橡膠改性瀝青混合料ARAC-20中面層應(yīng)用技術(shù)研究

李田琳，張洪剛

(1.廣西路橋工程集團有限公司，廣西 南寧 530011；2.廣西交通科學(xué)研究院有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

與SBS改性瀝青相比，橡膠瀝青是聚合物改性瀝青的一種，由基質(zhì)瀝青、橡膠粉、外加劑等經(jīng)過改性而成[1]。經(jīng)過膠粉改性提高了瀝青的粘彈性，改善了瀝青的抗老化能力和溫度敏感性，還增強了瀝青的高溫穩(wěn)定性和低溫抗開裂性能。橡膠改性瀝青中的膠粉，使得橡膠改性瀝青比SBS改性瀝青更粘稠，瀝青油膜厚度更大，極大地提高了橡膠瀝青路面的耐高溫、抗疲勞、抗老化、延緩反射裂縫、降低噪音等性能[2]。同時，橡膠改性瀝青技術(shù)可有效降低大量廢舊輪胎造成的環(huán)境污染，是一項綠色環(huán)保技術(shù)[3]。因此，由于橡膠改性瀝青具有良好的路用性能，在國內(nèi)外已被廣泛應(yīng)用于大量實體工程，工程實踐效果良好[4]。

從國內(nèi)已有應(yīng)用工程來看，橡膠改性瀝青被大量應(yīng)用于瀝青路面表面層，在中面層應(yīng)用較少[3-5]，本文基于濕熱地區(qū)瀝青路面抗車轍需求，優(yōu)化設(shè)計了橡膠改性瀝青中面層混合料材料組成設(shè)計，并在實體工程中進行了應(yīng)用，施工質(zhì)量良好，本文可為橡膠改性瀝青在中面層中的應(yīng)用提供重要的技術(shù)參考。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

本文以來賓至馬山高速公路橡膠瀝青試驗段為依托工程，橡膠瀝青試驗路段與主線一般路段的結(jié)構(gòu)組合設(shè)計對比如表1所示，試驗路段采用雙層橡膠改性瀝青技術(shù)，共計20 km，施工樁號為K323+500～K343+500。

表1 來馬高速公路主線路段與試驗路段結(jié)構(gòu)設(shè)計對比表

2 原材料質(zhì)量控制

本工程采用的70#A級道路石油瀝青技術(shù)性能試驗指標(biāo)如表2所示，各項指標(biāo)滿足使用要求；膠粉采用廣西交通科學(xué)研究院所生產(chǎn)的40目橡膠粉，胎源全部為900 mm以上的大貨車輪胎，經(jīng)常溫研磨工藝加工而成，其物理和化學(xué)技術(shù)指標(biāo)如表3所示，所用膠粉橡膠烴含量達到56%，具有良好的彈性，其他指標(biāo)均滿足技術(shù)要求。

表2 70#A級道路石油瀝青試驗結(jié)果表

表3 橡膠粉技術(shù)性能指標(biāo)檢測結(jié)果表

本文橡膠瀝青采用現(xiàn)場加工方式供應(yīng)，成品橡膠改性瀝青現(xiàn)場檢測結(jié)果如表4所示，結(jié)果表明該橡膠瀝青180 ℃旋轉(zhuǎn)黏度為2.6 Pa·S，具有良好的施工和易性；25 ℃針入度為43(0.1 mm)，軟化點為68 ℃，具有良好的溫度敏感性和抗變形能力；25 ℃彈性恢復(fù)為82%，5 ℃延度為8.0 cm，具有良好的延展性。

表4 成品橡膠改性瀝青技術(shù)性能指標(biāo)檢測結(jié)果表

3 施工配合比設(shè)計

中面層是瀝青路面抗剪切抵抗車轍的最為關(guān)鍵的一層，中面層瀝青混合料必須具有優(yōu)良的高溫抗變形能力[6]。優(yōu)化設(shè)計目標(biāo)是控制塑性變形和流變變形，形成良好的骨架嵌擠支撐有良好的抗力、密實有良好的粘結(jié)力等材料結(jié)構(gòu)特征，并且防滲水、保密實。粗集料組成重點控制19 mm、13.2 mm、9.5 mm、4.75 mm關(guān)鍵篩孔通過率，以此形成良好的骨架；細集料組成重點控制2.36 mm、0.075 mm關(guān)鍵篩孔通過率，以此形成良好的密實度，本工程優(yōu)化設(shè)計的中面層橡膠改性瀝青混合料ARAC-20級配組成設(shè)計如表5所示。

表5 ARAC-20橡膠瀝青混合料生產(chǎn)配合比級配組成表

3.1 馬歇爾試驗

根據(jù)工程經(jīng)驗采用3個不同的油石比4.7%、5.0%、5.3%進行馬歇爾試件，試件尺寸為φ101.6 mm×(63.5±1.3)mm，試件成型采用雙面各擊實75次的方法[7]，集料為石灰?guī)r，填料為礦粉，按照橡膠瀝青混合料擊實控制溫度成型試件，測得不同油石比下橡膠瀝青混合料的體積指標(biāo)，如表6所示。

表6 馬歇爾試驗結(jié)果匯總表

由馬歇爾試驗結(jié)果確定本文ARAC-20橡膠瀝青混合料最佳油石比為4.9%，通過試驗測得最佳油石比下的馬歇爾試驗體積指標(biāo)結(jié)果如表7所示，結(jié)果表明最佳油石比下的體積指標(biāo)良好，具有良好的空隙率、瀝青飽和度、間隙率、穩(wěn)定度、粉膠比等。

表7 確定的最佳油石比下的馬歇爾試驗體積指標(biāo)結(jié)果表

3.2 性能驗證試驗

本文采用浸水馬歇爾穩(wěn)定度和凍融劈裂試驗對ARAC-20橡膠瀝青混合料進行水穩(wěn)定性能進行，試驗結(jié)果見表8，浸水殘留穩(wěn)定度達到95.9%，凍融劈裂抗拉強度比達到89.8%，表明ARAC-20橡膠瀝青混合料具有良好的抗水損害性能。

表8 水穩(wěn)定性試驗結(jié)果表

本文采用車轍試驗進行高溫抗變形性能驗證，試驗條件：60±1 ℃，0.7±0.05 MPa，試驗結(jié)果見表9，結(jié)果表明ARAC-20橡膠瀝青混合料動穩(wěn)定度指標(biāo)達到5 056次/mm，60 min車轍變形最大約為2.8 mm，說明本文ARAC-20橡膠瀝青混合料具有良好的高溫抗變形能力。

表9 高溫抗車轍試驗結(jié)果表

4 施工技術(shù)

4.1 拌合與施工溫度控制

溫度控制和拌合時間控制是橡膠改性瀝青混合料生產(chǎn)的關(guān)鍵控制參數(shù)，本工程橡膠改性瀝青混合料拌合溫度控制為185 ℃，出料溫度為180 ℃～185 ℃，橡膠瀝青混合料攪拌時間宜控制在40～45 s，以橡膠瀝青均勻裹覆集料、無花白料為準(zhǔn)。

4.2 運輸與攤鋪控制

本工程橡膠改性瀝青混合料運輸均采用大噸位車輛，“前-后-中”3次或5次裝料方式，料車全程覆蓋篷布，到場溫度控制為170 ℃～180 ℃；攤鋪采用1臺瀝青混合料全幅攤鋪機進行，采用自動找平裝置控制標(biāo)高和厚度，攤鋪的松鋪系數(shù)為1.25，攤鋪機行走速度控制在2.5～3.0 m/min，攤鋪溫度為170 ℃～175 ℃。

4.3 碾壓工藝控制

碾壓是保障橡膠改性瀝青施工質(zhì)量至關(guān)重要的一環(huán)，本工程碾壓按照及時、緊跟、慢壓、高溫、連續(xù)的原則，開始碾壓溫度≥165 ℃，采用鋼輪+膠輪的組合壓實工藝，壓實工序為：雙鋼輪壓路機初壓靜壓1遍→雙鋼輪復(fù)壓振壓3～4遍→膠輪壓路機復(fù)壓2遍→雙鋼輪壓路機終壓收光1～2遍，終壓溫度≥100 ℃。

5 施工質(zhì)量檢測

5.1 滲水檢測

在試驗路段隨機選擇4處不同位置進行滲水試驗，試驗結(jié)果如下頁表10所示，結(jié)果表明中面層滲水系數(shù)為30～120 ml/min，橡膠改性瀝青中面層具有良好的抗?jié)B水性能。

5.2 壓實度檢測

在試驗路段隨機選擇多處不同位置鉆芯取樣進行壓實度檢測，試驗結(jié)果如下頁表11所示，結(jié)果表明大部分芯樣壓實度為95.5%～96%，芯樣空隙率為4.0%～4.5%，表明橡膠改性瀝青中面層具有良好的密實性。

表10 橡膠瀝青中面層左幅試驗段滲水結(jié)果表

表11 橡膠改性瀝青中面層試驗段壓實度測試結(jié)果表

6 結(jié)語

本文通過試驗和工程試驗段應(yīng)用，進行了瀝青路面中面層應(yīng)用橡膠改性瀝青技術(shù)的研究，提出了中面層橡膠改性瀝青混合料的原材料控制技術(shù)指標(biāo)、配合比設(shè)計及性能控制指標(biāo)要求，并提出了中面層橡膠改性瀝青混合料施工技術(shù)參數(shù)與工藝控制要求。室內(nèi)試驗和工程施工質(zhì)量檢測指標(biāo)表明，用于瀝青路面中面層的橡膠改性瀝青混合料ARAC-20具有良好的體積參數(shù)、水穩(wěn)定性和高溫抗車轍性能，本文可為橡膠改性瀝青在瀝青路面中面層的技術(shù)應(yīng)用提供重要的指導(dǎo)與參考。