蒙脫土改性瀝青復合料的施工應用技術研究

劉銘輝

（贛州市公路發展中心崇義分中心，江西 崇義 341300）

0 引言

蒙脫土又稱微晶高嶺石或膠嶺石，是膨潤土礦的主要礦物成分，一種硅酸鹽類的天然礦物質。蒙脫土加水后會變成糊狀，體積可以膨脹幾倍，受熱后可以脫水，體積收縮。蒙脫土有很強的陽離子交換和吸附功效，可用作吸附劑、漂白劑、填充劑，與聚合物復合，可以賦予聚合物以較好的減緩紫外線傳播和氣體阻隔性。蒙脫土可以有效減緩紫外線和氧氣在瀝青復合料上的擴散，進而降低瀝青在長時期熱氧老化過程中的針入度、軟化點、黏度和延度等，增強瀝青的抗老化功效。蒙脫土還能夠與瀝青構成復合插層結構，通過蒙脫土片層有效限制瀝青在高溫下的流動形變，進而顯著增強瀝青的高溫耐車轍能力。

1 案例簡介

某公路總長202.26 km，設計時速100 km/h。該公路路面在設計建設中，為適應高原和草原公路的環境相對干燥和紫外線照射強烈的特點，采用蒙脫土改性瀝青復合料技術，以利用蒙脫土改性可以有效減緩紫外線的傳播和氧在瀝青中復合料中的擴散，從而提高瀝青復合料路面的抗老化性能，增強路面結構質量和應用持久性。其瀝青復合料為蒙脫土改性瀝青復合料，采取Superpavel2.5級配設計。復合料鋪層厚度4 cm，路幅寬度11.25 m，由2臺ABG423型攤鋪機鋪筑。

2 蒙脫土改性瀝青復合料施工技術

2.1 施工設備配套

（1）攤鋪機。應用多功能攤鋪機開展攤鋪作業。攤鋪機主要由底盤、發動機、料斗、送料裝置、螺旋器、振動器、熨平板以及機電控制系統組成。復合料從運料車卸入攤鋪料斗，由刮板輸送機輸送至攤鋪室，再由螺旋器攤開鋪至路面。攤鋪過程中邊松鋪，邊振搗夯實，邊由熨平板整平。攤鋪機的功效特性、參數配置和攤鋪過程控制，密切關系復合料的攤鋪質量和路用功效。

（2）攪拌機。攪拌機配置一定要滿足攤鋪機現場鋪筑作業的用料量需求。根據復合料鋪筑工程量、相關性能有效期、運送效率等綜合考慮配置，其參考最小產量可由公式（1）進行計算：

式中，Qmin——綜合因素決定的攪拌裝備的最小復合料生產量（t/h）；hmax——攤開鋪路面單層的最大厚度（m）；B——單幅路面寬度（m）；v——鋪推進速度，通常＜4 m/min；γ——復合料壓實后的密度（t/m3）；kw——骨料的含水量影響系數；kt——時間利用系數；km——材料影響系數。時間利用系數kt在一定程度上反應攪拌作業的管理水平，通常可按表1予以選擇。

表1 時間利用系數kt

材料影響系數反應不同材料的拌料難易程度。工程實踐顯示，細料比粗料更難攪拌，改性瀝青比普通瀝青更難拌和，需要適當提高礦料溫度；如果復合料需要添加纖維，則需要適當增加更多的攪拌時間，所以對于不同的材料要有不同的加權系數。具體見表2所示。

表2 材料攪拌難易度影響系數km

骨料含水量的影響系數表達骨料的含水量對攪拌機生產效率的影響。拌料生產能力由攪拌器和烘干筒兩個關鍵組件決定。額定生產率是在骨料含水量為5的標準條件下的基準值。當骨料含水量較高時，需要降低生產率，以保證骨料的加熱和干燥功效。當骨料含水量相較于標準工況低時，生產效率取決于調拌器的產量，因為調拌器不受骨料含水量的影響。研究顯示，骨料含水量大于標準工況時，應適當降低產量，每大于標準工況1%含水量，產量應減少10%左右。骨料含水量的影響系數取值具體見表3。

表3 骨料的含水量與影響系數kw的關系

（3）壓路機。應按瀝青公路路面的施工技術規范要求，開展初壓、復壓、終壓。對于Superpave或SMA復合料因骨架嵌鎖基礎較好的，可以省略初壓過程，直接進入復壓過程。碾壓操作段長度一般在30~50 m之間選擇，各階段應注意滿足必要的壓實溫度。根據表4選擇壓路機型式、碾壓頻次和壓實速度[1]。

表4 壓路機作業參數

初壓應用雙鋼輪靜壓壓路機或者以振動壓路機靜壓；復壓不得啟動振動壓實，應選擇輪胎壓路機或雙鋼輪振動壓路機；終壓應用雙鋼輪靜壓壓路機或輪胎壓路機碾壓。靜壓壓路機的重疊寬度通常選擇輪寬的1/2，振動壓路機重疊寬度一般選擇30 cm左右。壓路機相關參數配置與計算可參考如下：

（1）初、終壓的壓路機數量配置。可按公式（2）進行計算。計算時重疊寬度為鋼輪寬度的1/2：

式中，n1——初壓或終壓的壓路機配置數量（臺）；N1——初壓遍數；vr——壓路機的行進速度（km/h）；vt——攤鋪推進速度（m/min）；b——壓路機的輪間寬度（m）。

（2）復壓的壓路機數量配置。可按公式（3）進行計算：

式中，n2——復壓的壓路機配置數量（臺）；b1——重疊碾壓寬度；N2——復壓遍數；其余同上。

（3）運料車配置計算。在機械裝備的設置上，一旦確定了攤鋪機、拌料機、壓路機的數量，一般不再作臨時調節。而運料車輛則應根據作業量和運距的變化，可做隨時調整。運料車輛數量的調節，受行駛時間、裝卸時間、等待時間等參數影響決定。通常要求車速＞30 km/h，運載量＞5 t，正常攤鋪時，每臺攤鋪機前要有2~3輛卸料車，以保證連續穩定作業[2]。

1）所需運料車數量可根據公式（4）進行估算：

式中，Nc——運料車理論配置數量；G——運料車的載量均值（t）；Q——拌料出貨能力（t/h）；K——運料車的儲備系數，通常在1.10~1.20取值，當路面狀況和車輛狀況較差時取大值，較好時取小值；ta——裝、運、卸和回程等待所需的時間的總和（min）。

2）運料車輛完成一個運料循環所需的相關時間的計算。

運料車裝料所需的時間按公式（5）計算：

式中，tp——運料車的裝料需要時間（min）。

車輛運料和返程時間可按公式（6）給予計算：

式中，tc——運輸復合料所需時間（min）；L——運輸復合料的行程距離（km）；vy——運料平均車速（km/h）；vk——運輸車返程平均車速（km/h）。

運輸車待卸料和卸料需要時間，可按公式（7）計算：

式中，tf——運輸車待卸料和卸料需要時間（min）；n——等待卸料的車輛數量；其他同上。

2.2 蒙脫土改性瀝青復合料的攤鋪

蒙脫土改性瀝青復合料的攤鋪工藝與質量控制技術要點如下：

（1）應用梯形攤鋪作業法。1臺攤鋪機攤鋪寬度為5.25 m，另1臺攤鋪寬度為6.00 m。6.00 m攤鋪機先行，2臺攤鋪機前后間距控制在1~2 m，松鋪層保持重疊5~10 cm。

（2）根據攤鋪機中速高頻運行狀態和控制平整度的要求，攤鋪速度控制在2.50~3.00 m/min，振動頻率宜控制在15~20 Hz范圍，熨平板頻率宜調整為30~40 Hz，以保證松鋪平整度和實現良好的預壓實度[3]。

（3）攤鋪機作業前應充分預熱，通常預熱時間不低于30 min，保證熨平板的表面溫度達到150 ℃左右。熨平板溫度過低，熱復合料遭遇冷熨平板，會導致粘板，使鋪層表面發生推擠、開裂，推料影響碾壓后路面的平整度。

（4）由試驗確定攤鋪厚度，根據表5確定松鋪系數k為1.18，因此松鋪厚度宜在4.72 cm。

表5 松鋪系數試驗數據

（5）攤鋪機啟動前，宜準備2種墊木。一種用于初鋪，其厚度為攤鋪厚度與松鋪系數的乘積。另一種是在攤鋪過程中供起步使用，其厚度應為松鋪厚度減去壓實厚度。

（6）螺旋布料器宜選擇低位攤鋪狀態，軸線至地表高度設為31.50 cm。

（7）為保證攤鋪穩定均勻，布料器料位應為螺旋片高度的2/3~3/4之間。布料器轉速不能快也不能慢，應與攤鋪厚度、寬度、行進速度相匹配，其運行時間應控制在攤鋪機作業時間的80%。

圖1顯示了蒙脫土改性瀝青復合料的攤鋪現場。從圖中可以看出，采取攤鋪質量控制措施后，攤鋪層穩定均勻。

圖1 蒙脫土改性瀝青復合料攤鋪現場

2.3 壓實施工及質量控制

一般路面碾壓操作包括3個階段，具體如圖2所示。

圖2 瀝青路面碾壓過程

為達到壓實度，采取以下工藝及控制質量措施。

（1）初壓采用2臺DD110壓路機。1臺壓路機跟隨攤鋪機基于側邊碾壓，1臺壓路機跟隨攤鋪機沿路面接縫碾壓。在不粘輪和推移的情況下，啟動振壓，否則須先靜壓后振壓。靜壓輪寬重疊1/2，振動輪寬重疊30 cm。振動碾壓行進速度4~5 km/h，碾壓4~6遍。靜壓行進速度2~3 km/h。

（2）復壓應用2臺1膠輪壓路機，緊隨初壓再碾壓3遍，碾壓速度3~5 km/h。

（3）終壓在復壓后緊隨進行，碾壓2遍，碾壓速度3~5 km/h，直至無輪跡為止。碾壓方式是壓路機每次從兩端折回時，應呈階梯狀，緊跟攤鋪機前進，折回處不應在同一橫截面上，并與碾壓斷面縱向重疊1~1.5 m。在碾壓過程中，要尤其注意復合料溫度有否存在溫度敏感區。如果存在敏感區，應避免在敏感區內振動碾壓操作，而選擇使用橡膠輪碾壓。應根據現場復合料的溫降情況，控制碾壓距離，一般控制在30~50 m。

3 結語

綜上所述，從復合料施工的設備配套、復合料的攤鋪、壓實施工及質量控制等方面，梳理探討了蒙脫土改性瀝青復合料的施工應用技術。蒙脫土有很強的陽離子交換和吸附功效，可以賦予聚合物以較好的減緩紫外線傳播和氣體阻隔性。蒙脫土改性瀝青復合料路面有限制瀝青高溫流動形變，高溫老化和增強高溫耐車轍功效。材料優勢也需要高質量的路面施工技術給予助力和保障。蒙脫土改性瀝青復合料鋪筑施工，采取專場拌料，運至攤鋪現場，由多功能專業攤鋪機和壓路機以梯式組隊方式進行鋪筑壓實作業，因此需要以現場鋪筑操作為中心，系統組合配套施工設備，保證核心裝備即現場攤鋪機能夠處在合理正常基礎上發揮最優功效。