公路路面施工新工艺的应用

2022-07-14李永刚

交通世界 2022年18期

关键词：离析阻燃剂摊铺

李永刚

（石家庄市公路桥梁建设集团有限公司，河北石家庄 050000）

0 引言

路面作为公路重要组成部分，其施工质量决定了整个公路的行车舒适度与安全性，在交通量不断增加的趋势下，采用传统路面施工工艺已经难以达到实际要求，亟需引入一系列新工艺，进一步提高路面质量和性能，因此，本文对这些新工艺及其应用进行探讨。

1 橡胶沥青应用

橡胶沥青的生产可回收利用废旧轮胎，不仅节能环保，而且还能改善路面性能。橡胶沥青主要具有以下几方面特点：①有良好的温度稳定性，在高温条件下有较强稳定性，在低温条件下有较强的抵抗裂缝产生的能力。②橡胶沥青可减小路面结构应力，预防反射裂缝的产生，从而延长结构使用寿命。③可降低路面噪音，相较于普通沥青路面，能降低至少50%的行车噪音。④可适当减小面层的厚度，从而在不影响性能及寿命的条件下降低造价，并减少后期用于维修养护方面的成本。⑤有良好的水密性和抗老化性能。基于上述特点，使橡胶沥青在我国很多地区得到广泛应用，并达到了良好使用效果[1]。

基于胶粉及基质沥青相关试验结果，橡胶沥青具有以下性能：采用废旧橡胶对基质沥青进行改性后，能提高沥青所有性能，可将废旧橡胶作为沥青优质改性剂；从技术性能角度讲，20～30 目与40～50 目的废旧橡胶相对较高，但由于40～50 目的废旧橡胶成本比20～30 目的高很多，为保证性价比，在没有特殊要求的情况下建议使用20～30 目的废旧橡胶；橡胶沥青自身技术性能和废旧橡胶实际掺量有关，当掺量增加时，其性能改善作用提高，但也会相应提高沥青生产难度和施工要求，对此，根据相关试验结果，建议采用18%～20%的掺量；采用标号较高的基质沥青可以使橡胶沥青有更强的性能，包括低温抗裂性、抗老化与抗疲劳，但会影响高温条件下的稳定性，因此，在实际情况中应结合项目所在气候区域，确定适宜的基质沥青标号[2]。采用橡胶沥青拌和而成的混合料，其性能为：属骨架密实型，要求集料为断级配；水稳定性好；相较于采用SBS改性剂生产的改性混合料，不仅高温条件下的稳定性基本相同，而且低温与抗疲劳等其他性能更佳。某高速公路因处在山区，交通量相对较小，但对路面材料的耐久性能提出了很高要求，通过采用橡胶沥青，使路面承受高低温度作用的性能得以显著提升，能够确保路面应有的服务功能长时间处在良好的状态，且回收利用了废旧轮胎，具有显著的节能环保效益。

2 阻燃沥青应用

2.1 研制方法与研究进展

为从根本上解决难燃化方面的问题，应先使沥青受热后不发生熔滴与流淌，即提高沥青材料的熔点及分解温度，在分解气体当中适量增加不燃成分，也可以在燃烧链当中适当增加具有抑制作用的成分，从而提高燃烧氧指数。在此基础上，还应减少沥青燃烧过程中的发烟量，严格控制有毒气体产生。对于阻燃沥青，最简单也最有效的研制方法为在沥青中添加一定量的阻燃剂。若按照使用方法，可将阻燃剂分为两种类型，即反应型与添加型，以添加型最为经济和有效。具体方法为采用机械将阻燃剂与沥青混合，具有使用方便和适用面较广等优点。常用于阻燃沥青研制的阻燃剂种类以卤类为主，其氧指数很高，但因会产生烟雾与有毒气体，因此目前相关人员正致力于研制无卤阻燃剂，使沥青遇火后其表面可以快速结焦或在因燃烧发生流淌之前形成外加剂，对沥青进一步燃烧及流淌起到有效的抑制作用[3]。

2.2 研制问题

（1）费用较高。为真正增强沥青自身阻燃性，往往需要在沥青中添加很多阻燃剂，会使费用增加，甚至超过沥青自身价格，使用户无法接受。目前，伴随阻燃技术不断发展，开发出很多类型的阻燃剂，但这些阻燃剂依旧成本很高，若大量添加，必然增加工程造价，市场性较差，且阻燃剂的添加还会影响路用性能。

（2）阻燃性有限，且因沥青对温度十分敏感，受热后沥青必然发生流淌的现象，进而使火焰不断扩展与传播。

2.3 阻燃机理

不同阻燃剂的阻燃机理有所不同，目前常用的阻燃剂阻燃机理为：

（1）LDH、氢氧化镁与氢氧化铝：该类阻燃剂在受热分解过程中会吸收很多热量，使热量传递链被打破，起到降低表面温度的作用[4]。

（2）LDH、含氮与含磷阻燃剂：该类阻燃剂受热后还会放出很多不燃气体，这些气体覆盖于可燃物的表面能起到阻隔和氧气接触的作用，同时还能减小可燃气体的单位浓度。

（3）硼酸锌与合成阻燃剂：该类阻燃剂受热后会形成膜状结构，起到阻隔氧气的作用。

2.4 具体应用

在公路工程中，阻燃沥青主要用于隧道路面，采用直接添加的方法施工，添加后续连续搅拌至少20min。在掺加阻燃剂并均匀搅拌后，混合料各项性能指标应达到以下要求：①极限氧指数应大于28，试验按GB/T 2406 提出的方法进行；②烟密度不能超过75，试验按GB/T 8627 提出的方法进行；③烟气毒性符合ZA2标准，试验按GA/T 506提出的方法进行[5]。

3 温拌沥青应用

目前，隧道在高速公路中的占比越来越高，对于长度达到1km以上的隧道，其路面施工中通过加入温拌剂，能减少摊铺施工过程中产生的有害气体，减少对现场施工人员造成的危害及环境污染，同时还能延长隧道路面结构使用寿命。在温拌沥青实际应用过程中，应注意以下几点：

（1）降温幅度。据国内外近几年相关研究经验及实践成果，现阶段得到多数人公认的降温幅度为控制在30℃之内，即在常规应用场景中，与同等级热拌混合料相比，温拌料温度降低幅度需达到30℃以上，而采用特殊沥青材料时，如上述提到的橡胶沥青，则可将降温幅度升高至50℃。

（2）性能要求。温拌料核心为降温后混合料各项技术性能不能比降温前低，特别是关键性能指标，如抵抗车辙产生的能力及水稳定性。通常情况下，降温幅度可采用物化方式达到，尤其是冷拌料，它的降温幅度能达到常温混合料等级，而温度降低之后的性能可能无法达到热拌料的要求。

（3）性质要求。温拌作为当前新颖的工艺方法，主要改变混合料生产与碾压时的温度，并保证温度降低后，混合料性能不降低或与降温前保持不变。因此，应用温拌技术后，混合料各项材料性质不能发生任何变化，以免给混合料自身性能带来不利影响。

（4）通过温拌剂与阻燃剂的添加，可大幅减少混合料生产时烟雾的产生与排放，极大地降低有毒气体浓度。相较于常规热拌料，能降低近95%的烟气浓度、92%的苯可溶物浓度，以及88%左右的苯并芘浓度，使隧道内作业环境得以根本上的改善，减轻了沥青路面施工给作业人员身体健康造成的危害。

（5）与阻燃沥青相同，温拌沥青同样常用于隧道路面，以某高速公路工程为例，其标段内隧道路面形式为复合式路面，分两层施工，其中，第一层为LAC-20 型混合料，该层施工完成后均匀洒布一层黏层油，然后进行SMA-13L 型混合料施工，所有长度达到1km以上的隧道，都在表面层混合料当中掺加一定量的温拌剂，其掺量按沥青用量5%控制。

4 大粒径沥青碎石应用

对沥青路面而言，开裂是一种无法杜绝的病害，并且开裂还有可能引起其他类型的病害，如网裂、坑槽与龟裂等。针对这种情况，使用粒径较大的沥青碎石可起到增强路面结构抵抗裂缝尤其是反射裂缝的能力，在竣工通车以后，有效延长裂缝之间的距离，从而保证路面的舒适性。某高速公路工程在面层和基层间摊铺了粒径较大的沥青碎石，将沥青层厚度提高至24cm，延长路面上裂缝之间的距离，保证行车舒适性，并防止因裂缝产生引起的其他病害。该基层结构质量评定标准如表1所示。

表1 大粒径沥青碎石基层质量评定标准

由于该基层混合料的粒径相对较大，因此在施工过程中容易产生离析，影响施工质量，因此，为防止大粒径沥青碎石基层施工中发生离析，施工中应采取下列技术措施：

（1）在集料堆积与运输过程中，采用分层堆积的方式能减少随机离析，当料场场地允许时，应尽量降低料堆高度。若料堆底部的粗集料产生离析，需在送入至冷料斗中前借助前端装载机对这部分集料进行充分拌和。做好卸料与装料过程中的管理工作是防止随机离析现象发生的关键。

（2）为防止装卸时产生离析，装卸需分成三次进行，即先装前部，再装尾部，最后装中部。采用这样的方法能有效规避因装载产生的离析。当拌料与装料同时进行时，需采用滑模保证装载的均匀性，其防止离析发生的效果好于三次装卸。此外，向摊铺机中投料时，应将混合料视作一个整体，以此防止投料时产生离析。

（3）混合料摊铺时摊铺机的料斗应保持半满以上，仅在必要情况下将料斗收起，收起料斗后可消除料沟，确保下一车混合料可成为一个整体投入到摊铺机中。另外，向摊铺机中投料的速度应尽量快，并在运行时保持连续和匀速，不可停顿，通过现场调整，使摊铺速度和拌和站生产与供料速度保持一致。

（4）根据大粒径沥青碎石混合料离析现象研究成果，混合料离析还与摊铺厚度有一定关联，在摊铺厚度相对较大的情况下，可显著减少离析。基于此，摊铺施工中应做好摊铺厚度控制，在不影响结构层性能的前提下，尽量增加摊铺厚度。

5 强嵌挤水稳碎石基层应用

强嵌挤水稳碎石混合料与常规水稳碎石混合料相比，粒径在9～31.5mm范围内的集料含量较多，而其他三档集料的含量较少，基于该集料级配组成，能使混合料具有更高的抗收缩能力，从而减少裂缝的产生，最终避免路面产生反射裂缝。以某高速公路工程为例，其基层采用强嵌挤水稳碎石结构，为提高混合料的和易性，按3%～5%的掺量在混合料中添加粉煤灰，将水泥剂量确定为3.5%～4.0%（与常规混合料相比有所降低）。需要注意的是，在检测过程中，对于强嵌挤水稳碎石混合料，其试件不可采用常规压实方法成型，由于该混合料粗颗粒含量较高，容易离析，应采用振动的方法成型，试件成型后将其放在标准条件下连续养生，然后按规程提出的方法进行强度检测。一般情况下，当该混合料用于基层时，其7d 龄期抗压强度应达到3.3MPa 以上，而用于底基层时，7d 龄期抗压强度需达到2.0MPa以上。