湖瀝青加SBS瀝青混合料在道路維修中的應(yīng)用

李朝陽，李芳偉，賀 濤

(1.中國地質(zhì)大學(xué) 工程學(xué)院，武漢 430074;2.中交第四公路工程局 第六工程處，沈陽 110001)

湖瀝青是產(chǎn)于特立尼達(dá)湖的一種天然形成的物質(zhì)，它本身是不含蠟的瀝青，具有很好的溫度穩(wěn)定性，作為改性劑可使瀝青混合料的高溫性能、低溫性能以及水穩(wěn)定性得到改善，物理力學(xué)性能優(yōu)良，其老化過程十分緩慢，路用性能十分理想［1］。而在施工中必須對混合料的溫度嚴(yán)加控制，否則將大大影響施工質(zhì)量和材料性能。本文結(jié)合首都機(jī)場高速公路路面大修的實(shí)例，論述湖瀝青加SBS改性瀝青混合料在應(yīng)用中的材料質(zhì)量要求、配合比設(shè)計、施工中質(zhì)量要求及控制。

1 工程概況

首都機(jī)場高速公路大修工程全長18.735 km，有8個互通區(qū)，正常路段路面單幅寬度為14.75 m，靠近路緣石75 cm，3條3.75 m的車道和2.75 m的硬路肩，最寬路段為天竺收費(fèi)廣場，單幅寬為44 m。工程采用銑刨上面層重新加鋪4.5 cm厚的湖瀝青加SBS改性瀝青混合料路面結(jié)構(gòu)方案。

2 材料選用

2.1 湖瀝青加SBS改性瀝青

特立尼達(dá)湖瀝青(TLA)具有大量的礦物質(zhì)，它本身是瀝青而不是合成添加劑，其物理和化學(xué)特性與常規(guī)瀝青完全一致。SBS改性劑分散在瀝青中，改善瀝青的溫度性能、拉伸性能、溫度穩(wěn)定性和耐老化的性能［2］。將湖瀝青摻入到 SBS改性瀝青中，兩者有良好的混融性，混合后的瀝青在使用性能方面得到了改善［3］。

根據(jù)國內(nèi)外使用特立尼達(dá)湖瀝青的經(jīng)驗(yàn)，將其作為改性劑使用時，通常摻加的比例為湖瀝青∶基質(zhì)瀝青=1∶3［4］。本工程所用的是摻加 5%SBS 改性劑的改性瀝青。綜合5%SBS改性瀝青的特點(diǎn)和工程經(jīng)驗(yàn)，對 SBS改性瀝青與湖瀝青的比例選為4∶1。表1為SBS改性瀝青與摻加20%湖瀝青后改性瀝青基本試驗(yàn)指標(biāo)，其各項指標(biāo)滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTGF40—2004)相關(guān)規(guī)定要求［5］。由表1可以看出，摻加特立尼達(dá)湖瀝青的改性瀝青針入度降低，軟化點(diǎn)升高，表明它的高溫穩(wěn)定性提高;同時，5℃低溫延度提高，試驗(yàn)中延度拉力也很大，在低溫環(huán)境下可明顯增強(qiáng)韌性，有助于預(yù)防低溫開裂。

2.2 集料

粗骨料采用抗滑、耐磨的優(yōu)質(zhì)玄武巖石料，要求堅硬、耐磨，顆粒形狀接近立方體并有多棱角，表面構(gòu)造粗糙，細(xì)長或扁平的顆粒(長邊與短邊或長邊與厚度比大于3)含量應(yīng)小于15%，針片狀顆粒含量宜少。細(xì)集料是瀝青瑪蹄脂的一部分，均采用石灰?guī)r機(jī)制砂，要求細(xì)集料清潔、堅硬、表面粗糙、含泥量少，有適當(dāng)級配，應(yīng)與瀝青有很好的黏結(jié)力。填料必須采用由石灰石等堿性巖石磨細(xì)的礦粉，礦粉必須保持干燥、干凈、疏松，能從石粉倉中自由流出;瀝青混凝土拌合站除塵裝置回收的粉塵不得作為填料使用。本工程采用的各種集料質(zhì)量均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40—2004)技術(shù)指標(biāo)的要求。

表1 SBS改性瀝青與摻加20%湖瀝青后改性瀝青基本試驗(yàn)指標(biāo)

2.3 外加劑

為了增加瀝青瑪蹄脂的黏附性和穩(wěn)定性，必須添加一定數(shù)量的穩(wěn)定劑。采用優(yōu)質(zhì)木質(zhì)素纖維，質(zhì)量應(yīng)滿足表2之要求。

表2 木質(zhì)素纖維的質(zhì)量要求

3 湖瀝青加SBS改性瀝青混合料組成設(shè)計

在摻加湖瀝青改性瀝青混合料級配設(shè)計中，難點(diǎn)在于保證其堅硬的礦物骨架和合適的瀝青用量。瀝青用量過多，將造成粗骨料之間的分離，易產(chǎn)生油斑;瀝青用量過少，混合料將難以壓實(shí)，空隙率過高，骨料之間的瀝青膜過薄，從而影響其耐久性。

通過馬歇爾試驗(yàn)法進(jìn)行目標(biāo)配合比設(shè)計，確定礦料設(shè)計級配范圍如表3所示，采用木質(zhì)素纖維為混合料質(zhì)量的0.3%，設(shè)計瀝青用量為6.5%，瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見表4，均符合規(guī)范要求［5］。

4 施工質(zhì)量控制

4.1 混合料拌合

為使瀝青混合料拌合均勻，拌合溫度要嚴(yán)格控制?；旌狭系陌韬蠝囟戎苯記Q定了混合料攤鋪碾壓時壓實(shí)度的高低?；旌狭蠌陌韬蠄龅爻鰜碇?，一般要過幾個小時才能用于攤鋪，如果拌合溫度過低，混合料到達(dá)現(xiàn)場攤鋪時達(dá)不到攤鋪溫度，就要被廢棄;但如果溫度過高，在運(yùn)輸過程中混合料有可能溫度升高，導(dǎo)致超過溫度極值而老化。所以拌合溫度在170℃ ～190℃為宜。由于機(jī)場高速大修是在夜間施工，混合料熱量散發(fā)較快，拌合時溫度盡量在要求范圍內(nèi)取高一點(diǎn)。經(jīng)拌合后的混合料應(yīng)均勻一致，無細(xì)料和粗料的分離、無花白、結(jié)成團(tuán)塊的現(xiàn)象。每天還必須用離心分離法對混合料進(jìn)行抽提試驗(yàn)［5］，要求礦料級配、瀝青含量都符合設(shè)計要求。表5、表6為現(xiàn)場樁號 K0+200—K0+250(右幅)瀝青混合料抽提試驗(yàn)結(jié)果，皆符合要求。

4.2 混合料運(yùn)輸

首都機(jī)場高速大修工程采用北京昌平和欣江峰兩個拌合站送料，因?yàn)橐归g施工，且運(yùn)距遠(yuǎn)，所以在運(yùn)輸過程中保溫措施十分必要。運(yùn)料車采用斯太爾、東風(fēng)等大型自卸運(yùn)輸車，車廂全部采用雙層鋼板，中間夾一層石棉保溫;頂部采用篷布加棉被雙層覆蓋;運(yùn)料車在運(yùn)輸過程中要中速行駛，避免離析。在整個運(yùn)輸過程中，混合料的溫度要保持在170℃ ～190℃，料車到達(dá)現(xiàn)場要立即測量到場溫度，不符合要求的不予攤鋪，原車返回拌合場地。

4.3 混合料攤鋪

面層鋪筑前，要對原舊路面厚度、密實(shí)度、平整度、路拱進(jìn)行檢查，無病害才能進(jìn)行攤鋪工作。為了控制攤鋪厚度，在準(zhǔn)備好的基層上進(jìn)行測量放樣，沿路面中心線和四分之一路面寬處設(shè)置樣樁，標(biāo)出混合料的松鋪厚度。在攤鋪前，要先檢查待卸混合料的溫度，不符合要求的混合料要堅決廢棄，不予攤鋪。為了減少接縫數(shù)量、提高路面平整度，采用活板攤鋪機(jī)和死板攤鋪機(jī)聯(lián)合應(yīng)用，攤鋪速度控制在3～4 m/min。

為保證攤鋪面的壓實(shí)度和平整度，攤鋪溫度不能低于170℃。在攤鋪前攤鋪機(jī)熨平板要充分加熱，達(dá)到預(yù)定的溫度，攤鋪機(jī)預(yù)熱溫度要嚴(yán)格控制在要求之內(nèi)，加熱溫度過高會使熨平板變翹，過低會使攤鋪的路面產(chǎn)生“拉毛”。由于采用的ABG423攤鋪機(jī)熨平板邊部沒有加熱設(shè)備，所以在攤鋪前用液化氣噴燈充分烤熱，達(dá)到預(yù)定的溫度，才能攤鋪。為保證攤鋪過程中攤鋪機(jī)攪籠里料的溫度，在攤鋪過程中在攪籠上覆蓋棉被，以達(dá)到更好的攤鋪效果。如遇到有風(fēng)的天氣，要在攤鋪現(xiàn)場兩側(cè)豎立彩條布擋風(fēng)墻，以達(dá)到阻礙冷風(fēng)，更好地保溫效果。

表3 礦料級配范圍

表4 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

表5 抽提試驗(yàn)瀝青含量結(jié)果

表6 抽提試驗(yàn)礦料級配篩分結(jié)果

4.4 混合料碾壓

對于SBS加湖瀝青混合料來說，溫度下降較快。根據(jù)施工中統(tǒng)計，在夜間施工時，陰天，外界溫度約為15℃，二級風(fēng)，混合料攤開后，表層每分鐘下降約10℃。在天氣較好時，每分鐘下降的溫度也在5℃左右。因此，瀝青混合料攤鋪平整后，應(yīng)趁熱及時進(jìn)行碾壓。

在施工前期(9月～10月初)，初壓用1臺DD-110鋼輪壓路機(jī)向前靜壓后退振壓1遍，再用1臺DD-110壓路機(jī)在前1臺碾壓兩輪寬時強(qiáng)振1遍;復(fù)壓用3臺DD-130各強(qiáng)振1遍，同時復(fù)壓在碾壓過程中消除初壓和復(fù)壓的輪跡;終壓用1臺DD-110鋼輪壓路機(jī)靜壓2遍，總遍數(shù)為7遍，碾壓段長度約50 m左右。

10月中旬以后，氣溫逐漸降低，瀝青混合料溫度下降較快。如仍采用上述碾壓方案將造成上部和下部壓實(shí)不夠(經(jīng)路面鉆芯密度測定，路面壓實(shí)度小于規(guī)范的要求，滲水試驗(yàn)中滲水系數(shù)也較大，側(cè)滲現(xiàn)象嚴(yán)重)。后期調(diào)整碾壓方案:把兩臺 DD-110的振幅提高一倍，頻率調(diào)整到最大值，而且初壓幾乎是緊跟攤鋪機(jī)以縱縫為界進(jìn)行碾壓，振動由原先的向前靜壓向后振壓改為前后均振動碾壓，復(fù)壓遍數(shù)保持不變。在保證質(zhì)量的前提下，適當(dāng)提高了混合料的出場溫度，保證初壓溫度在170℃以上，復(fù)壓溫度150℃以上，終壓溫度在110℃以上。通過以上措施，在外界氣溫 >10℃時，通過路面鉆芯密度測定路面壓實(shí)度大于馬歇爾密度的98%，利用滲水儀測定滲水系數(shù)，滲水系數(shù)最大值為19.5 mL/min，均符合規(guī)范要求。

4.5 開放交通

由于首都機(jī)場高速公路大修是在夜間封閉交通施工，每天早上六點(diǎn)就要放行車輛。因此，每天晚上施工結(jié)束后，還要做好降溫工作，迎接開放交通。

路面大修前在京順路做過試鋪試驗(yàn)，在施工結(jié)束后灑水降溫，當(dāng)面層表面溫度降到50℃時，10 t水車行駛在上面已經(jīng)看不出痕跡，用3 m直尺測量已經(jīng)符合要求。由于首都機(jī)場高速幾乎沒有大型貨車通行，因此，當(dāng)表面溫度降到50℃ 時，已具備了開放交通條件。

5 結(jié)束語

摻加湖瀝青的SBS改性瀝青混合料具有良好的溫度穩(wěn)定性，在使用中能夠防止路面變形。但施工中必須對材料質(zhì)量、組成設(shè)計、施工溫度、施工方法進(jìn)行嚴(yán)格控制，保證施工質(zhì)量和材料性能的發(fā)揮。

首都機(jī)場高速公路大修完工至今已有兩年多時間，經(jīng)歷了大交通量、夏日高溫、冬季低溫的考驗(yàn)，現(xiàn)在路面仍然平整、密實(shí)，使用安全，行車舒適，路況良好。

［1］荊玉才.天然巖瀝青與湖瀝青在高速公路路面中的應(yīng)用對比研究［J］.公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版)，2007(1):64-67.

［2］李雙瑞，林青，董聲雄.SBS改性瀝青機(jī)理研究進(jìn)展［J］.高分子通報，2008(5):14-17.

［3］歐陽丁沛，楊峰.特立尼達(dá)湖瀝青對石油瀝青性能的改善研究［J］.山西建筑，2008(3):185-186.

［4］于雁鳴.湖瀝青在路面維修工程中的應(yīng)用技術(shù)研究［D］.青島:山東大學(xué)，2007.

［5］中華人民共和國交通部.JTG F40—2004 公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2004.