廢膠粉改性瀝青路面材料的應(yīng)用研究

孫修雷

摘 要：本文主要以我國(guó)南方某公路工程為例展開(kāi)分析，對(duì)廢膠粉循環(huán)利用的材料檢測(cè)與配合比設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，并對(duì)實(shí)際檢測(cè)的路用性能及其施工工藝展開(kāi)論述，以期能夠?yàn)槲覈?guó)公路工程的發(fā)展提供可靠的支持。

關(guān)鍵詞：膠粉改性瀝青;路面材料;應(yīng)用研究

中圖分類號(hào)：U414 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

近些年，我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，同時(shí)也推動(dòng)著交通運(yùn)輸和汽車制造行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，在這樣的背景下，廢舊輪胎的處理問(wèn)題就成為了一項(xiàng)社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)，在不合理的處理方式下很容易產(chǎn)生環(huán)境污染。而利用廢膠粉來(lái)進(jìn)行路面改性瀝青的設(shè)計(jì)，不僅能夠極大地改善瀝青材料的路用性能，同時(shí)還兼具十分優(yōu)良的環(huán)境友好性。實(shí)踐研究顯示，在相同的承載力水平下，用摻加廢膠粉的瀝青材料施工，可以減薄路面設(shè)計(jì)厚度約40%～50%，且使用壽命也將大大延長(zhǎng)，對(duì)于行車時(shí)的噪聲問(wèn)題也有著較好的改善效果，同時(shí)在抗車轍性能上的表現(xiàn)更為優(yōu)異。總體來(lái)看，在瀝青路面材料中應(yīng)用廢膠粉，將具有更好的路用性能，具有相當(dāng)突出的推廣價(jià)值。

1 工程概況

本文以我國(guó)南方某高速公路工程為例進(jìn)行分析，該項(xiàng)目全長(zhǎng)約36.73 km，設(shè)計(jì)采用雙向六車道，其設(shè)計(jì)速度定為120 km/h，路面總厚度為80 cm，各結(jié)構(gòu)層的具體設(shè)計(jì)情況為：5 cm厚AR-AC-13C上面層+7 cm厚AR-AC-20C下面層+12 cm厚ATB-25瀝青穩(wěn)定碎石上基層+36 cm厚水泥穩(wěn)定碎石下基層+20 cm厚水泥石灰穩(wěn)定土底基層。

2 廢膠粉改性瀝青材料檢測(cè)及配合比設(shè)計(jì)

2.1 原材料檢測(cè)

瀝青：按照施工需求以及相關(guān)規(guī)范要求，在本項(xiàng)目中用到的瀝青材料為摻有20%膠粉的改性瀝青，且其各項(xiàng)物理、力學(xué)性能均符合行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

集料：考慮到工程整體的經(jīng)濟(jì)性，集料主要選擇工程所在地的碎石，根據(jù)其粒徑的不同可將集料大致分為四類：A料：10 mm～16 mm;B料：5 mm～10 mm;C料：3 mm～5 mm;機(jī)制砂：0 mm～3 mm。對(duì)于A、B、C三種集料，需要在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)分別進(jìn)行四種不同規(guī)格的篩分，并在篩分后對(duì)其物理性質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)合格的集料將轉(zhuǎn)運(yùn)至攪拌站內(nèi)與廢膠粉充分混合，其中礦粉和消石灰的比例一般控制在70：30左右。在攪拌工序結(jié)束后應(yīng)及時(shí)安排技術(shù)人員對(duì)其主要技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。

2.2 配合比設(shè)計(jì)

依據(jù)已有的施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)最終選定為間斷型級(jí)配。根據(jù)相關(guān)要求，可采用三條礦料級(jí)配，且其可分別與設(shè)計(jì)所要求的上、中、下限相適應(yīng)。借助于“貝雷法”以及馬歇爾試驗(yàn)可獲得油石比為6.5%，將該指標(biāo)代入到設(shè)計(jì)中，可以計(jì)算得到混合料的空隙率約為4.0%，基本符合規(guī)范所指定的要求。

3 廢膠粉改性瀝青路面材料的路用性能

由上文可以得知，理論上當(dāng)廢膠粉在瀝青中的摻加比例為20%時(shí)，相較于基質(zhì)瀝青，?廢膠粉改性瀝青在低溫抗裂、高溫穩(wěn)定方面的表現(xiàn)更加優(yōu)異。為了進(jìn)一步驗(yàn)證這一預(yù)期要求，本項(xiàng)目采用對(duì)照試驗(yàn)的方式比對(duì)了AC-13、AR-AC-13和SBS-AC-13三種不同瀝青混合料的路用性能。馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果表明，SBS-AC-13的最佳油石比為5.5%，而對(duì)于AC-13而言這一指標(biāo)則為4.8%。下面，將詳細(xì)探討這三類瀝青混合料的各項(xiàng)路用性能。

3.1 高溫穩(wěn)定性

在該項(xiàng)目所用?廢膠粉改性瀝青的高溫穩(wěn)定性檢測(cè)中，主要以動(dòng)穩(wěn)定度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，借助車轍試驗(yàn)來(lái)測(cè)得相應(yīng)數(shù)值。根據(jù)要求，分別制備這三類材料的試件，每類材料制作三個(gè)，并取三個(gè)試件檢測(cè)結(jié)果的平均值作為該材料所對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果。在對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理后發(fā)現(xiàn)AR-AC-13組的動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)為3 208次/mm，高于設(shè)計(jì)規(guī)范所要求3 000次/mm的標(biāo)準(zhǔn)，能夠用路面施工;而SBS-AC-13組測(cè)得的動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)為3 807次/mm，同樣也高于相應(yīng)2 800次/mm的要求;基質(zhì)組AC-13測(cè)得最終指標(biāo)為1 046次/mm，大于800次/mm的最低要求。根據(jù)這些數(shù)據(jù)可以明顯看出SBS-AC-13組在高溫穩(wěn)定性上的表現(xiàn)是最為優(yōu)異的，雖然相較之下AR-AC-13組指標(biāo)略低，但其仍遠(yuǎn)高于基質(zhì)組的性能，達(dá)到其約3倍的水平。由此可以發(fā)現(xiàn)，在瀝青混合料中摻加一定量的膠粉，能夠顯著提升改性瀝青材料的高溫穩(wěn)定性，使其在高溫環(huán)境中仍能維持原有的幾何形態(tài)不發(fā)生軟化。

3.2 低溫抗裂性

在極寒等低溫環(huán)境中，瀝青材料往往容易發(fā)生開(kāi)裂問(wèn)題，其主要是由于結(jié)構(gòu)在外界作用下產(chǎn)生了不均勻的內(nèi)力分布，或由于水滲入到結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)生凍脹。長(zhǎng)此以往，不僅會(huì)損害公路的使用性能，同時(shí)也會(huì)大大縮短工程的使用壽命。在這樣的背景下，本項(xiàng)目決定在低溫條件下采用小梁彎曲試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證廢膠粉對(duì)瀝青混合料低溫抗裂性的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，AR-AC-13組的破壞應(yīng)變約為2 830.1 με;而SBS-AC-13組測(cè)得的指標(biāo)則為2 573.3 με，與規(guī)范所要求的下限2 500 με相比，均能夠很好地滿足要求。比對(duì)這兩者，可發(fā)現(xiàn)AR-AC-13組的破壞應(yīng)力較SBS-AC-13組更大，這一現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因是廢膠粉的摻加對(duì)于混合料粘性有著很好的改善效果，并以此來(lái)提高其破壞應(yīng)力水平，并強(qiáng)化其在低溫環(huán)境下的抗彎拉能力。

4 廢膠粉改性瀝青路面的施工工藝

4.1 制備膠粉瀝青結(jié)合料

考慮到施工環(huán)境與工程預(yù)期的影響，本項(xiàng)目選定“濕法”施工工藝來(lái)完成混合料的制備，并以20%的廢膠粉摻量作為施工標(biāo)準(zhǔn)。在制備工序全過(guò)程中，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控，使其能夠滿足規(guī)范的相應(yīng)要求，譬如制備的環(huán)境溫度應(yīng)當(dāng)保持在170℃～180℃的范圍內(nèi)。

4.2 清理路面

在瀝青混合料正式開(kāi)始攤鋪工序之前，首先應(yīng)當(dāng)對(duì)路面展開(kāi)清潔，清除其上存在的各種雜物，譬如散落的集料，保證其上清潔、干燥。在清潔工作結(jié)束之后，還需要在表層均勻噴灑一定量的黏層油，并復(fù)核路面結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)參數(shù)，譬如高程、坡度等，將其與設(shè)計(jì)方案保持一致。

4.3 運(yùn)輸施工

瀝青混合料在運(yùn)輸過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)將其溫度保持在一定的范圍內(nèi)，若其溫度過(guò)低則很有可能會(huì)導(dǎo)致其粘結(jié)，為此可在運(yùn)載車輛的頂棚上覆蓋篷布，減緩熱量散失的速度，同時(shí)也應(yīng)確保車輛在裝載之前的清潔。裝料應(yīng)當(dāng)依照“后-中-前”的順序進(jìn)行，防止可能出現(xiàn)的離析問(wèn)題。

4.4 攤鋪施工

為了保證先鋪與后鋪層之間性質(zhì)盡可能地接近，保障碾壓工序的質(zhì)量可控，攤鋪工序應(yīng)當(dāng)盡量保證在同一溫度條件下完成。一般來(lái)看，攤鋪工序的溫度以155℃～175℃為最佳，且應(yīng)確保施工的連續(xù)、勻速和慢性，若施工中遇到意外情況，應(yīng)當(dāng)緩慢減速至停車，并對(duì)快速處理事故完成后續(xù)施工，這一間隔時(shí)間應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格把控，并應(yīng)滿足相應(yīng)規(guī)范要求。橫向接縫處理是攤鋪工序的關(guān)鍵內(nèi)容，需要技術(shù)人員嚴(yán)格管理混合料，嚴(yán)禁其散落到接縫處，一般可將橫向攤鋪安排在縱向攤鋪工序之前進(jìn)行。本項(xiàng)目采用全幅攤鋪進(jìn)行施工，攤鋪速度設(shè)定為1 m/min，攤鋪設(shè)備夯錘定為4.5級(jí)，松鋪系數(shù)為1.15，且可借助鋼絲繩來(lái)管控?cái)備伜穸取?/p>

4.5 碾壓施工

考慮到本項(xiàng)目所用瀝青混合料的骨料為間斷型級(jí)配，與普通瀝青混合料相比?廢膠粉改性瀝青具有更高的粘結(jié)性，因此粗集料的占比就比較大，在選擇壓路機(jī)型號(hào)時(shí)需要優(yōu)先考慮更大的噸位，并適當(dāng)提高碾壓作業(yè)溫度。一般來(lái)說(shuō)，碾壓作業(yè)可大致分為初壓、復(fù)壓、終壓三個(gè)步驟，其中初壓可將溫度維持在152℃～166℃的范圍內(nèi)，并應(yīng)用兩臺(tái)雙鋼輪壓路機(jī)來(lái)完成施工，其中壓路機(jī)的前進(jìn)過(guò)程可進(jìn)行一遍振動(dòng)碾壓，而后退過(guò)程采用一遍靜壓即可;復(fù)壓工序也采用兩臺(tái)雙鋼輪壓路機(jī)施工，但其應(yīng)全程采用振動(dòng)碾壓的方式，且碾壓次數(shù)以3～4遍為宜;作為碾壓施工的最后步驟，終壓僅可進(jìn)行2～3靜壓，以消除輪壓痕跡為原則。

5 廢膠粉改性瀝青路面施工質(zhì)量檢測(cè)

5.1 構(gòu)造深度檢測(cè)

在構(gòu)造深度的檢測(cè)工作中，應(yīng)用鋪砂法來(lái)完成，為了提升檢測(cè)過(guò)程的準(zhǔn)確性，避免因偶然因素所導(dǎo)致的誤差，檢測(cè)過(guò)程采用行車道、超車道、停車道三次檢測(cè)的方式，其結(jié)果如表1所示。由表中結(jié)果可知，上部荷載、自然條件對(duì)于路面構(gòu)造深度指標(biāo)的影響并不顯著，且廢膠粉改性瀝青對(duì)于改善工程質(zhì)量具有較好的效果。

5.2 路面滲水系數(shù)檢測(cè)

對(duì)瀝青路面的滲水系數(shù)展開(kāi)檢測(cè)，一般是通過(guò)滲水儀及其他輔助設(shè)備來(lái)完成的，本項(xiàng)目首先根據(jù)預(yù)設(shè)的監(jiān)測(cè)路段確定了五個(gè)基本測(cè)點(diǎn)，并對(duì)檢測(cè)點(diǎn)附近進(jìn)行了清理，創(chuàng)造了充足的工作面，在其上安設(shè)固定測(cè)水儀。本項(xiàng)目取K0—K24作為檢測(cè)路段，其總長(zhǎng)約1 km，其上選擇五個(gè)不同的測(cè)點(diǎn)，檢測(cè)結(jié)果表明該測(cè)段內(nèi)未發(fā)現(xiàn)透水問(wèn)題，滿足規(guī)范要求。

6 結(jié)語(yǔ)

廢膠粉是一項(xiàng)生產(chǎn)生活中所產(chǎn)生的附屬?gòu)U品，將其應(yīng)用在瀝青材料中能夠顯著提升其高溫穩(wěn)定性以及低溫抗裂性，表現(xiàn)出突出的應(yīng)用效果。此外，廢膠粉作為一項(xiàng)對(duì)環(huán)境具有較大污染作用的廢料，將其應(yīng)用于工程建設(shè)能夠踐行“變廢為寶”的發(fā)展原則。通過(guò)實(shí)踐和研究還可以發(fā)現(xiàn)，廢膠粉的來(lái)源廣泛、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，在實(shí)踐中的應(yīng)用價(jià)值十分突出，因此加大對(duì)膠粉改性瀝青性能的研究意義重大。

參考文獻(xiàn)：

[1]張旭龍，劉濤，吳述祥.廢膠粉改性瀝青在OGFC-13瀝青路面中的應(yīng)用研究[J].四川建材，2018（7）：13-14+24.

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