高固含量乳化型改性中温沥青路面施工技术要

随着我国公路事业的快速发展,公路里程不断增长,截止年底,我国公路通车总里程为.6万km,其中高速公路达10.4万km。每年铺筑的沥青混凝土路面不断增加,然而我国北方地区从11月份~次年4月份平均气温都在0℃以下,在这种气候条件下,传统热拌沥青混合料已无法满足施工要求,同时还影响道路施工周期,增加道路养护成本。

乳化型中温沥青混合料可用于新建、改扩建道路,可在气温不低于0℃的条件下施工,其拌和、摊铺、碾压温度介于温拌与冷补沥青混合料之间,路面性能可达到同类型热拌沥青混合料性能要求。乳化型中温沥青含有大量水分,其混合料施工过程中有大量水分的挥发,影响中温混合料拌和效果及施工温度,这些都成为了乳化型中温沥青混合料施工的技术难题。

试验路概况

解放大道是武汉市贯穿东西的交通主干道,沿线汇聚了大量商场、医院、公园等设施,交通量大,重载车辆多。试验路选址位于解放大道下延线道路改造工程的施工断面内,具体部位为K3+~K3+段西侧辅道,断面宽度为7~9m。试验段铺筑4cm改性AC-16。

试验路于年12月20日铺筑,当天气温为-1℃~12℃,风力4级。试铺开始时间为当天15:32,地表温度为9℃;试铺结束时间为当天17:04,地表温度为5℃。

配合比设计

原材料

本文所用高固含量乳化型改性中温沥青。试验采用玄武岩矿料,矿粉采用0~0.3mm石灰岩矿粉,各项指标均符合《公路沥青混凝土路面施工技术规范》的要求。

矿料级配

中温沥青混合料矿料级配范围与热拌密级配沥青混合料相同,根据试验路粗集料、细集料、矿粉的筛分结果,调整各种用量的比例。经试制测定混合料的空隙率、级配符合规范要求。

最佳油石比

乳化型中温沥青与集料拌和过程中有很大的质量损失,结合工程运用情况,中温沥青混合料初试油石比可采用热拌沥青混合料的油石比除以乳化型中温沥青的固含量得到。

根据吕伟民的经验公式,运用公式计算得到热拌沥青混合料的沥青用量为4.69%,运用公式计算中温沥青混合料的初试油石比为6.3%。

本文根据计算的中温沥青混合料初试油石比,采用热拌沥青混合料配合比设计时的马歇尔试验方法,确定中温沥青混合料的最佳油石比。按规范要求,取油石比5.7%、6.0%、6.3%、6.6%、6.9%拌和改性中温沥青混合料,制备马歇尔试件,测定不同油石比的马歇尔试验结果。根据马歇尔试验结果,分别绘制密度、稳定度、流值、空隙率、沥青饱和度VFA、矿料间隙率VMA与油石比的关系,确定改性中温沥青混合料的最佳油石比为6.2%。

施工要点

拌和

根据研究和工程应用,乳化型中温沥青中含有大量水分,拌和时会产生大量水蒸汽,严重影响拌和楼称重系统,降低了生产效率,容易对拌和设备造成一定程度的锈蚀;同时拌和楼在热拌沥青与乳化型中温沥青切换使用时,会因热拌沥青加热温度高于乳化型中温沥青,导致乳化型中温沥青在灼热的沥青管道中产生大量的水蒸汽,在沥青管道中产生负压,导致沥青难以泵送至沥青混合料拌锅中,严重影响生产效率。因此,需要对现有拌和楼进行改造,具体改造方法是在拌和楼一级沥青提升设备、二级沥青提升设备以及沥青混合料拌和锅处添加排放、收集蒸汽的装置,添加纤维送风延时自动投放装置。工程运用的效果良好。

施工温度

《公路沥青混凝土路面施工技术规范》规定:普通沥青混合料拌和与压实温度宜采用黏温曲线的等黏温度来确定,将黏温曲线上对应于黏度(0.17±0.02)Pa·s和(0.28±0.03)Pa·s时的温度作为沥青混合料的拌和与压实温度。聚合物改性沥青混合料的施工温度较普通沥青混合料高10~20℃。没有根据改性沥青流变特性选择合适的温度,根据普通沥青的黏温曲线确定的改性沥青施工温度只能作为参考温度。

本文采用布氏黏度计测定普通高固含量乳化型中温沥青70℃、80℃、90℃黏度。根据黏温曲线回归得到高固含量乳化型中温沥青的黏温公式如下:

根据黏温公式,计算得到普通中温沥青混合料拌和与压实温度为℃~℃、60℃~℃,由此推算改性中温沥青混合料拌和与压实温度为℃~℃、70℃~℃。根据改性中温沥青混合料工程运用情况可知:该拌和与压实温度明显偏高。

本文采用上述改性中温沥青混合料配合比,根据出料温度调整集料加热温度,运用拌和楼拌制℃、℃、℃、℃、℃的改性中温沥青混合料,室内制备马歇尔试件。改性中温沥青混合料随着击实温度升高,空隙率逐渐减小,空隙率减小速率逐渐变小,于℃时趋于稳定,由此确定改性中温沥青混合料的最佳击实温度为℃。通过热力学公式计算,结合工程实践。

施工过程中室内成型

规范规定:沥青混合料生产过程中需对混合料外观、拌和温度、矿料级配、油石比进行检验,以及进行马歇尔试验、浸水马歇尔试验、车辙试验。中温沥青混合料因其独特属性,施工过程中,从拌和楼取回的改性中温沥青混合料会因室内试验温度不均匀,影响马歇尔试件成型效果,从而影响马歇尔稳定度。本文制定了如下马歇尔试件成型方法。

(1)运用拌和楼拌制的混合料,混合料放入℃恒温烘箱中保温2h,再双面各击实75次,试件高度控制在(63.5±1.3)mm。

(2)运用拌和楼拌制的混合料,称取适量中温沥青混合料放入℃恒温烘箱保温2h,以℃为击实温度双面各击实50次;连同试模一起以侧面竖立方式放入℃恒温烘箱中保温30min,再双面各击实25次,试件高度控制在(63.5±1.3)mm。

(3)运用拌和楼拌制的混合料,称取适量中温沥青混合料放入℃恒温烘箱保温30min,以℃为击实温度双面各击实50次;连同试模一起以侧面竖立方式放入℃恒温烘箱中保温2h,再双面各击实25次,试件高度控制在(63.5±1.3)mm。

待养生后,按规范要求,测定3组马歇尔试件的60℃马歇尔稳定度。相同的改性中温沥青混合料,不同的成型方法,马歇尔空隙率及稳定度差别较大,采用成型方法(3)制备的马歇尔试件空隙率和稳定度都最佳。因此,马歇尔试件成型方法可采用:℃烘箱保温30mi+双面各击实50次+℃烘箱保温2h+双面各击实25次。

施工质量检测

试验路铺筑好后,采用随机取样方法对路面厚度、压实度等进行了随机取样检测。铺层厚度应控制在35~55mm之间,空隙率控制在3%~6%之间,马歇尔稳定度应不低于8kN,压实度应不小于96%。从抽样结果看,取样点中孔隙率、压实度及稳定度符合规范要求;路面因下面层不平整,导致改性中温沥青混凝土路面上面层厚度偏厚。可见,本文制定的各项施工要点满足改性中温沥青混合料推广使用的技术要求。

结语

(1)提出了乳化型中温沥青的技术要求,采用热拌沥青混合料级配范围,设计出中温沥青混合料的合成级配,确定了中温沥青混合料的最佳油石比。

(2)根据工程运用遇到的问题,提出了拌和楼改造方案。

(3)结合乳化型中温沥青黏温曲线,制备不同温度马歇尔试件,通过测定马歇尔空隙率,确定了中温沥青混合料施工温度。

(4)设计不同的成型方法,通过测定马歇尔空隙率、稳定度及流值,确定了中温沥青混合料的最佳成型方法为:℃烘箱保温30min+双面各击实50次+℃烘箱保温2h+双面各击实25次。

(5)结合施工质量检测,验证了施工工艺以及施工控制要点的合理性。

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