ARAC-13橡胶改性沥青混合料面层碾压工艺研究

2022-08-01韦程元涂福韵张嘉豪

西部交通科技 2022年5期

韦程元，涂福韵，谭毅，张嘉豪

(1.广西路桥工程集团有限公司，广西南宁 530200；2.广西交科集团有限公司，广西南宁 530007)

0 引言

随着我国交通事业的发展，废旧轮胎产生量不断攀升，每年大概以8%～10%的速度急剧增加，目前已经达到千万吨以上。废旧轮胎是威胁生态环境的“黑色污染”，其回收利用具有一定难度[1]。将废旧轮胎加工成胶粉，制备成橡胶改性沥青应用于沥青路面修筑，是废旧轮胎橡胶资源化、无害化利用的主要途径之一，可以有效解决废旧轮胎带来的“黑色污染”，并在一定程度上提升沥青路面质量[2-3]。

废旧轮胎加工成胶粉制备橡胶改性沥青是发达国家治理废旧橡胶轮胎材料污染、综合利用废物的具有环保经济性的普遍做法[4-5]。橡胶改性沥青在抗变形、抗老化、抗疲劳、抗裂、降噪等方面性能突出，可有效提升沥青路面长期使用寿命[6-8]，故本文高速公路面层采用ARAC-13橡胶改性沥青混合料。由于橡胶改性沥青混合料油石比较大，胶轮碾压过度容易造成沥青层“泛油”，降低沥青层的平整度；但沥青面层得不到充分压实，又可能出现掉粒、早期水损害、甚至车辙。因此碾压工艺将直接影响沥青路面的压实度、抗水损害能力、行驶舒适度等，碾压工艺的合理性对ARAC-13橡胶改性沥青混合料面层的铺筑至关重要[9-10]。为此，本文将对比研究钢轮压路机、胶轮压路机搭配和仅采用钢轮压路机两种碾压工艺对ARAC-13橡胶改性沥青混合料面层碾压效果的影响，并对ARAC-13橡胶改性沥青混合料面层的碾压效果进行检测，推荐更适用于ARAC-13橡胶改性沥青混合料面层的碾压工艺。

1 原材料

1.1 橡胶改性沥青

混合料采用广西交科新材料科技有限公司供应的橡胶改性沥青，选用30目～80目的路用废胎橡胶粉，胶粉掺量为20%(内掺)。橡胶改性沥青具体性能指标如表1所示。

表1 橡胶改性沥青性能指标表

1.2 集料

混合料粗集料采用辉绿岩碎石，粗集料分为1#(11～16 mm)、2#(6～11 mm)、3#(4～6 mm)三档辉绿岩碎石；细集料为4#(0～4 mm)的石灰岩机制砂；填料为石灰岩矿粉。

2 混合料配合比及性能

因为该高速公路处于广西高温湿热地区，所以ARAC-13橡胶改性沥青混合料配合比设计过程中主要侧重抗车辙性能、水稳定性及抗滑性能。本文采用马歇尔设计方法对ARAC-13橡胶改性沥青混合料进行配合比设计，确定最佳油石比为5.7%。其矿料级配组成设计如下页表2所示。

ARAC-13橡胶改性沥青混合料的基本性能如下页表3所示。试验结果表明，ARAC-13橡胶改性沥青混合料性能均符合工程技术要求。

表2 矿料级配组成设计表

表3 ARAC-13橡胶改性沥青混合料性能试验结果表

3 碾压工艺方案设计

路面碾压工艺直接影响路面压实度、混合料整体粘聚力、平整度等，表面层对平整度有严格要求。施工方担心胶轮作用在高温橡胶改性沥青混合料上会降低路面的平整度，可能还会造成表层出现“泛油”，计划在ARAC-13橡胶改性沥青混合料面层施工中不采用胶轮进行碾压。在传统沥青路面施工中，沥青路面复压过程中一般会采用胶轮压路机碾压，胶轮会给混合料传递水平和垂直的荷载，形成揉搓压实作用，使混合料中的沥青胶浆在水平荷载的作用下逐渐填充粗颗粒间的间隙，形成均匀致密的路表结构，有利于混合料整体的粘聚性和稳定性。美国工程技术兵团曾指出，钢轮压路机只对混合料产生刚性压实，路面出现早期损坏的因素可能是路面成型过程只采用刚性压实[11]，会造成压实度低、路面表层胶浆不足的情况发生。为了验证施工方碾压方案的合理性，在施工中采用了A、B两种碾压方案对路面进行碾压。

碾压A方案：初压——双钢轮静压振1遍，速度控制在1.5～3 km/h，初压开始温度≥160 ℃；复压——双钢轮振压2～3遍，胶轮紧跟碾压1～2遍，速度控制在4～5 km/h；终压——≥120 ℃高温收迹，双钢轮静压收光2遍。

碾压B方案：初压——双钢轮静压振1遍，速度控制在1.5～3 km/h，初压开始温度≥160 ℃；复压——双钢轮振压4～5遍，速度控制在4～5 km/h；终压——≥120 ℃高温收迹，双钢轮静压收光2遍。

碾压要点：及时、紧跟、慢压、高温、连续、不多压、不漏压、保证平整度。

4 不同碾压工艺对铺筑效果的影响

4.1 压实度与厚度

对ARAC-13橡胶改性沥青混合料铺筑面层进行随机钻芯取样，检测ARAC-13沥青混合料面层的厚度，代表值如表4所示。以拌和站取混合料得到的最大理论密度和马氏密度作为标准密度，计算各芯样的压实度，以检验现场混合料的压实状况，代表值如表5所示。

施工中松铺厚度控制为5 cm，松铺系数按1.25进行控制作业。从表4试验检测结果可知，ARAC-13橡胶改性沥青混合料面层厚度基本可以达到设计要求。

表4 ARAC-13橡胶改性沥青混合料面层厚度检测结果表

表5 ARAC-13橡胶改性沥青混合料压实度检测结果表

从ARAC-13橡胶改性沥青混合料压实度检测结果可知，A方案碾压的沥青面层标准压实度和理论压实度都能达到工程要求，钻芯试样空隙率基本在目标空隙率4.5%范围波动。胶轮由于自身具有弹性变形性能，在行驶过程中向混合料传递垂直、水平方向双重作用力，通过揉搓压实作用，能够有效压实混合料，并且将沥青胶浆揉搓至路表，增强路面混合料的整体粘聚性。B方案碾压中只有钢轮垂直碾压作用，混合料在刚性压实下，碾压不充分，沥青路面存在部分路面压实度不够的情况，其空隙率可能会超出工程要求，从而造成后期出现一定的水损害问题。

4.2 渗水系数

对ARAC-13橡胶改性沥青混合料上面层的渗水性能进行了检测，其测试结果如表6所示。从测试结果看，ARAC-13橡胶改性沥青混合料上面层的渗水系数指标满足工程要求。

表6 ARAC-13橡胶改性沥青混合料上面层渗水系数试验检测结果表

较B碾压方案而言，A碾压方案的沥青面层由于空隙率更小，压实度更高，其渗水系数较小，有效保障了沥青路面后期的水稳定性能。

4.3 构造深度

采用铺沙法对ARAC-13橡胶改性沥青混合料上面层的构造深度进行了检测，其测试结果如表7所示。

表7 ARAC-13橡胶改性沥青混合料上面层构造深度检测结果表

由表7可知，ARAC-13橡胶改性沥青混合料上面层的构造深度均满足工程要求，在工程要求构造深度基础上有较大幅度提升，保障了沥青路面的抗滑性能。采用B碾压方案的沥青路面构造深度比较大，最大构造深度达到1.3 mm。由于B碾压方案中只有钢轮垂直碾压作用，没有胶轮对混合料的揉搓作用，“上浮”到路表的沥青胶浆会有一定程度减少，所以构造深度大，但对混合料间的粘聚性会有一定程度的影响。而A碾压方案的沥青路面，超过工程要求的构造深度值，路面既有一定的抗滑性能，其后期稳定性也得到了一定程度的提升。