袁德軍

(長(zhǎng)沙市公路橋梁建設(shè)有限責(zé)任公司)

0 引 言

在高速公路建設(shè)中,瀝青路面作為一種無(wú)接縫的連續(xù)式路面,由于其足夠的力學(xué)強(qiáng)度,對(duì)行車荷載的良好承受力,行車平穩(wěn),無(wú)揚(yáng)塵,舒適,振動(dòng)小,噪音低以及便于維修養(yǎng)護(hù)的優(yōu)點(diǎn),多年來(lái)一直受到世界各國(guó)的重視。然而,隨著公路建設(shè)高速發(fā)展,新的問(wèn)題相繼出現(xiàn),隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展,帶動(dòng)交通量迅速增長(zhǎng),車輛大型化,超載嚴(yán)重及渠化現(xiàn)象等使瀝青混凝土路面經(jīng)受嚴(yán)峻考驗(yàn)。許多公路建成不久就發(fā)生早期破壞,產(chǎn)生多種形式的道路病害,傳統(tǒng)的瀝青路面己難負(fù)重任。由此,與路面使用性能及服務(wù)質(zhì)量息息相關(guān)的瀝青材料研究,被提到了一個(gè)新的高度。研究及實(shí)踐證明,天然瀝青作為改性劑的改性瀝青其高溫穩(wěn)定性、耐老化性,以及水穩(wěn)定性都有顯著改善,低溫抗裂性也有一定程度地提高,很大程度上預(yù)防了瀝青路面病害的出現(xiàn)。工程實(shí)踐表明,用天然瀝青做改性劑的改性瀝青以其優(yōu)越的路用性能獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,應(yīng)用前景十分廣闊。

1 巖瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

1.1 材料要求

(1)粗集料:粗集料應(yīng)潔凈、干燥、表面粗糙。采石場(chǎng)在生產(chǎn)過(guò)程中必須徹底清除覆蓋層及泥土夾層,原石不得含有泥土雜物,集料成品不得堆放在泥土地上。粗集料的質(zhì)量應(yīng)符合要求。

(2)細(xì)集料:細(xì)集料包括人工砂、天然砂、石屑。細(xì)集料應(yīng)潔凈、干燥、無(wú)風(fēng)化、無(wú)雜質(zhì),并有適當(dāng)?shù)募?jí)配,機(jī)制砂宜采用專用的制砂機(jī)制造,并選用優(yōu)質(zhì)石料生產(chǎn),其級(jí)配應(yīng)符合S16的要求。質(zhì)量應(yīng)符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTGF4O-2004)規(guī)定。天然砂的質(zhì)量變化較大,形狀較圓滑,并且含有一些有害成分,對(duì)于高速公路,熱拌瀝青混合料中天然砂的用量不宜超過(guò)集料總質(zhì)量的 20%,SMA和OGFC混合料不宜使用天然砂。

(3)瀝青:巖改性瀝青是一種采用天然巖瀝青改性劑對(duì)石油瀝青改性制備而成的,具有優(yōu)良的路用性能。巖改性瀝青所采用的天然巖瀝青改性劑是以分子量高達(dá)一萬(wàn)的瀝青質(zhì)為主要組成,其在巖石表面能產(chǎn)生強(qiáng)吸附能力,其吸附能力比普通瀝青高出數(shù)倍,具有良好的抗剝落性能。同時(shí)還含有多種能促進(jìn)石油瀝青中的活性基團(tuán)交聯(lián)聚合的有機(jī)鏈,增強(qiáng)了瀝青的內(nèi)聚力,抗流動(dòng)性、抗氧化性、粘附性和感溫性等都比普通瀝青得到了明顯的提高。

1.2 熱拌瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)

(1)目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)階段:對(duì)工程采用的原材料通過(guò)適當(dāng)?shù)牡V料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定適宜的礦質(zhì)混合料配合比,通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)確定最佳瀝青含量,根據(jù)確定的礦質(zhì)混合料配合比和最佳瀝青含量進(jìn)行瀝青混合料試拌,對(duì)混合料的水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和滲水系數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)。各種性能都合格,便確定了目標(biāo)配合比,否則繼續(xù)調(diào)整。根據(jù)目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)所確定的礦料級(jí)配組成和最佳瀝青含量作為目標(biāo)配比,供瀝青拌和站確定各冷料倉(cāng)的供料比例、進(jìn)料速度及試拌使用。

(2)生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)階段:瀝青混合料的生產(chǎn)應(yīng)采用間歇式拌合站。調(diào)整冷料倉(cāng)進(jìn)料速度以后,對(duì)拌和站熱料倉(cāng)取樣篩分。調(diào)整熱料倉(cāng)比例,由于拌和站取樣誤差以及除塵設(shè)備回收細(xì)料滯后等方面的影響,通常需要分成確定集料級(jí)配和確定瀝青含量?jī)刹襟E進(jìn)行。首先確定熱料倉(cāng)比例,分別取三種熱料倉(cāng)配合比加瀝青拌和,混合料級(jí)配以從拌和站連續(xù)生產(chǎn)時(shí)取的瀝青混合料抽提結(jié)果為準(zhǔn),分析調(diào)整這三個(gè)級(jí)配,確定出最好的配合比。然后,取目標(biāo)配比的最佳瀝青含量、最佳瀝青含量 ±3%等三個(gè)瀝青含量進(jìn)行試拌,進(jìn)行抽提和馬歇爾試驗(yàn),確定出生產(chǎn)的最佳瀝青含量。

(3)生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)驗(yàn)證階段:對(duì)反復(fù)調(diào)整確定的拌合站熱料倉(cāng)比例和最佳瀝青含量進(jìn)行試拌、鋪筑試驗(yàn)段,并對(duì)生產(chǎn)的瀝青混合料進(jìn)行取樣抽提和馬歇爾試驗(yàn)。試驗(yàn)段取樣不少于三次,取樣以從拌合站直接接取的樣品為準(zhǔn)。根據(jù)試驗(yàn)路確定的熱料倉(cāng)比例和最佳瀝青含量為生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)配合比。滿足各項(xiàng)要求的試驗(yàn)段抽提平均的各篩孔通過(guò)率為用于生產(chǎn)控制的標(biāo)準(zhǔn)級(jí)配曲線。

(4)確定施工級(jí)配允許波動(dòng)范圍。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)配合比和質(zhì)量管理要求中各篩孔的允許波動(dòng)范圍,制定施工級(jí)配控制范圍,用以檢查混合料的生產(chǎn)質(zhì)量。

施工前確定石油瀝青加工及瀝青混合料施工溫度,根據(jù)瀝青標(biāo)號(hào)及粘度、氣候條件、鋪裝層的厚度確定。

2 巖瀝青混合料拌制

拌和廠應(yīng)具備完備的排水設(shè)施,各種集料分隔儲(chǔ)存,細(xì)集料場(chǎng)地應(yīng)有防雨設(shè)施,料場(chǎng)及場(chǎng)內(nèi)道路應(yīng)作硬化處理,嚴(yán)禁泥土污染集料。還應(yīng)考慮拌和場(chǎng)與廠地的距離,確保瀝青混合料在運(yùn)輸過(guò)程中的溫度下降不超過(guò)要求,且不至于因顛簸造成混合料的離析。采用的瀝青拌和站型號(hào)為德基 -3000型間歇式拌和機(jī),具有 5個(gè)冷料倉(cāng)和 5個(gè)熱料倉(cāng),并配有計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、摻加纖維等外加劑等設(shè)備,還有保溫性能良好的成品儲(chǔ)料倉(cāng)和二級(jí)除塵設(shè)備。拌和能力滿足施工要求,除塵設(shè)備完好,達(dá)到國(guó)家環(huán)保要求,冷料倉(cāng)數(shù)量滿足配比要求,振動(dòng)篩規(guī)格與礦料規(guī)格相匹配,數(shù)據(jù)見(jiàn)表 1。

表 1 間歇式拌和機(jī)用振動(dòng)篩的等效篩孔(方孔篩)mm

2.1 改性瀝青的摻配工藝

(1)直接加入法。

將礦料通過(guò)傳送帶送入回轉(zhuǎn)爐加熱至 190～200℃,瀝青加熱至 155～175℃。礦料由回轉(zhuǎn)爐進(jìn)入拌和罐,同時(shí)加入天然瀝青改性劑進(jìn)行干拌至少 3s。干拌完畢后噴入瀝青進(jìn)行濕拌至少 38s,然后放出拌和料進(jìn)入運(yùn)料車中,出料溫度控制在 170℃左右。

(2)間接加入法。

將基質(zhì)瀝青通過(guò)流量計(jì)計(jì)算數(shù)量后輸送至瀝青罐中并加熱至 155～175℃,將天然瀝青改性劑用提升機(jī)提升至罐頂操作平臺(tái),計(jì)量好重量后加入瀝青攪拌罐中進(jìn)行攪拌混合,攪拌 20～30min后即可使用。如果生產(chǎn)設(shè)備帶有膠體磨或剪切設(shè)備,那么通過(guò)膠體磨剪切后使用,效果會(huì)更佳。

2.2 拌和要求

(1)裝載機(jī)上料時(shí)應(yīng)從集料堆底部按順序豎直裝料,減小集料離析。

(2)拌和機(jī)生產(chǎn)時(shí)必須逐盤打印各個(gè)傳感器測(cè)定的材料用量和瀝青混合料拌和量、拌和溫度等各種參數(shù)。

(3)操作人員不經(jīng)實(shí)驗(yàn)人員同意不得隨意調(diào)改配合比,不得隨意補(bǔ)料,不得使用回收粉。

(4)不得使用剛剛破碎的新鮮集料,新集料應(yīng)放置一周后才能使用,以防止瀝青混合料的剝離。

(5)巖瀝青混合料拌和時(shí)間一般不低于 50s,拌和溫度在 180～185℃之間。

3 巖瀝青混合料施工工藝及質(zhì)量控制

3.1 混合料的運(yùn)輸

(1)巖瀝青混合料對(duì)溫度的要求比較高,因此混合料的溫度要有專人負(fù)責(zé)測(cè)量并作好記錄,嚴(yán)格控制出廠溫度。

(2)巖瀝青粘度較大,因此從拌和機(jī)向運(yùn)料車上裝料時(shí),應(yīng)多次挪動(dòng)位置,平衡裝料,減少混合料的離析。

(3)運(yùn)輸車輛的數(shù)量應(yīng)根據(jù)拌和機(jī)的產(chǎn)量、攤鋪速度、運(yùn)距、等候卸料時(shí)間確定。一般正常施工時(shí),攤鋪機(jī)前面應(yīng)有 3～5輛運(yùn)輸車等候卸料。

(4)連續(xù)攤鋪過(guò)程中,運(yùn)料車在攤鋪前 10～30cm處停下,不得撞擊攤鋪機(jī)。卸料時(shí)運(yùn)輸車應(yīng)掛空檔,靠攤鋪機(jī)推動(dòng)前進(jìn)。

3.2 混合料的攤鋪

(1)攤鋪巖瀝青混合料時(shí),采用功率較大的履帶式攤鋪機(jī)進(jìn)行攤鋪施工。攤鋪機(jī)料斗應(yīng)涂抹薄層隔離劑或防粘劑。

(2)鋪筑高速公路時(shí),攤鋪寬度不只6m,進(jìn)行巖瀝青全幅罩面時(shí),攤銷機(jī)前后錯(cuò)開(kāi) 10～20m,呈梯隊(duì)同步進(jìn)行作業(yè),熱接縫的搭接寬度在 30～60mm。

(3)由于巖瀝青混合料對(duì)溫度的要求比較高,因此在攤鋪施工前要提前 1h進(jìn)行熨平板的預(yù)熱工作,熨平板溫度不低于 100℃。攤鋪過(guò)程熨平板選擇較大的振動(dòng)頻率,提高初始?jí)簩?shí)度,以保證巖瀝青路面的壓實(shí)效果。

(4)在進(jìn)行巖瀝青混合料攤鋪時(shí),攤鋪速度應(yīng)控制在1～ 3m/min。

(5)由于巖瀝青混合料對(duì)柴油的敏感度較強(qiáng),同此在施工過(guò)程中盡可能避免采用柴油作為隔離劑的物件,比如鐵锨和接觸式平衡梁等,優(yōu)先選用非接觸式平衡梁。

3.3 壓實(shí)

(1)巖瀝青混合料初壓溫度≥160℃,復(fù)壓溫度≥133℃,終壓溫度≥90℃。

(2)巖瀝青混合料的壓實(shí)厚度不宜大于 100mm。

(3)在壓實(shí)設(shè)備的選擇上,巖瀝青混合料不宜采用輪胎式壓路機(jī)進(jìn)行碾壓,以防止將瀝青結(jié)合料揉搓擠壓上浮;易采用振動(dòng)式壓路機(jī)進(jìn)行碾壓,遵循“緊跟、慢壓、高頻、低幅”的原則,緊跟攤鋪機(jī)后,采用高頻率、低振幅的方式慢壓。

3.4 接縫處理

(1)瀝青路面的施工必須接縫緊密、連接平順,不得產(chǎn)生明顯的接縫離析。上、下層的縱縫應(yīng)錯(cuò)開(kāi) 150mm(熱接)或 300～400mm(冷接)以上。相鄰兩幅及上、下層的橫向接縫均應(yīng)錯(cuò)位 1m以上。

(2)進(jìn)行瀝青罩面采用梯隊(duì)作業(yè)時(shí)應(yīng)采用熱接縫,將已鋪部分留 100～200mm寬暫不碾壓,作為后續(xù)部分的基準(zhǔn)面,然后跨縫碾壓。

(3)開(kāi)放交通時(shí)間。巖瀝青混合料路面應(yīng)完全自然冷卻,混合料表面溫度低于 50℃后,方能開(kāi)放交通。盡可能不采用灑水冷卻的方法降低混合料的溫度。

[1]馬琳.北美天然巖瀝青改性與應(yīng)用[J].中國(guó)公路,2003,(16):56-57.

[2]陳旭,姜開(kāi)明.布敦巖瀝青改性瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)[J].山東交通學(xué)院學(xué)報(bào),2005,13(2):35-38.

[3]公路改性瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范(JTJ036-98)[S].