SMA-13橡胶混合料在市政道路工程中运用

SMA-13橡胶混合料在市政道路工程中运用

摘要:文中从新型橡胶沥青的制备方法和作用原理出发,详细阐述新型SMA-13橡胶沥青混合料原材料质量要求和配合比设计情况,严格控制工序质量和施工温度,使得新型SMA-13橡胶沥青路面施工质量满足设计要求。

关键词:橡胶沥青;级配设计;SMA-13

1工程概况

某项目的机动车道路面结构如下:垫层采用级配碎石,铺设厚度为20cm;下基层采用水泥含量为6%的水稳层,铺筑厚度为20cm;上基层采用水泥含量为4%的水稳层,铺筑厚度与上基层一致。在基层与面层之间做表层处理,采用乳化沥青,层厚为1cm。在基层上摊铺AC-25C沥青混凝土,碾压后厚度为7cm,紧接着施工AC-20C沥青混凝土,碾压后厚度为5cm,最后施工新型SMA-13橡胶沥青混凝土,要求完成面层的厚度为4cm。

2新型橡胶沥青的制备方法和作用原理

新型橡胶沥青是指将基质沥青加热到180℃,再将一定比例的橡胶粉掺入到基质沥青中进行高温剪切搅拌40min,使得橡胶粉得到一定的溶胀,在保证温度不变的情况下,往橡胶沥青中掺入一定量的SBS改性剂,高温剪切搅拌0.5h后继续发育形成复合橡胶沥青[1]。经过两个阶段的物理和化学的充分反应形成的新型橡胶沥青能够有效地改善橡胶沥青的性能,克服传统橡胶沥青的缺点,使得其路用性能得以提高。在高温和高速剪切情况下,基质沥青中的轻组分被橡胶粉吸收后产生一定溶胀作用,增加了沥青的黏性。而橡胶粉中的化学添加成分比如灰分、炭黑和可塑剂等渗透进入基质沥青后,能够产生化学反应形成网状结构,从而改善基质沥青的性能指标。新型橡胶沥青由于掺入SBS改性剂使得橡胶粉的掺量减少,橡胶粉在沥青中分布更加分散,溶胀作用更加充分,橡胶沥青的黏度也相应地降低。新型橡胶沥青充分地将橡胶粉和SBS等改性的优势发挥出来,沥青的弹性恢复能力得到显著的提高,使得沥青路面在车辆荷载作用下的残余变形大大减小,提高沥青路面的耐久性。运动粘度的降低使得新型橡胶沥青混合料的摊铺作业更加方便,顺利解决传统橡胶沥青粘度过高出现的容易堵管及温度散发相对较快等施工难题。另外,SBS改性剂和橡胶粉两者的加入有效地解决了橡胶粉与基质沥青容易离析和相融难度大等难题,从而提高储存稳定性。

3新型SMA-13橡胶沥青混合料原材料

3.1基质沥青

本工程基质沥青选用70号沥青,质量等级为A级,基质沥青的检测结果如下:闪点为290℃,含蜡量(蒸馏法)为0.4%,密度(15℃)为1.016g/cm3,软化点为46.8℃,溶解度为99.85%,延度(10℃,5cm/min)为20cm,针入度(25℃,100g,5s)为71.5,TFOT后残留物延度(10℃)为11cm,针入度比为66%,质量损失为-0.14%,检测结果符合规范要求[2]。

3.2橡胶粉

本工程橡胶粉的细度为40目,生产方法为常温粉碎法,橡胶粉的检测结果如下:金属含量为0.01%,灰分为2%,相对密度为1.086g/cm3,水分为0.1%,纤维含量为0,过筛率为98%,检测结果符合标准要求[3]。

3.3SBS改性剂

本工程SBS改性剂生产厂家为巴陵石化,型号为YH792型,嵌段比为40/60,结构为线型,SBS改性剂的检测结果如下:断裂伸长率为750%,拉伸强度为27MPa,邵氏硬度为90A,300%定伸应力为4.1MPa,检测结果符合规范要求。

3.4新型橡胶沥青

将20%的橡胶粉加入预热到180℃的70号沥青中进行高速剪切搅拌,搅拌时间为40min,搅拌均匀,接着将2%的SBS改性剂添加到搅拌器内,温度保持不变情况下,高速剪切搅拌0.5h后得到新型橡胶沥青,根据JTGE20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》[4]要求对新型橡胶沥青进行相关性能指标试验。新型橡胶沥青的检测结果如下:25℃弹性恢复为92%,针入度(25℃,100g,5s)为48,135℃运动粘度为3.3Pa•s,软化点为69℃,TFOT后残留物针入度比为91.8%,质量损失为-0.08%,延度(10℃)为14cm,检测结果符合规范要求[4]。

3.5细集料

细集料采用石灰岩人工砂,颗粒区间为0~2.36mm,标记为A料,干燥与洁净,人工砂的检测结果如下:亚甲蓝值为1.0g/kg,表观密度为2.714t/m3,棱角性为37s,砂当量为78%,坚固性为10%,检测结果符合规范要求。

3.6粗集料

粗集料采用反击破碎石,岩性为玄武岩,碎石的耐磨性良好。颗粒区间主要有9.5~16mm和4.75~9.5mm,分别标记为B料和C料,碎石的检测结果如下:压碎值为13.2%,吸水率为1.0%,表观相对密度为2.684t/m3,洛杉矶磨耗损失为18%,针片状颗粒含量为4.6%,磨光值为43%,检测结果符合规范要求。

3.7纤维

纤维选用木质素纤维,掺量为0.3%。纤维的检测结果如下:pH值为8.2,含水率为0.8%,纤维长度为4.5mm,吸油率为6.9倍的纤维质量,灰分含量为17.5%,检测结果符合规范要求。

3.8填料

填料选用磨细的石灰矿粉,矿粉的检测结果如下:亲水系数为0.7,含水量为0.1%,塑性指数为2.8%,表观相对密度为2.701t/m3,加热稳定性合格,检测结果符合规范要求。

4新型SMA-13橡胶沥青混凝土配合比设计

4.1级配设计

结合当地气候特点和原材料质量情况,目标配合比设计采用马歇尔法,经过数据分析后确定本工程沥青混凝土级配设计为A料∶B料∶C料∶纤维∶矿粉=13∶337∶740∶00.3∶310。根据新型橡胶沥青的特点选择6.0%、6.3%和6.6%等油石比分别进行马歇尔试件的制作,综合分析马歇尔试验结果后确定最佳油石比为6.3%。马歇尔试验结果如下:沥青饱和度为80.4%,稳定度为11.86kN,空隙率为3.4%,析漏损失为0.02%,矿料间隙率为17.7%,粗集料骨架间隙率为38.1%,飞散损失为2.53%,流值为3.1mm,试验结果符合规范要求。

4.2路用性能验证

按照JTGE20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》的要求,对新型SMA-13橡胶沥青混凝土(以下简称前者)进行相关路用性能试验,试验结果如下:(1)车辙试验所得的动稳定度为5946次/mm,满足≥3000次/mm设计要求,高温稳定性良好;(2)小梁弯曲试验所得的最大弯拉应变平均值为3250με,满足≥2500με的设计要求,低温抗裂性良好;(3)冻融劈裂试验所得劈裂比TSR为93.5%,满足≥80%设计要求。常规的SBS改性SMA-13沥青混合料(以下简称后者)测得的动稳定度为6137次/mm,显而易见,后者的动稳定度比前者高,但相差不大,说明两者的高温稳定性较好;后者测得最大弯拉应变平均值为2840με,前者比后者提高了14.4%,说明前者的低温抗裂性更好;后者测得的TSR为92.1%,两者劈裂比相差不大。前者在弯曲疲劳试验中测得的加载循环次数约为20万次,而后者加载循环次数约为10万次,前者为后者的2倍[5],说明前者的疲劳寿命显著提高,前者的弹性性能高,行车舒适性良好。

5拌和与运输

粗细集料应按照规定分区分类存放,人工砂应设置防雨棚,沥青存储罐应加装专用搅拌器,存储罐的外部应加铺岩棉进行保温,从而保证新型橡胶沥青制备时不出现离析和温度不稳定等现象[6]。选用间歇式拌合机,该设备具有自动根据级配配合比进行下料、自动测温和实时记录等功能,将采集到温度、油石比、矿料级配、变异系数、产量和标准差等数据传输到操作系统上,操作人员可以实时了解沥青混合料的拌和质量情况,以便根据实际情况对沥青混合料配合比做出相应调整。沥青混合料拌和温度符合标准要求,拌和时间约70~75s,拌和后沥青混合料应颜色一致。沥青混合料的运输采用自卸汽车,根据每日工作量安排10辆车来供应沥青混凝土。在车厢的侧面与底部均匀涂刷隔离剂,沥青混合料的装料顺序应符合规范要求,装料顺序为前后中。运料车应设置温度检查孔,采用热电偶温度计量测,温度计应插入检查孔深度>15cm。沥青混合料装车后应及时覆盖双层篷布进行保温,确保抵达铺筑道路的沥青混合料的温度≥170℃。

6摊铺与碾压

本工程摊铺设备选用2台摊铺机,错开距离为15m,松铺系数为1.20,设置好摊铺机的松铺高程,螺旋叶片和熨平板与摊铺宽度应相互匹配,摊铺前应提前预热熨平板至100℃以上。摊铺时应保证螺旋叶片2/3高度以上均布满沥青混合料,保证沥青混合料的正常供应。根据施工需求调整和设置好摊铺机的相关参数,比如熨平板振动频率和夯锤的振级等,摊铺机能够自动初步振捣和找平。沥青混合料摊铺时应匀速,开始摊铺温度≥165℃,根据工作面情况合理进行安排部署,摊铺一段距离后可以将摊铺速度调整为2.0m/min,摊铺过程中应安排专人检查松铺厚度和松铺高程,检查结果应符合设计要求。本工程碾压设备均采用双钢轮振动压路机,初压长度应尽量缩短,从而防止沥青混合料的温度出现损失过快现象,试验段的相关数据分析确定初压长度为30m,初压采用静压方式,前静后振,碾压遍数为2遍,碾压过程不得出现拥包现象。复压选用振动碾压,总共碾压4遍,复压中应着重检查加铺层的平整度,复压长度控制在60m左右,终压为静压2遍,沥青路面收光后应无轮迹。

7结语

新型SMA-13橡胶沥青混凝土是在传统橡胶沥青中掺入SBS改性剂制备得到,其结合了橡胶沥青和SBS改性沥青的优势,橡胶粉在沥青中溶胀作用更充分,沥青混合料的弹性性能更佳,路面降噪效果显著。沥青路面施工过程应严格控制原材料质量和施工温度,按照工艺质量要求加强施工管控,确保沥青路面施工质量。该工程沥青路面施工完成后,路面颜色均匀,整体平整美观,对路面的构造深度、平整度、渗水系数和压实度等性能进行检测,检测结果符合设计要求,施工效果良好。

作者:王锋炽 单位:福建磊鑫(集团)有限公司