熱拌式橡膠瀝青應(yīng)力吸收層的設(shè)計

陳 超

(福建貝潤建設(shè)有限公司，福建 龍巖 364000)

1 引 言

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

2 原材料及相關(guān)性能指標(biāo)

2.1 橡膠瀝青

(1)橡膠瀝青的性能指標(biāo)采用美國亞力桑那州的標(biāo)準(zhǔn)(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(nèi)。

表1 橡膠瀝青技術(shù)指標(biāo)

(2)橡膠瀝青的原材料

①基質(zhì)瀝青：采用符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)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(zhì)，含有一定分量的碳酸鈣，以防止膠粉顆粒相互粘結(jié)。

(3)橡膠瀝青的生產(chǎn)

①生產(chǎn)流程：基質(zhì)瀝青迅速提高溫度后，在橡膠粉和基質(zhì)瀝青在拌和倉內(nèi)拌和10 min～15 min后，將拌和好的橡膠瀝青混合料在規(guī)定的溫度和時間在反應(yīng)倉內(nèi)進(jìn)行攪拌，最終將成品放入存儲倉進(jìn)行存儲。

②生產(chǎn)參數(shù)的確定：橡膠瀝青生產(chǎn)前應(yīng)進(jìn)行試驗，確定橡膠粉摻量、攪拌反應(yīng)的時間和溫度。經(jīng)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(yīng)時間、195～205 ℃的攪拌反應(yīng)溫度作為橡膠瀝青的生產(chǎn)參數(shù)。

③橡膠瀝青的質(zhì)量：實際生產(chǎn)的橡膠瀝青技術(shù)指標(biāo)(見表2)符合要求。其中試配試拌指標(biāo)為配合比設(shè)計時橡膠瀝青的技術(shù)指標(biāo)。

表2 橡膠瀝青試配試拌和實際生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)

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(xì)砂。

(2)礦粉

采用具有良好的親油性的堿性石灰?guī)r加工磨細(xì)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(xué)試驗技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(見表4)，其中空隙率、礦料間率指標(biāo)采用STRATA應(yīng)力吸收層的標(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)調(diào)高至85%～95%。

表4 馬歇爾體積-力學(xué)試驗技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

3 橡膠瀝青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計

3.1 原材料及其試驗

拌和場進(jìn)場的主要材料有：

礦料：3～5碎石、0～3石屑、細(xì)砂、礦粉，橡膠瀝青。

(2)材料試驗

在進(jìn)行配合比設(shè)計前，對礦料和橡膠瀝青等應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場取樣檢測，所有材料經(jīng)檢測應(yīng)符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)及其他相關(guān)要求。

3.2 礦料級配設(shè)計

(1)各種材料篩分及相對密度試驗

通過試驗，與目標(biāo)配合比設(shè)計相關(guān)的材料試驗檢測結(jié)果匯總?cè)缦卤?見表5)。

表5 各種材料篩分及相對密度試驗結(jié)果

(2)確定集料用量比例

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

表6 目標(biāo)配合比礦料合成級配和設(shè)計級配試驗

3.3 確定最佳瀝青用量

(1)馬歇爾試驗

根據(jù)經(jīng)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(wěn)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(guān)指標(biāo)(見表7)。

表7 目標(biāo)配合比設(shè)計馬歇爾體積-力學(xué)指標(biāo)匯總表

(2)最佳瀝青用量

對所選擇的瀝青用量范圍，密度、穩(wěn)定度沒有出現(xiàn)峰值，則OAC1=a3=9.92%。

穩(wěn)定度、流值、空隙率、飽和度指標(biāo)均符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(guī)定的方法制作車轍試驗標(biāo)準(zhǔn)試件，3個試件的動穩(wěn)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(guī)范(≧3 000次/min)的要求。

(2)水穩(wěn)定性檢驗

將最佳瀝青用量OAC拌和的瀝青混合料按規(guī)定的方法制作馬歇爾試驗標(biāo)準(zhǔn)試件，在60 ℃條件下，穩(wěn)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(wěn)定度為10.7 kN，則殘留穩(wěn)定度MS0=10.7/11.0=97.3%，符合規(guī)范(≧85%)的要求。

(3)滲水系數(shù)檢驗

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

由于本工程地處南方，氣溫溫和，無需進(jìn)行凍融劈裂車轍試驗和低溫抗裂性能檢驗。

3.5 目標(biāo)配合比設(shè)計結(jié)果(見表8)

表8 目標(biāo)配合比設(shè)計結(jié)果

4 生產(chǎn)配合比的設(shè)計及驗證

4.1 生產(chǎn)配合比設(shè)計

(1)礦料級配的組合設(shè)計

根據(jù)目標(biāo)配合比的設(shè)計比例入料，將礦料利用拌和機的振動篩進(jìn)行二次篩分，然后在每個熱料倉內(nèi)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(shè)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(yīng)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(yīng)試驗室標(biāo)準(zhǔn)篩篩孔9.5、4.75、2.36 mm。對應(yīng)的熱料倉分別為3#倉、2#倉、1#倉。

②熱料倉的礦料篩分結(jié)果(見表9)

表9 生產(chǎn)配合比設(shè)計各熱料倉材料篩分結(jié)果

③級配組合

計算得出各種礦料比例(%)及生產(chǎn)級配，3#倉∶2#倉∶1#倉∶礦粉=35∶29∶30∶6，通過篩分試驗結(jié)果顯示，合成的生產(chǎn)級配與目標(biāo)配合比設(shè)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(jié)果

(2)確定的最佳瀝青用量

采用目標(biāo)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(xué)指標(biāo)(見表11)。

表11 生產(chǎn)配合比設(shè)計馬歇爾體積-力學(xué)指標(biāo)匯總表

按照與目標(biāo)配合比同樣的方法，得出生產(chǎn)配合比的最佳瀝青用量為9.9%。

(3)確定生產(chǎn)配合比設(shè)計指標(biāo)

采用生產(chǎn)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(chǎn)配合比設(shè)計指標(biāo)(見表12)。

表12 生產(chǎn)配合比設(shè)計指標(biāo)匯總表

(4)生產(chǎn)配合比設(shè)計結(jié)果(見表13)

表13 生產(chǎn)配合比設(shè)計結(jié)果

4.2 生產(chǎn)配合比驗證

(1)試拌

拌和機采用生產(chǎn)配合比設(shè)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(biāo)，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(yīng)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(biāo)，并現(xiàn)場取樣進(jìn)行抽提瀝青用量，檢測結(jié)果(見表14)。

表14 生產(chǎn)配合比驗證指標(biāo)匯總表

檢測結(jié)果與生產(chǎn)配合比設(shè)計數(shù)據(jù)基本一致，由此確定按生產(chǎn)配合比設(shè)計結(jié)果(表13)作為橡膠瀝青應(yīng)力吸收層的生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)配合比，其指標(biāo)(表12)作為施工時質(zhì)量的控制依倨和標(biāo)準(zhǔn)。

(3)試鋪

鋪設(shè)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(shè)備的匹配情況的綜合性驗證，待各項技術(shù)指標(biāo)檢驗合格后進(jìn)入規(guī)模施工。

試驗段通過核子密實度儀檢測，橡膠瀝青應(yīng)力吸收層的空隙率為2.4%。

5 相關(guān)事項

(1)橡膠瀝青應(yīng)力吸收層與舊水泥路面的粘結(jié)

相關(guān)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(yīng)力吸收層與舊水泥板界面間的粘結(jié)。如果舊水泥路面很干凈，不提倡灑布瀝青粘層。只有當(dāng)舊水泥路面無法保持潔凈時，才灑布瀝青粘層，且應(yīng)控制在0.2～0.3 kg/m2。

(2)橡膠瀝青應(yīng)力吸收層與瀝青鋪裝層的粘結(jié)

如果在應(yīng)力吸收層馬上施工下面層，可以不灑布瀝青粘層；如果應(yīng)力吸收層施工后無法及時鋪設(shè)下面層，需開放交通，則應(yīng)灑布瀝青粘層。由于應(yīng)力吸收層瀝青含量大、細(xì)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(yīng)控制在0.3～0.4 kg/m2范圍內(nèi)。

(3)應(yīng)力吸收層厚度

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

6 結(jié) 語

經(jīng)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(yīng)力吸收層橡膠瀝青配合比設(shè)計能夠有效起到防水、粘結(jié)、減緩反射裂縫擴展的作用，同時也具有重要的環(huán)保效益和社會效益。