高速公路养护施工中橡胶沥青的应用.pdf

交通世界TRANSPOWORLD0 引言橡胶沥青属于改性沥青的一种，是将含量为 15%以上的橡胶粉在180 以上高温状态下与沥青发生溶胀反应得到的改性沥青胶结料；再将橡胶沥青胶结料和相应级配集料拌和后得到橡胶沥青混合料。与基质沥青相比，橡胶沥青具有更加优异的高温稳定性、抗疲劳、抗老化及抗水损性能，将该材料用于沥青路面新旧面层之间，能起到较好的吸收及消散应力作用，能够延缓并减少反射裂缝。应用橡胶沥青铺设路面，还能降低养护维修成本，降低路面噪声，提升行车安全性、舒适性，延长路面使用寿命。基于此，本文对病害高速公路工程中橡胶沥青应力吸收层及橡胶沥青路面层的施工进行分析，以期为橡胶沥青在高等级公路中的应用提供参考。1 工程概况某高速公路采用双向四车道形式，于2010年底建成通车，为改善路面使用性能，于2017年对病害集中路段进行沥青路面微表处改造。在此后的运行过程中，既有病害不仅没有得到有效遏制，反而随着交通量的增长而日益严重。该公路运营时间长，超载现象较为严重，之前进行的微表处养护对旧路病害处治效果一般。目前，大多数路段出现严重的横向裂缝，部分路段行车道左侧轮迹带和高填方路段均表现出纵向裂缝；K63+410K66+269段路面裂缝十分集中，宽大的横向裂缝中夹杂支缝、唧浆、严重龟裂等病害。2 旧路病害处治及养护方案2.1 旧路病害处治一般性裂缝开槽灌注密封胶即可；而存在明显啃边、沉陷、唧浆且两边较多细小裂缝的病害，必须将沥青混凝土面层挖除，根据基层具体情况进行进一步处理：对于水稳碎石基层仅存在单一规则裂缝，无啃边、错台、唧浆等病害，灌缝处理即可；对于基层破碎或存在明显错台、冻融失强等情况，必须将病害范围内旧路基层挖除，重新施工路面基层。2.2 养护方案该病害公路旧路面结构自上而下依次为 4 cm 厚AK-13B普通沥青混合料上面层、5 cm厚AC-20普通沥青混合料中面层、6 cm厚AC-25普通沥青混合料下面层、35 cm厚5%6%水稳碎石基层、20 cm厚3%6%水稳碎石底基层。由此可知，旧路沥青路面属于半刚性基层沥青路面，且水泥用量多；沥青面层均使用普通沥青，在超载超限交通荷载反复作用下，势必引发反射裂缝及道路结构的进一步破坏1。经过讨论和论证，决定在旧路上设置一层1 cm厚的橡胶沥青应力吸收层，起到抵御反射裂缝和防水的作用；并在应力吸收层上加铺 4 cm 厚的 AR-AC13 橡胶沥青混合料罩面层，以病害较为严重的K64+000K66+000段为试验段进行试铺。橡胶沥青应力吸收层主要通过包含高黏弹性橡胶沥青黏结剂的石屑封层，能够将单一粒径石料均匀满铺于橡胶沥青结构层，通过胶轮压路机碾压后，橡胶沥青高度被挤压至石料高度的80%左右，石料嵌锁后形成结构性支撑，因此在基层和面层间设置应力吸收层能吸收底层裂缝处应力集中，延缓反射裂缝的发生，较好解决沥青路面反射裂缝问题2。此外，还能增强面层和基层黏结效果与防水性能，保护路面基层免受水侵害。3 原材料选用及混合料设计3.1 原材料选用1）集料。橡胶沥青混合料中细集料含量少，粗集料含量多，因此应选用高硬质、针片状含量少且黏附收稿日期：2023-02-27作者简介：蔡观新（1989），男，工程师，从事公路桥梁建设管理相关工作。高速公路养护施工中橡胶沥青的应用蔡观新（江西省公路工程有限责任公司，江西 南昌 330003）摘要：为探索废旧轮胎胶粉作为改性剂在公路沥青路面中的应用效果，以某病害高速公路为例，在调查公路段既有病害的基础上提出旧路病害处治及养护方案；对原材料选用及配合比设计进行分析，并研究了橡胶沥青应力吸收层和橡胶沥青混合料施工过程，分析过程及结果可为同类公路病害处治施工提供参考。关键词：高速公路；预防性养护；橡胶沥青；应力吸收层中图分类号：U416.2文献标识码：A41总660期2023年第30期（10月 下）性能高的石料，因此该工程选用当地石料场辉绿岩碎石，并以PC32.5缓凝水泥为填料，增强石料与沥青材料的黏附等级。碎石料技术指标检测结果见表1。表1 粗集料技术指标检测结果性能指标压碎值（%）洛杉矶磨耗（%）表观相对密度/（g/cm3）吸水率（%）与沥青黏附等级/级针片状颗粒含量（%）软石含量（%）石料磨光值/BPN实测值15.617.02.7210.5154.347.3规范值24302.62.05153.0422）沥青。以A-70#基质沥青为原料加工橡胶沥青，根据测试结果，基质沥青性能完全满足公路沥青路面施工技术规范（JTG F402017）相关规定，路用性能良好，具体见表2。表2 A-70#基质沥青技术指标检测结果性能指标25针入度/0.1mm软化点/延度/cm闪点/薄膜加热试验针入度比（%）含蜡量（%）三氯乙烯溶解度（%）60 动力黏度/（Pas）10 15 实测值70.846.969.4100296841.6899.8221规范值60804620100260652.299.51853）橡胶粉。一般使用钢磨将废旧轮胎研磨加工成橡胶粉，这种橡胶粉表面呈羽絮状，存在明显毛刺；比表面积大，便于橡胶粉和沥青的良好吸附。该公路工程选用密度1.150.05 g/cm3的20目（0.83 mm）橡胶粉，纤维比例在0.5%以下，且无明显的结块现象。生产厂家提供的质量保证书中明确载明了橡胶粉规格、废旧轮胎类型、加工方式及储存方式等。通过水筛法进行橡胶粉筛分试验3，筛分检测结果见表3。实测筛分结果完全满足规范要求。表3 橡胶粉筛分结果筛孔尺寸75 m300 m600 m1.18 mm2.36 mm实测值（%）0.8133.880.4100100规范值（%）0504520100651001003.2 混合料设计结合公路工程所在地气候条件及旧路沥青路面实际状况，在综合考虑路面早期水损害及车辙、泛油等病害预防的基础上，以5.4%为橡胶沥青混合料设计空隙率，并以8.4%为混合料设计油石比。参照相关技术较为成熟的美国亚利桑那州级配要求，橡胶沥青混合料对粗集料含量有较高要求，通过形成粗集料骨架结构，防止橡胶沥青干涉压实过程。细集料用量少，因此该类型混合料与SMA间断级配形式较为相似。相应的设计级配见表4。表4 橡胶沥青混合料设计级配指标筛孔（mm）通过率（%）0.0750.150.30.61.182.364.759.513.216.0级配上限7.021.835.270.0100.0100.0级配下限0.09.718.350.070.0100.0按照生产配合比进行橡胶沥青混合料试拌及试验段试铺，并取试铺混合料进行燃烧筛分试验，对其沥青用量和矿料级配进行检验。橡胶沥青性能可通过多项指标体现，其中，黏度对橡胶沥青性能十分关键，高温黏度更是对胶粉掺量及橡胶沥青可施工性能的体现。因此在橡胶沥青混合料拌制前，还必须进行黏度指标检测。4 施工过程控制4.1 橡胶沥青应力吸收层施工橡胶沥青采用现场改性，通过搅拌速度、温度及反应时间的控制，保证橡胶沥青质量性能。试验段A-70#基质沥青和橡胶粉以82的比例掺加，考虑两者反应程度缓慢，因此采用间歇加工方式，即将基质沥青持续加热至170，再按设计比将基质沥青和橡胶粉同时掺入混溶罐内，迅速升温至190200，再泵送至反应釜内反应45 min以充分融合，出料温度应控制在200。为满足施工机械要求，橡胶沥青177 动力黏度应达到2.53.0 Pas范围。结合室内试验结果，按照18%掺加橡胶粉后橡胶沥青在相应温度下的动力黏度为2.8 Pas，符合要求。应力吸收层施工前应彻底清扫旧路面杂物、灰尘、石屑，并对坑槽、裂缝等局部性病害进行处理。选择温度在15 以上，风速在2.0 m/s以下的天气洒布橡胶沥青，施工机械主要有橡胶沥青洒布车、碎石料撒布机、胶轮压路机等。橡胶沥青应力吸收层以粒径1042交通世界TRANSPOWORLD15 mm 碎石料为集料，为降低含水率，并消除表面灰尘，提升黏附性能，应提前预热和预裹覆碎石料。洒布的橡胶沥青温度应位于190200 之间，保证洒布均匀。紧跟撒布碎石料，并将碎石满铺量控制在80%左右。对局部过洒或不足的区域，应人工处理。此后通过20 t胶轮压路机碾压，确保碎石料全部嵌入沥青层。完成碾压施工后通过森林灭火器清扫橡胶沥青应力吸收层，将未良好黏结的松散碎石料彻底吹除，保证应力吸收层和上面层较好黏结。橡胶沥青应力吸收层施工结束后，必须进行外观、性质、洒布量及刹车试验等检查，具体要求见表6。经检测，试验段橡胶沥青应力吸收层施工质量满足要求。表6 橡胶沥青应力吸收层施工质量检查要求检查项目177 动力黏度/（Pas）集料级配橡胶沥青量/（kg/m2）集料量/（kg/m2）刹车试验外观检查频次每生产批次每生产批次1次/12 h1次/12 h1处/2 000 m2实时质量要求及允许偏差1.54.0规定范围设计值0.5规定范围沥青层不破裂目测，要求外观均匀，垂直切开后与基层表面黏结牢固，无起皮、油包及基层外露检查方法旋转黏度计水洗筛分法根据施工面积及橡胶沥青总量推算根据撒布面积和集料总量推算在BZZ-60标准下以50 km/h车速急刹检测4.2 橡胶沥青混合料施工4.2.1 混合料拌和及运输使用 LB2000型拌和楼进行橡胶沥青混合料拌和，混合料级配稳定性及生产经济性主要受筛网尺寸的影响较大，结合试验段矿料级配，热料仓采用3、6、11、18 mm的筛网孔径。由于粗集料用量大，拌和过程中应加强拌和楼冷料上料速度与热料仓料位稳定的控制，加工好的橡胶沥青储存成品罐与拌和楼对接。橡胶粉能吸收沥青中的油分并增大黏稠度，碎石表面裹覆的沥青膜厚度随之增大4，为保证橡胶沥青和辉绿岩集料的黏附性能，按2.5%的比例掺加缓凝水泥作为抗剥落剂。橡胶沥青混合料拌和周期为60 s，其中干拌时间与湿拌时间分别控制在8 s和40 s，以使沥青均匀裹覆集料，并无花白料。为确保摊铺时橡胶沥青混合料温度不低于175，必须通过大吨位自卸车运料，其间加盖双层保温材料。摊铺开始前，现场待料自卸车应在5辆以上，避免因供料不足而中断摊铺。4.2.2 摊铺该 路 段 配 备 2 台 摊 铺 机 联 合 摊 铺，其 中 1 台ABG423型摊铺机宽度6.25 m，主要进行主车道和路肩摊铺；另1台ABG325型摊铺机宽度4.25 m，主要摊铺超车道。2台摊铺机施工速度均为2.5 m/min。考虑混合料级配较粗，搭接处及路缘带很容易发生集料离析，为此在摊铺机上加装了前挡板和螺旋片。4.2.3 碾压对于级配较粗且胶结料较为黏稠的橡胶沥青混合料，必须依靠较高温度和较大的振动压实功达到压实效果。为避免出现泛油和黏轮，采用4台双钢轮压路机全宽紧跟摊铺机碾压，按照2.04.0 km/h的速度初压2遍，静压方式前进，振压方式后退；以 3.05.0 km/h的速度复压3遍；静压方式终压2遍，速度控制在3.06.0 km/h。为保证平整度和压实度，不使用胶轮压路机，并应紧跟摊铺在高温下进行初压。5 结束语综上所述，该病害公路段所用橡胶沥青为断级配混合料，粗集料多而细集料少，并掺加2.5%水泥缓凝剂，使橡胶沥青混合料和集料的黏附性提升。因该橡胶沥青黏度较大，施工中必须加强混合料性能检测与储存控制，并保证混凝土生产能力、摊铺及碾压速度的匹配性。橡胶沥青混合料在公路路面养护中的推广应用，既能废物利用，实现废旧轮胎无害化、资源化处理，又能较好地提升病害沥青路面养护处治效果，具有广阔的应用前景。该公路病害路段经过养护处治后，在开放交通前对压实度、构造深度、渗水系数等项目进行了检测，测点处路面渗水系数均在120 mL/min的设计值以下，表面构造深度均值位于 1.1 mm 左右。表明养护处治后路段抗滑性能、施工均匀性、压实度、空隙率等均较为理想，养护效果较好。参考文献：1 牛煜煜.橡胶沥青超薄罩面层静力学行为及养护应用研究J.山西交通科技，2022（6）：25-27，31.2 陆旭明.公路养护中橡胶沥青同步碎石封层技术的应用J.江西建材，2022（9）：364-365，370.3 孙杰，李自齐.复合橡胶改性沥青路面长期性能调查研究J.四川水泥，2022（8）：110-112.4 朱刚.橡胶沥青碎石封层技术应用研究J.工程建设与设计，2022（11）：209-211.43