廢膠粉改性瀝青混合料在公路施工中的應用

巢玉華

（江西省宜春公路建設集團有限公司，江西 宜春 336000）

0 引言

隨著我國汽車使用量的增多，淘汰、廢棄的橡膠輪胎數量也隨之增加，如果不加以合理利用，廢舊輪胎等橡膠制品必將增加環境污染，造成資源浪費。

結合國內外相關研究，采取恰當工藝將廢舊橡膠粉添加至瀝青中，制備而成的改性瀝青混合料技術屬性及路用性能均比常規改性瀝青混合料優越，既能明顯較少反射裂縫，提升路面結構耐久性和高溫穩定性，還能增強路面材料抗疲勞性能，有效解決廢舊橡膠輪胎大量棄置的問題，實現資源高效利用。

1 工程概況

Z 高速公路起訖樁號K185+000～K225+585，全線長40.585km，該公路位于我國東南地區，工程區降雨豐富且常年高溫，為提升公路路面高溫穩定性、結構耐久性、抗車轍性能等路用性能，決定使用廢舊輪胎膠粉進行瀝青混合料改性。并以其中重載超限交通量較大的K210+665～K214+800 路段為試驗段，進行其上、中面層廢膠粉改性瀝青混合料試鋪，上、中面層分別為4cm 厚AC-13C 和8cm 厚AC-20C 廢膠粉改性瀝青混凝土層設計。

2 材料及配合比設計

2.1 原材料

廢膠粉改性瀝青混合料在制備前，必須根據瀝青改性要求將廢橡膠磨細至一定目數后摻加至熔融瀝青中，并待橡膠粉完全溶解、溶脹后與瀝青形成彈塑性優良的復合結構[1]。該工程所使用的70#基質瀝青性能檢測結果顯示，其25℃針入度為61.2（0.1mm），軟化點48.1℃，10℃延度40.9cm，閃點302.8℃，15℃密度為1.025g/cm3，溶解度99.8%，RTFOT 后質量變化率為-0.25%，25℃殘留針入度比為73%，10℃殘留延度為12cm。

集料主要采用工程所在地產石灰巖碎石料、機制砂及石灰巖磨細礦粉。石灰巖主要有9.5～19mm 和4.75～9.5mm 兩種規格，視密度分別為2.838g/cm3和2.841g/cm3，毛體積密度分別為2.816g/cm3和2.819g/cm3，吸水率0.28%和0.26%，針片狀顆粒含量12.5%和10.9%，壓碎值15.3%。機制砂細集料視密度2.823g/cm3，毛體積密度2.788g/cm3，砂當量81%。石灰巖磨細礦粉視密度2.845g/cm3，含水量0.2%，0.6mm 以下、0.15mm 以下 及0.075mm 以下的粒度占比分別為100%、93.8% 和87.8%，塑性指數2.3%。以上性能取值均符合規范要求。

2.2 配合比設計

該公路上面層按照AC-13C 確定級配，目標配合比為9.5～19mm 石灰巖碎石料∶4.75～9.5mm 石灰巖碎石料∶機制砂∶石灰巖磨細礦粉∶水泥＝37%∶24%∶36%∶1%∶2%，最佳油石比按5.0%確定。生產配合比應為22～30mm 石灰巖碎石料∶11～22mm 石灰巖碎石料∶6～11mm 石灰巖碎石料∶粒徑6mm 以下石灰巖碎石料∶石灰巖磨細礦粉∶水泥＝6%∶34%∶23%∶33%∶3%∶1%。中面層按照AC-30C 確定級配，目標配合比為9.5～13.2mm 石灰巖碎石料∶4.75～9.5mm 石灰巖碎石料∶機制砂∶石灰巖磨細礦粉∶水泥＝28%∶27%∶42%∶1%∶2%，最佳油石比按5.2%確定。生產配合比應為11～16mm 石灰巖碎石料∶6～11mm 石灰巖碎石料∶粒徑6mm 以下石灰巖碎石料∶石灰巖磨細礦粉∶水泥＝16%∶34%∶46%∶3%∶1%。

2.3 材料性能試驗

為保證施工質量，必須進行廢膠粉改性瀝青混合料高溫穩定性、低溫性能及水穩性檢驗。

2.3.1 高溫穩定性

該公路路段重載超載交通量大，且環境因素復雜多變，引發永久車轍的可能性較大，為保證道路服務水平和路面使用壽命，必須進行廢膠粉改性瀝青混合料高溫性能分析。不同的油石比下混合料高溫穩定性能試驗結果詳見表1。

表1 廢膠粉改性瀝青混合料高溫穩定性能

由表1中試驗結果可知，在5.2%的油石比下，廢膠粉改性瀝青混合料動穩定度最大，此時改性瀝青混合料高溫穩定性最佳；且隨著油石比的增大，因混合料中自由瀝青含量增加，多余瀝青會起到集料潤滑劑的作用[2]，遇到高溫和壓力后變形量隨之增大。油石比為5.0%時，改性瀝青混合料動穩定度略小于5.2%的油石比動穩定度，且因瀝青摻量較少，高溫變形量也比5.2%的油石比小。

2.3.2 低溫性能

該區低電阻率油層分布區域內地層水礦化度普遍較高。LX112井，純上5砂組3 004.8～3 020.0m井段，地層水礦化度為（13～18）×104 mg／L，電阻率為0.7～0.9Ω·m，試油日產油8.6t，日產水3.4m3。而L110井，純上5砂組2 822.0～2 827.0m井段，地層水礦化度為8×104 mg／L左右，電阻率為0.9Ω·m，試油日產水6.48m3，油花。兩口井純上5砂組巖性、物性、電阻率基本相同，但地層水礦化度相差較大，造成兩口井試油結果完全不同。

根據以上試驗結果，剔除油石比5.4%的情況后進行廢膠粉改性瀝青混合料低溫性能試驗，具體采用一定尺寸的小梁進行彎曲試驗。根據試驗結果，當油石比為4.8%、5.0% 和5.2% 時，改性瀝青混合料最大破壞荷載為 1175.4N、1250.6N、1139.7N，撓度為0.540mm、0.605mm 和0.554mm，破壞應變最大值為2885με、3097με 和2895με，彎曲勁度模量為9.3Pa、9.8Pa 和9.4Pa，抗彎拉強度為3254MPa、3295MPa 和3247MPa。可見，油石比取5.0%時，改姓瀝青混合料抗破壞性能最佳，如遇破壞時的撓度變形也較大，改性瀝青混合料低溫抗變形能力較好。

2.3.3 水穩性

通過凍融劈裂試驗和浸水馬歇爾試驗進行廢膠粉改性瀝青混合料水穩性檢驗，根據試驗結果，油石比增大后，改性瀝青混合料凍融劈裂抗拉強度比和浸水殘留穩定度呈增大趨勢，混合料水穩性也增強。

因此，此公路試驗段中面層AC-13C 廢膠粉改性瀝青混合料油石比按5.0%確定。

3 施工工藝

廢膠粉改性瀝青混合料施工工藝與常規熱拌瀝青混合料大同小異，因廢膠粉改性瀝青混合料黏度更大，故對其施工過程控制要求更高。

3.1 改性瀝青混合料制備

當前工程中制備橡膠瀝青一般采用干法和濕法：干法制備時主要將廢膠粉按設計比與集料混合，再噴灑熱瀝青后拌和均勻；濕法制備時則以橡膠粉為改性劑摻入瀝青中，剪切制備得到橡膠粉改性瀝青。該工程主要將廢橡膠輪胎磨細至50～80 目并按16%的摻量摻入70#基質瀝青中，在180～185℃的溫度下以5000～6000r/min 的剪切速率剪切1h，以得到橡膠粉改性瀝青。廢膠粉改性瀝青混合料制備工藝可參照改性瀝青混合料，但必須重點加強各環節溫度控制，具體見表2。廢膠粉改性瀝青黏度較高，故應延長混合料拌和時間，以保證混合料性能。混合料存儲過程中，必須采用裝有攪拌裝置的儲罐，避免發生膠粉顆粒和集料顆粒沉淀，影響混合料性能。

3.2 攤鋪及碾壓

廢膠粉改性瀝青混合料攤鋪碾壓施工工藝與SBS改性瀝青完全一致，為此必須嚴格按照《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）的相關規定展開攤鋪及碾壓施工。攤鋪過程中，攤鋪機械必須按照3.0～4.0m/min 的速度連續勻速行進，避免不必要的中斷。碾壓則分初壓、復壓和終壓三個階段展開，且必須遵循緊跟慢壓、高頻低幅的碾壓施工原則。初壓階段主要使用1 臺Ingersoll-Rand-DD110 型雙鋼輪壓路機和1 臺DNPC-C522 型雙鋼輪壓路機緊跟攤鋪機，并按2.0km/h 的速度以高頻低幅的模式振動碾壓2～3 遍。復壓階段則通過2 臺徐工XP305 型膠輪壓路機按3.0km/h 的速度碾壓2～3 遍，并達到設計壓實度。終壓階段通過1 臺DD110 雙鋼輪壓路機掛強振前進靜壓1 遍、后退靜壓1 遍；再改用C521 型壓路機振壓1 遍，以徹底消除輪痕。

在廢膠粉改性瀝青混合料施工過程中為避免混合料黏輪，應在膠輪上均勻噴灑摻加潤滑劑的水，其余施工環節均與一般改性瀝青混合料施工過程相同。

3.3 接縫處理

4 瀝青路面施工質量控制策略

4.1 明確施工質量評價指標

公路工程在具體的施工中，企業要結合工程的具體情況，嚴格落實設計標準和規范化要求，確定瀝青路面評價指標和標準，給工程質量管控、方案的制定提供基礎條件。因此，在瀝青路面施工中，工程技術人員需要做好材料檢測、路面質量檢測、質量評價等方面分析，綜合評估瀝青路面的質量是否合格，如果存在質量問題，需要技術采取措施解決和處理。比如對于集料性能，要保證集料的堅固性處于35%～45%之間，保證材料的安定性在15%左右，以達到集料性能的要求。而針對瀝青材料來說，技術人員需要嚴格執行我國的國家標準和要求，做好材料技術參數的控制，保證針入度、黏度、性能等符合工程的要求。

4.2 做好材料管理工作

從材料管理的實際情況出發，為了避免因為材料的因素而給工程的質量產生負面的影響，所以要考慮到工程的具體情況選擇合適的施工材料，保證材料各項性能指標都符合要求，嚴格做好材料管控工作。

4.2.1 選擇合適的材料

分析了解瀝青路面的施工方案、公路等級、自然環境等要素，確定各項材料的技術指標和參數，根據招投標的結果簽訂采購合同。在合同中，需要明確標記好材料的性能標準、單次運輸量、運輸時間等要素。

4.2.2 材料檢查和驗收

材料進入到施工現場前，管理人員需要對材料的數量、規格參數、技術文件等進行全面檢查，如果發現技術文件不完善，則不能簽收該材料。同時，做好材料的抽樣檢測工作。比如某高速公路改擴建施工項目中，管理人員按照規范的要求進行水泥材料的取樣檢測，取樣數量為12kg，從20 個不同位置抽取相同重量的產品。同時，在相同批次、相同總量的條件之下，選擇砂石樣品12kg，要從堆料的、中、頂三個部分分別進行選取。

4.2.3 試拌作業

進行材料的試拌作業，結合檢測報告的技術參數，確定合適的瀝青材料配比方案，確定合適的技術參數，實現優化和調整。

4.2.4 質量控制

做好混合料攪拌質量的控制，工作人員加強攪拌環節管控。

4.3 提高施工過程質量控制力度

瀝青路面在具體施工環節，工作人員做好現場各個環節的管理和控制，同時還要做好旁站監理工作。如果發現現場施工和設計方案不符或者有違章作業的情況，監理人員及時終止施工，并且向上級單位報告，解決處理問題。

以某高速公路該擴建施工項目為例，在路面攤鋪、碾壓等施工環節，做好下述幾個方面的控制：現場配置有2 臺攤鋪機同時開展攤鋪作業施工；攤鋪機與壓路機組合成為機械施工組；技術人員做好瀝青混合料供應順利的控制，明確當地的攤鋪路段長度參數；在施工前就要放置好墊木，做好熨平板的調整工作，保證前端是平齊的狀態，且要做好預熱處理。然后將攤鋪設備溫度加熱到100℃以上，再組織現場進行攤鋪施工；底面結構攤鋪作業的速度為4m/min，中、表面層攤鋪速度為3m/min；定期做好各項技術的檢測，如果存在偏差，應該做出適當的調整，同時選擇合適的機械設備。做好溫度參數的控制，初壓環節溫度在150～160℃之間。

4.4 做好瀝青路面驗收評定工作

瀝青路面施工完成后，施工單位需要先進行自檢作業，如果存在質量問題，需要及時處理，主要檢測技術參數是壓實度、彎沉值等。然后交付給第三方檢測機構、建設單位、監理單位同時進行驗收與評定，做好各項技術參數的檢測和控制，全面對照和分析，保證現場技術參數和設計方案、國家標準是一致的，偏差處于合理范圍內，這樣才能交付使用。如果發現有嚴重的質量問題，應該做好返修處理，以確保工程的質量合格。

4.5 采取質量通病防治及修補措施

在當前施工中，雖然施工單位做好了質量管理和控制，提升了施工技術水平，但是還是無法從根本上消除預防路面裂縫等質量問題，所以加強質量管控極為重要。因此，施工單位需要提前評估各種工程問題的發生概率、產生的影響等方面，以此作為基礎選擇合適的質量管控與管控。比如，在上述改建項目中，企業還要同時進行瀝青路面裂縫監測工作，對于形成的位置、走向、長度、寬度、深度等參數進行監測和控制，在裂縫兩側需要埋設標志，應用千分尺、游標卡尺等監測和控制，或者應用裂縫計做好量測控制。通過直接測量方式進行裂縫長度監測，然后測量深度尺寸。

4.6 季節性施工管理

冬季、雨季等環境下進行施工，容易給瀝青路面的質量產生嚴重的影響。基于此，施工企業必須選擇合適的施工管理和控制措施，以保證工程的質量合格。在某改擴建項目中，在冬季進行施工，為了避免施工季節產生的不利影響，應該選擇下述措施進行控制：現場存放的施工材料必須進行防雪、防凍等處理，將容易發生凍害的材料分批進入現場，表面覆蓋一層油氈達到保護作用；做好現場施工作業的調整，將現場的水源進入部位封堵處理，定期開展排水處理，防止在現場出現結冰等情況；對于施工人員進行冬季施工培訓和教育工作，消除不利因素影響，保證施工質量合格。

5 結語

綜上所述，通過對Z 公路上中面層廢膠粉改性瀝青混合料施工過程的分析得知，原材料選擇和配合比設計是保證改性瀝青混合料性能質量的關鍵。混合料溫度及碾壓施工控制是保證廢膠粉改性瀝青混合料施工質量的關鍵，必須加強碾壓設備組合及碾壓遍數等的嚴格把控。施工質量檢測結果顯示，該公路試驗段廢膠粉改性瀝青混凝土面層平整度、壓實度、構造深度、摩擦系數及滲水系數等均符合規范要求，表明施工質量優良，且路面使用性能也比常規改性瀝青混合料路面優越。