基于干法和濕法工藝的排水路面施工控制及應用評價★

王 靖，曾 貴，王俊超，黃 峰

(1.廣西新發展交通集團有限公司欽州高速公路運營分公司,廣西 欽州 535000;2.重慶市智翔鋪道技術有限公司,重慶 401336)

0 引言

現階段高速公路瀝青路面的上面層基本采用骨架密實型的SMA-13或懸浮密實型的AC-13[1],其特點在于孔隙率低,表面構造磨耗較快,引發南方多雨地區的雨天行車安全問題,尤其是長下坡路段和超寬彎道段,主要體現在雨水與路表形成一層水膜,降低了輪胎與路表的接觸面積,在高速行駛中容易產生水漂[2];另一方面加之構造越小,利用輪胎花紋和表面構造排水的能力越弱,車輛高速行駛導致雨水飛濺形成水霧干擾兩側以及后方通行車輛視線,存在安全隱患。為此,具有透水性能的瀝青混合料成為功能性瀝青路面的研究熱點之一。

空隙率為18%～25%的排水路面主要類型為OGFC-13和PAC-13,為保證大孔隙混合料的耐久性,通常使用高黏改性瀝青。我國早期較為依賴日本進口的TPS,而隨著瀝青改性材料及工藝的進步,交通運輸部公路科學研究院作為高黏改性劑的引領者推動了中國高黏改性瀝青的發展[3]。賀玉瑩等[4]依托HVA高黏劑的基礎上開發了高性能高黏改性劑 HVA-H并驗證了高低溫性能,認為采用通過力延度試驗計算的拉伸柔量和穩態流動試驗測試的零剪切黏度用于表征高低溫性較為貼切。呂大春等[5]在研究中引入灰色關聯度理論,結果表明不同來源基質瀝青與高黏改性劑配伍效果相差較大,但可通過瀝青常規性能與流變性能指標相關性進行優選高黏劑。馬嘉琛[6]、高磊[7]、楊三強[8]、張樹文[9]等分別利用SBS,TPS,相容劑,穩定劑制備高黏劑并驗證高黏瀝青性能。但大多數高黏劑是采用直投方式,而高黏瀝青的檢測指標又是通過濕法加入,兩者的不統一對排水路面的施工控制也帶來一定的弊端。本文結合廣西某高速公路長下坡路段專項養護項目,對比分析干法和濕法兩種工藝下排水路面PAC-13的施工控制以及應用評價,為后續路面改造提供參考。

1 項目概況

1.1 項目背景

G75蘭海高速某路段地處桂南地帶,常年高溫多雨,各路段自完成改擴建后均為雙向八車道的瀝青混凝土路面,其中部分超高過渡段路面降雨時出現排水不暢或路面積水,影響行車安全。為提高駕駛員在超速、急轉、急剎等不當操作的容錯率,在排水不暢路段實施瀝青排水路面工程。

1.2 設計方案

通過對原路面進行調查測量,未發現路面有明顯沉降。如圖1所示,本次路面設計方案為銑刨4 cm上面層后加鋪防水黏結層及4 cm PAC-13排水路面,采用干法及濕法兩種施工工藝。由于路面采用銑刨重鋪結構,排水瀝青層底面標高低于土路肩表面及路緣石表面標高。為保證路面層間水接入現有排水系統,應設置導水槽。導水槽底面、側壁撒布SBS改性瀝青防水層,撒布量1.0 kg/m2～1.2 kg/m2。

2 原材料控制

2.1 SBS改性瀝青與高黏劑的配伍性

瀝青膠結料是決定排水瀝青混合料性能的關鍵因素之一。配伍性試驗主要依靠濕法加工而成的高黏瀝青關鍵技術指標確定。前期在選擇高黏劑的過程中,首先通過高黏劑顆粒與SBS改性瀝青在不同剪切條件下的溶脹效果作為初選,剔除發育效果的高黏劑。

其次,為保證此次試驗段對高黏劑和SBS改性瀝青的配伍性,對原樣SBS改性瀝青的技術指標展開控制,相比《公路瀝青路面施工技術規范》[10]而言,在設計階段將I-D型SBS改性瀝青的軟化點指標60 ℃提高至75 ℃以上,5 ℃延度由大于20 cm提升至大于25 cm,135 ℃運動黏度由小于3 Pa·s縮小范圍至2.2 Pa·s～3 Pa·s,彈性恢復率由75%提升至90%,48 h軟化點差降低至2.0 ℃。

根據《排水瀝青路面設計與施工技術規范》[11]中對高黏瀝青的指標要求,將高黏瀝青的軟化點提升至85 ℃,48 h軟化點差由2.5 ℃降低至2.2 ℃,60 ℃動力黏度提高至300 000 Pa·s。以上對瀝青指標的控制均為保障試驗段項目在高溫重載多雨環境下的耐久性。其中,對于濕法改性的高黏瀝青在儲存過程中按頻率(次/d)進行軟化點、老化后軟化點兩個指標的抽檢,其變化幅度應在±2 ℃內。

2.2 細集料和填料控制

機制砂的潔凈程度直接影響瀝青膠砂的內部黏聚力,從而導致大孔隙混合料在長期動水壓力的作用下出現松散而最終導致排水路面的破壞。為此,試驗段項目針對機制砂選材特別注重亞甲藍值和砂當量兩個指標,經過比對3個廠家料源,只保留了亞甲藍值低于2.5 g/kg和砂當量超過65%的廠家。再則針對填料應選擇干燥、潔凈、無風化、無雜質的石灰巖石料磨細礦粉,嚴格規避回收粉以及含水率超過1%的礦粉。

3 生產控制

3.1 生產配合比

根據干法和濕法兩種生產工藝,按照相關規程,通過不同油石比下的飛散試驗和析漏試驗結果的拐點獲取最小瀝青用量和最大瀝青用量,再綜合確定油石質量比為4.7%。碎石(10～15) mm∶碎石(5～10) mm∶石屑(0～3) mm∶礦粉(0～0.6) mm=32%∶52%∶12%∶4%,聚酯纖維摻量0.1%,見表1—表6。

表1 高黏改性瀝青技術指標

表2 I-DSBS改性瀝青技術指標

表3 粗集料技術指標

表4 細集料技術指標

表5 礦粉技術指標

表6 PAC-13生產配合比礦料合成級配

3.2 拌和參數控制

3.2.1 拌和前準備

為保證排水瀝青混合料質量,需確定拌和站裝有溫度計及二次除塵設置,拌和全過程采用電腦進行控制并能逐盤打印。再則拌和樓的計量設備已通過有資質的計量部門標定,在使用過程中不定期進行復核,確保計量準確。冷料倉進料比例、速度已進行標定。聚酯纖維采用計量準確的機械進行投放,保證投放時間,聚酯纖維計量精度為±1%。而在干法工藝中,高黏改性劑也宜采用機械投放,其計量精度為±0.2%。

3.2.2 拌和順序及時間

無論干法還是濕法工藝,拌和時間均經試拌確定,應以混合料拌和均勻、所有礦料顆粒全部裹覆瀝青結合料為度,無花白料、無結團成塊或嚴重的粗細集料分離現象。在濕法工藝中,集料和纖維同時投放,干拌時間為20 s,再投入礦粉,噴撒高黏改性瀝青,濕拌40 s,整個循環周期60 s;在干法工藝中,集料和纖維同時投放,干拌時間為15 s,隨后噴撒瀝青,同時投入高黏度添加劑拌和10 s,5 s后投放礦粉,礦粉投放完后濕拌35 s,整個循環周期65 s。

3.2.3 拌和溫度

瀝青混合料拌和溫度是影響生產質量的因素之一,根據運距合理選擇集料和瀝青加熱溫度,溫度參數如表7所示。

表7 PAC-13瀝青混合料生產溫度控制表 ℃

4 攤鋪、碾壓控制

4.1 攤鋪

鋪筑試驗段采用2臺已配備非接觸式平衡梁裝置的攤鋪機,并采集初始壓實度參數。若采用不同型號的攤鋪機時,注意夯錘振搗頻率開到最大值的50%以上,兩臺攤鋪機初始密度相差小于0.05。兩臺攤鋪機前后行走間距為 5 m～10 m,搭接寬度控制在5 cm～10 cm,以確保縱向接縫質量。為避免層間排水導流層和層間黏結大幅度下降,導致路面不能正常傳遞行車荷載,造成路面層間水現象嚴重,引發路面坑槽等早期病害,攤鋪機橫向螺旋前端加裝防滾落粗集料擋板,防止攤鋪面接地層大多數為一層大顆粒粗集料墊底。大空隙率級配結構,兩臺攤鋪機對接高出0 mm～1 mm。攤鋪速度為2 m/min～3 m/min,排水瀝青混合料攤鋪溫度不宜低于155 ℃,低于150 ℃瀝青混合料應做廢棄處理。

4.2 碾壓

由于排水瀝青路面空隙率高達 18%～25%,粗集料基本為點與點接觸,容易壓實,也容易將集料壓碎,造成瀝青混合料局部失去黏聚能力,從而導致掉粒飛散等病害。排水瀝青路面碾壓主要控制均勻壓實和集料多次碾壓搓揉達到穩固。按初壓、復壓、終壓三個階段進行。初壓應在混合料攤鋪后緊跟進行,壓實溫度控制在150 ℃～165 ℃,不得產生推移、開裂,初壓為靜壓4遍～5遍。初壓后觀察平整度、路拱,發現問題及時作適當調整。復壓宜采用膠輪壓路機,控制溫度80 ℃～100 ℃碾壓,壓實1遍～2遍。終壓可采用鋼輪壓路機靜壓1遍。為防止較高溫度下膠輪壓路機黏輪,宜采用隔離劑噴淋裝置。試驗段監控碾壓溫度見表8。

表8 PAC-13瀝青混合料實測碾壓溫度

5 應用效果評價

5.1 干法和濕法排水瀝青混合料性能對比

根據試驗段所取熱料進行排水路面瀝青混合料路用性能測試,結果見表9。

表9 濕法和干法排水瀝青混合料性能測試結果

由表9可知,兩種工藝在高溫穩定性、水穩定性以及低溫性能等方面均較為接近,但整體上看,采用濕法拌制的混合料稍優于干法拌制的混合料,其主要原因在于濕法改性的高黏瀝青混合料中高黏劑通過溶脹、剪切、發育后較為均勻地分散在SBS改性瀝青中,并和SBS改性劑起到進一步交聯作用使得結構更穩定,性能得以優化[12]。

5.2 干法和濕法排水路面現場檢測

分別在干法和濕法兩種工藝試驗段對排水路面的滲水性能、厚度、抗滑性能進行了測試,結果如表10所示。

表10 濕法和干法排水瀝青路面現場測試結果

從表10可以看出,兩種工藝在實施后,現場檢測指標接近,由于現場檢測的試驗結果也會受機械設備操作以及線形走勢影響,暫無法細究兩種工藝的優劣,但兩種工藝下的排水路面現場技術要求均滿足設計要求。

6 結語

結合廣西某高速排水路面試驗段的應用,對干法和濕法工藝下排水路面施工過程的控制及應用評價進行了總結。試驗段對原材料的控制主要體現在高黏劑與SBS改性瀝青的配伍性和細集料的潔凈程度,在生產方面主要控制拌和溫度、拌和順序以及拌和時間,攤鋪、碾壓階段控制施工溫度、施工速率等。經對排水瀝青混合料路用性能測試以及現場測試,兩種工藝下的指標較為接近,在路用性能方面濕法工藝略優于干法工藝。在實施過程中也衍生出一定的問題,比如在干法中如何評定高黏改性劑與混合料是否混合均勻以及其作用機理應如何表征;而采用濕法工藝中對于成品高黏改性瀝青的儲存穩定性還需采用更為合適的指標進行評判,以上問題需在未來繼續探索。