干法直投橡胶-沥青在薄层罩面的应用研究.pdf

130 Academic Papers学术交流影 响 有 影 响 的 人 干法直投橡胶-沥青在薄层罩面的应用研究吴秉军1，邱建波2，郭杰斐3，刘海权3，程海波4，张 璐5（1.河北省唐山高速公路集团有限公司，河北 唐山 063000；2.廊坊市交通公路工程有限公司，河北 廊坊 065000；3.北京智华通科技有限公司，北京 100089；4.天津市政工程设计研究总院有限公司，天津 300450；5.中国建设基础设施有限公司，北京 100029）摘要：传统湿法橡胶沥青施工工艺较为繁琐，质量不易把控。为提高生产效率，发挥橡胶沥青优异的高低温性能和良好的弹性恢复能力，研究干法直投式橡胶沥青在超薄层沥青混凝土中应用的可行性，以NovaChip-B 型混合料设计方法为基础，提出了沥青混合料的矿料级配和结合料用量建议，并进行了室内试验的验证和试验路段的正式铺筑。结果表明，使用干法直投式橡胶沥青的超薄罩面橡胶沥青，各项性能指标均能满足规定要求，有效提高了生产效率、降低了生产成本，同时保证混合料性能，路面抗车辙性能好，使用寿命更长，而且更低碳。关键词：路面工程；沥青路面；超薄层罩面；干法直投；橡胶沥青中图分类号：U414 文献标识码：A 文章编号：1673-8098（2023）06-0130-030 引言橡胶沥青是一种将废旧轮胎破碎研磨成的一定粒径规格的橡胶粉通过物理手段与基质沥青进行充分混合，使橡胶粉在沥青中充分溶胀而成的一种沥青混合料1。它的混合料性能指标表现较为优异2，由于橡胶粉对沥青的替代，干法橡胶沥青混合料考虑反应剂及其投放设备的折旧及人工费用，综合单价会略低于 SBS 改性沥青混合料，响应国家碳减排、碳中和的环保号召，适合大力推广使用。但是，由于橡胶沥青黏度较高的特性导致混合料生产较为困难3，成本增加，存储稳定性较差，不宜长时间储存，而且在生产和施工过程中异味较大，导致橡胶沥青湿法橡胶沥青技术在部分地区难以推广。干法直投式橡胶沥青是在混合料拌和过程中，将经过预处理的橡胶粉直接投放到拌缸里，使橡胶粉与基质沥青在拌和过程中发生溶胀反应4。这样能彻底避免湿法成品橡胶沥青在使用过程中遇到的上述困难。同时，节省了成品橡胶沥青的加工成本。超薄层罩面具有优越的性能和突出的性价比，已经在公路的新建、改扩建和养护工程中广泛使用。干法直投式橡胶沥青除了具有湿法橡胶沥青的优异性能之外，在成本方面也有较大优势5。在本次国道 G535 坪石镇穿城段改建项目中，如果采用常规加铺方案实施，将会导致标高超限的问题。因此，采用超薄层罩面来解决标高问题6。另一方面，考虑环境因素和降雨量，广东地区降雨较多，对高温性要求较高，且项目穿过城镇对噪音影响有要求，因此应该满足高温性能突出、利于排水降噪等特点；由于施工任务比较紧急，现场无法储存成品橡胶沥青，经各方沟通决定采用干法直投方案来解决，同时对干法直投式橡胶沥青的实际应用效果进行验证。1 材料要求及技术指标1.1 2cm 厚多功能薄层铺装技术要求多功能薄层为热拌热铺开断级配沥青混合料，厚度 2cm，采用普通摊铺机施工，利用 12t 钢轮压路机碾压成型，黏层采用高粘度乳化沥青黏层。多功能薄层为开断级配，提高耐磨耗和降噪功能。使用复配改性沥青，增加黏度和强度，改善其耐久性。采用高强乳化沥青，大幅提升黏接与抗水损性能。应该具有快速施工和开放交通、改善原有道路的状况的特点。1.2 材料要求粗集料在混合料中主要起到骨架支撑的作用。为保证薄层131NO.6/DECEMBER.2023交通建设与管理 影响有影响的人 混合料的耐久性，选用质地坚硬的 5 10mm 的辉绿岩作为粗集料，同时对石料的颗粒形状和针片状的提出指标要求；混合料中细集料主要起到部分骨架支撑和填充作用，应满足洁净、干燥、无风化、无杂质，并有一定的棱角，选用标准粒径 0 3mm 的石灰岩机制砂；填料除了应该满足干燥、洁净，尽量选择石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉。材料具体指标满足公路沥青路面施工技术规范（JTG F402004）中要求。沥青混合料主要有基质沥青和改性剂组，干法直投式橡胶沥青仅使用普通基质沥青进行拌和即可。对于具体项目而言，应根据地方的自然环境特点、交通组成特点、设计标准及工程预算造价以及混合料本身的要求来确定，基质沥青应符合公路沥青路面施工技术规范（JTG F402004）中要求。选用经过预处理的干法直投橡胶粉为通过常温磨碎或粒化加工成碎屑用于改善沥青材料性能的橡胶颗粒碎屑，橡胶粉颗粒的单边长度应不大于 4.75mm，相对密度在 1.1 1.2 之间。橡胶粉贮存在通风、干燥的环境中，注意防火、防潮。干法直投式橡胶沥青薄层防水黏结层采用高黏改性乳化沥青，其性能指标要求有严格限制，符合表 1 要求。2.3 混合料设计干法直投式橡胶沥青薄层厚度为 2cm，所以与常规的磨表 1 加固前后各工况下控制断面应力测试结果指标测试方法单位要求条件 赛波特黏度试验（25）T 06231993SFs20 60储藏稳定性试验（24h）T 06561993%1max筛上剩余量试验（1.18mm，25）T 06521993%0.05max蒸馏固含量试验ASTM D244%65min破乳速度ASTM D24435mL70min蒸馏残留物性能试验针入度（25，100g，5s，0.1mm）T 060420000.1mm60 150软化点（环球法）T 0606200060min溶解度（三氯乙烯）T 06071993%98min弹性恢复（10）AASHTO T301%75min表 2 配合比试验结果和性能结果级配类型沥青用量/%稳定度（kN）空隙率/%VMA/%饱和度/%毛体积相对密度（g/cm3）最大理论相对密度（g/cm3）多功能超薄沥青砼6.77.1111.823.8256.22.2712.577动稳定度（次）谢伦堡沥青析漏肯塔堡飞散损失油膜厚度/m冻融劈裂试验强度比/%低温弯曲试验破坏应变5207133082.542210.06耗层 AC 类或者 SMA 类沥青混合料设计理论不同，采用以NovaChip-B 型混合料设计方法为基础，根据抗滑、降噪、有透水功能以及空隙率的要求得出最终的建议级配范围，建议混合料级配和现场取料筛分之后所得目标级配如图 1 所示。图 1 薄层的级配曲线采用马歇尔试验方法进行配合比设计，混合料配合比设计试验结果和性能结果如表 2 所示。试验结果显示，干法直投式橡胶沥青薄层的各项指标性能优异，且能满足项目的需求。拌和工艺与 SBS 改性沥青类似，其中集料、橡胶粉干拌时间约增加 5s，然后加入沥青进行拌和。拌和时温度主要为：沥132 Academic Papers学术交流影 响 有 影 响 的 人 青加热温度控制在 150 160，集料加热温度控制在 180 190，混合料拌和温度控制在 170 180，混合料出料温度控制在 165 175。根据拌和生产出的橡胶沥青混合料外观来看，无花白、结块和离析现象在干法橡胶沥青混合料生产后，需要进行焖料保温，根据本工程的实际运距，拌和站无需设高温储料仓，混合料可在运输过程中完成焖料过程，要求焖料保温时间不低于 1h。高性能超薄罩面的施工作业选择炎热、温暖（平均气温 10以上）的季节进行，施工时的气温和地面温度不小于20。由于多功能面层铺装厚度较薄，而常规沥青面层较厚，故雨天或者特殊天气对薄层的施工影响较大，故应严格禁止雨天或特殊天气施工。3 施工过程施工前应对既有路面进行处理，对局部轻微病害处进行处理，本项目采用精铣刨 1.5 2cm 的方案，铣刨后保证操作面的洁净、平整，然后进行后续加铺工作。采用具有隔热车厢和覆盖保温篷布的卡车运送混合料。摊铺作业在熨平板关闭振捣系统下进行，以免压碎粗集料。熨平板的加热温度调整至 130 135，以减少混合料的热量损失。摊铺温度不得低于 150，初压开始温度应为 145 155，初压结束温度应为 135 145，复压结束温度不宜低于110，摊铺机行进速度为 2 6m/min，虚铺厚度 2.2cm。采用同步摊铺改性乳化沥青防水粘结层和多功能面层混合料，同时对碾压工艺提出要求，摊铺机与压路机之间的距离不超过 30m。由于铺层薄、散热快，超薄层罩面的压实作业在铺层温度较高的状态下完成。由于过大的压实能量将导致大量粗集料被压碎，因此在碾压超薄层罩面时应遵循以下原则：（1）配备足够的压实设备，保证在碾压一遍时同时覆盖全部铺层，压路机的数量约等于摊铺机摊铺宽度除以压路机碾压跨度。（2）采用静作用压路机或振动压路机进行压实作业。（3）为了严格控制压实能量，选用 12t 或及以下的压路机，碾压变数不宜过多，一般为 2 遍，同时注意边缘处压实的补压处理。碾压完成后，自然降温 24h 后进行路面检测。构造深度为0.9mm，摩擦系数 71BPN，渗水系数为 896mL/min。4 结语研究干法直投式橡胶沥青在超薄层沥青混凝土罩面中应用的可行性，以 NovaChip-B 型混合料设计方法为基础，提出了沥青混合料的矿料级配和结合料用量建议，并进行了室内试验的研究验证和试验路段的铺筑。结果表明，使用干法直投式橡胶沥青的超薄层罩面的各项性能指标均能满足规定要求。由于混合料采用半开级配，路面宏观构造纹理较深，因此路面的摩擦系数更大，大幅提升了路面的行车安全性，且行车噪音明显降低，有助于改善城市的居住环境。同时，道路表面在雨天不会形成水膜，提高了雨天的行车安全。本次超薄层罩面使用的干法直投式橡胶沥青橡胶-沥青作为胶结料，相比于湿法橡胶沥青有效提高了生产效率、综合单价略低于 SBS 改性沥青混合料，降低了改性沥青混合料的生产成本同时混合料性能可以得到保证，稳定度较高，路面有良好的抗车辙性能，冻融劈裂残留强度为 82.5%，有较好的水稳性，从而保证路面使用寿命更长。同时干法直投式橡胶沥青较湿法橡胶沥青在混合料生产和施工过程中更为省时高效且节能环保。参考文献1 王治强.高速公路胶粉改性沥青路面研究 J.交通建设与管理，2021（6）：114-115.2 孙泽强，周晓蕾，宋亮，等.SBS/胶粉复合改性沥青混合料研究进展 J.中外公路，2021，41（6）：239-244.3 马洪波，张晓雷，曾伟，等.橡胶/SBS 复合改性沥青工业生产及应用 J.石油沥青，2021，35（2）：46-49+54.4 周政.干拌橡胶沥青混合料沥青改性微观形态和效果分析 J.公路，2018，63（5）：259-262.5 贾敬鹏，杨靖梅.干法与湿法工艺下橡胶树脂复合改性沥青混合料性能研究J.公路交通科技（应用技术版），2019，15（11）：73-74+78.6 曹胜，石红星，王联芳，等.Thus-12 极薄磨耗层的路用性能研究 J.市政技术，2016，34（4）：181-184.