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关于SBS改性沥青配合比设计的探讨
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关于SBS改性沥青配合比设计的探讨

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  摘 要:在良好的设计配合比和施工条件下,SBS沥青能使沥青路面的耐久性和高温稳定性明显提高。本文将根据南二路的施工试验情况,简要讲述SBS改性沥青的施工技术要求。

  关键词: SBS沥青混合料 配合比设计 技术要求

  聚合物改性沥青是一种技术含量和附加值较高的新型优质筑路材料。它通过把聚合物掺入道路沥青中而改善使用性能,能显著延长路面寿命、降低噪声、提高行车舒适性和安全性,SBS沥青作为一种改性沥青胶结料,早在20世纪90年代就已出现,由于SBS是一种热塑性橡胶共聚物,使用量大,费用较高,由于受经济条件限制,所以在国内一直没有大面积推广。在2002年由华东石油大学研究所研制成功SBS沥青改性剂,与东营市公路局材料处合作生产SBS改性沥青混合料,并在东营市南二路进行施工试验,下面结合东营市南二路一期工程的施工、监理情况,谈谈对SBS沥青配合比设计以及工程施工过程中的注意事项。

  1 SBS改性沥青概述

  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。在SBS改性沥青生产过程中进行了大量的室内试验,生产后对其技术指标进行了现场实验,实验结果表明,外掺3.0%SBS的改性沥青,软化点、针入度等指标均满足改性沥青规范要求,可用SBS改性沥青做沥青混合料的配合比设计。

  2 SBS沥青混合料的配合比设计

  为了使设计的混合料能够达到实施效果,需要从材料要求、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要求,希望能够引起注意。

  (一)、原材料要求

  1-1粗集料:

  用于改性沥青混合料面层的粗集料,宜采用碎石或碎砾石,其粒径规格和质量要求均应符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTJ032-94)的规定

  1)粗集料应洁净、干燥、无风化、无有害杂质,且具有一定硬度和强度。

  2)粗集料应具有良好的颗粒形状,破碎砾石用于高速公路、一级公路时,应采用大砾石破碎,并至少应有两个以上的破碎面。

  3)对于抗滑表层粗集料应选择硬质岩(中性或基性火成岩)。由于硬质岩石与沥青的粘接力存在着较大差异,粗集料与沥青的粘附性应不小于4级。对于3-5mm 石屑部分由于含量较低,并且该部分对沥青混合料形成嵌接结构有一定的作用,建议用硬质岩石屑(玄武岩)。

  1-2细集料

  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,细集料应洁净、干燥、无风化、无有害杂质,有适当的颗粒组成,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。对于高速公路、一级公路沥青混合料,天然砂的含量不宜超过20%,可用0-3mm的石屑粉代替天然砂。

  1-3填充料

  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。

  1、改性沥青混合料填充料宜采用强基性岩石(石灰岩、岩浆岩)等增水性石料经磨细得到的矿粉,矿粉要求干燥、洁净,不宜使用混合料生产中干法除尘的回收粉。

  2、采用水泥、消石灰粉做填料时,其用量不宜超过矿料总量的2%。

  3、对于沥青表面层混合料不推荐使用在混合料生产排回收粉,当塑性指数小于4且亲水系数小于0.8时,经过试验可以部分的使用,回收粉用量每盘不能超过矿粉总量的四分之一。

  1-4、SBS改性沥青技术要求

  技 术 指 标 SBS改性沥青

  针入度25℃,100g,5s(0.1mm) 最小 60

  针入度指数PI 最小『1』 -0.2

  延度5℃,5cm/min(cm) 最小 30

  软化点,TR&B (℃) 最小 55

  含蜡量(蒸馏法)(%) 最大 3

  运动粘度135℃(Pa.s) 最大『2』 3

  闪点(℃) 最小 230

  溶解度(%) 最小 99

  离析,软化点差(℃) 最大『3』 2.5

  弹性恢复25℃(%) 最小 65

  旋转薄膜烘箱试验(RTFOT)后残留物『4』

  质量损失(%) 最大 1.0

  针入度比25℃(%) 最小 60

  延度5℃(cm) 最小 20

  注:[1]针入度指标PI由15℃、25℃、30℃等三个以上不同温度的针入度,按式1Gp=AT+K进行线行回归,再计算获得参数A后由下式求得,直线回归的相关系数R不得低于0.997。

  PI=(20-500A)/(1+50A)

  [2]表中135℃运动粘度可采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052-93)中的“沥青粘度测定法(勃洛克菲尔德粘度计法)”

  进行测定。若在不改变改性沥青物理力学性质并符合安全条件的温度下易于泵送和拌和,或经试验证明适当提高泵送和拌和温度时能保证改性沥青的质量,容易施工,可不要求测定。有条件时应测定改性沥青在60℃时的动力粘度,用毛细管法测定。

  [3]改性沥青在现场制作后立即使用或贮存期间进行不间断的搅拌或泵送循环时,对离析试验指标可不作要求。

  [4](中国沥青网)老化试验应采用旋转薄膜烘箱试验(RTFOT)方法为准;允许采用薄膜加热试验(TFOT)代替,但必须在报告中注明,且不得作为仲裁结果。

  1-5、SBS改性沥青试验中应注意的问题

  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160℃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至充分流到后,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。

  (二)、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、生产配合比及试拌试铺的三个阶段,确定矿料级配及最佳改性沥青用量。

  2-1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-13I型混合料2.36mm以下筛孔通过量应取级配下限以达到密实、嵌挤。

  2-2粉料比

  小于0.075mm含量的多少对沥青混合料体积指标和路用性能影响很大,混合料级配中小于0.075mm的含量必须考虑粗集料本应含有的粉尘部分。要求矿粉含量不超过沥青含量,小于0.075mm部分与沥青含量之间的比值即粉料比应存在1-1.2之间,对沥青面层混合料矿粉含量宜取4.5-5%。

  2-3混合料技术指标

  为有效的提高沥青路面的性能,表面层沥青混合料一方面要满足泌水条件,另一方面,又要防止出现超密现象,因此,需要对沥青混合料的体积指标进行进一步的限制,见下表所示。

  试验项目 技术要求 备注

  击实次数 (次) 双面各75

  沥青混合料的理论最大相对密度以实测法为准

  稳定度 (KN) >7.5

  流值 (0.1mm) 20-40

  空隙率AV (%) 3-6

  饱和度VFA (%) 70-85

  矿料间隙VMA (%) 根据最大粒径参照规范

  击实温度 (℃) 160

  残留稳定度 (%) >80

  车辙试验动稳定度 (次/mm) >2000

  2-4注意事项

  改性沥青混和料的设计过程中以下问题上引起注意。

  A、混和料的拌合和击实温度应根据改性沥青路面施工技术规范和根据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合、击实温度应与拌合厂拌合温度、现场碾压温度一致。建议温度见下表:

  改性沥青的试验和施工温度

  温 度 密级配沥青混合料

  拌合温度 不小于160℃

  初压温度 不小于150℃

  复压温度 不小于140℃

  终压温度 不小于120℃

  B、试验取样和拌合时要保证沥青胶结料的均匀性,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。

  C、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。

  D、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:

  (1)、采用“沥青混合料马歇尔稳定度试验”方法测定的48h浸水马歇尔稳定度试验残留稳定度不应小于80%。

  (2)、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%。

  3 SBS沥青混合料的施工

  SBS沥青是一种以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,增加抗老化能力,延长公路的寿命。与AH-70基质沥青相比,SBS沥青的粘度和软化点显著增加,SBS沥青的运输储存和路面面层施工有一些与基质沥青不同的要求,只有正确使用才能达到预期效果。

  1)运输的技术要求

  SBS沥青在生产工厂装车温度必须保持在160℃以上,运到混合料拌合场的温度不应低于140℃,运输车辆须在24小时内运到指定地点,并及时把沥青泵送到沥青储存罐中。

  2)沥青拌合场储存的技术要求

  SBS沥青的储存温度应保持在150℃左右,若温度低于所要求的储存温度,SBS沥青的粘度过大,从而导致沥青罐的油管路堵塞,最后只能停产修理。

  沥青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,存贮是不宜超过24h。

  当一天的施工任务完成后,应尽量用完罐中的沥青,或者给沥青罐加满沥青,或把剩余的少量沥青抽到其它储存罐内,以减少沥青与空气接触的表面积,从而防止沥青老化。

  沥青拌合厂储存罐大部分为卧式,为保证SBS改性沥青的均匀性,应在贮存罐顶部安装搅拌器,或用贮存罐中自带搅拌器,搅拌器每3小时搅拌一次,搅拌时间每次20分钟。

  3)泵送的技术要求

  SBS沥青运输、储存温度要求较高,当生产混合料时需要用沥青泵送到混合料搅拌机中,由于沥青泵带有过滤器易被某些物质堵塞过滤器网眼,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,以防止管线中的SBS沥青温度降低堵塞管线。

  4)拌合、运输的技术要求

  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,应做到拌合后的混合料均匀一致,无细料和粗料分离及花白、结成团块的现象。由于SBS改性沥青混合料的施工温度要求较高,建议拌合温度控制在160℃,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两辆车等待卸料,决不能出现摊铺机等车的现象。其余要求应满足改性沥青路面施工技术规范的技术要求。

  5)摊铺的技术要求

  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,应尽量减少橫缝,提高其面层平整度。为提高路面的平整度,表面层宜采用摊铺前后保持相同高差的雪橇式摊铺厚度控制方式。由于SBS沥青粘度较大,粘附力强,用部分摊铺机的后雪橇是胶轮式结构,胶轮易粘附混合料细颗粒,影响平整度,所以摊铺机后雪橇是胶轮式结构的必须改成钢滑靴式结构。摊铺速度应控制在2米/分钟,做到缓慢、均匀、连续不间断地摊铺,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。改性沥青SBS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。

  6)碾压的技术要求

  对于密级配型混合料,其适宜的碾压温度范围是130℃-150℃,其最终碾压温度不低于110℃。

  SBS沥青混合料的压实工艺本着以下原则进行:按照“紧跟、慢压、高频、低幅”“碾压八字方针进行碾压,压路机必须紧跟摊铺机的后面,只有在高温条件下碾压才能取得更好的效果,压实速度控制在4-5km/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,对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、左右移动位置。突然刹车或停车休息,通过南二路第一、二合同段SBS沥青试验段,确定的压实工艺为DD110或DD130压路机2-3档各碾压3遍,即初压1遍,高频低幅振动碾压2遍,终压2遍。特别注意:施工时若发现压路机粘轮时,用洗衣粉水较好。

  7)SBS沥青混合料的质量控制

  对于沥青面层混合料,现场的压实效果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。

  4 结束语

  随着SBS改性沥青在我国的进一步推广,必将在我国的道路建设中发挥重要作用,希望通过以上对SBS改性沥青在生产施工中应注意的施工技术要求,对大家有所帮助,以上不足之处,望各位同仁提出宝贵意见。

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