橡塑复合改性沥青路面施工问题探析

2024-03-17雷鸣

交通科技与管理 2024年2期

摘要为探究以废旧轮胎胶粉和废旧聚乙烯塑料为主成分，同時掺加硫磺稳定剂、增塑剂、降黏剂等材料，并经过剪切、溶胀两个阶段所制备出的橡塑复合改性沥青的路用性能，文章以某新建高速公路为例，对原材料选取、配合比设计及改性沥青性能试验展开分析，并对施工技术要点及施工质量进行分析、检测与评价。结果表明，橡塑复合改性沥青因加入废旧轮胎胶粉和废旧聚乙烯塑料等成分，材料硬度、黏度、高温稳定性能均更加优异；试验路段路用性能也明显提升；同时也为废旧轮胎资源的再生利用提供了可行路径。

关键词橡塑复合改性沥青；施工；配合比；路用性能

中图分类号 U414文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）02-0075-03

0 引言

高温多雨地区沥青路面运行过程中普遍面临水损病害的潜在威胁，为保证路面高质量运行，必须使用防渗及抗水损性能优异的混合料。结合欧美国家的实践经验，将废旧轮胎处理后加入沥青材料，同时掺加大分子塑料聚合物，制备出的橡塑复合改性沥青混合料既能提升沥青材料硬度和高温黏度，又能赋予沥青材料更强的感温性能，改善其高温稳定性。基于此，该文结合新建高速公路实际，对橡塑复合改性沥青混合料的工程应用展开研究，以验证此类沥青混合料优异的路用性能，为其推广应用提供可借鉴经验。

1 工程概况

某新建高速公路X2标段起点桩号K0+000，终点桩号K12+200，线路全长12.2 km。该公路段位于我国南方高温多雨地区，结合同一地区同等级公路运行实际，因施工材料、施工工艺、养护处治等方面的原因，其他公路先后出现各种形式的水损病害，在行车荷载的反复作用下迅速发展成为大规模网裂、坑槽、沉陷，严重影响公路服役性能。为此，该公路管理部门决定采用高强型橡塑复合改性沥青混合料，以提升路面抗渗、抗车辙、抗磨耗性能。

2 橡塑复合改性沥青设计

2.1 原材料选用

（1）沥青。该高速公路橡塑复合改性沥青混合料选用软化点64 ℃、针入度50.8（0.1 mm）、5 ℃延度6.8 cm、薄膜加热试验后质量损失?0.286 2%的70#A级道路石油沥青材料。

（2）橡塑复合改性剂。该材料以废旧轮胎胶粉和废旧聚乙烯塑料为主成分，其中还掺加硫磺稳定剂、增塑剂、降黏剂[1-5]等成分。其中，废旧轮胎胶粉主要由工程所在地某橡胶制品公司提供，由施工现场技术人员按照《橡胶沥青路面技术规范》（CJJ/T 273—2019）验收；废旧聚乙烯塑料则由该公司通过回收的塑料瓶熔化压缩而成，拉伸强度达到26.1 MPa、相对密度为0.93，弹缩率为3.6%；其余的材料均直接从市场采购。

（3）粗集料。工程所在地石灰岩抗磨耗性不良，外购玄武岩成本高而经济性差，故选用工程所在地供应的辉绿岩石料。此类石料毛体积密度较大，吸水性不强。经检测，其压碎值取10.2%，磨光值取45.4%，洛杉矶磨耗值为11.9%，软石含量仅为0.4%。各项力学性能均满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2017）要求。

（4）细集料。为提升橡塑复合改性沥青混合料水稳性能，特选用石灰岩机制砂为细集料，并展开此类集料性能检测与评价。根据检测表示，此类细集料吸水率、毛体积相对密度、棱角性、亚甲蓝值、坚固性等均符合要求。

（5）矿粉。该类材料在整个混合料结构中起到阻隔沥青流淌、加强并提升总体黏度[6-8]的效果。但其掺量如果过高，必将使混合料整体强度和抗车辙性能降低。该研究推荐石灰岩磨细矿粉，其含水量、塑性指数等取值均符合规范，性能稳定。

2.2 配合比设计

在密切结合工程实际、现行规范并参照普通改性沥青级配设计的基础上展开试验，所得到的橡塑复合改性沥青混合料级配结果见表1。

在确定出混合料级配的基础上，依次针对3.7%、4.0%、4.3%、4.6%及4.9%等沥青用量混合料成型马歇尔击实试件，各油石比对应4个试样。此后通过蜡封法及马歇尔试验[9-10]展开试样毛体积密度、理论密度等取值检测，测试结果见表2。根据检测值，随着沥青掺量的增大，试件相对密度、孔隙率递减；毛体积密度、沥青饱和度、流值和稳定度递增；矿料间隙率则先减后增。兼顾工程性能和经济性考虑，推荐采用4.3%的沥青掺量。

2.3 橡塑复合改性沥青制备及性能检测

2.3.1 材料制备

该研究推荐采用直投法展开橡塑复合改性沥青制备[11-13]。具体流程可以划分成剪切、溶胀两个阶段。首先，在135 ℃的高温烘箱内将基质沥青持续加热180 min，待基质沥青完全溶解且受热均匀后倾倒进剪切桶，借助智能加热装置继续加热至180 ℃；此后按照先后次序将废旧轮胎胶粉、废旧聚乙烯塑料、改性剂、其余添加剂等全部掺进；迅速将加热温度升高至185 ℃，同时按照6 900 r/min的速度高速剪切60 min。第二，待以上剪切处理完结后将橡塑复合改性沥青半成品移动至高速分散机处，按照500 r/min的速度和185 ℃的温度持续旋转，使之充分膨胀发育；60 min后掺加硫磺稳定剂，再继续反应120 min后完成。

2.3.2 性能检测

按照长300 mm、宽300 mm、厚50 mm的尺寸制备板块状橡塑复合改性沥青试件和普通改性沥青试件，在室温下持续静置48 h后再放进车辙仪内保温12 h。此后在60 ℃环境下展开轮辙试验，试验车轮按照设计速度和次数运行。最终得到的橡塑复合改性沥青试件动稳定度为7 341.1次/mm，远超出3 000次/mm的规范值，同时也比5 894.3次/mm的普通改性沥青试件动稳定度高。测试结果验证了橡塑复合改性沥青优异的高温稳定性能和抗车辙性能。

3 橡塑复合改性沥青路面施工工艺

3.1 混合料制备及运输

通过试拌确定橡塑复合改性沥青拌和时间，此时间应以确保沥青混合料均匀裹覆全部集料颗粒且拌和均匀为限[5]。总拌和时间、干拌和湿拌时间分别达到55 s、5 s、50 s以上。拌和结束后必须加强混合料均匀程度检测，对于表现出花白、离析特征的材料应弃置不用。技术人员应每日分两次从拌和站取样展开抽提筛分及马歇尔试验，进行混合料级配、油石比、残留稳定度及物理力学性能检测。

在装料过程中，自卸车必须前后移动，保证在车厢前部、后部、中部循环装料，阻止集料离析。自卸车的实际装载和运输能力必须与摊铺速度匹配并有余量，以保证按设计速度摊铺期间等候卸料的车辆至少为5辆。自卸车到达施工现场后空挡停候在摊铺机前方10～20 cm范围内，随着摊铺机的推进而展开卸料。

3.2 摊铺

同时安排2辆摊铺机以梯队形式展开混合料摊铺，实际摊铺速度主要结合混合料生产能力、施工机械配置等综合确定，以保证摊铺过程连续展开，摊铺结果均匀密实。梯队摊铺的过程中，前方摊铺机行进过后摊铺层纵向接缝为斜坡状；后方机械必须按照10 m左右的跟进距离跨缝摊铺。

摊铺开始前必须将摊铺机械性能调整至良好状态，具体而言，螺旋布料两侧的自动料位器必须调试好；同时根据布料器实际转速确定链板送料器运行速度和料门实际开度。施工期间应展开粗细料均匀程度、松铺厚度等的实时测定与分析。摊铺开始前还应使熨平板达到100 ℃以上的预热温度，并调整为中强等级展开夯实，以将摊铺层压实度控制在85%以上。熨平板必须保持紧密拼接，避免因粒料卡入后影响铺层平整度。为保证连续供料，避免因缺料引发粗集料离析，集料斗刮板上热料厚度接近10 cm时即安排下一辆自卸车卸料。

3.3 碾压

该公路段橡塑复合改性沥青路面碾压按照初压、复压和终压等阶段依次展开，具体的碾压机械类型数量、碾压遍数、压实度等通过试铺确定。经过试铺确定，初压阶段应使用钢轮压路机按2～3 km/h的速度进行静压；复压阶段则由钢轮压路机以4～6 km/h的速度振压；终压时由钢轮压路机按3～6 km/h的速度静压收光。

3.4 接缝处理

2臺摊铺机以梯队形式行进摊铺所形成的纵向接缝必须为热接缝，摊铺期间应在已铺筑混合料段预留10～20 cm的宽度，用于后续摊铺高程控制的参照基准；待各段落摊铺全部结束后展开跨缝碾压即可。

因各种原因造成摊铺过程中断或当日施工任务完结，必须在摊铺材料末端与铺筑方向垂直设置横缝。横缝上层和下层之间应错开1 m及以上，再次摊铺开始前在横缝边缘均匀涂抹黏层油，此后通过双钢轮压路机横向碾压。碾压时压路机钢轮应先放在前次结构层，逐次向摊铺层移动15～20 cm，最终全部落在新铺筑层后碾压1～2遍即完成横向碾压。随后调整为纵向方式碾压。

4 路用性能检测评价

4.1 平整度

该橡塑复合改性沥青试验段工后通过3 m直尺展开平整度检测，每100 m间隔施测1次。根据测试结果，试验段左幅橡塑复合改性沥青路面平整度均值为2.5 mm，右幅路面平均平整度取2.8 mm，均未超出3 mm的规范限值。

4.2 抗滑性能

公路工程领域主要通过构造深度和摆值两个指标体现路面抗滑性能的高低。具体而言，通过铺砂法检测试验路段构造深度，每200 m施测1次，以对其抗滑性能做出客观评价。根据测试结果，试验段左幅橡塑复合改性沥青路面构造深度均值为0.78 mm，右幅路面平均构造深度为0.94 mm，均超出0.55 mm的规范值，表明此类型沥青路面构造深度较大，具备较好的抗滑性能[14-15]。

在此基础上，借助摆式摩擦仪进行试验段橡塑复合改性沥青路面摆值测定，以据此评价路面抗滑性能，并印证构造深度测试结果。待检测路段和测点应随机布设，但应确保测点布置在横断面内轮痕带处；测点和路缘石之间保持1 m以上的距离。根据试验段摆值测值看出，试验路段摆值取值基本位于70 BPN以上，远超出45 BPN的规范底线，表明试验段沥青路面抗滑性能优异。

4.3 渗水性能

在竣工验收以及通车运行1年后两个时间段，通过渗水仪按200 m间隔展开试验路段橡塑复合改性沥青路面渗水系数测试，根据测值，试验段竣工时左幅和右幅渗水系数均值为0.9 mL/min和1.1 mL/min，基本处于不渗水状态；持续运行1个自然年份后渗水系数几乎无变化；表明此类沥青路面抗渗性能十分优异。

4.4 车辙检测

通过3 m直尺在试验路段按100 m间隔展开横断面平整度检测，施测过程在竣工验收后及持续运营1年后各展开一次。根据测值情况，试验段竣工时左幅和右幅车辙深度均值分别为2.7 mm和1.9 mm；竣工后及持续运行1年后该试验路段车辙深度均远小于5 mm的规范上限，表明橡塑复合改性沥青路面抗车辙性能和高温稳定性能均较好，对于高温多雨地区公路工程较为适用。

5 结论

研究结果表明，随着废旧轮胎胶粉和废旧聚乙烯塑料掺加量的增大，除橡塑复合改性沥青针入度减小外，其余性能均呈增大趋势。废旧轮胎胶粉的掺加对该类型改性沥青高低温性能均较好改善；而废旧聚乙烯塑料的掺加主要改进的是此类改性沥青的高温性能。借助实际工程试验路段施工结果对橡塑复合改性沥青优异的路用性能进行验证，其路面平整度、渗水系数、构造深度均与普通改性沥青路面相当，而摩擦摆值明显高出普通改性沥青。表明此类混合料具备更加优异的高温稳定性和抗车辙性能，对于高温多雨地区也更加适用。

参考文献

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