高掺量胶粉橡胶改性沥青混凝土ARHM- 25施工技术研究

常兴宇

（中交二公局第六工程有限公司,陕西 西安 710000）

随着近些年来我国经济的高速增长,随之而来的关于交通运输和汽车工业也迎来了新的增长期,出现的问题也越来越多,比如说,汽车工业出现的废旧轮胎材料导致出现的污染。而伴随着道路建设规模的增长以及道路质量标准的不断提高,导致现如今沥青需求呈现继续增长的状态。所以将废旧轮胎胶粉回收重利用,用于公路建设之中也是解决上述问题的主要研究方向之一。1990 年以来,我国一直致力于关于废旧轮胎胶粉加工沥青工艺的研究。随着近年来废旧轮胎胶粉加工技术的提高,我们不断降低废旧轮胎胶粉的制造成本,也将废旧轮胎胶粉充分应用在公路工程之中。

1 项目简介

本项目为雄安新区“四纵三横”的重要组成部分,路线全长72.8km。荣乌高速公路新线京台高速至京港澳高速段将替换原有荣乌高速公路代为发挥其功能及作用。荣乌高速公路永久路面试验路段,其路面结构型式及多项材料技术在我国尚属首次试点。其路面结构见图1。

图1 永久路面结构

ARHM-25 采用橡胶粉掺量为50%的橡胶改性沥青,其胶粉掺量远超出传统的湿法加工工艺20%的掺量,随着掺量的增加不仅对材料路用性能产生影响,对于沥青的储存、泵送以及后续沥青混合料的生产和施工产生等产生重大影响。高掺量橡胶粉沥青混合料路面在材料评价和施工控制方面存在诸多难题。本文重点对于ARHM-25 的施工工艺进行研究总结,通过试验路的实施,初步探究高掺量橡胶改性沥青混合料ARHM-25 的施工技术,供道路工程技术人员参考。

2 试验路段简介

本次试验路段位于荣乌高速公路新线京台高速至京港澳高速第六标段路面工程起点为K70+146,终点地标为K88+314,线路全长为18.16Km,高速最高速度为120Km/h,高速公路采用的技术标准为单向四车道。路面下面层工程结构采用的类型为：ARHM-25 橡胶改性沥青混凝土,试验段定于K79+000～K79+430.4 段（整体式）右侧,共计430.4m。本试验段橡胶改性沥青混凝土下面层设计厚度12cm,半幅设计宽度为18.85m。

施工生产配合比(表1,2,图2)

表1

图2 合成级配通过率曲线

表2 最佳油石比马歇尔试验结果汇总

3 施工技术

3.1 橡胶沥青拌合与温度控制

橡胶沥青对温度很敏感,在拌合生产过程中沥青加热温度对混合料产能有很大影响,以及施工中摊铺碾压的温度控制,对混合料的压实度、轮迹的消除等也是不可忽略的重要因素。在搅拌站进行生产之前,需要进行多次试拌。通过对材料混合料进行试拌,对拌合机的上料速度、生产能力以及搅拌温度等有更清楚的认知,进而更加明确沥青混合料的配合比设计,提供正式生产的详细材料参数。根据试验结果以及混合料状态确定沥青混合料拌合参数。本次试验路段施工采用玛莲尼5500 型间歇式沥青拌合楼,额定生产能力为430t/h。要依据生产配合比开展生产,并且保证各盘生产时间都不下于50 秒,其中包括5 秒的干拌时间,45 秒的湿拌时间。在生产混合料时,对混合料的混合质量进行实时监控,实时监测拌合质量,增派人手专门负责目测混合料质量,保障混合料成品不会出现结团、结块、混合料拌合不均匀等质量不过关等情况。

表3 橡胶沥青混合料拌合温度控制表

3.2 沥青混合料运输

3.2.1 装料采用“移动式”方式：车辆在装料时前后移动,依照前后中前后五次装料法进行装载。装料高度接近平装,避免塔形装料,减少混合料堆高离析。

3.2.2 车辆装载之前,首先要对车厢的侧面和底部进行清洁,同时涂抹食用油和水的混合物,按照1：3 的比例混合,以有效规避粘连沥青混合料在车厢内部出现。

3.2.3 运输料车两侧及车厢顶用双层篷布包裹保温,篷布掀盖均由专人进行操作,操作人员配备石棉手套,防止烫伤。车厢两侧错位打孔,检测混合料温度。混合料前场后场均需要安排专人进行温度检测记录,对比温度损失量,验证混合料的保温措施的可行性。

3.3 摊铺控制要点

路面均匀铺摊是沥青混凝土路面施工的重要工序之一。中、细粒式混合料往往使用橡胶沥青,沥青混和料的公称最大粒径往往不超过19mm,本试验路段结构形式为ARHM-25,级配形式为间断级配且最大粒径为31.5mm 易造成混合料离析,公路路面的平整度受摊铺机的行驶速度以及熨平板的温度所影响,夯锤振动频率直接影响混合料的初始压实度。本次混合料摊铺由2 台福格勒2100-3L 摊铺机前后组成梯队联合作业。作业过程中应控制以下几点：

3.3.1 在摊铺机就位后,熨平板预热至130°C。靠近道路中线的摊铺机在前,其右侧架设钢丝,并在摊铺机上安装有横向坡度计,可以有效控制路面层的横向坡度。将钢丝安装在后面摊铺机左侧位置,右侧在摊铺好的面上进行“滑雪”以控制高程。使用斜接缝以规避产生接缝痕迹,两台摊铺机摊铺层中,其纵向搭接宽度最好保持在5～10cm 之间,前后距离控制不应大于8m。

3.3.2 启动路面铺装之前,要保证铺装料斗中的混合料超过料斗容量的2/3,在两侧螺旋送料螺旋内,保持超过2/3 高度的混合料,以规避离析、漏铺等情况的产生。摊铺机的启动速度为0.5 至1.0m/ min 之间。正常路面速度控制在1.5m/min,摊铺机夯机频率为30%。尽量使摊铺机收回料斗的次数降到最低,过程中应尽量规避两边粘连混合料。避免混合料凝固,两侧若有降温凝固的混合料要铲除废弃。

3.3.3 根据路面宽度组装相应宽度的熨平板和螺旋叶片,确保侧挡板与螺旋末端之间的距离小于30 厘米,将反向叶片连接到螺旋末端,可以有效减小边部的离析。

3.4 松铺系数的确定

根据过去的实践经验表明,运用1.25 松铺系数进行控制。在摊铺之前,依据虚铺厚度调整摊铺机,在熨平板下安放耐压材料垫板,其厚度要与松铺厚度持平,对铺装前、铺装后以及被压实后的高程数据分别进行测量。

表4 松铺系数检测数据汇总表

3.5 混合料的碾压成型

橡胶材料具有良好的弹性,本身的体积很难被压缩,废旧轮胎橡胶粉改性沥青中含有大量的胶粉颗粒,有研究表明间断级配可以以增大空间容纳胶粉,减少碾压弹性。以及橡胶沥青对温度敏感性高,混合料碾压温度降低会导致混合料成型空隙率增大,这对橡胶沥青混合料的碾压弹性问题会加剧。本次试验路段机械组合主要针对橡胶沥青混合料碾压弹性及温度敏感性进行配置。

碾压中应遵循“随动、连续、高频、低振幅、小水量”的原则。初压应该跟随摊铺机,复压要与初压保持一致,终压应紧跟复压。初压保证在高温下进行,保证碾压混合料不推移变形,快速封闭表面,以减少混合料出现热损失情况。复压紧跟初压之后进行,尽量保持不低于150℃的复压温度,在进行碾压时,双钢轮以及胶轮压路机要同时进退,持续不断进行碾压,为了保证混合料可以在温度较高的状况下依旧能够保持更高的密实度,初压总长应保持在30～40m,终压要选用1 台双钢轮压路机紧跟胶轮进行静压收光。压路机碾压边部时应尽量靠近边部以保证边部的压实。

表5 混合料的碾压组合及参数

4 质量检测与验证

针对不同的碾压组合路段外观、横坡、断面尺寸、压实度、渗水系数、平整度进行现场检测,并对其数据进行综合对比分析。方案一碾压组合,外观、平整度优于方案二,压实度、渗水系数、方案二优于方案一,综合考虑方案一碾压组合更为适合APHM-25 橡胶沥青混合料施工。

表6 质量检测频率及检测结果汇

5 结论

本次试验过程中,下面层ARHM-25 试验路段的结构层压实度、厚度、标高、平整度、渗水等指标均满足设计和规范要求。根据本次试验路段的施工条件和试验条件,对施工机械组合、搅拌、摊铺机施工参数、碾压方案、松铺系数等施工参数,总结得出以下结论：

5.1 拌和温度和时间

通过试验段的施工,确定拌和站产量430t/h；每盘总拌和时间应大于50s,其中包括5s的干拌时间以及45s 的湿拌时间。混合料温度控制：保证175-185℃之内的橡胶改性沥青加热温度,185-195℃左右的矿料加热温度以及180-190℃之间的混合料出厂温度。

5.2 摊铺参数

在进行摊铺混合料时,要保证摊铺温度高于170℃,保持1.5m/min 的摊铺速度,夯实频率为50%（1700 rpm）,熨平板频率为40%（1300 rpm）。

5.3 碾压方案

根据现场检测及试验检测结果,确定碾压组合方式为如表7 所示碾压组合。

表7

5.4 松铺系数

测量员跟踪测量试验路段的松铺系数,对铺装前后标高以及压实后标高进行测量,依据松铺厚度及压实厚度计算,得出1.240 的最终结果,作为ARHM-25 橡胶改性沥青下面层松铺系数。