SBS改性沥青混凝土配合比设计与施工探讨.doc

福建省龙岩至长汀（闽赣界）高速公路为国家重点公路干线厦门至昆明东部出海口的重要路段，地处福建西部，B2合同段起迄桩号YK37+905YK70+470,全长32.813km（有新泉互通立交一处）。沿线桥隧较多，纵坡也多，桥隧总长达15.004km，占路线总长45.7%。设计路面结构为4cmAC-13C SBS改性沥青混凝土上面层，6cmAC-20C沥青混凝土中面层，16cmATB-25沥青稳定碎石下面层。1 SBS改性沥青及原材料1.1 SBS改性沥青 SBS改性沥青是在原有基质沥青（AH-70）的基础上，掺加2.5%、3.0%、4.0%的SBS改性剂，改性后的沥青，与原沥青相比，其高温粘度增大，软化点升高。在良好的设计配合比和施工条件下，沥青路面的耐久性和高温稳定性明显提高。龙长高速公路沥青路面使用的SBS改性沥青，其基质沥青为埃索（ESSO）重交通道路石油沥青AH-70，改性剂为热塑性橡胶共聚物。基质沥青和SBS改性沥青的技术指标要求见表1。1.2 集料 龙长高速公路B2合同段沥青路面上面层粗集料采用辉绿岩，集料毛体积相对密度为2.968g/m3，洛杉矶磨耗率为11.8%，压碎值为9.2%，石料磨光值为46.3BPN；细集料包括人工砂、天然砂。沥青路面面层宜采用人工砂作为细集料，砂当量大于60%；细集料由洁净、干燥、无风化、无有害杂质有适妥的颗粒组成，并与改性沥青有良好的粘附性。天然砂由于质量变化大（大部分为中粗砂），形状较圆滑，与沥青的粘附性差，对沥青混合料影响较大。细集料分成2.364.75mm和02.36mm两种规格，B2合同段，施工采用制砂机加工石灰岩，制砂过程中严格做好除尘，要求2.364.75mm的材料其0.075mm的通过率不大于5%；03mm材料0.075mm的通过率不大于15%。1.3 填料（矿粉） 改性沥青混合料填充料宜采用强基性岩石（石灰岩、岩浆岩）等增水性石料磨细后的矿粉。用于改性沥青混合料面层的填料应洁净、干燥，其质量应符合公路沥青路面技术规范规定的技术要求。宜采用石灰石加工，0.075mm的通过率应不小于70%；采用不超过矿料总量2%的水泥，以改善集料的粘附性。本项目规定上面层不使用回收粉。1.4 检测指标（见表2） 2 沥青混合料配合比设计 改性沥青混合料的配合比设计，应遵循公路沥青路面施工技术规范中关于热拌沥青混合料配合比设计的目标配合比、生产配合比、试拌试铺的三个阶段，确定矿料级配及最佳改性沥青用量。为了使设计的混合料能够达到实施效果，我们从材料、施工工艺、质量控制标准和质量控制方法等诸多方面提出以下建议。2.1 合成级配 沥青混合料配合比设计级配应采用贝雷法进行设计，级配选择原则：AC-13C沥青砼把2.36mm作为关键性筛孔，要求2.36mm以下筛孔的通过率小于40%，取级配下限以达到密实、嵌挤。我们通过多种级配组合，最终确定级配控制范围13.2mm通过率91%95%，4.75mm通过率38%42%，2.36mm通过率28%32%，0.075mm通过率5%7%左右较为合适。2.2 粉胶比通常认为0.075mm通过率与最佳油石比的比例，规范在1.01.2之间。而Superpase方法认为0.075mm以下用量与有效沥青用量的比值应在1.01.6之间。通过近年来实践，规范要求的粉胶比偏低，用油量大，保证了泌水性，但抗车辙能力明显不足，近观这几年各地调整公路的路面结构形式足以说明这个问题。因此建议规范粉胶比在1.01.4之间较为合适。2.3 混合料技术指标（参见表3） 击实温度应在基质沥青粘温曲线确定的最佳碾压温度的基础上增加1520C，并与施工碾压时温度一致，控制在160165C之间。2.4 理论密度 理论密度一般采用计算法和实测法。表4为三种理论密度的计算及实测数据，仅供参考。2.5 矿料间隙率 无论是马歇尔设计方法还是Superpase设计方法，都是对沥青混合料的体积性质指标的确定，只是一个是击实法，一个是旋转压实法，相比之下Superpase设计方法更反映实际碾压情况。体积指标有三项：空隙率VA、饱和度VFA、矿料间隙率VMA。矿料间隙率VMA是影响沥青路面使用品质最主要的体积性质指标，在新规范中已有描述，并与VA、集料最大公称粒径建立了对应关系。表5中12.5mm孔径采用Superpase方案与现行规范的13.2mm孔径不一致，供大家参考。2.6 AC-13C SBS改性沥青混合料生产配合比试验结果（参见表6）3 SBS改性沥青试验要点 （1） 试验样品的取样：在施工过程中所用的改性沥青每车都必须检验。取样一定要均匀，具有代表性。对每份试样应加热后一次浇满所需的试模，不宜重复加热使用。试验浇模的温度必须达到160C以上，并且浇模和混合料的制备之前，必须充分搅拌均匀。 （2） 做软化点试验时，必须按试验规程将试样加热、浇注试样环，不允许使用其他方法填满试样环，否则试验结果误差很大。 （3） 混合料的拌和与击实温度应根据改性沥青路面施工技术规范和沥青胶结料的粘温关系曲线进行确定，进行室内配合比设计时的拌和温度、击实温度应与拌和厂拌和温度、现场碾压温度一致。建议：拌和温度不小于160C、初压温度不小于150C、复压温度不小于140C、终压温度不小于110C。 （4） 应将制备好的胶结料拌合均匀后进行取样和混合料的制备。混合料体积指标的测定要统一，对于密级配沥青混合料试件密度的测定应统一采用表干法。 （5） 改性沥青混合料的水稳定性应符合以下两个指标要求，达不到要求时应采取抗剥落措施：采用“沥青混合料马歇尔稳定度试验”方法测定的48h浸水马歇尔稳定试验残留稳定度不应小于80%；采用“沥青混合料冻融劈裂试验”方法测定的劈裂强度比不应小于80%。4 施工要点SBS沥青是一种弹性塑胶类改性沥青，正确使用可以显著提高沥青面层的抗车辙性能，增加耐久性，增强抗老化能力，延长公路的使用寿命。与AH-70基质沥青相比，其粘度、软化点明显增加，因此决定了SBS沥青与普通沥青在运输储存与面层施工等方面有不同的要求，只有正确使用才能达到预期效果。4.1 改性沥青运输 SBS沥青出厂装车温度大于160C,采用有保温设施的沥青专用车运输，运到现场温度应大于140C，温度过低将导致无法卸车，运输车辆须在24h内运到指定地点，并及时把沥青泵送到沥青储存罐中。4.2 改性沥青储存SBS沥青应使用单独的储存罐，避免与其它沥青混合，降低改性沥青的性能；储存温度不宜超过150C，若高于150C长期储存（1周或更长时间），会破坏SBS结构，导致性能下降；如果因雨季或其它原因需长期储存（1个月之内），应降至130C以下，使用时建议采用加热盘管或导热油加热并加以搅拌；SBS沥青在正常贮存条件下，保质期一般为30天左右。沥青砼热拌厂应尽量少储存SBS沥青，做到随进随用，用时多存，不用时少存，存贮罐中自带搅拌器，搅拌器每3h搅拌一次，搅拌时间每次20min。4.3 改性沥青泵送 SBS沥青运输、储存温度要求较高，由于生产混合料时需要用沥青泵送到混合料搅拌机中，沥青泵带有过滤器易被某些物质堵塞，从而影响沥青的泵送能力，建议使用网眼较大的过滤器（9.5mm以上），同时加强沥青管线的保温措施，以防堵塞管线。4.4 混合料拌和、运输为保证沥青混合料的质量更稳定，沥青用量更准确，宜采用间隙式拌和机拌和。拌和必须均匀，只有SBS沥青改性剂完全分散在沥青中，才能充分发挥其效能，对于密级配（AC-13I）混合料，应做到拌和后的混合料均匀一致，无细料和粗料分离及花白结成团块现象。由于SBS改性沥青混合料的施工温度要求较高，SBS沥青比基质沥青的温度要提高1520C，建议拌和温度控制在160C，前两车出料温度提高5C。运输车必须加盖篷布或其它保温材料，防止结合料表面结硬，为确保摊铺连续以及平整度大小符合技术规范要求，必须保证摊铺机前至少有两辆车等待卸料，决不能出现摊铺机等车的现象。其余应满足改性沥青面施工技术规范的技术要求。4.5 摊铺 SBS沥青混合料在摊铺时应尽量连续不断的施工，以减少摊铺机和压路机的停顿，应尽量减少横缝，提高其面层平整度。为提高路面的平整度，表面层宜采用非接触式平衡梁。由于SBS沥青粘度较大，粘附力强，如果用轮式平衡梁或雪橇式摊铺厚度控制方式，轮子或雪橇易粘附混合料细颗料，影响平整度。摊铺速度应控制在2m/min，摊铺应缓慢、均匀、连续不间断地进行，禁止随意变换速度或中途停顿。 提高摊铺过程中的预压密实度。SBS改性沥青混合料在高温状态下主要是靠粗集料的嵌挤作用，可适当提高夯锤振捣频率，使剩余压实系数减少，初压的痕迹也极小，进而确保路面的最终平整度。4.6 碾压对于SBS改性沥青混合料，适宜的碾压温度范围是130150C，最终碾压温度不低于110C。SBS沥青混合料的压实工艺本着“紧跟、慢压、高频、低幅”八字方针进行，压路机必须紧跟摊铺机的后面，如在高温条件下碾压可取得更好的效果，压实速度控制在45km/h。碾压速度均衡,倒退时关闭振动,方向要逐渐地改变,不许拧着弯行走,在每一道碾压起点或终点可稍微扭弯碾压,消除碾压接头轮迹。决不允许在新铺沥青混合料上转向、调头、左右移动、突然刹车或停车休息。改性沥青路面碾压，不宜用胶轮压路机。我们通过做实验段，确定的压实工艺为：英格索兰DD110初压1遍，戴纳派克CC722或DD130压路机中、低档各碾压2遍，即高频低幅振动碾压2遍，DD110终压2遍。特别注意：施工时若发现压路机粘轮时，用洗衣粉水处理效果较好。4.7 接缝 在施工过程中会产生一些横缝、纵缝和必要的施工缝，接缝必须紧密，连接平顺，不得产生明显的接缝离析。当面摊铺采用梯队作业时的纵缝宜热接缝，当加宽段产生冷接缝时应切齐。切割时的泥水必须冲洗干净，待干燥后涂涮粘层油。在与隧道连接处，水泥板边也要切齐，涂涮粘层油，摊铺时应挂线引导顺接。4.8 SBS沥青混合料的质量控制 对于沥青面层混合料，现场的压实应采用空隙率和压实度双向控制。空隙率计算所需的最大理论密度以每天实测为准，测试按照“沥青路面混合料最大相对密度试验（真空法）（T0711-93）”进行。现场沥青混合料空隙率为3%6%。表面层沥青混合料压实度的检验，以实测芯样为准；为了路面整洁美观，防止取芯位置早期被破坏，及时掌握上面层压实度、厚度及面层总厚度，建议正式开工第一个工作日按规范单幅约200m取芯一个，以后500800m一个，取芯的位置不宜在行车道上，应选在划线的位置。5 施工体会 本工程于2007年11月完工，2008年1月1日正式通车；通过完工验收，工程质量总评分为91.4分，质量等级为优良。 通过本工程，笔者施工体会如下： （1） 上面层材料尽可能采用辉绿岩、玄武岩等材质坚硬的基性石料，并尽量采用规模化、工厂化生产。 （2） 上面层材料加工应人工挑捡片石破碎，并附带除尘设施，符合环保要求。确保各档材料质量满足规范要求。集料生产按四档进行加工。 （3） 加强改性沥青检测，以“粘温曲线”指导施工。 （4） 改性沥青上面层摊铺过程中，温度下降很快，一般摊铺过程温度下降2030C左右，所以压路机必须紧跟慢压，为防止温度下降太快，还应将初压、复压连起来碾压。 （5） 上面层除了要满足车辙、冻融劈裂强度比、残留稳定度、压实度、平整度、厚度等指标外，还应检测构造深度、磨擦系数及渗水系数。确保在急刹车情况下有足够的滑行距离和水稳定性。