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膠粉雙復(fù)合改性瀝青在公路面層施工中的應(yīng)用探討
隨著湖南省經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我省的公路建設(shè)的規(guī)模和技術(shù)也都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。但在湖南大多數(shù)地區(qū)，夏季高溫時(shí)間持續(xù)較長(zhǎng)，瀝青高速公路容易出現(xiàn)老化、車轍、裂縫等路面質(zhì)量病害，影響了道路的行車能力。廢膠粉改性瀝青作為一種新型的路用瀝青，對(duì)提高路面低溫抗裂、抗疲勞、抗老化性能等方面有效果顯著，但提高的幅度有限，不能適應(yīng)南方高溫環(huán)境下，尤其在高速公路的渠化及重載交通條件下的需要。
以下介紹湖南省衡炎高速公路路面AR-ACl3玄武巖AH-70膠粉雙復(fù)合(Domix)改性瀝青混合料上面層施工工藝，包括膠粉雙復(fù)合(Domix)改性瀝青的生產(chǎn)及施工工藝。
Domix是德國(guó)巴賽爾集團(tuán)推出的第二代瀝青道路抗車轍產(chǎn)品，為表面呈灰黑色的固體顆粒，用高分子聚合物Domix干法與膠粉改性(濕法)進(jìn)行復(fù)合改性，適用于各類型瀝青混合料中，能高效的改善瀝青混合料的性能，不但成本低，而且使瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度有了更進(jìn)一步的提高，完全能滿足在高溫條件下高速公路渠化、重載交通的需要。
1、工程概況
湖南省衡炎高速公路是交通部規(guī)劃的江西吉安至湖南邵陽(yáng)國(guó)家重點(diǎn)公路的重要組成部分，主線全長(zhǎng)114.188Km。在路面24合同段上面層采用AR-ACl3玄武巖AH-70膠粉雙復(fù)合(Domix)改性瀝青混合料，工程總長(zhǎng)32.282Km。路面結(jié)構(gòu)見(jiàn)表1。
2、膠粉雙復(fù)合改性瀝青混合料的生產(chǎn)
1）工藝原理
對(duì)瀝青混合料拌合設(shè)備進(jìn)行必要的改造，增加Domix的投放設(shè)備，將Domix干法摻加到高溫的礦質(zhì)集料中去，在熱能和機(jī)械力的不斷作用下，能將固態(tài)的Domix顆粒經(jīng)熔化后形成的膠狀物均勻地粘附在集料表面，隨即加入一定粘度要求的膠粉改性瀝青和礦粉等其它添加劑再按瀝青混合料的常規(guī)工藝時(shí)間拌制成膠粉雙復(fù)合改性瀝青混合料。利用帶有保溫措施的運(yùn)輸車倆運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，由帶有加熱和自動(dòng)找平裝置的攤鋪機(jī)攤鋪，采用大噸位的鋼輪、膠輪壓路機(jī)碾壓成型，使之滿足設(shè)計(jì)要求的使用功能。
2） 拌和場(chǎng)的要求
膠粉雙復(fù)合改性瀝青混合料拌和站宜選在遠(yuǎn)離居民區(qū)的下風(fēng)向，四周空曠、地勢(shì)較高、地下水位低、環(huán)境干燥、交通便利、縮短供電、供料線路，拌和站在工程任務(wù)重心位置，但最大供料半徑宜不大于30km。
拌和場(chǎng)地選定后，應(yīng)根據(jù)集料種類，拌和樓的形狀，進(jìn)行拌和場(chǎng)地的嚴(yán)密規(guī)劃與布局，場(chǎng)地規(guī)劃應(yīng)堅(jiān)持有利排水，不同車輛分道行駛，降低運(yùn)輸車輛沖突，減少土地浪費(fèi)，堅(jiān)持三區(qū)分離。
應(yīng)根據(jù)路面施工工作量和工程進(jìn)度要求，選擇合適的瀝青拌和設(shè)備，對(duì)于高等級(jí)公路，宜選擇3000型以上的大型進(jìn)口間歇式拌和設(shè)備，并必須配備二級(jí)除塵設(shè)備、熱儲(chǔ)料倉(cāng)，必要時(shí)配置廢粉濕排裝置。冷料倉(cāng)的數(shù)量根據(jù)集料品種數(shù)量而定，也可有富余。并應(yīng)配制具有一定大小容積，密封效果好的礦粉罐，礦粉罐的大小應(yīng)與拌和樓產(chǎn)量相匹配，應(yīng)能滿足正常24h連續(xù)生產(chǎn)的容量要求。拌和樓周圍應(yīng)全部進(jìn)行場(chǎng)地硬化處理。
瀝青拌和樓的安裝次序依次為：拌和樓主樓――滾筒烘干機(jī)――粉罐――骨料提升機(jī)――布袋――成品倉(cāng)――除塵器――冷提――總配――中心控制室――瀝青輔助設(shè)施――廢粉池――布線――防雷設(shè)施安裝(部分內(nèi)容可同時(shí)進(jìn)行)。
安裝好后，還應(yīng)對(duì)拌和樓進(jìn)行調(diào)試，包括瀝青加熱輔助系統(tǒng)的調(diào)試，包括試壓、向?qū)嵊脱h(huán)系統(tǒng)內(nèi)注導(dǎo)熱油以及點(diǎn)火使導(dǎo)熱油脫水升溫。
3） 混合料配合比設(shè)計(jì)
3.1 目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)
AC型瀝青混合料可根據(jù)公路等級(jí)、工程性質(zhì)、氣候條件、交通條件、材料品種等因索，通過(guò)對(duì)條件大體相當(dāng)?shù)墓こ淌褂们闆r進(jìn)行調(diào)查研究后調(diào)整確定。根據(jù)湖南已在使用的高速公路的瀝青混合料的調(diào)查資料以及衡炎高速公路的具體條件，AR-ACl3膠粉雙復(fù)合改性瀝青混合料的工程設(shè)計(jì)級(jí)配范圍如表2。
在湖南大多數(shù)地區(qū)，因高溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，為確保高溫抗車轍能力，同時(shí)兼顧低溫抗裂性能的需要，應(yīng)減少0.6mm以下部分細(xì)粉的用量，使中等粒徑的集料較多，形成S型級(jí)配曲線，并取中等或偏高水平的設(shè)計(jì)空隙率。
確定各層位的工程設(shè)計(jì)級(jí)配范圍時(shí)應(yīng)考慮不同層位的功能需要，經(jīng)組合設(shè)計(jì)的瀝青路面應(yīng)能滿足耐久、穩(wěn)定、密水、抗滑要求。
瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)還要考慮到使瀝青混合料容易攤鋪和壓實(shí)避免離析。
在以泰勒曲線為橫坐標(biāo)的坐標(biāo)圖上，用EXCEL的功能，繪制各種集料及填料的篩分曲線(至少三種粗集料及一種細(xì)集料再加填料)進(jìn)行礦料的級(jí)配設(shè)計(jì)，求出符合要求的混合料的合成級(jí)配(S型嵌擠級(jí)配)。如表3為以攸縣玄武巖為粗集料的配合比設(shè)計(jì)。
對(duì)AR-ACl3瀝青混合料而言，在確定工程設(shè)計(jì)級(jí)配范圍后，以工程設(shè)計(jì)級(jí)配范圍礦料級(jí)配范分界篩孔2.36的中值、上限、下限三種不同粗細(xì)的級(jí)配，每種級(jí)配按0.3％間隔的5種油石比(一般參照相同工程的最佳油石比作中值)，每種油石比制作4件馬歇爾試件作馬歇爾試驗(yàn)，用真空法(T0711－1993)測(cè)定瀝青混合料的理論最大相對(duì)密度，用表干法準(zhǔn)確求出混合料的毛體積相對(duì)密度，并繪制混合料的毛體積相對(duì)密度(Yf)、穩(wěn)定度(MS)、流值(FL)、空隙率(VV)、礦料間隙率(VMA)、瀝青飽和度(VFA)與不同油石比關(guān)系圖。但采用S型密實(shí)嵌擠級(jí)配，往往繪制的各種指標(biāo)與油石比關(guān)系曲線中，密度與穩(wěn)定度兩個(gè)指標(biāo)中有一個(gè)或者兩個(gè)經(jīng)常不出現(xiàn)峰值。據(jù)此，JTG F40-2004規(guī)定以VV為準(zhǔn)，確定最佳油石比，但其他指標(biāo)必須符合規(guī)范規(guī)定的技術(shù)要求。
按表4計(jì)算瀝青混合料的VV、VMA、VFA等相關(guān)的體積指標(biāo)以及穩(wěn)定度和流值是否符合規(guī)定的要求，(穩(wěn)定度和流值并不作為配合比設(shè)計(jì)可以接受或者否決的唯一指標(biāo))，以目標(biāo)空隙率所得到的油石比對(duì)應(yīng)相應(yīng)的各種體積指標(biāo)及相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)，與規(guī)范中的技術(shù)指標(biāo)相比較，若各種技術(shù)指標(biāo)均符合規(guī)范要求，則以此油石比為最佳油石比。
3.2 生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)
瀝青混合料必須用電子計(jì)算機(jī)計(jì)量的間隙式拌和樓進(jìn)行拌和，應(yīng)按規(guī)定方法在熱料倉(cāng)取樣用水洗篩法法測(cè)試各熱料倉(cāng)的集料通過(guò)率，根據(jù)各個(gè)熱料倉(cāng)礦料的篩分結(jié)果，再行進(jìn)行級(jí)配設(shè)計(jì)，使合成級(jí)配盡量接近目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)的范圍，以生產(chǎn)配合比得出的各種集料的比例用基確定每個(gè)熱料倉(cāng)的礦料質(zhì)量(輸入計(jì)算機(jī))，供拌和機(jī)控制室使用。同時(shí)選擇適宜的篩孔尺寸和安裝角度，盡量使各熱料倉(cāng)的供料大體平衡。并取目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)的最佳瀝青用量OAC、OAC±0.1％等3個(gè)瀝青用量進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)和試拌，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)及從拌和機(jī)取樣試驗(yàn)綜合確定生產(chǎn)配合比的最佳瀝青用量，確定的最佳瀝青用量與目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)的結(jié)果的差值不宜大于±0.1％。
4） 膠粉雙復(fù)合改性瀝青混合料拌和
4.1 瀝青混合料必須采用間隙式拌和樓。集料的來(lái)源要從一個(gè)聯(lián)合機(jī)組料場(chǎng)進(jìn)料。拌和廠要配備控制室，拌和過(guò)程中逐盤(pán)采集并打印各個(gè)傳感器測(cè)定的材料用量和瀝青混合料拌和量、拌和溫度等參數(shù)；每個(gè)臺(tái)班結(jié)束時(shí)打印出一個(gè)臺(tái)班的統(tǒng)計(jì)量，按JTG F40-2004附錄G的方法進(jìn)行瀝青混合料生產(chǎn)質(zhì)量及鋪筑厚度的總量檢驗(yàn)?？偭繖z驗(yàn)的數(shù)據(jù)有異常波動(dòng)時(shí)，應(yīng)立即停止生產(chǎn)，分析原因。
集料進(jìn)場(chǎng)宜在料堆平臺(tái)卸料，經(jīng)裝載機(jī)推平后，裝載機(jī)從底部按順序豎直裝料，減少集料離析。烘干集料的殘余含水量不得大干1％。每天開(kāi)始幾盤(pán)集料應(yīng)提高加熱溫度，并干拌幾鍋集料廢棄，再正式加瀝青拌和混合料。集料與瀝青混合料取樣應(yīng)符合現(xiàn)行試驗(yàn)規(guī)程的要求。從瀝青混合料運(yùn)料車上取樣時(shí)必須設(shè)置取樣臺(tái)分幾處采集一定深度下的樣品。
4.2 膠粉改性瀝青加工時(shí)應(yīng)添加穩(wěn)定劑，保證膠粉在72h之內(nèi)膠粉不會(huì)離析。膠粉改性瀝青原則上應(yīng)在24h用完，當(dāng)由于不可抗力臨時(shí)儲(chǔ)存時(shí)，要將膠粉改性瀝青的溫度降至145-155℃范圍內(nèi)存儲(chǔ)，存儲(chǔ)時(shí)間不得超過(guò)3d。在較長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存再次使用時(shí)，應(yīng)檢測(cè)膠粉改性瀝青的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是否滿足技術(shù)要求。特別是粘度指標(biāo)達(dá)不到技術(shù)要求時(shí)，則應(yīng)重新加工或摻加一定劑量的膠粉，重新預(yù)混、反應(yīng)直至滿足技術(shù)要求才能使用。
4.3 拌和時(shí)，每種規(guī)格的集料、礦粉和瀝青都必須按批準(zhǔn)的設(shè)定量準(zhǔn)確計(jì)量，其計(jì)量誤差應(yīng)控制在規(guī)定的范圍內(nèi)并應(yīng)預(yù)先標(biāo)定。同時(shí)要求冷料倉(cāng)應(yīng)隔開(kāi)，裝料時(shí)不可混雜。
4.4 拌和機(jī)的礦粉倉(cāng)應(yīng)配備振動(dòng)裝置以防止礦粉起拱。添加消石灰、水泥等外摻劑時(shí)，宜增加粉料倉(cāng)，也可由專用管線和螺旋升送器直接加入拌和鍋，若與礦粉混合使用時(shí)應(yīng)注意二者因密度不同發(fā)生離析。拌和機(jī)必須有二級(jí)除塵裝置，但回收粉不得重復(fù)使用。
4.5 瀝青混合料拌和時(shí)間根據(jù)具體情況經(jīng)試拌確定，以瀝青均勻裹覆集料為度。間歇式拌和機(jī)每盤(pán)的生產(chǎn)周期不宜少于50s(其中干拌時(shí)間普通瀝青混合料不少于5-10s，改性瀝青混合料不少于25s，濕拌時(shí)間不少于35s)。瀝青混合料出廠時(shí)應(yīng)逐車檢測(cè)瀝青混合料的重量和溫度，記錄出廠時(shí)間，簽發(fā)運(yùn)料單。
3、膠粉雙復(fù)合改性瀝青混合料的攤鋪
1） 做好攤鋪前的準(zhǔn)備工作
施工前應(yīng)檢查機(jī)械設(shè)備是否按要求到位且狀態(tài)良好，并做好施工技術(shù)交底工作。對(duì)已鋪筑的瀝青砼中面層鉆芯取樣，檢測(cè)鋪筑厚度，并按每10m一斷面檢測(cè)中面層的高程和橫坡度，以保證膠粉雙復(fù)合改性瀝青混合料的鋪筑厚度和橫坡度達(dá)到設(shè)計(jì)、規(guī)范要求。攤鋪前清除瀝青中面層上的多余石子和其它雜物。在上面層與中面層之間，應(yīng)噴灑粘層，并在與新鋪瀝青混合料接觸的路緣石、雨水進(jìn)水口、檢查井等的側(cè)面也應(yīng)灑粘層，粘層的瀝青材料采用改性乳化瀝青。
2） 混合料的攤鋪
瀝青上面層采用一臺(tái)攤鋪機(jī)作業(yè)，根據(jù)路面寬度調(diào)整攤鋪機(jī)的寬度；上面層采用平衡梁自動(dòng)找平的方式來(lái)控制高程和厚度。對(duì)外形不規(guī)則、路面厚度不同、空間受限制以及人工構(gòu)造物結(jié)構(gòu)等攤鋪機(jī)無(wú)法工作的地方，報(bào)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)后采用人工鋪筑瀝青混合料。
路緣、邊溝、集水井和其它結(jié)構(gòu)物的接觸面上應(yīng)均勻涂上一薄層瀝青，然后才能緊靠這些接觸面攤鋪瀝青混合料。
在攤鋪機(jī)就位調(diào)整完畢后，對(duì)攤鋪機(jī)熨平板進(jìn)行預(yù)熱，溫度不低于100℃。預(yù)熱后，把熨平板放置在與松鋪厚度等厚的墊塊上，墊塊要有足夠的寬度。螺旋布料器在攤鋪機(jī)全寬范圍內(nèi)布料均勻后，攤鋪機(jī)開(kāi)始平緩起步，待前進(jìn)6～8m后，按正常速度攤鋪。
攤鋪機(jī)保持勻速行駛，且攤鋪速度根據(jù)拌和能力、攤鋪厚度、攤鋪寬度等因素確定。上面層攤鋪速度初定為1～3m／min。調(diào)整振搗梁的振頻振幅使攤鋪層的預(yù)壓實(shí)度達(dá)到85％，以高頻低幅為宜，根據(jù)試驗(yàn)路現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整。
瀝青路面施工的最低氣溫應(yīng)符合JTG F40-2004總則1.0.4的要求，寒冷季節(jié)遇大風(fēng)降溫。不能保證迅速壓實(shí)時(shí)，不得鋪筑瀝青混合料。熱拌瀝青混合料的最低攤鋪溫度根據(jù)鋪筑層厚度、氣溫、風(fēng)速及下臥層表面溫度按JTGF40-2004中5.2.2條執(zhí)行。每天施工開(kāi)始階段宜采用較高溫度的混合料。
瀝青混合料攤鋪過(guò)程中跟蹤檢測(cè)其寬度、厚度、平整度、路拱及溫度，不合格之處及時(shí)調(diào)整。
3） 混合料的碾壓
本路段上面層采用以下表6的碾壓組合形式。
同時(shí)，結(jié)合試鋪現(xiàn)場(chǎng)的外觀情況，對(duì)靠中央分隔帶、攤鋪機(jī)拼縫、路肩三道薄弱位置由膠輪壓路機(jī)各加壓1遍。
4） 膠粉雙復(fù)合改性瀝青養(yǎng)護(hù)
4.1 開(kāi)放交通：熱拌瀝青混合料路面應(yīng)待攤鋪層完全自然冷卻，瀝青混合料表面溫度低于50℃后，方可開(kāi)放交通，最好是冷卻一個(gè)晚上。需提早開(kāi)放交通時(shí)，可灑水冷卻降低瀝青混合料溫度。
4.2 交通管制：膠粉雙復(fù)合改性瀝青路面碾壓成型之后，在施工路段兩端設(shè)置路障。在當(dāng)天鋪筑的尚未冷卻的路面上不得停放任何機(jī)械、設(shè)備，同時(shí)防止車輛駛?cè)?，破壞新鋪筑的路面?
4.3 檢測(cè)技術(shù)指標(biāo)：按規(guī)范JTG F40-2004質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)AR-ACl3膠粉雙復(fù)合DOMIX改性瀝青路面進(jìn)行檢測(cè)。
4、結(jié)語(yǔ)
通過(guò)施工中對(duì)該路段各種指標(biāo)的檢查以及竣工驗(yàn)收檢查，該路段路面各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合規(guī)范及設(shè)計(jì)的要求，并且路面的抗老化、抗疲勞、抗裂和抗車轍能力都比普通路段有大幅提高，可有效延長(zhǎng)公路的使用壽命。本工程在技術(shù)創(chuàng)新、降低能耗、環(huán)境保護(hù)、節(jié)約資源、降低成本?？s短工期等方面取得了較為顯著的效果。膠粉雙復(fù)合(Domix)改性瀝青混合料技術(shù)在我國(guó)渠化交通及重載交通的高速公路路面應(yīng)有較好的應(yīng)用前景。
