橡胶沥青混合料在丹通高速公路中面层ARAC—20的应用研究

马亮

【摘 要】通过丹通高速公路路面第二合同段的ARAC-20橡胶沥青中面层的施工，对施工中橡胶沥青的生产、橡胶沥青的改性原理及橡胶沥青道路的优点、配合比设计及施工工艺控制要点，阐述了橡胶沥青应用于高速公路建设中的施工要点。橡胶沥青混合料的生产过程中特别关注两个重要参数，温度和拌和时间。其中温度主要包括橡胶沥青的加工温度、储存温度、混合料的拌和温度；时间主要包括橡胶沥青的加工时间、拌和时间、混合料的拌和时间。在施工过程中也要控制好所有的工序，才能保证工程质量的创优，达到我国北方寒冷地区高速公路的典型示范样板工程。同时，对今后同类型路面工程橡胶沥青面层施工具有一定的指导意义。

【关键词】橡胶沥青；级配；工艺

0.前言

橡胶沥青（Asphalt Rubber）指废胎胶粉与沥青，掺加一定比例的添加剂（扩展油聚合物），按一定比例拌合而得到的满足相关技术指标要求的产物，其中废胎胶粉的掺量不小于15%（内掺）或17.6%（外掺）。

在设计和施工良好的情况下橡胶沥青材料能够表现出良好的性能，橡胶沥青路面与结构等价的普通路面相比，具有环保和节约资源、抗低温碎裂、抗高温车辙、后续的损坏发展缓慢，对一些出现早期病害的路面需要的养护费用大大降低。

丹（东）通（化）高速公路是国家重点高速公路鹤岗至大连的重要段落，是连接黑龙江、吉林重要的出海通道。丹通高速全长196.4公路，双向四车道，路面共划分为6个合同段，由我单位承担丹通路面第2合同段全长25.5公里，起讫点桩号为K30+750—K57+040，其中沥青中面层使用橡胶沥青中面层（ARAC-20）试验路。我单位会同科研院、业主及监理单位共同结合以往的其它路段的橡胶沥青使用经验，从原材检测、选择、配合比设计、橡胶沥青的生产、混合料的拌和、摊铺、碾压等施工工艺作以严格控制，取得了较好的效果。

1.橡胶沥青改性原理及优点

橡胶沥青（asphalt rubber）指废胎胶粉与沥青，掺加一定比例的添加剂（扩展油聚合物），按一定比例拌合而得到的满足相关技术指标要求的产物，其中废胎胶粉的掺量不小于15%（内掺）或17.6%（外掺）。

在设计和施工良好的情况下橡胶沥青材料能够表现出良好的性能，橡胶沥青路面与结构等价的普通路面相比，后续的损坏发展缓慢，对一些出现早期病害的路面需要的养护费用大大降低。

1.1橡胶沥青改性原理

橡胶沥青是轮胎橡胶粉粒在充分拌和的高温条件下（180oC以上）与基质沥青（丹通高速采用90号基质沥青）充分熔胀反应形成的改性沥青胶结材料。橡胶粉不发生裂解，吸收基质沥青中的轻质组分，一方面直接改善基质沥青，另一方面达到橡胶与沥青充分复合的效果。橡胶沥青中橡胶粉的含量掺量不小于15%（内掺）或17.6%（外掺）。熔胀反应后，橡胶颗粒的体积分数在30%～40%，胶结料和混合料都能显著地表现出橡胶的物理、力学、化学性能。

1.2橡胶沥青道路的优点

橡胶沥青拥有较强的高温稳定性、低温抗裂性、以及抗老化、抗疲劳、抗水损坏的特性。所以把橡胶沥青设计应用于道路方案中，可以充分体现以下特性与优点：

（1）环保和节约资源。随着中国经济高速发展，同时也带来了大量的废旧轮胎，对社会环境造成了严重的污染，橡胶沥青技术以其环保和节约资源的特点可以为这些黑色污染提供一条永续性的环保解决方案。

（2）抗低温碎裂。由于橡胶本身的可塑性和延展性，使得橡胶沥青低温延度增大，橡胶沥青路面抗低温脆裂能力大大增强。

（3）抗高温车辙。橡胶沥青本身拥有较强的高温稳定性和粘性，所以用于路面结构中的橡胶沥青胶结料具有高粘性与不易流动性。另外碎石外层所裹覆的橡胶沥青胶结料中含有大颗粒的橡胶粉，可产生较大的磨阻力，也使碎石不易滑动，可减少车辙形成，同时保证结构能力。

（4）降低噪声。橡胶沥青是城市道路降低噪声的新材料，与普通沥青相比，可降低行车噪声3～6dB，提高人居舒适环境。

（5）超强粘结作用。因为橡胶沥青拥有超强的粘性，所以它可以非常牢固地吸附粘结在水稳层或旧水泥路面上，从而起到与路面的粘结作用。

（6）提高行车安全。橡胶中的炭黑能够使路面黑色长期保存，与标线的对比度高，路面摩擦力和刹车阻力增大，提高了行车安全，尤其是在雪水路面上效果更加显著。

（7）延长使用寿命，节省养护成本。优异的抗疲劳性可以提高路面的耐久性能，胶结料含量高、油膜厚以及轮胎中含有抗氧化剂，故提高了道路抗老化、抗氧化能力，由于道路的耐久性和性能得到提高，使得道路的养护费用显著降低。

2.橡胶沥青中面层配合比设计

2.1原材料

2.1.1粗集料

路面中面层粗集料采用优质石灰岩石料。要求碎石具有良好的棱角性，扁平及细长颗粒含量、黏土含量、密度、坚固性、安全性及有害物质含量应符合设计及《技术规范》。保证粗集料的洁净、干燥、无风化、无杂质，具有足够的强度、耐磨耗性，并符合图纸要求。ARAC-20级配用碎石的质量技术要求应符合规范规定，且石料压碎值不大于24%，洛杉矶磨耗损失不大于30%。粗集料规格为：16-19mm、13.2-16mm、9.5-13.2mm、4.75-9.5mm，产地为：桓仁县雅河乡世元采石场。

2.1.2细集料

橡胶沥青中面层混合料4.75mm以下的细集料必须采用优质石灰岩生产的机制砂。细集料应洁净、坚硬、干燥、无风化、无杂质或其他有害物质。规格为：2.36-4.75mm、0-1.18mm，产地为：桓仁县雅河乡世元采石场。

2.1.3 填料

填料必须采用由石灰石磨细的矿粉，矿粉必须保持干燥、洁净，能从矿粉仓中自由流出。为提高石料与沥青之间的粘结力，在中面层沥青混合料中掺加P.O42.5级普通硅酸盐水泥代替部分矿粉，水泥用量为矿粉总量的1.5%～2%。

2.1.4沥青

中面层沥青混凝土采用橡胶沥青；采用的基质沥青为国产90号道路石油沥青。

2.1.5胶粉

根据我国的废胎胶粉生产情况，按细度分为3种规格：

（1）粗胶粉，粒度在40目以下（0.425mm以上）。

（2）细胶粉，粒度在40～80目之间（0.425～0.180mm之间）。

（3）微细胶粉，粒度在80～200目之间（0.180～0.075mm之间）。

路用废胎胶粉应选用常温研磨粉碎的轮胎胶粉，且宜选择斜交胎胶粉或天然胶含量较高的胶粉，并应满足相应物理、化学指标。在保证易于碾压成型，且满足使用性能要求的前提下，应尽量选用较粗的废胎胶粉。宜选择30～80目之间的路用废胎胶粉。

2.1.6橡胶沥青

橡胶沥青采用现场搅拌法加工的方式进行生产，采用间歇式生产橡胶沥青，橡胶沥青中废胎胶粉的掺量可根据实际使用的技术要求确定，其掺量有一定的合理范围，一般为基质沥青质量的外掺17.6%～30%，我标段根据基质沥青和使用的技术要求确定胶粉掺量为内掺17.75%。橡胶沥青加工完成后应在6小时内使用完毕，其指标应符合下表的要求。

2.1.7外掺剂

为了进一步改善橡胶沥青的某些技术性能，在橡胶沥青加工过程中，可掺加一定比例的天然橡胶含量较高的橡胶类材料或某些轻质油分。外掺剂一般可与废胎胶粉一起掺加到沥青中拌和、加工，掺加量一般为1%～2%。

2.2橡胶沥青生产工艺

2.2.1 橡胶沥青加工前的准备

加工橡胶沥青前，橡胶沥青加工设备中的计量装置应进行专门标定，并贴有计量标签，有固定式的加工设备和移动式的加工设备。

2.2.2橡胶沥青的加工流程：

（1）第一步：基质沥青，橡胶粉等原材料的添加。

（2）第二步：基质沥青，橡胶粉等原材料的预混。

（3）第三步：橡胶沥青的反应过程。

（4）第四步：橡胶沥青质量控制。

2.2.3橡胶沥青的加工

（1）橡胶沥青采用搅拌法加工。

（2）橡胶沥青生产分为连续式和间歇式，宜采用间歇式生产橡胶沥青。

橡胶沥青的加工温度宜控制在180～190oC，当废胎胶粉掺量较大时，加工温度可适当提高，但不应高于210oC，橡胶沥青加工搅拌的时间，一般为45-60min。在生产过程中，应及时检测每锅橡胶沥青的技术指标，当采用连续式生产时，每锅45-60min抽样检测橡胶沥青的技术指标。

当橡胶沥青粘度大于2.5Pa.s时，橡胶沥青的加热温度应提高5-10oC。

2.3配合比设计

合理的集料级配，可以提高沥青面层的整体性能，我项目通过筛分后的级配碎石进行了对比试验。集料的级配对混合料质量起着决定性作用，级配的改变有时可导致混合料性能改变，影响着结构层的耐久性，我们非常重视混合料的级配问题，合理的保证集料级配在设计范围中值附近，发挥集料的骨架密实、高温抗车辙、低温抗裂作用，从而提高工程质量。

2.3.1配合比设计的各项检测

（1）水稳定性检验。

按照最佳油石比6.0%制件，进行马歇尔稳定度试验及浸水马歇尔试验，残留稳定度为89.5%大于设计值85%，符合要求。

（2）高温稳定性检验。

按照最佳油石比6.0%进行车辙试验，动稳定度3859次/mm大于设计值3000次/mm，符合要求。

（3）渗水系数检验。

利用轮碾机成型的车辙试件进行渗水试验，检验的渗水系数为41.6ml/min，符合施工图纸不大于120ml/min的要求。

2.3.2生产配合比的确定

中面层沥青混凝土材料生产配合比

3.橡胶沥青中面层施工工艺及主要工序说明

3.1施工工艺

检查下承层——混合料的拌和——混合料的运输——混合料的摊铺——混合料的碾压——开放交通

3.2主要施工工序说明

（1）混合料摊铺：通过试验段确定松铺系数1.26，松铺厚度为6.3cm。正常施工时，橡胶沥青混合料的最低摊铺温度根据铺筑层厚度、气温、风速及下卧层表面温度，不得低于表二要求。每天施工开始阶段宜采用较高温度的混合料。当气温低于15℃时，不得摊铺橡胶沥青混合料。

（2）混合料的压实：混合料完成摊铺后立即进行压实作业。并检查宽度、松铺厚度、平整度、横坡和摊铺温度，对不合格之处及时进行调整。橡胶沥青混凝土的碾压温度的高低与橡胶沥青的黏度有关，黏度越大、碾压温度越高。橡胶沥青混凝土的初压温度一般不宜低于155℃，复压温度不宜低于135℃，终压的结束温度不宜低于90℃。

碾压组合方式：

①初压：用一台CC624双钢轮压路机，紧跟碾压。静压0.5遍，振压0.5遍，速度2～3km/h（相邻碾压带应重叠10～20cm）

②复压：用一台CC624双钢轮压路机，紧跟碾压，振压1遍。再用XP301型、CP271型胶轮压路机各碾压一遍。速度3～4km/h。

③终压：用CC522双钢轮压路机静压1～2遍，速度3～4km/h。达到表面平整、密实无轮迹。

3.3 开放交通

热拌沥青混合料摊铺压实后，经自然冷却，待混合料表面温度低于50℃后，方可开放交通。

3.4检测

（1）对施工完的中面层厚度、平整度、弯沉、压实度、横坡、高程等一系列指标进行检测，确定是否符合设计要求。

（2）对外观要求：

①表面平整密实，无泛油、松散、裂缝和明显离析等现象。

②表面无明显碾压轮迹。

③搭接处应紧密、平顺，烫缝不枯焦。

④面层与路缘石及其他构筑物衔接平顺，无积水或漏水现象。

⑤沥青面层内部及表面的水要排除到路面范围之外，路面无积水。

4.总结

为了保证工程质量，必须严格控制原材料的质量、成品橡胶沥青指标及各道施工工序。另外，成品橡胶沥青的黏度、集料级配、油石比的确定也是十分关键。在生产配合比设计过程中应与拌和楼紧密配合，做到冷料仓供料均匀、平衡、避免大规模生产中发生等料、溢料等现象。集料的级配不偏离中线，集料中的粉尘含量不超标，才能确保沥青混合料质量的因素。

施工过程中要严格控制各道工序。橡胶沥青混合料的生产过程中特别关注两个重要参数，温度和拌和时间。其中温度主要包括橡胶沥青的加工温度、储存温度、混合料的拌和温度；时间主要包括橡胶沥青的加工时间、拌和时间、混合料的拌和时间。在摊铺过程中要保证稳定均匀的摊铺速度，保证夯锤的频率，碾压要高温紧跟，并采用双胶轮大吨位的压路机进行复压，通过试验路的证明这样能够提高沥青中面层的压实度，并控制好开放交通时间，只有控制好所有的工序，才能保证工程质量的创优，达到我国北方寒冷地区高速公路的典型示范样板工程。