陳 敏(句容市公路管理處 句容 212400)
摘要：介紹江蘇省舊水泥混凝土路面瀝青混凝土加鋪層結(jié)構(gòu)的主要形式，按不同生產(chǎn)工藝橡膠瀝青的分類以及“濕法”橡膠瀝青的改性機(jī)理，闡述了“濕法”橡膠瀝青SMAI應(yīng)力吸收層以及“濕法”橡膠瀝青混合料AR-AC13的施工應(yīng)用情況。
關(guān)鍵詞：白改黑 橡膠瀝青 橡膠瀝青混合料配合比設(shè)計 施工工藝
綜觀江蘇省近幾年舊水泥混凝土路面改造工程，舊水泥混凝土路面的加鋪層結(jié)構(gòu)主要有2大類：①全厚式瀝青混凝土加鋪層，加鋪層結(jié)構(gòu)為瀝青混凝土，最小厚度一般不少于10cm(一級公路);②半剛性基層瀝青混凝土加鋪層，即在舊水泥混凝土路面加鋪半剛性基層，基層材料一般采用水泥穩(wěn)定碎石或二灰碎石，最小厚度不小于15cm。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、道路功能需求變化，橡膠瀝青也開始應(yīng)用于舊水泥混凝土路面改造工程中。
1 橡膠瀝青
1.1 橡膠瀝青的生產(chǎn)工藝
橡膠瀝青的生產(chǎn)工藝總體可分為“干法”和“濕法”2種，工藝不同，路用性能存在較大的差異。
1.1.1 干法
“干法”為將膠粉直接添加到正在攪拌的拌和樓中，生產(chǎn)膠粉改性瀝青混合料，拌和工藝與常規(guī)混合料基本相同，無需專用的設(shè)備，或?qū)ιa(chǎn)廠加以大的改造，但是拌和溫度比普通的拌和溫度要高一些。但由于拌和時間較短，橡膠與瀝青之間的只能產(chǎn)生較少的反應(yīng)，這種較少的反應(yīng)不能使舊輪胎中所含的橡膠烴、紫外線抑制劑、抗氧化劑等改性成分釋放出來，膠粉也難以發(fā)生充分的熔脹作用，因此，所生產(chǎn)的混合料性能不及“濕法”橡膠瀝青。目前“干法”生產(chǎn)的瀝青混合料一般攤鋪在路面的中下面層或更低的層位，而較少攤鋪在表面層。
1.1.2 濕法
“濕法”工藝應(yīng)用最為廣泛。目前國外應(yīng)用的橡膠瀝青中大部分是采用“濕法”生產(chǎn)，國內(nèi)近年來也主要針對這種工藝進(jìn)行研究?！皾穹ā爆F(xiàn)將橡膠粉添加到較高溫度(176℃～226℃)的基質(zhì)瀝青中，經(jīng)過高速剪切后，泵送到反應(yīng)罐中保持一定的溫度(150℃～218℃)，經(jīng)過一定時間(45～60min)的反應(yīng)制成。典型的加工流程見圖1。
按照橡膠瀝青工藝和性能不同“濕法”又可分為高粘橡膠瀝青(wet process-high viscosity)和可存儲橡膠瀝青(wet process-no agitation)2種。
高粘橡膠瀝青需要采用較高的橡膠粉用量，一般在15%以上，且采用粒徑較大的膠粉(如20目膠粉)，其粘度較高，177℃粘度通常要求在1.5Pa·s以上，因此具有優(yōu)良的路用性能，是國外應(yīng)力吸收層、瀝青混合料中應(yīng)用最多的橡膠瀝青類型。但是由于膠粉粒徑較大，存儲過程中容易離析，通常需要現(xiàn)場加工使用。
可存儲橡膠瀝青采用80～100目左右的橡膠粉，由于橡膠粉很細(xì)，能較好的熔融、分散于瀝青中，可存儲一段時間不會發(fā)生離析。可像常用的SBS改性瀝青一樣廠拌生產(chǎn)，遠(yuǎn)距離運輸施工。這種橡膠瀝青膠粉摻量不高，通常為10%以下，所以粘度較低，177℃粘度一般很難達(dá)到1.5Pa·s，混合料中的瀝青用量不如前者高。
由于高粘橡膠瀝青具有良好的路用性能，且可以消耗更多的廢輪胎橡膠粉，所以應(yīng)用較為廣泛，因此，本文主要介紹這種類型橡膠瀝青的應(yīng)用情況。
1.2 “濕法”橡膠瀝青改性機(jī)理
添入橡膠粉后，瀝青由原來的近似勻質(zhì)體變成了橡膠粉、瀝青等共同組成的多相體，粗細(xì)不同的膠粉之間互相靠近，形成有利于改善橡膠瀝青性能的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)體系。
橡膠瀝青的改性效果來自2個方面：溶脹后的膠粉構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)框架體系作用和膠粉降解后對瀝青組分的改善作用。橡膠瀝青中膠粉吸收瀝青中的輕質(zhì)成分而熔脹，且表面吸附瀝青形成界面層，溶脹后的膠粉構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架體系與吸附瀝青一起對瀝青的微觀流動形成阻尼作用，從而顯著提高了橡膠瀝青的粘度;部分膠粉在高溫剪切過程中發(fā)生降解、脫硫反應(yīng)，由硫化橡膠(立體交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu))降解為含有一定不飽和雙鍵線型結(jié)構(gòu)聚合物，并進(jìn)一步發(fā)生分解，降解產(chǎn)物溶于瀝青，改變了瀝青的組分比例，使膠質(zhì)等成分增加，提高了瀝青的低溫性能和粘性;同時，橡膠烴自身所含有的聚丁二烯橡膠和丁苯膠對瀝青有改性作用。
1.3 橡膠瀝青在“白改黑”項目中的應(yīng)用
橡膠瀝青是通過廢橡膠粉和熱瀝青進(jìn)行熱反應(yīng)制成的，瀝青中加入橡膠粉后，使瀝青的性能發(fā)生了較大變化，具體表現(xiàn)為針入度降低、軟化點提高、低溫延度增加，并明顯增加了回彈性能。使用橡膠瀝青加碎石作為SAMI應(yīng)力吸收層具有良好的抗裂性能，能夠承受由于下承層的水平位移引起的拉應(yīng)力，阻止下層裂縫尖端延伸至罩面層，可以延緩裂縫的產(chǎn)生，同時形成的富油層起到較好的防滲水作用。由于橡膠瀝青混合料具有優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、抗水損壞能力，其抗老化性能和抗疲勞性能更優(yōu)于其他改性瀝青混合料，尤其是“白改黑”改造工程中使用橡膠瀝青混合料可提高路面對疲勞裂縫、反射裂縫等的抵抗能力，同時橡膠瀝青技術(shù)方案在水泥混凝土路面改造中有著投資少、工期短、環(huán)保降噪等優(yōu)勢，因此有著廣闊的應(yīng)用前景。
2 橡膠瀝青SAMI應(yīng)力吸收層
2.1 材料選擇
(1)集料。應(yīng)力吸收層應(yīng)采用石質(zhì)堅硬、清潔、不含風(fēng)化顆粒、近立方體、反擊式破碎機(jī)軋制的玄武巖或者輝綠巖碎石，其0.075mm 通過率應(yīng)小于0.4%，否則應(yīng)進(jìn)行拌和樓除塵瀝青預(yù)裹附，建議以0.1%～0.3%(按照集料重量計)的瀝青進(jìn)行預(yù)裹附(裹附溫度在120℃以上)，預(yù)裹附的集料堆放時間不宜超過2周。建議橡膠瀝青SAMI應(yīng)力吸收層石料級配和石料性能要求見表1、表2。
(2)基質(zhì)瀝青。生產(chǎn)橡膠瀝青所用的基質(zhì)瀝青采用70號道路石油瀝青，其技術(shù)要求見表3。
(3)橡膠粉。橡膠粉顆粒規(guī)格應(yīng)符合表4～5要求。橡膠粉篩分應(yīng)采用水篩法進(jìn)行試驗。橡膠粉密度應(yīng)為(1.15±0.05)g/cm3，應(yīng)無鐵絲或其他雜質(zhì)，纖維比例應(yīng)不超過0.5%，要求含有橡膠粉重量4%的碳酸鈣，以防止膠粉顆粒相互粘結(jié)。
供應(yīng)商應(yīng)提供橡膠粉質(zhì)量保證書，說明橡膠粉規(guī)格、加工方式、加工的廢舊輪胎類型、橡膠粉的儲存方式等。
2.2 SAMI應(yīng)力吸收層施工控制
2.2.1 應(yīng)力吸收層鋪設(shè)條件
(1)空氣溫度和地面溫度都不得低于10℃。
(2)下承層必須干燥，路緣石防護(hù)良好。
(3)風(fēng)速不影響橡膠瀝青灑布效果。
(4)需用的設(shè)備，包括同步碎石封層車(或者橡膠瀝青灑布車、碎石撒布機(jī))和膠輪壓路機(jī)進(jìn)入待命狀態(tài)。
2.2.2 橡膠瀝青與碎石灑(撒)布
橡膠瀝青SAMI應(yīng)力吸收層采用的是同步碎石封層車，能把橡膠瀝青的噴灑和骨料的撒布同步進(jìn)行，使瀝青結(jié)合料和骨料之間有最充分的表面接觸，以達(dá)到它們之間最大限度的粘結(jié)性。
(1)橡膠瀝青灑布要求。一般認(rèn)為碎石層灑布壓實之后，橡膠瀝青被擠壓到石料高度的3/4比較合適。若瀝青灑布量過大，易導(dǎo)致面層油量過大而出現(xiàn)泛油，同時也會提高面層的層底彎拉應(yīng)變;若瀝青灑布量過小，碎石周邊無充分約束，從而在面層和下臥層之間形成一個不穩(wěn)定夾層，不僅不能起到應(yīng)力吸收的作用，而且可能加快面層的破壞。經(jīng)實驗室大量數(shù)據(jù)測試以及橡膠瀝青試灑結(jié)果，最終確定瀝青灑布量為2.2kg/m2。
(2)橡膠瀝青灑布注意事項。灑布車計量準(zhǔn)確時，事先應(yīng)計算車速，使灑布量控制在合理范圍內(nèi)。在起步和停止位置鋪設(shè)瀝青氈，以便于準(zhǔn)確地進(jìn)行橫向銜接，灑布車經(jīng)過后及時取走瀝青氈。應(yīng)力吸收層的鋪設(shè)應(yīng)在瀝青灑布、石料撒布、膠輪碾壓完成后，再進(jìn)行另一幅的瀝青灑布，不可跨幅施工。另一幅灑布的瀝青應(yīng)與前期鋪設(shè)完成部分重疊10cm左右。灑布橡膠瀝青時，應(yīng)封鎖交通，以防止局部瀝青被粘走，破壞應(yīng)力吸收層整體效果。
(3)碎石撒布注意事項。噴灑橡膠瀝青后立即撒鋪碎石，碎石經(jīng)過預(yù)裹覆，撒鋪量推薦采用(12±2)kg/m2，根據(jù)試鋪情況確定，以滿鋪、不散失為標(biāo)準(zhǔn)，局部碎石撒鋪量不足的地方，應(yīng)立即人工補(bǔ)足;同步碎石封層車撒布完之后，由人工迅速將散失在瀝青膜以外的碎石掃入瀝青膜內(nèi)。
2.2.3 碾壓
(1)采用2臺XP261膠輪壓路機(jī)碾壓。
(2)碎石撒鋪后應(yīng)立即進(jìn)行碾壓作業(yè)，2臺膠輪壓路機(jī)應(yīng)同時呈梯隊式進(jìn)行碾壓，緊跟同步碎石封層車，碾壓3遍，從灑布橡膠瀝青到碾壓完成應(yīng)在10～20min時間內(nèi)完成。為防止粘輪現(xiàn)象，膠輪壓路機(jī)輪胎上應(yīng)適當(dāng)噴水。
3 橡膠瀝青混合料
3.1 AR-AC13混合料配合比設(shè)計
3.1.1 材料要求
(1)集料。應(yīng)采用石質(zhì)堅硬、清潔、不含風(fēng)化顆粒、近似立方體顆粒的碎石，粒徑大于4.75mm。宜采用玄武巖集料和輝綠巖集料，粗集料技術(shù)要求見表6。
(2)細(xì)集料。采用堅硬、潔凈、干燥、無風(fēng)化、無雜質(zhì)并有適當(dāng)級配的人工軋制的機(jī)制砂，石質(zhì)宜與粗集料相同，不用山場的下腳料。細(xì)集料的尺寸規(guī)格列于表7。
(3)外摻劑。AR-AC13橡膠瀝青混凝土需要摻入必要的外摻劑以改善橡膠瀝青與集料的粘附性及混凝土的水穩(wěn)定性能，摻量為混合料重量的1%～2%。適宜的外摻劑為普通硅酸鹽水泥或消石灰。
3.1.2 配合比設(shè)計
根據(jù)江蘇省的氣候條件以及橡膠瀝青混合料的技術(shù)特點，在綜合考慮預(yù)防路面水損害和車轍、泛油等病害的基礎(chǔ)上，取5.5%作為斷級配橡膠瀝青混合料的設(shè)計空隙率。其設(shè)計級配范圍以及體積指標(biāo)要求見表8、表9。
3.2 AR-AC混合料施工工藝
3.2.1 橡膠瀝青的加工
橡膠瀝青加工采用現(xiàn)場改性方法，橡膠瀝青制備完成后應(yīng)及時使用，如遇特殊情況需要現(xiàn)場存貯，不能超過2個加熱循環(huán)，同時應(yīng)在使用前對橡膠瀝青質(zhì)量進(jìn)行檢測，檢測合格后才能使用。
3.2.2 瀝青混合料的拌制和運輸
AR-AC瀝青混合料粗集料用量比例較大，生產(chǎn)過程中需嚴(yán)格控制好拌和樓冷料上料速度與熱料倉的料位平衡，橡膠瀝青為現(xiàn)場直接加工，加工過程中需嚴(yán)格控制好瀝青質(zhì)量，成品罐直接與拌和樓對接，由于瀝青粘度高，泵送難度大，需控制好瀝青溫度，此外橡膠粉需堆放于陰涼干燥處，不得受潮。
為了保證攤鋪溫度，混合料應(yīng)采用大噸位自卸車運輸，運料時所有車輛采取加蓋雙層棉被等切實可行的保溫措施。開始攤鋪時，現(xiàn)場待卸料車輛不得少于5輛，以保證連續(xù)攤鋪。
3.2.3 瀝青混合料的攤鋪與碾壓
橡膠瀝青混合料攤鋪與其他級配類型混合料基本相似，采用2臺攤鋪機(jī)梯隊作業(yè)，攤鋪速度根據(jù)拌和機(jī)的產(chǎn)量、攤鋪厚度、攤鋪寬度綜合確定。為了保證攤鋪路面的均勻性，需不斷調(diào)整攤鋪機(jī)工作狀態(tài)，使料門開度、鏈板送料器的速度和螺旋布料器的轉(zhuǎn)速相匹配。螺旋布料器中的混合料以略高于螺旋布料器的2/3為度，使熨平板的擋板前混合料的高度在全寬范圍內(nèi)保持一致，避免攤鋪層出現(xiàn)離析現(xiàn)象。為保證連續(xù)攤鋪，攤鋪過程中應(yīng)做好運輸車與攤鋪機(jī)的銜接，不得出現(xiàn)停機(jī)等料現(xiàn)象，且合理選擇收斗時機(jī)，避免混合料出現(xiàn)溫度離析。
AR-AC混合料碾壓方式與SMA 混合料基本類似，由于瀝青用量較高，為防止膠輪壓路機(jī)粘輪和泛油現(xiàn)象，碾壓過程中不宜使用膠輪壓路機(jī)，碾壓過程全部由雙鋼輪壓路機(jī)完成。在碾壓過程中為提高鋪面密水性，對鋼輪壓路機(jī)噴水量進(jìn)行嚴(yán)格控制，做到霧化噴灑，不出現(xiàn)流淌。
3.2.4 溫度控制
AR-AC混合料溫度過高易產(chǎn)生析漏現(xiàn)象，溫度過低瀝青粘度較大，易產(chǎn)生壓實度不足或鋪面密水性較差等現(xiàn)象，施工中對溫度的控制非常重要，該混合料宜在較高溫度下碾壓，為了保證ARAC瀝青混合料攤鋪碾壓溫度，施工過程中采取了多項措施，控制好瀝青、骨料加熱溫度，運輸車在卸料時，每輛運料車卸料均不掀開篷布，減少了混合料在運輸過程中的溫度散失，保證了混合料攤鋪及碾壓溫度。
3.4.5 施工中應(yīng)注意的問題
(1)橡膠瀝青混凝土表面層和改性瀝青SMA的施工工藝類似。瀝青混凝土的拌和、運輸、攤鋪、碾壓等各環(huán)節(jié)的控制基本相同。
(2)由于橡膠瀝青混凝土的油石比遠(yuǎn)大于普通瀝青混凝土，稍有不慎，則容易發(fā)生離析和泛油現(xiàn)象。所以應(yīng)嚴(yán)格按照生產(chǎn)配合比進(jìn)行生產(chǎn)，并且對現(xiàn)場空隙率的控制至為關(guān)鍵。
4 結(jié)語
由于橡膠瀝青具有優(yōu)異的低溫柔性和低溫抗裂性能，以及較強(qiáng)的高溫穩(wěn)定性、抗老化性能、抗疲勞性能和抗水損壞性能，以及橡膠瀝青應(yīng)力吸收層和橡膠瀝青混凝土表面層方案在水泥混凝土路面改造過程中，具有投資少、工期短、抗裂性能突出等優(yōu)點，因此有著廣闊的應(yīng)用前景。
