中新天津生态城中津大道橡胶沥青的应用.doc

-橡胶沥青在*生态城的应用摘要橡胶沥青混合料在*生态城应用尚属首次，本文以中津大道为依托，介绍了橡胶沥青AR-AC13的配合比设计及施工控制工艺，通过现场检测和后期调查观察说明橡胶沥青AR-AC13路用性能优于胶粉改性沥青，为以后橡胶沥青在*生态城的大规模推广应用积累经历。关键词 橡胶沥青配合比设计施工工艺质量控制1. 概述国外研究及工程实践证明，橡胶沥青混合料具有优良的抗疲劳性能、高温性能和水损害能力，其低温抗裂性能和抗变形能力更是优于其他混合料。用橡胶沥青铺筑的路面不仅提高行车舒适，降低行车噪音，改善路面使用性能，延长路面寿命，而且还可以为废旧轮胎橡胶的回收利用、保护环境做出奉献。在石油资源匮乏的今天，橡胶沥青的应用对于一个国家不仅具有经济效益，而且具有相当重要的战略意义。长期以来，废旧轮胎的处理一直是环境保护的世界性难题，这种情况在兴旺国家尤为严重。而制备橡胶沥青Asphalt Rubber是一种减少“黑色环境污染的有效方法。*生态城中津大道沥青面层构造左幅采用8cm胶粉改性沥青AC-25+4cm胶粉改性沥青AC-13，右幅上面层调整为橡胶沥青，路面构造为8cm胶粉改性沥青+4cm的橡胶沥青AR-AC13。本文主要介绍中津大道橡胶沥青AR-AC13的设计和施工，为以后橡胶沥青在*生态城应用积累经历。2. 原材料选择本工程采用橡胶沥青AR-AC13作为上面层，鉴于直接承受汽车荷载和摩擦作用，采用性能优良的玄武岩矿料。粗集料采用产玄武岩碎石，细集料采用产玄武岩机制砂。为了增强沥青和集料的粘附性能，采用水泥替代矿粉，水泥为*水泥厂生产，基质沥青为*沥青库的A级70*道路石油沥青，橡胶粉采用专用橡胶粉。工程采用的原材料检测结果"公路工程沥青路面施工技术规"技术要求。本工程采用的橡胶沥青为现场改性。胶粉采用20目的废旧轮胎生产的粗胶粉，胶粉在高温180以上与基质沥青充分溶胀反响后形成的沥青胶结料，粗胶粉改性橡胶沥青试验结果见表2-1。表2-1 橡胶沥青技术要求与试验结果检测工程基质沥青橡胶沥青技术指标粘度，177，Pa·s1.749针入度25，100g，5 s 0.1mm6428.625软化点，4972.654弹性恢复，258960橡胶粉在高温条件下吸收沥青中的轻组分体积溶胀，使得沥青粘度增加，温度敏感性得到显著改善。同时在溶解过程中胶粉颗粒发生降解脱硫，胶粉颗粒中的抗老化剂、炭黑及其他活性成分进入沥青胶体体系，使沥青温度稳定性能、抗老化性能等得到改善和提高。从表1可以看出，橡胶粉参加基质沥青后，其软化点提高了23.6，针入度降低了35.40.1mm，高温性能得到一定的增强，橡胶沥青在常温或常温以下时，胶粉颗粒在沥青中起到加劲作用，使沥青的低温抗裂型得到提高。3.配合比设计3.1级配设计由于结合料橡胶沥青的特殊性，橡胶沥青多采用连续级配。其级配类型与SMA和OGFC较为接近，其粗集料用量大于2.36mm颗粒到达80%以上，其细集料用量与SMA构造根本相当，与SMA有所不同的是可不添加矿粉，本工程采用水泥代替，水泥掺量一般为1%。本工程配合比时粗选级配时设计了3条曲线，根据其体积指标及工程经历确定级配3为最终级配。配合比设计结果见表3-1和图1。表3-1合成级配通过率明细表级配类型通过以下筛孔方孔筛，mm的质量百分率%16.013.29.54.752.360.075级配1100.090.755.521.213.12.9级配2100.091.257.924.216.13.4级配3100.091.760.327.219.13.8图1 AR-AC13 矿料级配配图表3-2 三种试级配马歇尔试验结果汇总表体积指标级配油石比%试件毛体积相对密度计算理论最大相对密度空隙率VV%矿料间隙率VMA%饱和度VFA%级配18.42.263 2.471 8.4 23.2 63.7 级配28.42.293 2.468 7.1 22.1 67.9 级配38.42.323 2.465 5.8 20.9 72.5 技术要求/4.56.519.07085AR-AC13表现出明显的连续级配特点，采用连续型密集配混合料，由于这种矿质混合料丢弃了中间尺寸2.364.75mm粒径的集料，既有较多数量的粗集料可以形成骨架，同时又有相当数量的细集料。橡胶颗粒溶胀后填密骨架的空隙，形成“密实-骨架构造，有利于提高混合料的高温稳定性。3.3最正确油石比确定根据以往工程经历与调试级配确定的优势比，对于AR-AC13型混合料，采用以8.4%的油石比为中心，分别进展了8.4%±0.5%共5种油石比成型马歇尔试件进展检测，马歇尔试验结果见表3-3表3-3 不同油石比条件下AR-AC13马歇尔试验结果级配类型油石比%试件毛体积相对密度计算理论最大相对密度空隙率VV%矿料间隙率VMA%饱和度VFA%稳定度kN流值(0.1mm)AR-AC137.42.300 2.496 7.9 21.0 62.5 8.06 23.5 7.92.314 2.481 6.7 20.9 67.7 9.37 29.6 8.42.323 2.465 5.8 20.9 72.5 10.63 33.18.92.332 2.450 4.8 21.0 77.0 9.73 37.6 9.42.340 2.435 3.9 21.1 81.5 8.67 42.9 要求/4.56.519.0708562050由表3-3可知，根据密度稳定度最大的原则，绘制油石比和各项指标的关系图，得出油石比为8.38%。结合实际工程经历，兼顾混合料的低、高温性能及水稳定性，将孔隙率控制在5.5%±1.0%的围类，由此确定最正确油石比为8.4%。3.4性能验证根据确定的最正确油石比，对AR-AC13进展了性能验证，试验结果见表3-4。表3-4 AR-AC13最正确油石比性能验证检测工程测试结果技术要求油石比%8.4/理论密度g/cm32.465/马歇尔密度g/cm32.323/孔隙率(%)5.85.5%±1.0%矿料间隙率(%)20.919.0饱和度(%)72.57085稳定度(kN)10.636.0动稳定度(次/mm)46783000冻融劈裂强度比(%)82.680残留稳定度(%)89.785低温弯曲应变2609.82000从验证结果可以看出，橡胶沥青AR-AC13在最正确级配和最正确油石比条件下，各项性能指标均满足技术要求。其中60的动稳定度到达了4678次，-10的低温应变到达了2609.8，表现出了良好的上下温性能。冻融劈裂强度比为82.6%，残留稳定度为89.7%，其抗水损害能力完全满足要求。4. 施工工艺与质量控制4.1 橡胶沥青加工橡胶沥青加工采用现场改性方法，由燕宁金邦公司完成，在生产工艺中，搅拌速度、反响时间及温度等因素影响橡胶沥青品质，三者为经历参数，需根据实际情况确定。其中，反响温度尤其重要，橡胶沥青的生产温度宜控制在180190，反响时间一般为4560min，橡胶沥青制备完成后应及时使用，如遇特殊情况需要现场存贮，橡胶沥青不能超过两个加热循环，同时应在使用前对橡胶沥青质量进展检测，检测合格后才能使用。4.2 沥青混合料拌和沥青混合料采用*建岭LB4000型拌和楼拌和，最高产量为200t/h，拌和楼配有生产记录打印设备。热料仓选择的筛网孔径为：16mm、11mm、5mm、3×3.5mm。AR-AC沥青混合料粗集料用量比例较大，为了控制拌和楼冷料上料速度与热料仓的料位平衡，生产过程中9.5mm13.2mm冷料采用2个冷料仓供给。橡胶沥青为现场直接加工，加工过程中需严格控制好沥青质量，成品罐直接与拌和楼对接，由于沥青粘度高，泵送难度大，需控制好沥青温度，此外橡胶粉需堆放于阴凉枯燥处，不得受潮。本工程生产过程中，橡胶沥青生产由燕宁金邦公司负责，生产出的橡胶沥青直接进入建岭公司拌和楼橡胶沥青罐进展循环加热，待橡胶沥青温度180，直接打入拌和楼进展橡胶沥青混合料拌和。拌和楼拌和周期约为70秒，其中干拌约8秒，湿拌约45秒，从拌出的沥青混合料外观来看，沥青裹覆得较为均匀，无花白料。沥青加热温度为190200，矿料加热温度为170180，出厂温度根本控制在170180。4.3 沥青混合料运输为了保证摊铺温度，混合料应采用大吨位自卸车运输，运料时所有车辆采取加盖双层棉被进展顶部和侧部等切实可行的保温措施。开场摊铺时，现场待卸料车辆不得少于8辆，以保证连续摊铺。4.4 沥青混合料摊铺与碾压混合料摊铺橡胶沥青摊铺采用一台DYNAPAC F182C摊铺机进展摊铺，摊铺机中缝和两侧拉杆处设有反向螺旋，摊铺速度根据拌和机的产量、摊铺厚度、摊铺宽度综合确定，设定值为2.5m/min，摊铺机熨平板振动频率设定为4.5级，夯锤振捣频率设定为4.0级，以满足初始压实度不小于85%的要求。沥青混合料碾压橡胶沥青混合料沥青用量较高设计油石比为8.4%，为防止胶轮压路机粘轮和泛油现象，碾压过程中不使用胶轮压路机。在全宽围摊铺机后紧跟两台压路机同时进展碾压，碾压终了外表温度在100以上。为了防止碾压过程中混合料外表温度下降过快，对钢轮压路机喷水量进展严格控制，做到雾化喷洒，不出现流淌。本次施工中，结合工程的具体情况，采取的碾压方案如表4-1所示。表4-1 施工采用的碾压方案碾压组合阶段压路机类型碾压遍数碾压速度组合方式初压英格索兰2台前静后振碾压各1遍3km/h复压SAKAI-SW8501台振动碾压2遍4.0km/h宝马压路机1台振动碾压2遍终压YZC121台静压2遍4.5km/h4.5 温度控制橡胶沥青混合料温度过高易产生析漏现象，温度过低沥青粘度较大，易产生压实度缺乏或铺面密水性较差等现象，施工中对温度的控制显得尤为重要，该混合料宜在较高温度下进展碾压，以确保路面压实度和密水性。为了保证AR-AC13沥青混合料摊铺碾压温度，施工过程中采取了多项措施，控制好沥青、骨料加热温度，运输车采用顶部和侧部棉被覆盖，减少了混合料在运输过程中的温度散失，保证了混合料摊铺及碾压温度。从温度测试结果来看，到场温度根本无损失，摊铺碾压温度均满足要求。温度结果见表4-2。表4-2 施工温度控制出厂温度，到场温度，摊铺温度，初压温度，复压温度，终压温度，170180165170163168155160145155981035. 现场检测5.1 压实度检测为了检验路面的压实效果，对路面压实度进展了检测，试验结果见表5-1所示。马氏压实度和理论压实度均满足技术要求，路面现场空隙率为6.0%，与配合比设计空隙率根本吻合，说明采用的碾压工艺合理。表5-1 路面芯样高度及压实度NC-22标芯样编号芯样毛体积相对密度马氏毛体积相对密度计算最论相对密度压实度，%毛/马毛/理12.3312.3232.465100.794.622.318100.394.032.327101.194.442.322100.794.252.31499.693.962.329100.894.5代表值/99.894.0要求/9893975.2 渗水与构造深度试验为检验路面的密水效果和铺面均匀性，对施工后的路面进展了10点渗水和构造深度试验，结果见表4-2。从该表可看出，中津大道橡胶沥青面层根本不渗水密水性能良好。铺面构造深度根本控制在1.1mm左右，说明设计的混合料铺面均匀良好。表5-2 渗水试验结果芯样编号渗水系数(ml/min)构造深度TDmm技术要求ml/min17.01.15021.01.030.01.040.01.052.01.160.01.176.01.080.01.093.01.0101.01.06 质量观察经过一冬的冻融后，笔者于2021年2月对中津大道左右幅路面进展调查，发现左幅胶粉改性沥青产生3条裂缝，右幅橡胶沥青AR-AC13没有裂缝，说明该工程橡胶沥青混合料抗裂性能于胶粉改性沥青。7 结语结合以往工程经历，采用连续级配对*生态城中津大道橡胶沥青混合料AR-AC13进展了配合比设计，结果说明制备出的橡胶沥青混合料具有较好的高温稳定性能、低温抗裂性能和水稳定性能。现场检测结果说明，按照确定的施工工艺，各指标均控制良好，实践进一步证明AR-AC13橡胶沥青混合料具有良好的铺面密水性和抗滑效果，满足设计要求。后期路用性能调查说明AR-AC13橡胶沥青混合料抗裂性能优于胶粉改性沥青混合料参考文献1 廖明义雪等.“力化学"原理制备废橡胶粉改性沥青的研究. 石油沥青,19(1), 2005年2月: 16-20.2可, 原健安. 聚合物改性沥青流体流变性及改性剂的亚微观形态.中国市政工程，2001年12月，第4期: 4-7.3 孔宪明, 小英. 废胶粉改性沥青的桑度与粘度. 化学建材, 2004年, 第6期: 39-414 孔宪明, 王陆. 废胶粉改性沥青应用实践, 新型建筑材料,2001年11月: 32-33.5"公路沥青路面施工技术规"，JTJ F40-2004. z.