橡胶沥青混合料生产与施工控制.doc

橡胶沥青混合料生产与施工控制摘 要：橡 胶沥青质量直接影响到路面质量，采用满足规范要求的原材料、选择具有相应资质的供应商、带有精确计量、快速升温、高速剪切预拌系统、底部卧式溶胀搅拌反应 储存系统以及具有与拌和楼产量相匹配的的生产设备对橡胶沥青生产至关重要，生产温度、拌和时间、运输摊铺和碾压是橡胶沥青混合料的重要影响因素，应保证拌 和、运输、摊铺和碾压温度，橡胶沥青胶结料常规指标为针入度、软化点、粘度和弹性恢复，橡胶沥青混合料宜采用间断级配，马歇尔稳定度指标应结合当地实际情 况确定，不宜不顾实际提高取值标准。据有关部门测算，到2010年，我国废旧轮胎产生量将超过2亿多条，废旧轮胎产生量将位居世界第一，在公路工程中用废旧轮胎加工成废胎胶粉，不但可以变废为宝，而且还可以改善路面质量并延长路面使用寿命，交通部亦于2007年开展了“材料节约和资源循环利用”专项行动计划，将废胎胶粉用于公路工程作为主要推广项目，并有十余个省份铺设了橡胶沥青路面试验路或实体工程。在 国内进行橡胶沥青路面大规模推广应用的同时，也暴露出一些问题，主要是很多施工、监理及建设主管部门对橡胶沥青知识还较为缺乏，尤其是缺少工程经验及相关 方面技术知识，这些问题的存在，在一定程度上影响到了橡胶沥青路面的施工质量甚至推广应用，结合以往工程经历，本文重点介绍橡胶沥青混合料生产与施工中的 技术及控制要点，为橡胶沥青的推广应用提供参考。1 原材料要求1.1 胶粉要求胶粉是影响橡胶沥青性能的一个重要因素，其对橡胶沥青性能的影响主要体现在来源、生产方式、胶粉掺量等。胶粉的种类很多，橡胶粉的原材料必须来源于汽车轮胎，汽车轮胎所使用的生胶，从前只是天然橡胶，二战中，作为合成橡胶的丁苯橡胶（SBR）被制造出来，替代天然橡胶被大量采用，同时，随着合成化学的发展，各种新橡胶陆续被研制出来，如聚丁烯（BR）、聚异戊二烯（BR），丁基（IIR）等，其中，在相同条件下，天然胶含量高的斜交轮胎胶粉对橡胶沥青性能改善优于合成胶含量高的子午轮胎胶粉，故亦优先选用斜交胎胶粉。轮胎破碎为胶粉必须采用常温粉碎法，而不得采用低温冷冻法。橡胶粉经检测符合表1后准许使用。橡胶粉必须干燥、无污染，在与沥青和骨料的拌和中能自由流动而不产生泡沫。橡胶粉颗粒规格应符合相应的通过率要求。橡胶粉筛分应采用水筛法进行试验。橡胶粉密度应为1.150.05g/cm3，应无铁丝或其它杂质，纤维比例应不超过0.5%，要求橡胶粉颗粒不能相互粘结成块。不同目数的胶粉有对橡胶沥青的性能影响不同，应根据工程实际需要选择相应的目数。1.2 基质沥青要求橡胶沥青所使用的基质沥青应符合GB/T15180的规定。其沥青标号的选择按JTG F40-2004的规定执行，目前常用的基质沥青多为70#和90#道路石油沥青，研究表明，基质沥青品种不同，相同掺量的橡胶沥青品质也不同，基质沥青的配伍性对橡胶沥青的性能有一定影响，实际工程中，应根据当地气候及交通等情况，同时结合配伍性选择基质沥青。1.3 集料要求集料采用石质坚硬、清结、不含风化颗粒、近似立方体颗粒的碎石，应采用反击式破碎机扎制而成，粒径大于4.75mm的粗集料推荐采用玄武岩或技术指标达到的石料。其质量指标应符合交通部公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）的相关规定。1.4 填料要求橡胶沥青混凝土ARAC-13不使用矿粉填料，但为提高其粘附性及混凝土的水稳定性，多采用掺入1-2%的普通水泥或消石灰外掺剂，其中水泥可以全部替代矿粉，但水泥及石灰等填料用量不宜超过矿料总量的2%。2 橡胶沥青生产2.1 供应商要求橡胶沥青加工质量是直接影响橡胶沥青路面性能的重要因素，选择具有加工改性沥青经营资质的企业至关重要，该企业必须具有橡胶沥青专用生产设备、专业队伍以及具有丰富生产加工经验。橡胶沥青生产流程见图1。2.2 专用生产设备为保证橡胶沥青质量，建议橡胶沥青生产设备必须包含：自动化全程控制系统（电脑控制）、快速升温系统(20秒钟内把基质沥青从160提升到190)、连续式自动精确配比上料系统（精确度0.5%）、高速剪切预拌系统（3500r/min）、熔胀搅拌反应储存系统（必须底部卧式搅拌）、管道泵送系统等；推荐小时产量在15吨以上，以满足2000型以上拌和楼的生产需求。2.3 生产的核心环节 首先是把基质沥青通过快速升温系统从160升温到190，必须在20秒内完成，时间太长会导致沥青老化，而沥青低于190则无法与胶粉均匀熔胀； 橡胶粉与升温后的基质沥青必须经过准确的配比（最好由电脑控制），再同时送入到高速剪切预拌系统进行均匀预拌，转速必须达到3500转/分钟，否则不能充分熔胀而影响质量； 把经过高速剪切预拌的橡胶沥青输送到熔胀反应系统（必须带卧式搅拌与快速升温系统，决对不能用竖式搅拌方式，否则熔胀后的胶粉会大量沉淀）进行充分熔胀反应。 生产好的橡胶沥青必须直接供应上拌和楼，不得先打入拌和站的SBS改性沥青储存罐后再供应上拌和楼，以防止橡胶沥青与SBS改性沥青混合后降低橡胶沥青质量，同时对橡胶沥青混凝土的生产级配产生影响。橡胶沥青反应温度应在190以上，混合反应时间不少于45分钟。橡胶沥青中橡胶粉的掺量应通过实验室试验确定。生产好的橡胶沥青使用前应进行搅拌并快速测定其旋转粘度符合要求后方可使用。3 橡胶沥青混合料施工注意事项3.1 温度控制（1）只有在温度高于10摄氏度时才能摊铺橡胶沥青混凝土。橡胶沥青混合料最小摊铺温度应根据铺筑层厚度，气温，风速及以下卧层表面温度按表2执行。（2）严格掌握橡胶沥青和集料的加热温度以及橡胶沥青混合料的出厂温度。热混合料成品在贮料仓储存后，其温度下降不应超过10。AR-AC-13沥青混合料的施工温度控制范围见表3。3.2 拌和时间拌和时间由试拌确定。必须使所有集料颗粒全部裹复沥青结合料，并以沥青混合料拌和均匀为度，总拌和时间控制在6065s，实际生产时，个别施工单位为提高拌和楼产量，往往人为缩短拌和时间，有时湿拌时间降到30s以下，由此降低了橡胶沥青与集料的裹附状况，其中一个显著现象就是现场取样成型的残留稳定度明显低于室内成型橡胶沥青混合料的残留稳定度，这些都是需要注意的现象。3.3 橡胶沥青混合料的运输（1）采用数字显示插入式热电偶温度计检测沥青混合料的出厂温度和运到现场温度。插入深度要大于150mm。在运料卡车侧面中部设专用检测孔，孔口距车箱底面约300mm。（2）拌和楼向运料车卸料时，汽车应前后移动三次装料，以减少粗集料的离析现象。（3）沥青混合料运输车的运量应较拌和能力和摊铺速度有所富余，根据工程规模摊铺机前方应有35辆运料车等候卸料。（4） 运料车必须有良好的篷布覆盖设施，覆盖物应足够长，使车尾部混合料亦能得到有效覆盖，而不是短短一截只覆盖前部、后面大部裸露。卸料过程中继续覆盖，直到 卸料结束取走篷布，以达到最佳保温效果，这点个别单位做的尚不到位，往往车辆一到现场就将覆盖物揭开，施工时经常遇到前面有3、4辆车同时揭开覆盖物在等待摊铺的现象，而且这种现象屡禁不止，更有甚者，因为未能拴紧篷布，导致覆盖物在中途被风吹到一边的现象也偶尔遇到，所有这些都应引起注意。（5）连续摊铺过程中，运料车在摊铺机前1030cm处 停住，不得撞击摊铺机。卸料过程中运料车应挂空档，靠摊铺机推动前进，实际施工时，曾多次遇到运输车撞击摊铺机的情况，有时甚至会形成多次撞击，由于工地 运输车辆司机的驾驶水平、责任心等参差不一，因此卸料时最好能派专人指挥运输汽车，同时也应加强对摊铺现场的管理，避免撞击现象的出现。3.4 橡胶沥青混合料摊铺摊铺机使用带加热装置的熨平，连续稳定地摊铺，是提高路面平整度最主要措施。对于橡胶沥青混凝土，摊铺机摊铺速度应根据拌和楼的产量、施工机械配套情况及摊铺厚度、摊铺宽度，按13m/min予 以调整选择，做到缓慢、均匀、不间断地摊铺。不应任意以快速摊铺几分钟，然后再停下来等下一车料。用餐应分批轮换交替进行，切忌停铺用餐，争取做到每天收 工停机一次，此外，有些摊铺机操作手形成了经常收斗的习惯，几乎每车料摊铺完毕后均收一次料斗，加重了路面的离析，这些都是要避免的现象。3.5橡胶沥青混合料的压实成型（1）沥青混合料的压实是保证沥青面层质量的重要环节，应选择合理的压路机组合方式及碾压步骤。为保证压实度和平整度，初压必须在摊铺后较高温度下及时进行。（2）橡胶沥青混凝土施工碾压工艺建议采用双钢轮振动压路机，压实工艺分为初压、复压和终压。初压采用两台压路机静压一遍，振动碾压3遍，复压采用两台压路机振动碾压3遍，终压采用一台压路机以静压方式碾压12遍以消除轮迹。（3）压路机应以缓慢而均匀的速度碾压，压路机的适宜碾压速度建议按表4选 用。由于胶结料含量较高，为防止橡胶沥青粘结橡胶轮胎，橡胶沥青混合料施工一般多采用钢轮压路机，但在实际施工时，也曾遇到钢轮压路机数量或吨位不足，导 致现场压实度难以达到，空隙率偏高，渗水系数过大的情况，对此，可以采用胶轮压路机进行碾压，但是必须对胶轮压路机的碾压温度以及碾压次数等进行严格控 制，根据以往经验，对于上面层施工，可在路面温度降低为70-90时进行碾压可取到较好的压实效果，压路机的推荐碾压速度见表4。（4）为避免碾压时混合料推挤产生拥包，碾压时应将驱动轮朝向摊铺机；碾压路线及方向不应突然改变；压路机起动、停止必须减速缓行，不准刹车制动。压路机折回不应处在同一横断面上。（5）初压应紧跟摊铺机进行碾压，随摊铺机逐步推进。复压、终压应分清段落，设置明显标志，便于司机辩认。对松铺厚度、碾压顺序、压路机组合、碾压遍数、碾压速度及碾压温度应设专岗管理和检查，使面层做到既不漏压也不超压。（6）压实完成12小时后，路面温度降到50度以下，方能允许施工车辆通行，之所以这么要求，是因为夏季温度较高，当天摊铺的路面在阳光照射下，温度始终难以下降，虽然经过12小时以上，但路面温度仍高达6、70度以上，在此温度下施工重车在未能降温的路面上行驶，在紧急刹车时仍会出现一些车轮印迹，仍会导致路表的破坏，影响路面美观，因此，除了规定时间外，对路面温度也同时予以规定，使之更加贴合实际情况。4 橡胶沥青指标4.1 胶结料技术指标参考美国亚力桑那州规范，橡胶沥青胶结料应满足表5要求，目前，国内不同地区根据实际情况制订了相应的地方规范，具体亦以各地地方规范为准。4.2 ARAC-13间断级配橡胶沥青混合料技术指标橡胶沥青混合料配合比设计按马歇尔试验方法进行，根据JTG F40-2004的规定，并参考美国ARIZ 815 Marshall Mix Design Method For Asphaltic Concrete(Asphalt-Rubber Gap Graded Mix)，其技术指标应符合表6的规定。4.3 马歇尔稳定度取值在马歇尔试验中，稳定度和流值是两个常用的混合料力学性能指标。橡胶沥青混合料由于采用粗集料断级配的形式，与其他断级配混合料如SMA、SAC等类似，具有流值大，稳定度较低的特点。以色列专家Arieh Sidess和Jacob Uzan在总结橡胶沥青混合料的力学性能时指出：废胎胶粉橡胶沥青混合料的稳定度比一般混合料低，流值比一般混合料大，其中前者降低60%左右，后者则增加4.2倍。 意大利学者Gaetano Di Mino等人的研究结果表明，橡胶沥青混合料的稳定度一般低于普通沥青混合料，且流值增大，在相同油石比下，随着废胎胶粉剂量的增加，混合料的稳定度逐渐降低，流值逐渐增大。国外有关橡胶沥青混合料的技术规范中，对稳定度和流值有不同要求，如美国亚利桑那州的技术规范中没有对混合料稳定、流值的要求，加利福尼亚州由于采用维姆法设计也没有相关要求，佛罗里达州则要求稳定度不低于6.67kN，流值范围为3155（0.1mm），澳大利亚规定混合料的稳定度大于2.5kN，流值范围为3055（0.1mm），南非虽然在2003年版橡胶沥青设计和施工手册中，按照不同级配分别进行了规定，但同时也在说明中指出稳定度、流值不适合所有的橡胶沥青混合料，建议采用劈裂试验代替。综 上所述，对橡胶沥青混合料马歇尔稳定度取值标准，不同国家和地区有着不同的见解和要求。国内许多地方指南也分别提出了各自标准，这些地方指南为国内橡胶沥 青的推广应用提供了有力的技术支持和指导，但在确定该标准时，亦应根据各地实际情况、橡胶沥青特性并经过大量试验研究的基础上进行确定，切忌不顾实际提高 该标准。5 结 语(1) 材料是橡胶沥青及混合料的首要影响因素，应从原材料开始进行严格控制，宜优先选用天然胶含量高的斜交胎胶粉并保证各种材料满足相应的技术指标和要求。（2）合格的橡胶沥青是橡胶沥青混合料的有力保证，应从供应商及生产设备等方面加以严格选择，并注意控制好橡胶沥青生产过程的核心环节。（3）拌和摊铺和碾压是橡胶沥青混合料的重要施工过程，该过程应重点关注温度、时间及施工工艺对施工质量的影响。 （4）与普通沥青混合料相比，橡胶沥青混合料具有独特的评价指标体系，对橡胶沥青混合料稳定度指标，应按照科学合理的原则进行取值，不宜人为提高。（5）橡胶沥青混合料具有优良的路用性能，在工程中应用愈来愈广泛，今