蒙脱土改性沥青复合料的施工应用技术研究

刘铭辉

（赣州市公路发展中心崇义分中心，江西 崇义 341300）

0 引言

蒙脱土又称微晶高岭石或胶岭石，是膨润土矿的主要矿物成分，一种硅酸盐类的天然矿物质。蒙脱土加水后会变成糊状，体积可以膨胀几倍，受热后可以脱水，体积收缩。蒙脱土有很强的阳离子交换和吸附功效，可用作吸附剂、漂白剂、填充剂，与聚合物复合，可以赋予聚合物以较好的减缓紫外线传播和气体阻隔性。蒙脱土可以有效减缓紫外线和氧气在沥青复合料上的扩散，进而降低沥青在长时期热氧老化过程中的针入度、软化点、黏度和延度等，增强沥青的抗老化功效。蒙脱土还能够与沥青构成复合插层结构，通过蒙脱土片层有效限制沥青在高温下的流动形变，进而显著增强沥青的高温耐车辙能力。

1 案例简介

某公路总长202.26 km，设计时速100 km/h。该公路路面在设计建设中，为适应高原和草原公路的环境相对干燥和紫外线照射强烈的特点，采用蒙脱土改性沥青复合料技术，以利用蒙脱土改性可以有效减缓紫外线的传播和氧在沥青中复合料中的扩散，从而提高沥青复合料路面的抗老化性能，增强路面结构质量和应用持久性。其沥青复合料为蒙脱土改性沥青复合料，采取Superpavel2.5级配设计。复合料铺层厚度4 cm，路幅宽度11.25 m，由2台ABG423型摊铺机铺筑。

2 蒙脱土改性沥青复合料施工技术

2.1 施工设备配套

（1）摊铺机。应用多功能摊铺机开展摊铺作业。摊铺机主要由底盘、发动机、料斗、送料装置、螺旋器、振动器、熨平板以及机电控制系统组成。复合料从运料车卸入摊铺料斗，由刮板输送机输送至摊铺室，再由螺旋器摊开铺至路面。摊铺过程中边松铺，边振捣夯实，边由熨平板整平。摊铺机的功效特性、参数配置和摊铺过程控制，密切关系复合料的摊铺质量和路用功效。

（2）搅拌机。搅拌机配置一定要满足摊铺机现场铺筑作业的用料量需求。根据复合料铺筑工程量、相关性能有效期、运送效率等综合考虑配置，其参考最小产量可由公式（1）进行计算：

式中，Qmin——综合因素决定的搅拌装备的最小复合料生产量（t/h）；hmax——摊开铺路面单层的最大厚度（m）；B——单幅路面宽度（m）；v——铺推进速度，通常＜4 m/min；γ——复合料压实后的密度（t/m3）；kw——骨料的含水量影响系数；kt——时间利用系数；km——材料影响系数。时间利用系数kt在一定程度上反应搅拌作业的管理水平，通常可按表1予以选择。

表1 时间利用系数kt

材料影响系数反应不同材料的拌料难易程度。工程实践显示，细料比粗料更难搅拌，改性沥青比普通沥青更难拌和，需要适当提高矿料温度；如果复合料需要添加纤维，则需要适当增加更多的搅拌时间，所以对于不同的材料要有不同的加权系数。具体见表2所示。

表2 材料搅拌难易度影响系数km

骨料含水量的影响系数表达骨料的含水量对搅拌机生产效率的影响。拌料生产能力由搅拌器和烘干筒两个关键组件决定。额定生产率是在骨料含水量为5的标准条件下的基准值。当骨料含水量较高时，需要降低生产率，以保证骨料的加热和干燥功效。当骨料含水量相较于标准工况低时，生产效率取决于调拌器的产量，因为调拌器不受骨料含水量的影响。研究显示，骨料含水量大于标准工况时，应适当降低产量，每大于标准工况1%含水量，产量应减少10%左右。骨料含水量的影响系数取值具体见表3。

表3 骨料的含水量与影响系数kw的关系

（3）压路机。应按沥青公路路面的施工技术规范要求，开展初压、复压、终压。对于Superpave或SMA复合料因骨架嵌锁基础较好的，可以省略初压过程，直接进入复压过程。碾压操作段长度一般在30~50 m之间选择，各阶段应注意满足必要的压实温度。根据表4选择压路机型式、碾压频次和压实速度[1]。

表4 压路机作业参数

初压应用双钢轮静压压路机或者以振动压路机静压；复压不得启动振动压实，应选择轮胎压路机或双钢轮振动压路机；终压应用双钢轮静压压路机或轮胎压路机碾压。静压压路机的重叠宽度通常选择轮宽的1/2，振动压路机重叠宽度一般选择30 cm左右。压路机相关参数配置与计算可参考如下：

（1）初、终压的压路机数量配置。可按公式（2）进行计算。计算时重叠宽度为钢轮宽度的1/2：

式中，n1——初压或终压的压路机配置数量（台）；N1——初压遍数；vr——压路机的行进速度（km/h）；vt——摊铺推进速度（m/min）；b——压路机的轮间宽度（m）。

（2）复压的压路机数量配置。可按公式（3）进行计算：

式中，n2——复压的压路机配置数量（台）；b1——重叠碾压宽度；N2——复压遍数；其余同上。

（3）运料车配置计算。在机械装备的设置上，一旦确定了摊铺机、拌料机、压路机的数量，一般不再作临时调节。而运料车辆则应根据作业量和运距的变化，可做随时调整。运料车辆数量的调节，受行驶时间、装卸时间、等待时间等参数影响决定。通常要求车速＞30 km/h，运载量＞5 t，正常摊铺时，每台摊铺机前要有2~3辆卸料车，以保证连续稳定作业[2]。

1）所需运料车数量可根据公式（4）进行估算：

式中，Nc——运料车理论配置数量；G——运料车的载量均值（t）；Q——拌料出货能力（t/h）；K——运料车的储备系数，通常在1.10~1.20取值，当路面状况和车辆状况较差时取大值，较好时取小值；ta——装、运、卸和回程等待所需的时间的总和（min）。

2）运料车辆完成一个运料循环所需的相关时间的计算。

运料车装料所需的时间按公式（5）计算：

式中，tp——运料车的装料需要时间（min）。

车辆运料和返程时间可按公式（6）给予计算：

式中，tc——运输复合料所需时间（min）；L——运输复合料的行程距离（km）；vy——运料平均车速（km/h）；vk——运输车返程平均车速（km/h）。

运输车待卸料和卸料需要时间，可按公式（7）计算：

式中，tf——运输车待卸料和卸料需要时间（min）；n——等待卸料的车辆数量；其他同上。

2.2 蒙脱土改性沥青复合料的摊铺

蒙脱土改性沥青复合料的摊铺工艺与质量控制技术要点如下：

（1）应用梯形摊铺作业法。1台摊铺机摊铺宽度为5.25 m，另1台摊铺宽度为6.00 m。6.00 m摊铺机先行，2台摊铺机前后间距控制在1~2 m，松铺层保持重叠5~10 cm。

（2）根据摊铺机中速高频运行状态和控制平整度的要求，摊铺速度控制在2.50~3.00 m/min，振动频率宜控制在15~20 Hz范围，熨平板频率宜调整为30~40 Hz，以保证松铺平整度和实现良好的预压实度[3]。

（3）摊铺机作业前应充分预热，通常预热时间不低于30 min，保证熨平板的表面温度达到150 ℃左右。熨平板温度过低，热复合料遭遇冷熨平板，会导致粘板，使铺层表面发生推挤、开裂，推料影响碾压后路面的平整度。

（4）由试验确定摊铺厚度，根据表5确定松铺系数k为1.18，因此松铺厚度宜在4.72 cm。

表5 松铺系数试验数据

（5）摊铺机启动前，宜准备2种垫木。一种用于初铺，其厚度为摊铺厚度与松铺系数的乘积。另一种是在摊铺过程中供起步使用，其厚度应为松铺厚度减去压实厚度。

（6）螺旋布料器宜选择低位摊铺状态，轴线至地表高度设为31.50 cm。

（7）为保证摊铺稳定均匀，布料器料位应为螺旋片高度的2/3~3/4之间。布料器转速不能快也不能慢，应与摊铺厚度、宽度、行进速度相匹配，其运行时间应控制在摊铺机作业时间的80%。

图1显示了蒙脱土改性沥青复合料的摊铺现场。从图中可以看出，采取摊铺质量控制措施后，摊铺层稳定均匀。

图1 蒙脱土改性沥青复合料摊铺现场

2.3 压实施工及质量控制

一般路面碾压操作包括3个阶段，具体如图2所示。

图2 沥青路面碾压过程

为达到压实度，采取以下工艺及控制质量措施。

（1）初压采用2台DD110压路机。1台压路机跟随摊铺机基于侧边碾压，1台压路机跟随摊铺机沿路面接缝碾压。在不粘轮和推移的情况下，启动振压，否则须先静压后振压。静压轮宽重叠1/2，振动轮宽重叠30 cm。振动碾压行进速度4~5 km/h，碾压4~6遍。静压行进速度2~3 km/h。

（2）复压应用2台1胶轮压路机，紧随初压再碾压3遍，碾压速度3~5 km/h。

（3）终压在复压后紧随进行，碾压2遍，碾压速度3~5 km/h，直至无轮迹为止。碾压方式是压路机每次从两端折回时，应呈阶梯状，紧跟摊铺机前进，折回处不应在同一横截面上，并与碾压断面纵向重叠1~1.5 m。在碾压过程中，要尤其注意复合料温度有否存在温度敏感区。如果存在敏感区，应避免在敏感区内振动碾压操作，而选择使用橡胶轮碾压。应根据现场复合料的温降情况，控制碾压距离，一般控制在30~50 m。

3 结语

综上所述，从复合料施工的设备配套、复合料的摊铺、压实施工及质量控制等方面，梳理探讨了蒙脱土改性沥青复合料的施工应用技术。蒙脱土有很强的阳离子交换和吸附功效，可以赋予聚合物以较好的减缓紫外线传播和气体阻隔性。蒙脱土改性沥青复合料路面有限制沥青高温流动形变，高温老化和增强高温耐车辙功效。材料优势也需要高质量的路面施工技术给予助力和保障。蒙脱土改性沥青复合料铺筑施工，采取专场拌料，运至摊铺现场，由多功能专业摊铺机和压路机以梯式组队方式进行铺筑压实作业，因此需要以现场铺筑操作为中心，系统组合配套施工设备，保证核心装备即现场摊铺机能够处在合理正常基础上发挥最优功效。