，可能還會造成表層出現(xiàn)“泛油”，計劃在ARAC-13橡膠改性瀝青混合料面層施工中不采用膠輪進(jìn)行碾壓。在傳統(tǒng)瀝青路面施工中，瀝青路面復(fù)壓過程中一般會采用膠輪壓路機(jī)碾壓，膠輪會給混合料傳遞水平和垂直的荷載，形成揉搓壓實(shí)作用，使混合料中的瀝青膠漿在水平荷載的作用下逐漸填充粗顆粒間的間隙，形成均勻致密的路表結(jié)構(gòu)，有利于混合料整體的粘聚性和穩(wěn)定性。美國工程技術(shù)兵團(tuán)曾指出，鋼輪壓路機(jī)只對混合料產(chǎn)生剛性壓實(shí)，路面出現(xiàn)早期損壞的因素可能是路面成型過程只采用剛性壓實(shí)[11]，會造成壓實(shí)度低、路面表層膠漿不足的情況發(fā)生。為了驗證施工方碾壓方案的合理性，在施工中采用了A、B兩種碾壓方案對路面進(jìn)行碾壓。

碾壓A方案：初壓——雙鋼輪靜壓振1遍，速度控制在1.5～3 km/h，初壓開始溫度≥160 ℃；復(fù)壓——雙鋼輪振壓2～3遍，膠輪緊跟碾壓1～2遍，速度控制在4～5 km/h；終壓——≥120 ℃高溫收跡，雙鋼輪靜壓收光2遍。

碾壓B方案：初壓——雙鋼輪靜壓振1遍，速度控制在1.5～3 km/h，初壓開始溫度≥160 ℃；復(fù)壓——雙鋼輪振壓4～5遍，速度控制在4～5 km/h；終壓——≥120 ℃高溫收跡，雙鋼輪靜壓收光2遍。

碾壓要點(diǎn)：及時、緊跟、慢壓、高溫、連續(xù)、不多壓、不漏壓、保證平整度。

4 不同碾壓工藝對鋪筑效果的影響

4.1 壓實(shí)度與厚度

對ARAC-13橡膠改性瀝青混合料鋪筑面層進(jìn)行隨機(jī)鉆芯取樣，檢測ARAC-13瀝青混合料面層的厚度，代表值如表4所示。以拌和站取混合料得到的最大理論密度和馬氏密度作為標(biāo)準(zhǔn)密度，計算各芯樣的壓實(shí)度，以檢驗現(xiàn)場混合料的壓實(shí)狀況，代表值如表5所示。

施工中松鋪厚度控制為5 cm，松鋪系數(shù)按1.25進(jìn)行控制作業(yè)。從表4試驗檢測結(jié)果可知，ARAC-13橡膠改性瀝青混合料面層厚度基本可以達(dá)到設(shè)計要求。

表4 ARAC-13橡膠改性瀝青混合料面層厚度檢測結(jié)果表

表5 ARAC-13橡膠改性瀝青混合料壓實(shí)度檢測結(jié)果表

從ARAC-13橡膠改性瀝青混合料壓實(shí)度檢測結(jié)果可知，A方案碾壓的瀝青面層標(biāo)準(zhǔn)壓實(shí)度和理論壓實(shí)度都能達(dá)到工程要求，鉆芯試樣空隙率基本在目標(biāo)空隙率4.5%范圍波動。膠輪由于自身具有彈性變形性能，在行駛過程中向混合料傳遞垂直、水平方向雙重作用力，通過揉搓壓實(shí)作用，能夠有效壓實(shí)混合料，并且將瀝青膠漿揉搓至路表，增強(qiáng)路面混合料的整體粘聚性。B方案碾壓中只有鋼輪垂直碾壓作用，混合料在剛性壓實(shí)下，碾壓不充分，瀝青路面存在部分路面壓實(shí)度不夠的情況，其空隙率可能會超出工程要求，從而造成后期出現(xiàn)一定的水損害問題。

4.2 滲水系數(shù)

對ARAC-13橡膠改性瀝青混合料上面層的滲水性能進(jìn)行了檢測，其測試結(jié)果如表6所示。從測試結(jié)果看，ARAC-13橡膠改性瀝青混合料上面層的滲水系數(shù)指標(biāo)滿足工程要求。

表6 ARAC-13橡膠改性瀝青混合料上面層滲水系數(shù)試驗檢測結(jié)果表

較B碾壓方案而言，A碾壓方案的瀝青面層由于空隙率更小，壓實(shí)度更高，其滲水系數(shù)較小，有效保障了瀝青路面后期的水穩(wěn)定性能。

4.3 構(gòu)造深度

采用鋪沙法對ARAC-13橡膠改性瀝青混合料上面層的構(gòu)造深度進(jìn)行了檢測，其測試結(jié)果如表7所示。

表7 ARAC-13橡膠改性瀝青混合料上面層構(gòu)造深度檢測結(jié)果表

由表7可知，ARAC-13橡膠改性瀝青混合料上面層的構(gòu)造深度均滿足工程要求，在工程要求構(gòu)造深度基礎(chǔ)上有較大幅度提升，保障了瀝青路面的抗滑性能。采用B碾壓方案的瀝青路面構(gòu)造深度比較大，最大構(gòu)造深度達(dá)到1.3 mm。由于B碾壓方案中只有鋼輪垂直碾壓作用，沒有膠輪對混合料的揉搓作用，“上浮”到路表的瀝青膠漿會有一定程度減少，所以構(gòu)造深度大，但對混合料間的粘聚性會有一定程度的影響。而A碾壓方案的瀝青路面，超過工程要求的構(gòu)造深度值，路面既有一定的抗滑性能，其后期穩(wěn)定性也得到了一定程度的提升。

4.4 抗滑擺值

為了評價ARAC-13橡膠改性瀝青混合料上面層的摩擦系數(shù)，采用擺式摩擦系數(shù)測定儀對路面抗滑擺值進(jìn)行了檢測。路面抗滑擺值測試結(jié)果如表8所示。

從表8測試結(jié)果可以看出，ARAC-13橡膠改性瀝青混合料路面抗滑擺值試驗檢測結(jié)果均遠(yuǎn)大于工程要求值BPN20，兩種碾壓方案下的瀝青路面抗滑擺值基本相當(dāng)。

表8 ARAC-13橡膠改性瀝青混合料路面抗滑擺值試驗檢測結(jié)果表

4.5 路面平整度

現(xiàn)場使用八輪儀檢測ARAC-13橡膠改性瀝青混合料面層平整度，其測試結(jié)果如表9所示。測試結(jié)果顯示：A、B兩種碾壓方案得到的瀝青路面，其平整度都能達(dá)到工程要求值，且平整度相差不大。

表9 ARAC-13橡膠改性瀝青混合料上面層平整度檢測結(jié)果表

經(jīng)過實(shí)驗證明，只要雙鋼輪在終壓過程中以≥120 ℃的高溫收跡，直至路表無明顯輪跡，面層碾壓方案中經(jīng)過膠輪壓路機(jī)作用1～2遍，瀝青路面的平整度同樣能得到保證。

5 結(jié)語

本文通過研究鋼輪壓路機(jī)、膠輪壓路機(jī)搭配使用與僅采用鋼輪壓路機(jī)兩種碾壓工藝對ARAC-13橡膠改性瀝青混合料面層碾壓效果的影響，建議在ARAC-13橡膠改性瀝青混合料面層碾壓過程中，采用鋼輪壓路機(jī)、膠輪壓路機(jī)搭配的工藝碾壓，膠輪壓路機(jī)在復(fù)壓環(huán)節(jié)進(jìn)行1～2遍碾壓，以保障瀝青路面的壓實(shí)度及整體粘聚性。