橡膠粉瀝青混凝土罩面在干線公路病害處治中的應(yīng)用

摘要: 道路石油瀝青摻加廢舊橡膠粉拌制橡膠粉瀝青砼, 能明顯改善瀝青性能, 在國際上得到廣泛應(yīng)用。結(jié)合工程實例, 詳細分析了橡膠瀝青砼性能優(yōu)點和技術(shù)要求, 闡述了有關(guān)罩面施工工藝及質(zhì)量要點, 為橡膠瀝青砼在干線公路反射裂縫病害處治工程中的進一步推廣應(yīng)用提供借鑒。

關(guān)鍵詞: 橡膠瀝青混凝土; 反射裂縫; 瀝青加鋪層; 施工工藝

中圖分類號: U416.217 文獻標識碼: B 文章編號: 1672- 9889(2007)06- 0009- 04

　　早在上世紀40 年代, 輪胎橡膠已開始用于美國路面工程, 自上世紀60 年代以來, 橡膠瀝青在美國、德國、南非等得到了廣泛應(yīng)用。橡膠瀝青是采用18%～22%的廢舊輪胎粉在高溫狀態(tài)下與瀝青及添加劑組成的混合物, 橡膠瀝青砼是橡膠粉、瀝青及集料組成的混合料, 其生產(chǎn)方式在國際上通常采用濕法, 即由橡膠粉與瀝青按比例混溶后制成橡膠瀝青, 再與礦集料拌和的工藝。由于濕法工藝使橡膠粉與瀝青混溶性好, 還有S、C、CaO 等添加成分, 具有良好的瀝青改性作用, 能夠改善瀝青的高低溫性能、抗老化性能、抗疲勞性能[1] , 起到減薄路面、延長路面使用壽命、延緩反射裂縫、降低行車噪音等效果[2] , 因而現(xiàn)今橡膠瀝青在國際上被廣泛應(yīng)用于公路工程中。

1 工程概況及方案設(shè)計

　　S244 揚天公路揚州南段長約8.2 km, 路基全寬31.5 m, 1996 年按1 級公路標準建成為4 車道25 cm厚水泥砼路面。2003 年兩側(cè)改建拓寬為6 車道, 并整幅加鋪4 cm+6 cm 兩層瀝青砼(其下鋪玻纖隔柵)。但工程建成通車后兩年, 路面出現(xiàn)較為明顯的縱橫向裂縫, 縱向裂縫主要出現(xiàn)在兩側(cè)拓寬搭接處, 縫寬達1～3 cm, 為新老路不均勻沉降造成, 橫向裂縫主要為底層水泥砼板塊開裂反射裂縫造成。公路管理部門為避免病害的加劇, 提高干線公路的使用性能決定對其病害進行處治并加鋪罩面。首先由設(shè)計單位對其老路進行檢測及評價, 包括彎沉檢測、路面取芯測試、路面裂縫調(diào)查等。彎沉檢測分析: 每車道代表彎沉平均值均<30(0.01mm), 板角彎沉<14(0.01mm),占60%～70%, 但彎沉差≥6 的占22%～26%, 可見原水泥砼板塊總體脫空率較低, 可以通過加強對脫空處裂縫處治, 延緩裂縫的發(fā)展; 裂縫調(diào)查表明: 裂縫總長為4 830 m, 橫向裂縫長約2 471 m, 縱向裂縫長約2 658 m, 已經(jīng)采用機械灌縫的長約4 640 m, 但大多灌縫后裂縫又出現(xiàn)。

　　為保證行車的舒適性、安全性, 結(jié)合檢測報告,對現(xiàn)有路面病害進行處治后及時罩面顯得十分必要, 罩面材料的選擇, 需充分考慮抗滑、密水、耐久、抗開裂等技術(shù)要求, 本工程道路罩面方案設(shè)計時曾考慮采用: AC- 13 型普通瀝青砼、SBS 改性瀝青砼、橡膠粉瀝青砼、SMA 瀝青砼和聚酯纖維瀝青砼多種方案。由于橡膠粉瀝青砼在用于老路改建時, 對減少路面反射裂縫, 提高路面整體承載能力等十分有利, 而被最終選用。罩面厚度考慮到多方面因素選用4cm 橡膠瀝青砼AR- AC13I。另外罩面前路面裂縫處治, 采用高分子抗裂貼處理所有縱橫向裂縫,少數(shù)龜網(wǎng)裂病害采用銑刨加鋪。

2 橡膠瀝青砼性能優(yōu)點分析

　　經(jīng)分析, 橡膠瀝青砼的性能具有以下優(yōu)點:

　　(1) 抵抗反射裂縫能力。因為橡膠瀝青有較高的粘度, 混合料油膜較厚而不會析漏, 能有效解決加鋪層與原路面的粘結(jié)問題, 原路面的各種裂縫將難以穿透加鋪層而反射出來。

　　(2) 高溫抗車轍能力。由于橡膠瀝青本身擁有較高的粘性和高溫穩(wěn)定性[1] , 彈性恢復好, 因而路面結(jié)構(gòu)層中的橡膠瀝青膠結(jié)料具有高粘性和不易流動性, 有良好的抗車轍能力[2]。

　　(3) 低溫抗裂、抗老化能力。橡膠本身的可塑性和延展性, 使得橡膠瀝青低溫延度增大, 間斷級配的混合料, 盡管由于孔隙率大, 但橡膠瀝青較大彈性和恢復性, 因而具有良好的低溫抗裂性能[2]。

　　(4) 降低行車噪音。行駛中的汽車輪胎與路面接觸時, 同時也接觸到路面大量的橡膠粉, 橡膠粉具有彈性(與輪胎屬同類材料), 再加上瀝青油膜厚度增加, 表面紋理深從而降低了輪胎噪音。國外對減噪效果實驗證明[3] , 與普通瀝青相比可降低行車噪音3～8 個分貝, 相當于減少80%的行車量, 尤其適合運用于城郊居民區(qū)。

　　(5) 厚度減薄, 施工周期短。等效厚度對比試驗證明[4] , 5 cm 厚橡膠瀝青混合料+1 cm 橡膠瀝青應(yīng)力吸收層等效于普通瀝青砼14.7 cm (抗反射裂縫能力)。國外實驗研究表明[3] , 無論是承載能力還是減少反射裂縫標準, 橡膠瀝青薄層罩面能減薄普通瀝青路面厚度的30%～70%。另外用料減少, 施工時間縮短, 厚度減薄使得路牙沿等附屬設(shè)施不受影響。

　　(6) 提高行車安全性。由于橡膠中炭黑能使路面長期保持黑色, 與標線對比度高, 加上路面摩擦力增大, 提高了行車安全, 尤其是在雨雪天路面效果更加顯著。

　　(7) 節(jié)約能源和自然資源。據(jù)統(tǒng)計, 2005 年我國廢舊輪胎已達1.2 億條, 并將約以每年12%的速度增加, 橡膠瀝青的生產(chǎn)可充分利用廢舊輪胎, 符合國家提倡的“建立節(jié)約型社會”, 減少廢舊輪胎環(huán)保問題。

3 橡膠瀝青及其混合料技術(shù)要求

　　因1980 年以來國際上橡膠粉大多用于斷級配橡膠瀝青砼施工, 故設(shè)計單位結(jié)合本工程罩面的特點, 依據(jù)交通部《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTGF40—2004)[5] , 結(jié)合美國Arizona Test Method 815, 制定了斷級配AR- AC13I 施工指南[6] , 現(xiàn)將有關(guān)橡膠瀝青及混合料技術(shù)要求簡述如下:

3.1 原材料

　　(1) 基質(zhì)瀝青

　　橡膠瀝青所用的基質(zhì)瀝青采用泰州中海70號道路石油瀝青, 其技術(shù)要求見道路石油瀝青技術(shù)要求。

　　(2) 橡膠粉

　　本工程橡膠粉采用南通新升橡膠制品有限公司生產(chǎn)的橡膠粉, 摻量為瀝青質(zhì)量的20%。橡膠粉顆粒規(guī)格符合表1 要求。橡膠粉篩分應(yīng)采用水篩法進行試驗。橡膠粉密度應(yīng)為1.15 g/cm3 左右。

　　(3) 橡膠瀝青

　　橡膠瀝青應(yīng)滿足表2 技術(shù)要求。

　　(4) 粗細集料

　　本工程采用堅硬、清潔、無風化的鎮(zhèn)江茅迪石灰?guī)r集料, 按相關(guān)規(guī)定對集料進行檢測。橡膠瀝青砼AR- AC13 不使用礦粉填料, 但需摻入必要的外摻劑以改善橡膠瀝青與集料的粘附性及水穩(wěn)定性,本工程外摻劑為普通325 硅酸鹽水泥, 摻量為混合料重量的1%。

3.2 級配范圍

　　配制的AR- AC13I 混合料級配(不含外摻劑)應(yīng)滿足表3 的要求。

3.3 配合比設(shè)計

　　(1) AR- AC13I 間斷級配橡膠瀝青混凝土技術(shù)標準

　　根據(jù)課題研究成果, 參考美國Arizona TestMethod 815, AR- AC13I 應(yīng)符合表4 規(guī)定的馬歇爾試驗技術(shù)標準。進行配合比設(shè)計時, 瀝青混合料動穩(wěn)定度不應(yīng)小于3 000 次/mm, 小梁低溫抗裂試驗的彎曲破壞應(yīng)變不小于2 000 με。

　　(2) AR- AC 瀝青混凝土配合比設(shè)計

　　AR- AC 瀝青混凝土配合比設(shè)計過程主要包括目標配合比設(shè)計、生產(chǎn)配合比設(shè)計和生產(chǎn)配合比驗證3 個階段。本工程經(jīng)配合比設(shè)計得, 2 號料∶3 號料∶4 號料=78.0%∶7.0%∶15.0%, 4 號倉∶3 號倉∶2 號倉∶1 號倉=50.0%∶26.0%∶7.0%∶17.0%(外摻劑1%), 最終選定最佳油石比為8.5%。

4 橡膠瀝青混凝土施工工藝

4.1 罩面前老路面病害處治

　　(1) 裂縫處瀝青灌縫

　　對于老路面上反射裂縫處應(yīng)首先進行灌縫處理。用鼓風機清除縫表面雜物和塵土, 采用專用機械進行擴縫、熱瀝青料灌縫, 灌入深度約為縫深2/3。

　　(2) 管道處橫縫處理

　　對于原路面橫向過路管道處造成的橫縫, 按照變更方案進行。即對管道處進行半幅封閉施工, 先進行瀝青面層銑刨, 再分臺階向下開挖50 cm, 然后澆注早強水泥砼至瀝青路面以下6 cm, 鋪設(shè)玻纖格柵, 再回填AC- 20 瀝青砼至原路面。其它龜網(wǎng)裂病害處采取銑刨6 cm面層, 鋪設(shè)玻纖格柵, 回填6 cmAC- 20 瀝青砼。

　　(3) 高分子抗裂貼施工

　　對所有縱橫向裂縫處均鋪一層高分子抗裂貼,抗裂貼寬度為24 cm, 施工時如路表層溫度低于21 ℃, 采用溫火烤抗裂貼膠面, 鋪設(shè)抗裂貼后用膠輪滾筒進行滾壓至少3 遍, 保持表面平整、不起皺、不翹邊, 對于路面縱向高差超過5 mm 的網(wǎng)裂路面采取先銑刨, 后貼抗裂貼施工。

　　(4) 老路邊緣銑刨

　　由于快車道邊緣有綠化帶側(cè)平石, 為避免罩面調(diào)整側(cè)平石, 施工時將路面距路緣石1m 的老路面進行銑刨, 銑刨深度在0～4 cm, 調(diào)整好坡度。

　　(5) 粘層油施工

　　罩面之前須噴灑粘層油, 采用乳化瀝青, 用量在0.5 kg/m2 左右, 粘層油在采用灑布車當天灑布,待破乳、水分蒸發(fā)后鋪筑瀝青層。

4.2 瀝青混合料拌制

　　(1) 橡膠瀝青生產(chǎn)設(shè)備采用金邦橡膠瀝青移動式設(shè)備, 設(shè)備生產(chǎn)能力為15 t/h, 橡膠瀝青提前1 d生產(chǎn)保溫, 拌和樓采用H4000 型, 其AR- AC13 生產(chǎn)能力為150 t/h。由于橡膠瀝青粘度大, 會給輸送帶來困難, 因而在管路設(shè)計中, 盡量短直布置, 減少彎管和閥造成的運動阻力;

　　(2) 嚴格控制橡膠瀝青和集料的加熱溫度以及瀝青混合料的出廠溫度, 溫度控制對于橡膠瀝青砼至關(guān)重要, 其施工溫度主要控制為: 橡膠瀝青加熱溫度190～200 ℃, 混合料出廠溫度165～175 ℃, 攤鋪溫度不低于155 ℃, 初壓開始溫度不低于150 ℃, 碾壓終了溫度不低于100 ℃;

　　(3) 拌和時間由試拌確定。必須使所有集料顆粒全部裹覆瀝青結(jié)合料, 并且瀝青混合料要拌和均勻, 外摻劑水泥加入拌和倉后先與礦料干拌10 s, 再加入橡膠瀝青濕拌40 s。

4.3 瀝青混合料運輸

　　(1) 瀝青混合料運輸采用自卸車, 車槽內(nèi)均勻地涂刷隔離劑, 運料車從成品倉裝料時, 汽車前后移動3 次裝料, 以減少粗集料的離析現(xiàn)象;

　　(2) 運料車應(yīng)有良好的篷布覆蓋設(shè)施, 用于保溫和防雨。實際上由于橡膠結(jié)料含量較高, 瀝青混合料的降溫速度比普通瀝青混合料略低, 且其在運輸和攤鋪過程中的穩(wěn)定性和析漏損失好于普通瀝青混合料。

4.4 瀝青混合料攤鋪

　　(1) 連續(xù)穩(wěn)定地攤鋪是提高路面平整度最主要措施。對于瀝青混凝土, 攤鋪機的攤鋪速度應(yīng)根據(jù)拌和樓的產(chǎn)量、施工機械配套情況及攤鋪厚度、攤鋪寬度, 按1～3 m/min 予以調(diào)整, 做到緩慢、均勻、不間斷地攤鋪。

　　(2) 橡膠瀝青砼一般以拌和樓能力為前提, 決定攤鋪機攤鋪速度, 在控制施工進度方面, 拌和能力成為決定性因素。本工程路面攤鋪寬度按12.0 m計, 根據(jù)拌和能力, 攤鋪速度控制在2.5 m/min,ABG423 攤鋪機的攤鋪能力C=2.5 m/min×1.2 t/m×60 min=180 t/h, 拌和樓AR- AC13 生產(chǎn)能力150 t/h,考慮到拌和樓提前拌和, 攤鋪能力與拌和能力匹配。

4.5 瀝青混合料壓實

　　(1) 瀝青混合料的壓實是保證瀝青面層質(zhì)量的重要環(huán)節(jié), 應(yīng)選擇合理的壓路機組合方式及碾壓步驟。為保證壓實度和平整度, 初壓應(yīng)盡量在攤鋪后較高溫度下及時進行。為防止橡膠瀝青粘結(jié)橡膠輪胎, AR- AC 瀝青砼不宜使用膠輪壓路機。

　　(2) 橡膠瀝青混合料壓實工藝分為初壓、復壓和終壓, 壓路機應(yīng)以緩慢而均勻的速度碾壓, 按規(guī)范選擇適宜的碾壓速度, 碾壓工藝通過試鋪段確定。壓實完成12 h 后, 方能允許施工車輛通行。

4.6 施工質(zhì)量檢測

　　橡膠瀝青砼施工過程的質(zhì)量檢查項目、檢查方法和質(zhì)量要求與其它瀝青混合料區(qū)別不大, 其主要檢查項目為: 抽檢橡膠瀝青的改性指標粘度、彈性恢復, 混合料馬氏指標油石比、穩(wěn)定度、流值等。施工中經(jīng)檢測, 混合料馬氏空隙率在5.0%左右, 理論密度2.41 g/cm3, 路面滲水率20～40 mL/min, 抗滑系數(shù)平均62.8, 壓實度>98%, 穩(wěn)定度、流值等指標均滿足設(shè)計標準要求。壓實度施工中采用雙控指標, 要求馬歇爾標準密度的壓實度不小于98%, 最大理論密度壓實度92%～96%。

5 結(jié)語

　　揚天線揚州南段橡膠瀝青罩面后運行半年多,現(xiàn)路面平整, 未出現(xiàn)裂縫、車轍、泛油、擁包等現(xiàn)象,取得了比較理想的處治效果。通過以上分析可見,橡膠瀝青及其混合料具有鮮明顯的抗老化、抗疲勞、延緩反射裂縫、減薄路面、降低行車噪音、延長路面使用壽命等性能, 可以作為路面裂縫病害處治的最佳選擇, 同時能節(jié)約資源, 變廢為寶, 帶動廢舊橡膠粉產(chǎn)業(yè)的發(fā)展, 具有良好的發(fā)展前景, 可大力推廣。

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