ARHM-25 橡膠改性瀝青混合料施工工藝

吳定知

（廣東冠粵路橋有限公司，廣州 511400）

1 引言

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，交通運(yùn)輸業(yè)及汽車工業(yè)也得到快速發(fā)展，但同時(shí)許多問題也逐漸凸顯。例如，廢舊輪胎材料淘汰后而無(wú)法再次利用等問題。在通過(guò)許多專家不斷研究后發(fā)現(xiàn)，將廢舊輪胎研磨成粉后摻入路面工程瀝青材料中，能有效改善瀝青材料性能，使高速公路整體施工質(zhì)量得到大幅度提升。

2 工程概況

高速公路某路段起點(diǎn)與終點(diǎn)地標(biāo)分別為K70+146、K88+314，路段總長(zhǎng)為18 km，最高時(shí)速設(shè)計(jì)為120 km/h，公路采用了單向四車道設(shè)計(jì)。工程的下面層結(jié)構(gòu)由ARHM-25 橡膠改性瀝青混合料構(gòu)成，設(shè)計(jì)人員通過(guò)綜合考慮在總標(biāo)段中選用了K79+000～K79+430.4 段（整體式）右側(cè)作為實(shí)驗(yàn)路段。在該路段中，設(shè)計(jì)人員將下面層的橡膠改性瀝青混合料設(shè)計(jì)為12 cm，半幅寬度則為18.80 m。

3 路用性能研究

3.1 高溫性能

以JTG E20—2011 《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》為依據(jù)，將橡膠改性瀝青混合料構(gòu)成的車轍板作為標(biāo)準(zhǔn)試件，試件尺寸為30 cm×30 cm×5 cm，將車轍板樣品置于車轍實(shí)驗(yàn)儀內(nèi)，并將溫度設(shè)置為60 ℃，保存時(shí)間控制在5 h 以上，通過(guò)高溫實(shí)驗(yàn)從而判斷橡膠改性瀝青混合料在高溫下的穩(wěn)定性，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖1 所示。

圖1 瀝青混合料高溫穩(wěn)定性數(shù)值對(duì)比

從圖1 中可知，橡膠改性瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度為1 980 mm/次，而基質(zhì)瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度不足1 500 mm/次，前者動(dòng)穩(wěn)定度要比后者高32%左右，由此表明在基質(zhì)瀝青混合料中加入廢舊橡膠顆粒，能有效提高其高溫穩(wěn)定性。

3.2 低溫性能

以JTG E20—2011 《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》為依據(jù)，將采用橡膠改性瀝青混合料制備而成的車轍板放置24 h 后，切割成規(guī)格為40 mm×40 mm×250 mm 的小樣，然后將小樣置于-10℃的保溫箱內(nèi)，靜置3 h 后，再利用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)來(lái)對(duì)小樣實(shí)施彎曲檢測(cè)，并將加載速率設(shè)置為50 mm/min，通過(guò)實(shí)驗(yàn)后其最大彎拉應(yīng)變值如圖2 所示。

圖2 瀝青混合料低溫穩(wěn)定性數(shù)值對(duì)比

從圖2 中可知，在基質(zhì)瀝青混合料中加入廢舊橡膠粉，其低溫性能會(huì)大大提升，基質(zhì)瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變也提高約310 με。由此表明在瀝青混合料中摻入廢舊橡膠粉，其在低溫環(huán)境中抗裂性能得到優(yōu)化[1-2]。

3.3 水穩(wěn)性能

以JTG E20—2011 《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》為依據(jù)，分別制作基質(zhì)瀝青混合料與橡膠改性瀝青混合料材質(zhì)的馬歇爾樣品，然后將兩種材質(zhì)的馬歇爾樣品置于凍融循環(huán)的環(huán)境中，從而判斷出兩者的穩(wěn)定度，將兩種材料最終殘留程度和凍融劈裂強(qiáng)度條件下的最大彎拉應(yīng)變結(jié)果展開對(duì)比分析，分析結(jié)果表明，基質(zhì)瀝青混合料的殘留與凍融劈裂強(qiáng)度最大彎拉應(yīng)變值要低于改性橡膠瀝青混合料，殘留強(qiáng)度與凍融劈裂強(qiáng)度最大彎拉應(yīng)變值分別低5.7%與7.1%。以此可判斷在瀝青混合料中摻入橡膠顆粒能使材料水穩(wěn)定性能大幅度上升。

4 施工技術(shù)

4.1 橡膠瀝青拌和與溫度控制

由于橡膠瀝青對(duì)外在溫度要求較高，因此，在材料制備時(shí)需合理控制瀝青加熱溫度，如溫度控制不合理，就會(huì)影響混合料產(chǎn)能。同時(shí)在攤鋪碾壓環(huán)節(jié)，對(duì)混合料的壓實(shí)度與輪跡消除也起著重要的作用。為此，在瀝青混合料拌和制備前，工作人員首先要進(jìn)行數(shù)次拌和實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)拌和設(shè)備的上料速度、工作溫度、生產(chǎn)能力做出合理分析進(jìn)而得出拌和比。工程施工時(shí)，工作人員首先要根據(jù)設(shè)計(jì)人員制定的配合比進(jìn)行生產(chǎn)，并確保每盤生產(chǎn)時(shí)間要大于50 s，具體包含干拌、濕拌等工序。在混合料制備時(shí)，需安排專人對(duì)混合料的拌和質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控，保證混合料不會(huì)產(chǎn)生成團(tuán)、成塊以及材料拌和不充分等問題。拌和時(shí)橡膠改性瀝青加熱溫度、礦料加熱溫度及混合料出廠溫度則分別控制在175～185 ℃、185～195 ℃、180～190 ℃[3]。

4.2 瀝青混合料運(yùn)輸

1）材料裝載前，首先需對(duì)裝載車廂內(nèi)部進(jìn)行清理，并將食用油和水拌和，然后將其涂抹在箱體內(nèi)側(cè)以及其底部，這樣能防止瀝青混合料與箱體內(nèi)部出現(xiàn)粘連。

2）瀝青混合料要采用“移動(dòng)式”方式進(jìn)行裝載，過(guò)程中車輛需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行前后移動(dòng)，遵循前、后、中、前、后多次裝料的方式作業(yè)。材料裝載高度需控制在平裝狀態(tài)，杜絕材料呈現(xiàn)塔型而出現(xiàn)堆高離析等問題。

4.3 攤鋪控制要點(diǎn)

在路面工程施工時(shí)，路面攤鋪是極其關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。施工期間，橡膠瀝青一般應(yīng)用于細(xì)粒式混合料中，同時(shí)瀝青混合料粒徑要控制在19 mm 內(nèi)。該工程路段采用的是ARHM-25 的結(jié)構(gòu)形式，級(jí)配形式為間斷級(jí)配，并且混合料的粒徑較大（31.5 mm），因此，施工過(guò)程中極容易出現(xiàn)混合料離析等問題。攤鋪機(jī)行進(jìn)速度與熨平板的工作溫度和路面工程平整度有直接關(guān)系，混合料最初壓實(shí)度是否合格取決于夯錘振動(dòng)頻率。該路段攤鋪期間運(yùn)用了多臺(tái)攤鋪機(jī)采用梯隊(duì)聯(lián)合作業(yè)方式進(jìn)行施工，在具體作業(yè)環(huán)節(jié)需遵循下述要點(diǎn)。

1）攤鋪設(shè)備到達(dá)指定位置后，預(yù)熱熨平板直至溫度達(dá)到130 ℃。首先在前方位置將離路面中線方位較近的攤鋪機(jī)設(shè)置其中，并在攤鋪機(jī)右側(cè)安裝鋼絲，然后安裝橫向坡度計(jì)便于對(duì)路面層的橫向坡度進(jìn)行控制。為了能實(shí)現(xiàn)對(duì)高程實(shí)施控制，其右側(cè)會(huì)在攤鋪完成的路面上采用滑雪方式進(jìn)行作業(yè)。接縫位置要運(yùn)用斜接縫方式操作以防止接縫痕跡出現(xiàn)。2 臺(tái)以上設(shè)備同步作業(yè)時(shí)，要合理控制縱向搭接寬度以及設(shè)備之間的前后間距。

2）正式攤鋪期間，料斗中的混合料不能過(guò)多或者過(guò)少，一般要超出料斗容量的2/3?；旌狭陷斔椭谅菪隙窌r(shí)，其高度要大于總?cè)萘康?/3，這樣才能防止漏鋪、離析等情況發(fā)生。施工過(guò)程中攤鋪機(jī)的啟動(dòng)時(shí)速設(shè)置在0.5～1.0 m/min。攤鋪時(shí)速、設(shè)備頻率分別設(shè)置為1.5 m/min、30%。為了減少混合料粘連問題出現(xiàn)，應(yīng)盡量降低料斗回收頻率。施工過(guò)程中一旦發(fā)現(xiàn)混合料存在凝固現(xiàn)象要及時(shí)將其清理干凈。

3）熨平板寬度及螺旋葉片數(shù)量需根據(jù)路面寬度設(shè)置，側(cè)擋板與螺旋尾部要保持30 cm 距離，螺旋尾部和反向葉片之間要保持相連狀態(tài)，以此來(lái)降低邊部位置離析問題出現(xiàn)[4]。

4.4 混合料的碾壓成型

橡膠材料的體積通常難以實(shí)現(xiàn)壓縮，這基于材料本身具備充分彈性所致。由于膠粉顆粒是廢舊輪胎橡膠粉改性瀝青的重要成分，由相關(guān)人員研究分析可知，通過(guò)間斷級(jí)配能有效增加容積，隨著容積的增大，膠粉彈性碾壓會(huì)降低。由于溫度對(duì)橡膠瀝青的影響大，故而碾壓作業(yè)環(huán)節(jié)其溫度降低時(shí)混合料成型空隙概率就會(huì)加大，導(dǎo)致混合料碾壓彈性提高?；鶠榇?，在該路段實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，工作人員根據(jù)橡膠瀝青混合料的碾壓彈性和溫度敏感度的特性，對(duì)施工設(shè)備進(jìn)行合理配置。碾壓過(guò)程中，需遵循“靈活連貫、高頻率低振幅、水量小”的原則。初壓與復(fù)壓都應(yīng)緊隨在攤鋪機(jī)后部，終壓則應(yīng)在復(fù)壓后面。初壓時(shí)外部環(huán)境溫度需保持在高溫狀態(tài)，此時(shí)，混合料變形概率會(huì)大幅度下降，其表面會(huì)及時(shí)得以封閉，從而降低熱損失量。初壓在前，復(fù)壓在后，碾壓過(guò)程中要注意雙鋼輪、膠輪壓路設(shè)備步伐一致，而且作業(yè)時(shí)不能無(wú)故停止，要保持持續(xù)連貫。初壓時(shí)碾壓總長(zhǎng)要控制在30～40 m，這樣才能確保在高溫狀態(tài)下混合料密度達(dá)標(biāo)。終壓則需應(yīng)用雙鋼輪壓路機(jī)，并采用膠輪開展靜壓收光作業(yè)。邊部碾壓時(shí)需對(duì)邊部充分碾壓使其壓實(shí)度達(dá)標(biāo)，具體可采用以下方法操作。

1）初壓階段需使用的壓路設(shè)備為14 T 雙鋼輪壓路機(jī)，碾壓時(shí)運(yùn)用前靜后振方案，壓路機(jī)行進(jìn)速度要控制在2～3 km/h，溫度＞165 ℃。

2）復(fù)壓環(huán)節(jié)需運(yùn)用多臺(tái)雙鋼輪壓路機(jī)與膠輪壓路機(jī)。作業(yè)環(huán)節(jié)壓路機(jī)需采用高頻低振幅方式操作，碾壓速度控制在3～5 km/h，碾壓溫度＞150 ℃。

3）終壓時(shí)采用13T 雙鋼輪壓路機(jī)，先利用雙鋼輪進(jìn)行收面作業(yè)，直至路面輪跡消除，碾壓速度為3～6 km/h，溫度＞120 ℃。

4.5 質(zhì)量檢測(cè)

當(dāng)路面工程橡膠改性瀝青混合料路面施工完成后，需對(duì)路面平整度、壓實(shí)度實(shí)施檢測(cè)。進(jìn)行平整度與壓實(shí)度檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)人員分別采用3 m 直尺檢測(cè)與鉆芯取樣技術(shù)，該路面工程檢測(cè)時(shí)在路段選取了多個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，并對(duì)各點(diǎn)實(shí)施多次檢測(cè)最終取其平均值，實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 橡膠改性乳化瀝青混合料路面平整度及壓實(shí)度檢測(cè)數(shù)據(jù)

從表1 可知，該路段瀝青混合料路面平整度檢測(cè)平均值小于5 mm，說(shuō)明其平整度達(dá)標(biāo)。但壓實(shí)度檢測(cè)平均值超過(guò)98%，說(shuō)明壓實(shí)度未達(dá)到施工設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)語(yǔ)

高速公路橡膠粉主要由橡膠改性粉通過(guò)合理配制充分拌和形成，進(jìn)而衍變成較為新型的混合料材料。目前，橡膠粉屬于易提取且相對(duì)環(huán)保的材料。為此，在國(guó)內(nèi)路面工程的施工過(guò)程中，公路橡膠粉改性混合料技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，同時(shí)其生態(tài)環(huán)保的優(yōu)勢(shì)也得到了業(yè)內(nèi)人士的一致認(rèn)同。本文根據(jù)實(shí)際工程案例，對(duì)ARHM-25 橡膠改性瀝青混合料技術(shù)進(jìn)行分析，為公路后期使用的安全性和穩(wěn)定性奠定基礎(chǔ)。