BRA改性沥青路面施工工艺研究

2023-05-13蔡永清

运输经理世界 2023年2期

蔡永清

（江苏东交智控科技集团股份有限公司，江苏南京 210049）

0 引言

截至2021年底，江苏省高速公路通车里程已达5023km，而其中车辙深度超过10mm 的路段已超过1000km，由此可见，高速公路的维护迫在眉睫[1]。天然岩沥青是经过亿万年的压力、细菌、氧化等作用生成的沥青类物质[2]。岩沥青的软化点超过300℃，基质沥青添加岩沥青后，可以提升抗高温、抗老化性能[3]。沥青混合料中添加岩沥青，可以实现沥青改性，让沥青胶浆、沥青混合料拥有良好的性能[4]。本文依靠江苏省高速公路养护改造，采用价格较低的天然岩沥青作为改性剂，结合定制化的理念，对沥青混合料性能进行改性，设计了BRAC-20 及BRMA-13 混合料并通过现场实施，研究了BRA 改性沥青路面的施工工艺，改善了沥青路面的养护质量，减少了施工中的温室气体排放，对延长沥青路面使用寿命具有重要意义。

1 BRA 混合料初步设计

1.1 BRAC-20 混合料设计

与一般岩沥青相比，BRA 中灰分含量约75%，将BRA 作为改性剂时，需提高其掺量。本文提出了定制化的设计理念，在AC-20 沥青混合料中掺加BRA，称之为BRAC-20 混合料。BRA 中沥青组分作为胶结料，灰分替代矿粉使用，并减少新掺加沥青和矿粉量。

1.1.1 原材料

BRAC-20 混合料所使用的主要原材料为：石灰岩集料和矿粉；胶结料选用70#基质沥青或者SBS 改性沥青，相对密度为1.042；岩沥青选择75%灰分含量的BRA，掺量为矿料质量的3%。

1.1.2 初选级配

首先根据集料的筛分结果选出粗、中、细三个级配，然后根据实际应用确定油石比，分别制作马歇尔试件，获取体积指标，根据结果初选出满足要求的级配。

1.1.3 试验级配评价

根据往年AC-20 的实际工程应用，油石比选择4.5%，双面各击实75 次成型马歇尔试件。

1.1.4 最佳油石比的确定

配料按照设计矿料比例，马歇尔试验采用五种油石比进行。结果显示试件的毛体积相对密度未出现最大值，故假设4.5%空隙率对应的油石比为4.45%。由试验结果得出符合要求的油石比范围为4.5%～4.74%，中值和平均值分别为4.61%、4.53%，根据以往设计经验选定最佳油石比为4.5%，取3.7%为新添加沥青油石比。

1.1.5 设计结果

根据试验结果，选择矿料1#∶矿料2#∶矿料3#∶矿粉=37.5%∶36%∶25.5%∶1%，新添加沥青油石比为3.7%，换算总油石比为4.5%。

1.2 BRMA-13 混合料设计

为了充分发挥BRA 的性能特点，拓展应用范围，本文在中面层连续级配BRAC-20 混合料的研究基础上，结合定制化的设计理念，开展了上面层间断级配BRMA-13 沥青混合料的设计研究。级配组成需要进行调整。

1.2.1 原材料

BRMA-13 混合料所使用的主要原材料为玄武岩集料和石灰岩矿粉，胶结料选用SBS 改性沥青，添加剂选用BRA，掺量为矿料质量的4%，由于BRA 的稳定作用好，所以混合料中无须添加纤维类稳定剂。

1.2.2 配合比设计

BRMA-13 混合料确定级配A、级配B 及级配C，测出三种级配的VCADRC，选5% 为初试总油石比，双面各击实75 次制作成型马歇尔试件，测定VCAmix，试验结果得出级配B、C 体积指标满足要求，依照以往工程经验选择级配B 为设计级配。

选择矿料比例为1#∶2#∶3#∶矿粉=42%∶32%∶17%∶9%，选择新加SBS 改性沥青设计油石比为4%，总油石比为5%。

2 BRA 混合料施工工艺

2.1 BRAC-20 施工工艺

2.1.1 BRAC-20 混合料拌和

生产设备选择MARINI-4000 型间歇式拌和楼，计算机控制全部流程，能够进行逐盘打印生产记录，拌和楼加热系统采用重油为燃料，BRA 的添加通过加料口螺旋打入矿粉罐后称量加入拌缸，添加量能够做到准确计量，BRA 掺量为矿料质量的3%。添加过程如图1所示。

图1 BRA 添加过程

拌和楼产量为170t/h 左右（每锅拌和2.7t，每盘拌和60s 左右，其中干拌、湿拌、卸料时间分别为25s、26s、10s）。集料加热温度范围和沥青加热温度范围分别为180～190℃、165～175℃。

2.1.2 BRAC-20 混合料运输

使用大吨位自卸汽车运输混合料，为了避免离析，装料时运输车需要前后移动，分成前、中、后三次堆料。出料温度符合要求后出厂。运输时为了保证混合料温度，需使用篷布覆盖运输车的车厢顶部进行保温。为了避免提前揭开保温篷布导致温度离析现象，等即将摊铺时，运输车辆才可掀开保温篷布。

2.1.3 BRAC-20 混合料摊铺

摊铺机到达指定位置后，根据松铺系数1.2 计算出松铺厚度并调整好熨平板高度，预热至100℃以上。

摊铺作业使用ABG7820 型摊铺机进行，摊铺机使用行走滑靴在原路面找平。摊铺速度为3.5m/min，摊铺机熨平板振动频率和振捣频率均设定为6 级，摊铺机行走速度宜控制在3～4m/min。改性乳化沥青黏层油喷洒后，不得出现车辆随意行走的情况。如果在摊铺过程中发现存在离析带，则要求施工人员采取补撒细料的方法消除。

施工现场的摊铺温度应控制在160～170℃，以满足施工指导意见要求。

2.1.4 BRAC-20 混合料碾压

BRAC-20 的施工碾压方式与常规AC-20 施工方式相同，采取高温紧跟碾压方式进行碾压施工，施工过程中可以采用的碾压组合方式为：1 台悍马HD130压路机去静回振碾压2 遍，速度为3.5km/h，复压使用2 台胶轮压路机进行碾压，1 台30t 徐工胶轮XP302压路机以4.5km/h 的速度碾压3 遍，1 台30t 科泰胶轮KP305 压路机以4.5km/h 的速度碾压3 遍，终压使用1 台悍马HD130 压路机静压2 遍。

2.2 BRMA-13 施工工艺

2.2.1 BRMA-13 混合料拌和

BRMA-13 混合料生产设备采用间歇式拌和楼，由计算机控制全部生产流程，能够逐盘打印生产记录，拌和楼加热系统燃料使用重油。拌和楼产量与BRAC-20 混合料相同。集料加热温度范围和沥青加热温度范围分别为180～185℃、165～175℃。

2.2.2 BRMA-13 混合料运输

混合料运输与BRAC-20 混合料相同。

2.2.3 BRMA-13 混合料摊铺

摊铺机作业准备工作与BRAC-20 混合料摊铺相同。

摊铺作业选用ABG7820 型摊铺机进行，使用平衡梁进行摊铺机找平。摊铺速度定为3.5～4m/min。摊铺过程中摊铺机行走速度偏快容易导致压路机行走速度偏快，影响有效压实功。其他注意事项与BRAC-20 混合料摊铺相同。

施工现场的摊铺温度应控制在165～175℃，以满足施工指导意见要求。

2.2.4 BRMA-13 混合料碾压

混合料的碾压可以采用的碾压组合方式为：1 台科泰重工KD135F 钢轮压路机以3km/h 的速度去静回振碾压2 遍，采取与原路面纵向接缝处1/3 错轮碾压，2 台26t 和1 台30t 胶轮压路机以4.5km/h 的速度碾压6 遍，终压用1 台双钢轮徐工XD121 压路机静压2 遍。

2.2.5 施工工艺优化

（1）级配调整

盐靖高速BRA 改性路面试验段第一天施工时，发现混合料的空隙率较大，从拌和楼打印记录可知，是拌和楼添加BRA 时用量不足，比生产配合比的设计要求低了0.3%的用量。BRA 用量的减少直接导致了混合料整体沥青用量以及填料用量的减少，实际混合料级配比设计级配偏粗，这一点在抽提试验结果中也有所体现。通过分析BRMA-13 的抽提级配4.75mm筛孔以下通过率，理论上应该比生产级配要高，但是实际抽提试验结果显示二者相接近，而且1#料偏粗导致混合料合成级配9.5mm 通过率已经超出级配下限。

在后续拌和过程中对BRA 以及各矿料做到精确添加，适当增加BRA、细集料和矿粉的添加量，级配调整后混合料的外观如图2所示，空隙率明显降低，铺面效果大为改善。

图2 级配调整后混合料的外观

（2）碾压工艺优化

盐靖高速BRMA-13 试验段施工历时4 天，混合料现场碾压方案第一天采用钢轮压路机初压4 遍，胶轮压路机复压2 遍，钢轮压路机终压2 遍。从现场检测结果分析，该碾压方案存在碾压遍数不足的问题，导致路面压实度和渗水系数不能满足设计要求。在第二天的施工过程中，碾压方案调整为钢轮压路机初压2 遍，胶轮压路机复压4 遍，钢轮压路机终压2 遍，现场检测结果显示基本满足设计要求，所以在第三天和第四天的施工过程中碾压方案进一步优化为钢轮压路机初压2 遍，胶轮压路机复压6 遍，钢轮压路机终压2 遍。检测数据随胶轮压路机碾压次数的变化如图3所示。