废胶粉改性沥青混合料在公路施工中的应用

巢玉华

（江西省宜春公路建设集团有限公司，江西 宜春 336000）

0 引言

随着我国汽车使用量的增多，淘汰、废弃的橡胶轮胎数量也随之增加，如果不加以合理利用，废旧轮胎等橡胶制品必将增加环境污染，造成资源浪费。

结合国内外相关研究，采取恰当工艺将废旧橡胶粉添加至沥青中，制备而成的改性沥青混合料技术属性及路用性能均比常规改性沥青混合料优越，既能明显较少反射裂缝，提升路面结构耐久性和高温稳定性，还能增强路面材料抗疲劳性能，有效解决废旧橡胶轮胎大量弃置的问题，实现资源高效利用。

1 工程概况

Z 高速公路起讫桩号K185+000～K225+585，全线长40.585km，该公路位于我国东南地区，工程区降雨丰富且常年高温，为提升公路路面高温稳定性、结构耐久性、抗车辙性能等路用性能，决定使用废旧轮胎胶粉进行沥青混合料改性。并以其中重载超限交通量较大的K210+665～K214+800 路段为试验段，进行其上、中面层废胶粉改性沥青混合料试铺，上、中面层分别为4cm 厚AC-13C 和8cm 厚AC-20C 废胶粉改性沥青混凝土层设计。

2 材料及配合比设计

2.1 原材料

废胶粉改性沥青混合料在制备前，必须根据沥青改性要求将废橡胶磨细至一定目数后掺加至熔融沥青中，并待橡胶粉完全溶解、溶胀后与沥青形成弹塑性优良的复合结构[1]。该工程所使用的70#基质沥青性能检测结果显示，其25℃针入度为61.2（0.1mm），软化点48.1℃，10℃延度40.9cm，闪点302.8℃，15℃密度为1.025g/cm3，溶解度99.8%，RTFOT 后质量变化率为-0.25%，25℃残留针入度比为73%，10℃残留延度为12cm。

集料主要采用工程所在地产石灰岩碎石料、机制砂及石灰岩磨细矿粉。石灰岩主要有9.5～19mm 和4.75～9.5mm 两种规格，视密度分别为2.838g/cm3和2.841g/cm3，毛体积密度分别为2.816g/cm3和2.819g/cm3，吸水率0.28%和0.26%，针片状颗粒含量12.5%和10.9%，压碎值15.3%。机制砂细集料视密度2.823g/cm3，毛体积密度2.788g/cm3，砂当量81%。石灰岩磨细矿粉视密度2.845g/cm3，含水量0.2%，0.6mm 以下、0.15mm 以下 及0.075mm 以下的粒度占比分别为100%、93.8% 和87.8%，塑性指数2.3%。以上性能取值均符合规范要求。

2.2 配合比设计

该公路上面层按照AC-13C 确定级配，目标配合比为9.5～19mm 石灰岩碎石料∶4.75～9.5mm 石灰岩碎石料∶机制砂∶石灰岩磨细矿粉∶水泥＝37%∶24%∶36%∶1%∶2%，最佳油石比按5.0%确定。生产配合比应为22～30mm 石灰岩碎石料∶11～22mm 石灰岩碎石料∶6～11mm 石灰岩碎石料∶粒径6mm 以下石灰岩碎石料∶石灰岩磨细矿粉∶水泥＝6%∶34%∶23%∶33%∶3%∶1%。中面层按照AC-30C 确定级配，目标配合比为9.5～13.2mm 石灰岩碎石料∶4.75～9.5mm 石灰岩碎石料∶机制砂∶石灰岩磨细矿粉∶水泥＝28%∶27%∶42%∶1%∶2%，最佳油石比按5.2%确定。生产配合比应为11～16mm 石灰岩碎石料∶6～11mm 石灰岩碎石料∶粒径6mm 以下石灰岩碎石料∶石灰岩磨细矿粉∶水泥＝16%∶34%∶46%∶3%∶1%。

2.3 材料性能试验

为保证施工质量，必须进行废胶粉改性沥青混合料高温稳定性、低温性能及水稳性检验。

2.3.1 高温稳定性

该公路路段重载超载交通量大，且环境因素复杂多变，引发永久车辙的可能性较大，为保证道路服务水平和路面使用寿命，必须进行废胶粉改性沥青混合料高温性能分析。不同的油石比下混合料高温稳定性能试验结果详见表1。

表1 废胶粉改性沥青混合料高温稳定性能

由表1中试验结果可知，在5.2%的油石比下，废胶粉改性沥青混合料动稳定度最大，此时改性沥青混合料高温稳定性最佳；且随着油石比的增大，因混合料中自由沥青含量增加，多余沥青会起到集料润滑剂的作用[2]，遇到高温和压力后变形量随之增大。油石比为5.0%时，改性沥青混合料动稳定度略小于5.2%的油石比动稳定度，且因沥青掺量较少，高温变形量也比5.2%的油石比小。

2.3.2 低温性能

该区低电阻率油层分布区域内地层水矿化度普遍较高。LX112井，纯上5砂组3 004.8～3 020.0m井段，地层水矿化度为（13～18）×104 mg／L，电阻率为0.7～0.9Ω·m，试油日产油8.6t，日产水3.4m3。而L110井，纯上5砂组2 822.0～2 827.0m井段，地层水矿化度为8×104 mg／L左右，电阻率为0.9Ω·m，试油日产水6.48m3，油花。两口井纯上5砂组岩性、物性、电阻率基本相同，但地层水矿化度相差较大，造成两口井试油结果完全不同。

根据以上试验结果，剔除油石比5.4%的情况后进行废胶粉改性沥青混合料低温性能试验，具体采用一定尺寸的小梁进行弯曲试验。根据试验结果，当油石比为4.8%、5.0% 和5.2% 时，改性沥青混合料最大破坏荷载为 1175.4N、1250.6N、1139.7N，挠度为0.540mm、0.605mm 和0.554mm，破坏应变最大值为2885με、3097με 和2895με，弯曲劲度模量为9.3Pa、9.8Pa 和9.4Pa，抗弯拉强度为3254MPa、3295MPa 和3247MPa。可见，油石比取5.0%时，改姓沥青混合料抗破坏性能最佳，如遇破坏时的挠度变形也较大，改性沥青混合料低温抗变形能力较好。

2.3.3 水稳性

通过冻融劈裂试验和浸水马歇尔试验进行废胶粉改性沥青混合料水稳性检验，根据试验结果，油石比增大后，改性沥青混合料冻融劈裂抗拉强度比和浸水残留稳定度呈增大趋势，混合料水稳性也增强。

因此，此公路试验段中面层AC-13C 废胶粉改性沥青混合料油石比按5.0%确定。

3 施工工艺

废胶粉改性沥青混合料施工工艺与常规热拌沥青混合料大同小异，因废胶粉改性沥青混合料黏度更大，故对其施工过程控制要求更高。

3.1 改性沥青混合料制备

当前工程中制备橡胶沥青一般采用干法和湿法：干法制备时主要将废胶粉按设计比与集料混合，再喷洒热沥青后拌和均匀；湿法制备时则以橡胶粉为改性剂掺入沥青中，剪切制备得到橡胶粉改性沥青。该工程主要将废橡胶轮胎磨细至50～80 目并按16%的掺量掺入70#基质沥青中，在180～185℃的温度下以5000～6000r/min 的剪切速率剪切1h，以得到橡胶粉改性沥青。废胶粉改性沥青混合料制备工艺可参照改性沥青混合料，但必须重点加强各环节温度控制，具体见表2。废胶粉改性沥青黏度较高，故应延长混合料拌和时间，以保证混合料性能。混合料存储过程中，必须采用装有搅拌装置的储罐，避免发生胶粉颗粒和集料颗粒沉淀，影响混合料性能。

3.2 摊铺及碾压

废胶粉改性沥青混合料摊铺碾压施工工艺与SBS改性沥青完全一致，为此必须严格按照《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）的相关规定展开摊铺及碾压施工。摊铺过程中，摊铺机械必须按照3.0～4.0m/min 的速度连续匀速行进，避免不必要的中断。碾压则分初压、复压和终压三个阶段展开，且必须遵循紧跟慢压、高频低幅的碾压施工原则。初压阶段主要使用1 台Ingersoll-Rand-DD110 型双钢轮压路机和1 台DNPC-C522 型双钢轮压路机紧跟摊铺机，并按2.0km/h 的速度以高频低幅的模式振动碾压2～3 遍。复压阶段则通过2 台徐工XP305 型胶轮压路机按3.0km/h 的速度碾压2～3 遍，并达到设计压实度。终压阶段通过1 台DD110 双钢轮压路机挂强振前进静压1 遍、后退静压1 遍；再改用C521 型压路机振压1 遍，以彻底消除轮痕。

在废胶粉改性沥青混合料施工过程中为避免混合料黏轮，应在胶轮上均匀喷洒掺加润滑剂的水，其余施工环节均与一般改性沥青混合料施工过程相同。

3.3 接缝处理

4 沥青路面施工质量控制策略

4.1 明确施工质量评价指标

公路工程在具体的施工中，企业要结合工程的具体情况，严格落实设计标准和规范化要求，确定沥青路面评价指标和标准，给工程质量管控、方案的制定提供基础条件。因此，在沥青路面施工中，工程技术人员需要做好材料检测、路面质量检测、质量评价等方面分析，综合评估沥青路面的质量是否合格，如果存在质量问题，需要技术采取措施解决和处理。比如对于集料性能，要保证集料的坚固性处于35%～45%之间，保证材料的安定性在15%左右，以达到集料性能的要求。而针对沥青材料来说，技术人员需要严格执行我国的国家标准和要求，做好材料技术参数的控制，保证针入度、黏度、性能等符合工程的要求。

4.2 做好材料管理工作

从材料管理的实际情况出发，为了避免因为材料的因素而给工程的质量产生负面的影响，所以要考虑到工程的具体情况选择合适的施工材料，保证材料各项性能指标都符合要求，严格做好材料管控工作。

4.2.1 选择合适的材料

分析了解沥青路面的施工方案、公路等级、自然环境等要素，确定各项材料的技术指标和参数，根据招投标的结果签订采购合同。在合同中，需要明确标记好材料的性能标准、单次运输量、运输时间等要素。

4.2.2 材料检查和验收

材料进入到施工现场前，管理人员需要对材料的数量、规格参数、技术文件等进行全面检查，如果发现技术文件不完善，则不能签收该材料。同时，做好材料的抽样检测工作。比如某高速公路改扩建施工项目中，管理人员按照规范的要求进行水泥材料的取样检测，取样数量为12kg，从20 个不同位置抽取相同重量的产品。同时，在相同批次、相同总量的条件之下，选择砂石样品12kg，要从堆料的、中、顶三个部分分别进行选取。

4.2.3 试拌作业

进行材料的试拌作业，结合检测报告的技术参数，确定合适的沥青材料配比方案，确定合适的技术参数，实现优化和调整。

4.2.4 质量控制

做好混合料搅拌质量的控制，工作人员加强搅拌环节管控。

4.3 提高施工过程质量控制力度

沥青路面在具体施工环节，工作人员做好现场各个环节的管理和控制，同时还要做好旁站监理工作。如果发现现场施工和设计方案不符或者有违章作业的情况，监理人员及时终止施工，并且向上级单位报告，解决处理问题。

以某高速公路该扩建施工项目为例，在路面摊铺、碾压等施工环节，做好下述几个方面的控制：现场配置有2 台摊铺机同时开展摊铺作业施工；摊铺机与压路机组合成为机械施工组；技术人员做好沥青混合料供应顺利的控制，明确当地的摊铺路段长度参数；在施工前就要放置好垫木，做好熨平板的调整工作，保证前端是平齐的状态，且要做好预热处理。然后将摊铺设备温度加热到100℃以上，再组织现场进行摊铺施工；底面结构摊铺作业的速度为4m/min，中、表面层摊铺速度为3m/min；定期做好各项技术的检测，如果存在偏差，应该做出适当的调整，同时选择合适的机械设备。做好温度参数的控制，初压环节温度在150～160℃之间。

4.4 做好沥青路面验收评定工作

沥青路面施工完成后，施工单位需要先进行自检作业，如果存在质量问题，需要及时处理，主要检测技术参数是压实度、弯沉值等。然后交付给第三方检测机构、建设单位、监理单位同时进行验收与评定，做好各项技术参数的检测和控制，全面对照和分析，保证现场技术参数和设计方案、国家标准是一致的，偏差处于合理范围内，这样才能交付使用。如果发现有严重的质量问题，应该做好返修处理，以确保工程的质量合格。

4.5 采取质量通病防治及修补措施

在当前施工中，虽然施工单位做好了质量管理和控制，提升了施工技术水平，但是还是无法从根本上消除预防路面裂缝等质量问题，所以加强质量管控极为重要。因此，施工单位需要提前评估各种工程问题的发生概率、产生的影响等方面，以此作为基础选择合适的质量管控与管控。比如，在上述改建项目中，企业还要同时进行沥青路面裂缝监测工作，对于形成的位置、走向、长度、宽度、深度等参数进行监测和控制，在裂缝两侧需要埋设标志，应用千分尺、游标卡尺等监测和控制，或者应用裂缝计做好量测控制。通过直接测量方式进行裂缝长度监测，然后测量深度尺寸。

4.6 季节性施工管理

冬季、雨季等环境下进行施工，容易给沥青路面的质量产生严重的影响。基于此，施工企业必须选择合适的施工管理和控制措施，以保证工程的质量合格。在某改扩建项目中，在冬季进行施工，为了避免施工季节产生的不利影响，应该选择下述措施进行控制：现场存放的施工材料必须进行防雪、防冻等处理，将容易发生冻害的材料分批进入现场，表面覆盖一层油毡达到保护作用；做好现场施工作业的调整，将现场的水源进入部位封堵处理，定期开展排水处理，防止在现场出现结冰等情况；对于施工人员进行冬季施工培训和教育工作，消除不利因素影响，保证施工质量合格。

5 结语

综上所述，通过对Z 公路上中面层废胶粉改性沥青混合料施工过程的分析得知，原材料选择和配合比设计是保证改性沥青混合料性能质量的关键。混合料温度及碾压施工控制是保证废胶粉改性沥青混合料施工质量的关键，必须加强碾压设备组合及碾压遍数等的严格把控。施工质量检测结果显示，该公路试验段废胶粉改性沥青混凝土面层平整度、压实度、构造深度、摩擦系数及渗水系数等均符合规范要求，表明施工质量优良，且路面使用性能也比常规改性沥青混合料路面优越。