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用。結合工程實例, 詳細分析了橡膠瀝青砼性能優(yōu)點和技術要求, 闡述了有關罩面施工工藝及質量要點, 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用提供借鑒。

關鍵詞: 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用于公路工程中。

1 工程概況及方案設計

　　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、抗開裂等技術要求, 本工程道路罩面方案設計時曾考慮采用: 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,少數龜網裂病害采用銑刨加鋪。

2 橡膠瀝青砼性能優(yōu)點分析

　　經分析, 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, 因而路面結構層中的橡膠瀝青膠結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, 故設計單位結合本工程罩面的特點, 依據交通部《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》(JTGF40—2004)[5] , 結合美國Arizona Test Method 815, 制定了斷級配AR- AC13I 施工指南[6] , 現(xiàn)將有關橡膠瀝青及混合料技術要求簡述如下:

3.1 原材料

　　(1) 基質瀝青

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

　　(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的橡膠粉, 摻量為瀝青質量的20%。橡膠粉顆粒規(guī)格符合表1 要求。橡膠粉篩分應采用水篩法進行試驗。橡膠粉密度應為1.15 g/cm3 左右。

　　(3) 橡膠瀝青

　　橡膠瀝青應滿足表2 技術要求。

　　(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)應滿足表3 的要求。

3.3 配合比設計

　　(1) AR- AC13I 間斷級配橡膠瀝青混凝土技術標準

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

　　(2) AR- AC 瀝青混凝土配合比設計

　　AR- AC 瀝青混凝土配合比設計過程主要包括目標配合比設計、生產配合比設計和生產配合比驗證3 個階段。本工程經配合比設計得, 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, 鋪設玻纖格柵, 再回填AC- 20 瀝青砼至原路面。其它龜網裂病害處采取銑刨6 cm面層, 鋪設玻纖格柵, 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平石, 為避免罩面調整側平石, 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) 橡膠瀝青生產設備采用金邦橡膠瀝青移動式設備, 設備生產能力為15 t/h, 橡膠瀝青提前1 d生產保溫, 拌和樓采用H4000 型, 其AR- AC13 生產能力為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) 運料車應有良好的篷布覆蓋設施, 用于保溫和防雨。實際上由于橡膠結料含量較高, 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根據拌和樓的產量、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量的重要環(huán)節(jié), 應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, 初壓應盡量在攤鋪后較高溫度下及時進行。為防止橡膠瀝青粘結橡膠輪胎, 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 施工質量檢測

　　橡膠瀝青砼施工過程的質量檢查項目、檢查方法和質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, 抗滑系數平均62.8, 壓實度>98%, 穩(wěn)定度、流值等指標均滿足設計標準要求。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, 帶動廢舊橡膠粉產業(yè)的發(fā)展, 具有良好的發(fā)展前景, 可大力推廣。

參考文獻

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