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公路改性瀝青路面施工技術規范
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公路改性瀝青路面施工技術規范
2021年01月05日    閱讀量:154472    新聞來源:瀝青網 sinoasphalt.com  |  投稿

公路改性瀝青路面施工技術規范 瀝青網,sinoasphalt.com

公路改性瀝青路面施工技術規范

JTJ 036-98

條文說明

目 錄

制訂說明

1 總則

2 術語、符號

3 基層

4 材料

5 改性瀝青

6 改性瀝青混合料

7 改性瀝青路面施工

8 施工質區管理


制 訂 說 明

一、編制過程

交通部以交公路[1994]1265號文下達《公路改性瀝青路面施工技術規范》的編制任務后,由交通部重慶公路科學研究所擬訂出“編寫大綱(草案)”,并于1996年3月在重慶市召開了第一次工作會議,會議對“編寫大綱(草案)”進行了討論、修改,形成了正式的“編寫大綱”,同時成立了編寫組,落實了分工及編制計劃。此后,編寫組成員按照分工轉入正式編寫工作。隨后,交通部重慶公路科學研究所對各參編單位的初稿進行了匯總、統稿,經編寫組成員反復磋商,提出了規范討論稿,于1997年8月分別寄送各參編單位和部分專家審閱瀝青網sinoasphalt.com。1997年IO月在四川省成都市召開了編寫組及有關專家參加的《公路改性瀝青路面施工技術規范》(討論稿)討論會,會議對討論稿的內容逐章逐條進行了認真討論,提出了修改意見與建議;編寫組在此基礎上進行多次修改后,完成了規范送審稿。1998年5月在重慶市,由交通部公路管理司主持召開了《公路改性瀝青路面施工技術規范》(送審稿)審查會,與會專家對送審稿逐章逐節進行了認真的審查和評議,編寫組根據專家的修改意見與建議,再次進行修改、完善,最終形成了《公路改性瀝青路面施工技術規范》報批稿,報交通部審批。

二、主要制訂原則

1.規范制訂應盡可能系統、完整;

2.規范制訂應具有先進性、實用性、可操作性;

3.應與其它有關規范、標準協調,并與國際上同類標準、規范接軌。

三、指導思想

多年來,隨著我國經濟的發展、交通量的增加,對道路使用質量的要求越來越高,我國許多科研、設計單位,大專院校、工程及養護部門的道路工作者為改善國產瀝青特性,提高道路的使用性能進行了不懈的努力,取得了大量的科研成果,促進了改性瀝青研究與應用技術的進步。為適應當前改性瀝青混合料路面施工的需要,本規范在大量可用于改善瀝青特性的改性劑中選取了幾種在國內外公認比較成熟、應用比較廣泛的聚合物改性劑。

根據已有的資料,美國、日本及一些歐洲國家已制訂或準備制訂有關改性瀝青的標準、規范,但有關改性瀝青路面施工方面的規定、手冊、指南、規范等卻很少,而且不夠系統。比較完整的是日本瀝青協會編制的“改性瀝青混合料設計施工手冊”,但這個手冊的編制方法與內容都不符合我國的習慣。其它一些國家也只有一些零星的規定。從發展趨勢看,隨著改性瀝青的大規模應用,改性瀝青路面將成為常規施工的瀝青路面,因此,制訂系統、完整、符合施工要求的改性瀝青路面施工技術規范就只是一個時間問題。本規范參考、引用了國外有關技術標準的部分內容。

國內有關單位和部門在研制和使用改性瀝青的過程中,針對不同的改性瀝青和具體的工程實踐,制訂了一些相應的技術標準、施工指南、手冊、規范等文件,這些文件在指導相應品種改性瀝青的施工中發揮了不小的作用,本規范采納了這些文件的有關內容。

根據改性瀝青的特殊性和我國工程部門目前在公路施工方面的技術水平,對于改性瀝青技術要求中所要求進行的試驗,本規范僅在普通道路石油瀝青常規試驗方法的基礎上,增加了離析、彈性恢復、粘韌性等試驗。對于改性瀝青混合料技術要求中所要求進行的試驗,也只增加了凍融循環努裂試驗。這些試驗方法已列入修訂的《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》中。

規范中還大量采用了近年來,特別是“八五”期間的科研成果,如瀝青混合料的高溫車轍試驗動穩定度、低溫彎曲試驗破壞應變、凍融循環劈裂試驗強度比、氣候分區等。

1 總 則

1.0.1 本條規定了制定本規范的目的。

1.0.2 本條規定了本規范的適用范圍。使用改性瀝青時不僅應考慮道路對于抗疲勞、抗車撤、抗低溫開裂、抗老化、抗磨耗、抗滑、排水等方面的特殊要求,而且還要考慮采用改性瀝青的經濟性,進行技術經濟比較和性能價格比分析。

1.0.5 瀝青改性劑或改性瀝青成品的種類很多,應用范圍也很廣泛,本規范所涉及的改性劑、改性瀝青僅是其中應用較多,具有一定經驗的部分。由于不同的改性瀝青通常有不同的具體施工方法及要求,因此,凡使用本規范未作規定的改性劑或改性瀝青時,應根據實際應用情況及時總結經驗,制訂相應的施工規范、指南或手冊,也可在本規范的基礎上制訂補充規定。

2 術語、符號

2.1 術 語

2. 1. 1 本條關于瀝青的概念和定義是廣義的。國際上關于“瀝青”的術語,美國主要稱“asphalt”,而歐洲叫‘bitumen”,在歐洲“asphalt”是指瀝青混合料。目前,在各種文章和著作中,兩者已有混用的趨勢,主要與使用者的習慣有關。

英國標準BS 3690 對瀝青的定義是:“一種粘稠液體或固體,主要含有可溶于氯乙烯的烴及其衍生物。大體上是不揮發的,在遇熱時逐漸軟化。呈黑色或褐色,具防水和粘附性能。可以在提煉石油過程中取得,也可以是天然沉積物或天然存在的瀝青與礦物質結合在一起的組成部分”。

本條關于瀝青的定義主要參考了美國試驗與材料協會的ASTM DS-75的規定。

2.1.2 對于尚未摻加改性劑的瀝青有多種稱呼,如原樣瀝青、原始瀝青、基本瀝青、基質瀝青等,但國內、外都有把老化前的瀝青稱為原樣瀝青或原始瀝青的。為了避免混淆,也為了區別于其它未改性的瀝青,并與相應改性后的瀝青對應,本規范把摻加改性劑前的瀝青稱為基質瀝青。

2. 1. 3 本條主要參考了美國 AASHTO Provisional Standard“Standard Practice for the Laboratory Evaluation of ModifiedAsphalt Systems” PPS-93 Edition 1A 中關于改性劑的定義。

2.1.4 為了避免改性劑劑量概念上的混淆,本規范特規定改性劑劑量以內摻法計量為準。例如劑量5%是指改性劑5%,基質瀝青95%,兩者之和為100%,而不是指改性劑是基質瀝青的5%。

2.1.5 本條主要參考了《第十九屆世界道路會議報告匯編》中關于改性瀝青的定義。

2. 1. 9 SMA 源于德國,是德文Splittmastixasphalt的縮寫,傳入英語系國家后,稱為 Stone Matrix Asphalt或 Stone Mastic Asphalt,都稱為瀝青瑪蹄脂碎石(SMA)混合料,這是一種間斷級配的混合料,主要用于抗車轍。近年來的研究表明,這種混合料除了具有較強的抗變形能力外,還具有其它一些優良的路用性能,因此得以在許多國家廣泛應用,在我國的應用也有幾年的歷史了。

SMA中的穩定劑可采用木質素纖維、礦物纖維或聚脂纖維等。早期曾使用過的石棉纖維因為健康與環保方面的原因,現已較少使用。

2.1.10 Open Graded Friction Courses(OGFC)就字面上來理解,可稱為“開級配抗滑表層”,而在美國,采用這種結構的目的最初也確是為抗滑。由于這種結構除了抗滑外,還有一些其它的作用,故本規范稱為“開級配瀝青表層”。這是一種空隙含量較高的瀝青混合料,要求使用優質耐磨光集料,其主要功能是為瀝青路面提供一個具有優良抗滑能力的面層,同時還具有降低噪聲、減少水漂、濺水和夜間眩光的作用。在美國,開級配抗滑表層混合料的空隙率約為12%~15%,抗滑表層厚度為20mm~25mm。歐洲的開級配抗滑表層也稱為大空隙性瀝青混合料(porous asphalt),空隙率在15%~20%以上,厚度一般為40mm~50mm。現在已逐漸與OGFC混用了。

由于開級配瀝青表層空隙含量高,存在著易老化、松散、剝落和滲水等缺點,是一種很不穩定的混合料,因此常使用添加劑以提高其抗剝落能力,延緩老化,改善溫度敏感性。但即使如此,采用這種結構時仍需十分慎重。

2. 1. 12 熱塑性橡膠的整個高分子鏈的一部分或全部由具有橡膠彈性的鏈段所組成,大分子鏈之間由某種“約束成分”形成網狀結構,起著分子間化學或物理的交聯作用和補強效應,而在高溫下,這些“約束成分”在熱的作用下失去作用,聚合物經熔化或熔融呈現塑性。因此,熱塑性橡膠具有化學或物理交聯性質的可逆性,主要有聚氨脂類、聚脂類、改性聚烯烴類等。熱塑性聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯嵌段共聚物(SBS),是公路改性瀝青路面使用的最典型的熱塑性橡膠,其硬段為S,即塑料段;軟段為B,即橡膠段。熱塑性橡膠具有與普通硫化膠類似的物理性質,硬段能形成輕度的化學和物理交聯,不需硫化。

2. 1. 13 熱塑性樹脂在整個加工過程中不伴有化學反應,故能反復使用。聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、醋酸纖維素等均屬于熱塑性樹脂類。

而熱固性樹脂經化學變化后交聯成不溶不熔的三維網狀結構,這個過程是不可逆的,以酚醛樹脂、環氧樹脂、有機硅樹脂等為代表。雖然熱固性樹脂也是一種高分子聚合物,但由于其使用方法特殊,價格較高,而且目前使用也不廣泛,故本規范未將其納入。

3 基 層

3.0.2 經過多年的研究與實踐,半剛性基層的設計方法與施工工藝均已成熟,這種基層具有板體性好、整體強度高、變形小、成本較低的優點,特別適合于作為改性瀝青路面的基層。水泥或石灰穩定土由于收縮變形大,易開裂,穩定性較差,只宜用做底基層或低等級道路的路面基層。碾壓式水泥混凝土與瀝青面層的組合是一種很好的復合式路面結構形式,但通常成本價格較高,適用于特別重要或有特殊要求的公路,采用時應認真進行投資分析。

3.0.4~3.0.5 為延長舊路面的使用壽命或改善舊路面的使用性能,用改性瀝青混合料進行罩面處理是一種合適的方法。對舊路面除了應進行常規補強、整平處理外,最重要的是還應對裂縫進行處理,特別是水泥混凝土的接縫,以減少反射裂縫。通常可采用土工織物、應力吸收膜等措施來解決。

4 材 料

4.1 一 般 規 定

4.1.1 根據目前商品經濟的特點,采用訂貨合同的形式采購材料是最重要的經濟活動之一。合同中應注明重要條款,符合正視合同要求,并經公證部門公證。

4.1.2 材料到場后應盡快進行試驗檢測,如不符合訂貨合同規定的要求,可請有關質檢部門檢測、仲裁,以明確責任,索取賠償。進口材料應經商檢符合要求后才能使用。

4.2 基 質 瀝 青

4.2.1 本條主要是為限制使用除道路石油瀝青以外的其它瀝青。

4.2.2 符合“重交通道路石油瀝青技術要求”的道路瀝青,通常可以直接用于鋪筑高等級公路瀝青路面。而在重交通道路石油瀝青中添加改性劑則主要用于延長路面使用壽命、改善或提高高等級公路瀝青路面的特殊路用性能,例如抗車轍、抗疲勞、抗滑、抗低溫開裂等,特別適合于要求較高的特重交通道路路面或特殊應用領域,如機場道面、橋面鋪裝、停車場、運動場等。

我國所生產的大部分道路石油瀝青,因受原油油源的影響,相對來說性能較差。為了改善和提高這些普通道路石油瀝青的性能,我國公路科技人員進行了長期的、堅持不懈的努力,采用各種改性劑進行改性,也取得了一些科研成果,但這些用普通道路石油瀝青改性后的結合料真正能大規模應用于實際工程的還不多,經驗與數據尚少,而目前改性瀝青主要考慮用于滿足特殊要求。因此,對高速公路、一級公路或特殊重要工程,本規范規定所采用的基質瀝青應符合“重交通道路石油瀝青技術要求”。

其是橡膠類和熱塑性橡膠類改性瀝青與酸性石料的粘附性都很好,但樹脂類改性瀝青對某些酸性石料的粘附性的改善并不明顯。因此,本規范規定,在酸性石料用作為改性瀝青路面時,亦應進行粘附性檢驗。

4.3.2 對于細集料,如在有條件時增加對細集料棱角、堅固性、安定性、雜質、粘土含量、細長與扁平顆粒含量等的測定,制訂相應的技術要求,這將更能確保細集料的質量。

4.3.3 使用水泥、消石灰粉代替礦粉作填料,通常是為了提高混合料的水穩定性。如需要增加水泥或石灰粉的用量時,應該通過試驗研究,確認水泥或石灰粉的適應性及用量限制。

考慮到在瀝青混合料實際生產過程中將排出大量的粉塵,充分利用這些粉塵不僅有利于保護環境,而且有利于降低生產成本,但回收粉塵的質量往往難于達到規定要求。為此,本規范對采用回收粉塵作為填料做了較嚴格的規定,要求必須有充分的試驗依據方可使用。

4. 4 改 性 劑

4.4.1 改性劑選擇

就目前已知的改性劑來看,除SBS具有較好的高、低溫特性外,很難期望改性劑能同時改善瀝青混合料的所有性能,即使把具有不同改性性能的數種改性劑同時摻入基質瀝青中,也難于獲得全面的改性效果。因此使用者在選擇改性劑時,應針對需要解決的主要問題來決定,同時還應參考已有的使用該改性劑鋪筑的路面的路用性能和實驗室的試驗結果。

一般來說,為了能正確選擇改性劑,首先必須確定改性目的與要求,考慮經濟效益、社會效益和性能價格比,盡量采用相對簡單、方便、實用的施工設備和生產方法。

一般認為,熱塑性樹脂類改性瀝青具有較好的高溫穩定性,適用于南方氣候炎熱地區;橡膠類改性瀝青具有較好的低溫抗裂性,適用于北方氣候寒冷地區;熱塑性橡膠類改性瀝青則兼具樹脂類和橡膠類改性瀝青的特點,適用的范圍更廣一些。然而,對于一個實際工程來說,選擇什么改性劑并無明顯、嚴格的界限,研究與實際應用表明,橡膠類改性瀝青也具有較好的高溫穩定性,而樹脂與熱塑性橡膠復合改性瀝青則同樣表現出良好的抗低溫開裂能力。本規范提出的僅是選擇改性劑的一般原則,實際應用時應綜合各方面的情況確定。

此外,同一種改性劑,可能有若干種品牌,不同的品牌有不同的特性及適用范圍,選用時應了解各種品牌的性能并提出明確的要求。

本規范所指相容性是指兩種或多種物質混合時的相互親和性,即分子級的可混性,相容性好能夠形成均質混合體系。溶度參數是定量反映物質極性的數據,根據一般的規律,極性越接近,即兩物質間的溶度參數差越小則越容易互溶。也就是說,聚合物溶度參數與瀝青的溶度參數越接近,則相容性越好。

聚合物的融溶行為與低分子的溶解有許多不同之處,除了化學組成外,聚合物的結構形態、鏈的長短、鏈的柔性和結晶性等均對融溶性有顯著影響。

從熱力學的觀點來看,相容性是指兩種物質以任意比例相混都能形成均相體系的能力。然而,能完全滿足熱力學混溶條件形成均相體系的物質極少,而熱力學不相容則是通常的情況。一般情況下的混合體系均為微觀或亞微觀結構上的多相體系,這種物質間的不完全混溶,如果這些共混物不同組分特性能夠互相補充,就會使得材料的性能得以改善。

可見,一種改性劑并不一定對所有的瀝青都合適,反過來也是一樣,一種瀝青也并不一定適用于所有的改性劑,關鍵在于兩者之間的相容性。改性瀝青的性能取決于改性劑與瀝青的混溶狀態及體系的穩定性。

改性劑與瀝青的相容性無疑是十分重要的,但也有文獻認為,改性劑與瀝青完全相容也不好,也就是說存在一個“程度”的問題。到底相容性達到什么程度最好,目前并無明確的結論,這也是需要進一步研究的問題。

4. 4. 2 美國AASHTO《運輸材料和取樣與試驗方法標準規范》中的R15-89對添加劑或改性劑供應商的責任和義務作了較多、較全面的規定,這些規定包括提供材料的名稱、商標名、化學特性、生產者、檢驗單位、物理特性、安全方面的資料;改善瀝青或瀝青混合料的何種性能、怎樣驗證;使用說明(劑量、摻配方法和使用上的限制);改性劑的定性與定量分析(純凈材料、在瀝青中或在瀝青混合料中);應使用何種瀝青、集料和混合料設計方法;市場銷售情況等。根據我國目前的實際情況,本規范作了部分規定。

4. 4. 3 根據目前國內外的試驗研究、產品開發、實際施工使用情況來看,瀝青改性劑品種很多,但由于價格、性能、貨源、生產工藝等各種原因,真正能實現工業化生產,大規模用于鋪筑路面的改性劑并不多,其中主要是高分子聚合物,而國外有關改性瀝青的標準、規范或手冊、指南等也主要涉及高分子聚合物改性的瀝青,因此,本規范也主要考慮這類改性劑。高分子聚合物改性劑的分類方法有多種,本規范采取了通用的分類方法。

熱塑性橡膠類除了苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS)外,還有苯乙烯-異成二烯-苯乙烯共聚物(SIS)、苯乙烯-乙烯-丁二烯苯-乙烯共聚物(SEBS)、聚脂彈性體、聚脲烷彈性體、聚乙烯丁基橡膠漿聚合物、聚烯烴彈性體等品種。

SBS 改性瀝青具有良好的熱穩定性和低溫抗裂性,可增加瀝青與石料的粘附性,尤其是具有良好的彈性(即變形的自愈性)。據歐美各國的統計,SBS是目前世界上應用最為廣泛的改性劑,本規范主要推薦采用SBS;由于其它熱塑性橡膠類改性劑的試驗研究資料、數據都不多,使用前要進行試驗研究。

橡膠類除了丁苯橡膠(SBR)、聚氯丁二烯(CR)、天然橡膠(NR)外,還有再生橡膠、廢舊橡膠輪胎粉、丙烯睛丁二烯共聚物(ABR)、異丁烯異戊二烯共聚物(IIR)、聚丁二烯(BR)、聚異戊二 烯(IR)、乙烯丙烯共聚物(EPDM)、苯乙烯異戊二烯共聚物(SIR)、硅橡膠(SR)、氟橡膠(FR)、環聚乙醇共聚物、聚丙烯酸脂等品種。

橡膠類改性劑中丁苯橡膠(SBR)應用較為廣泛,丁苯橡膠摻入瀝青,可在瀝青中形成一種共軛結構,而使瀝青具有新的力學性能。

由于橡膠改性瀝青的粘度較高,除適用于鋪筑常規瀝青路面面層外,還可用于鋪筑瀝青薄層罩面、排水性路面下面的防水層、應力吸收薄膜等。

氯丁橡膠(CR)具有級性,常摻入焦油瀝青中配制成氯丁焦油瀝青。

熱塑性樹脂類除了乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)、聚乙烯(PE)、無規聚丙烯(APP)外,還有聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚酸胺、乙烯乙基丙烯酸共聚物(EEA)、聚丙烯(PP)、丙烯睛丁二烯苯乙烯共聚物(NBR)、聚氯乙烯叉、聚乙烯叉氯、丙烯樹脂、聚醋酸乙烯、聚乙烯酸、飽和聚酸、聚丁二烯、石油樹脂、氟樹脂、天然樹脂等品種。

對于熱塑性樹脂類改性劑,國內外對EVA和PE的試驗研究較多,其應用技術也比較成熟,是熱塑性樹脂類改性劑中應用較多的品種。1995年,美國ASTM在制訂熱塑性樹脂改性劑的技術標準時,以EVA為代表品種,表明EVA更具代表性。在我國,目前EVA和PE的使用都比較多,本規范同時保留。

EVA由于其醋酸乙烯含量和熔融指數MI的不同而有好幾種品牌,不同品牌的EVA用于瀝青改性其性能有較大差別,而且其工藝性也明顯不同,因此可以通過適當選擇EVA品牌配制所需要的改性瀝青。

無規聚丙烯(APP)價格低廉,用于改性瀝青可顯著提高瀝青的軟化點,但對石料的粘結性較差。

聚苯乙烯(PS)改性瀝青是將聚苯乙烯泡沫加入瀝青中配制而成,由于聚苯乙烯能影響石蠟晶型,增加瀝青中的芳香分,故能明顯改善瀝青的延伸性和粘附性,并同時會降低瀝青的軟化點。

廢舊橡膠輪胎粉按其分子結構應歸入橡膠類。過去,由于用廢膠粉作改性劑生產工藝簡單,使用方便,同時具有環保意義而在國內、外得到較多的應用。日本的研究認為,摻加橡膠粉改性的瀝青路面,成功與不成功的大約各占一半。不成功的原因主要是路面碾壓時有彈性,致使壓實度不足,空隙率過大,由此帶來的缺點超過了改性帶來的優點。美國明尼蘇達州運輸部的一個研究報告認為,摻廢膠粉的改性瀝青價格為常規瀝青的兩倍,施工困難,效果不明顯,因此建議不使用。在我國,由于多種原因,近年來廢膠粉已較少使用,本規范也未納入廢膠粉的內容。

除了高分子聚合物改性劑,其它添加劑還包括:

抗氧劑類:有機酸皂、膠型或酚型抗氧劑,用以提高瀝青耐老化性能。

抗剝落劑類:陰、陽離子型或非離子型表面活性劑,如含羧酸基、磺酸基、硫酸脂、酰胺、醚基、脂基等功能團,加入到瀝青中可影響瀝青分散結構,提高石料對瀝青的粘附性,改善瀝青的抗氧化能力。

礦物類填料:碳黑、硫黃、石棉和巖棉等。

另外,現在把天然瀝青作為改性劑的也越來越多。

4.4.6 由于單一品種改性劑對瀝青性質改善的局限性,近年來對采用多種改性劑復合改性的研究越來越多,其目的主要是想同時兼顧高低溫或其它性能的改善。

4.4.7 改性瀝青中改性劑劑量的多少不僅直接關系到路面工程的成本,而且研究表明,改性瀝青的性能并非是添加的改性劑越多越好,有個經濟劑量、最佳劑量和適宜劑量的問題,需要綜合考慮各方面的要求來確定。

表2是國內幾項重要工程所采用的各類改性劑劑量的情況:

我國在80年代已開始研究SBS改性瀝青并修筑了試驗路,以后由于各方面的原因,一直未能大規模推廣,近年來才有了較大規模的應用,而且有成為主流改性劑的趨勢,SBS的劑量大多在4%~5%左右;SBR改性瀝青的研究歷史更早一些,早期建議的2%的劑量只是一個經濟劑量,研究與實踐證明,SBR的劑量以

4.5 改性瀝青成品

4. 5. 1~ 4.5.2 近年來,國外一些石油公司已開始在我國銷售成品改性瀝青。隨著改性瀝青技術的逐漸成熟,使用范圍的擴大和使用數量的增加,國內石化部門也正在加入這個行列,開始生產改性瀝青成品,因此,有必要對改性瀝青成品制訂相應的規定。

4.6 貯 存

4.6.1 根據施工單位的經驗,對于需要貯存較長時間的瀝青采用大型貯罐保溫貯存較為有利,但在采用這種方法時應進行能耗、成本、時間等方面的計算并與其它貯存方法進行比較,擇優選用。

如果在貯存過程中能盡量減少瀝青與空氣的接觸,可以避免或減輕瀝青發生老化、硬化的程度。對于大型貯罐來說,瀝青氧化和失去揮發部分都與貯罐中瀝青暴露的面積與體積的比率有關;這個比值越小,說明同體積的瀝青暴露的面積越小。對于圓筒形容器來說,高徑比大的立式貯罐比臥式貯罐對保護瀝青有利。

4.6.2 采用鋪面場地堆放集料是保證集料不受或少受污染的重要措施,目前多數施工單位已能做到,故本條予以強調。

4.6.6~4.6.8 本規范所規定的高分子聚合物都是化學制品,貯存時必須嚴格按照生產者、供應商的要求或有關規定存放,不得有半點馬虎。

5 改 性 瀝 青

5.1 一 般 規 定

5.1.1 本條規定了選定改性瀝青的程序,首先明確要求的改性瀝青技術要求,然后想辦法使選定的改性瀝青符合這個要求。我們也可在已有基質瀝青的基礎上,根據經驗確定適宜的改性劑類型及其劑量,在進行各項試驗后對改性瀝青定級,如果改性瀝青的等級、性能已符合設計要求,則接受選擇。如果不滿足使用要求時,可在原選擇的基礎上進行調整。反復這個過程,直到符合設計要求為止。也可重新選擇基質瀝青、改性劑類型及其劑量,并對相應的改性瀝青定級,再重復上述過程。

5. 1. 3 研究與使用經驗表明,改性瀝青隨配隨用較能保證質量,若需要貯存時則應進行不間斷的攪拌或泵送循環。由于改性瀝青的粘度較高,因此應保持一定的溫度,以免攪拌或泵送發生困難;但保溫溫度又不能過高,否則會影響改性瀝青的質量。

5.2 改性瀝青技術要求

5.2.1 改性瀝青用于道路工程已有幾十年的歷史了,現在有數百種聚合物可以用來改變瀝青的性質。本規范所納入的僅僅是少數幾個類型的聚合物改性瀝青,其中有一些已經在我國工程實踐中應用,并表現出良好的路用性能,有一些在實驗室的試驗中已經證明是有效的。本規范所提出的改性瀝青技術指標已為大家所接受,規范所述的各項性質已被用戶所確認,因此,制定改性瀝青的技術要求也就非常必要了。

由于改性瀝青的特性與普通瀝青有較大差異,采用普通瀝青的技術指標與標準很難反映改性瀝青的性能特點,為此,許多國家開始尋找新的技術指標及其相應的試驗方法。目前已有美國、德國、日本、奧地利等國相繼制訂了聚合物改性瀝青的規范、指南或供貨技術條件,以及相應的試驗方法等,歐共體國家也正在制訂改性結合料規范。特別是美國,幾乎每個州對聚合物改性瀝青都有自己的技術要求,數十個廠家還給出了相應瀝青改性劑的技術指標。

1991年,美國各州公路與運輸官員協會(AASHTO)、美國承包商協會(AGC)和美國道路與運輸建設者協會(ARTBA)聯合推出了共同感興趣的“聚合物改性瀝青規范”,實際上,這只是一個指南性的規范,如表3所示。

1995年AASHTO、AGC和 ARTBA又聯合提出了改性瀝青的建議標準,與1991年的規范相比,該標準修改了SBS的60℃粘度;SBR的60℃粘度、4℃延度和粘韌性指標;PE與EVA則增加了60℃粘度指標,去掉了Ⅲ-E級的軟化點指標,如表4所示。

從1995年開始,美國試驗與材料學會(ASTM)正式陸續將適用于路面施工的常用的四種類型的聚合物改性瀝青分別納入了標準規范。

D5976-96是“用于路面施工的Ⅰ型聚合物改性瀝青的技術要求”,該規范所定義的典型的Ⅰ型聚合物主要包括苯乙烯-丁二烯(SB)或苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)嵌段共聚物,如表5所示。

Ⅰ型聚合物改性瀝青性能要求與AASHTO-AGC-ARTBA1995年版的規范相比,又修改了60℃粘度指標,而且除Ⅰ- A 級外,其它各等級的60℃粘度又恢復到1991年規范的數值。此外,Ⅰ-D級的135℃粘度指標和RTFOT殘留物4℃針入度指標也有變化,同時去掉了原樣瀝青4℃針入度和軟化點指標。

D584O—95是“用于路面施工的Ⅱ型聚合物改性瀝青的技術要求”,該規范所指明的典型的Ⅱ型聚合物主要包括苯乙烯一丁二烯橡膠乳液(SBR)或氯丁膠乳,如表 6所示。

Ⅱ型聚合物改性瀝青除了由分三級改為分四級,去掉了溶解度指標外,經比較還可以發現,整個指標數值變化也比較大。

D5841—95是“用于路面施工的Ⅲ型聚合物改性瀝青的技術

硬,高溫性能越好,相反低溫性能降低。

SBS改性瀝青的最大特點是高溫、低溫性能都好,且有良好的彈性恢復性能,所以采用軟化點、5℃低溫延度、回彈率作為主要指標;離析是一個量化的控制指標。SBS改性瀝青適用于各種氣候條件下使用,使用者應該根據工程所在地區的高、低溫情況及主要目的選擇相適宜的標號。

SBR改性瀝青的最大特點是低溫性能得到改善,所以以5℃ 低溫延度作為主要指標。另外粘韌性試驗對評價SBR改性瀝青特別有價值,也列人標準中。SBR改性瀝青主要適用于寒冷氣候條件下使用,使用者應該根據工程所在地區的低溫情況及主要目的選擇相適宜的標號。

EVA及PE改性瀝青,其最大特點是高溫性能明顯改善,故以軟化點作為主要指標;離析是~個量化的控制指標。由于PE不溶于三氯乙烯,對此類改性瀝青,溶解度也不要求。EVA及PE改性瀝青,主要適用于炎熱氣候條件下使用,使用者應該根據工程所在地區的高溫情況及主要目的選擇相適宜的標號。

4 關于改性瀝青的路用性能

參考各國的改性瀝青技術指標、標準及相應的試驗方法,根據我國有關改性瀝青的研究成果,考慮到我國大多數公路部門目前的技術水平及今后的發展,本規范主要考慮了結合料有限的幾種性質,包括感溫性、低溫開裂、疲勞開裂、永久變形、老化、均勻性、純度、安全、工作度(施工性)等,并用不同的指標來反映這些路用性能。

(1)感溫性

對聚合物改性瀝青的感溫性采用三個不同溫度的針人度求取針人度指數來表示。國外的研究表明,低溫針入度與疲勞開裂也有關。因此,感溫性的要求也可幫助限制疲勞裂縫。

(2)低溫開裂及疲勞開裂

對聚合物改性瀝青的低溫開裂性能,SBS和SBR用低溫延度來表示。對EVA改性瀝青來說,低溫延度往往不能得出滿意的結果,延度指標是不適用的。SBR改性瀝青對提高低溫延度最有效,但經老化后延度降低較多,所以本規范不僅規定了原樣改性瀝青的延度,還規定了RTFOT后殘留物的延度。

此外,聚合物改性瀝青的抗低溫開裂性能還可以用不同溫度的針入度求出的當量脆點來表示。

測力延度及其試驗方法是另一個有價值的技術指標與試驗方法,但考慮到我國目前的實際情況和技術發展水平,本規范未作規定。若建設單位或使用者有要求或認為必要時,可參照美國AASHTOT 3O0“Force Ductility Test of Bituminous Materials”方法進行測定。

(3)永久變形

僅從結合料這個角度來考慮,若要提高路面的抗永久變形能力,則要求在高溫條件下得到高的結合料勁庭模量,或者增加其彈性。這個性質對SBS和EVA是用環球法軟化點來規定,對SBS還要求進行彈性恢復試驗;對SBR的高溫性能是通過粘韌性規定的。國內外的經驗證明,對大多數聚合物改性瀝青來說,這些方法是適宜的。

《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》中的“瀝青粘韌性試驗”方法,建議采用X-Y記錄儀來記錄荷重變形曲線,然后用求積儀、數記錄紙方格或質量比例法來測量記錄曲線所包圍的面積。目前,計算機的應用已很普及,采用計算機來記錄荷重變形曲線并不困難,用數值積分法來處理數據也可以獲得比上述方法更高的精度及更快的速度。

(4)老化

所有材料都要求在人工老化條件后仍保留有較小的稠度指標的變化率,本規范規定采用旋轉薄膜加熱試驗(RTFOT)制備老化瀝青結合料。這是因為采用現場生產、現場使用的改性瀝青,在制作后必須一直保持攪拌狀態,直至使用,一旦停止攪拌,改性瀝青就不可避免地會產生離析,所以在標準中要求對工廠生產的產品要進行離析試驗。與RTFOT相比,在薄膜加熱試驗(TFOT)中, 盛樣皿雖然隨轉盤轉動,但盛樣皿中的結合料基本上仍是靜置的,不能保持攪拌狀態,試樣容易離析而使表面“結皮”,這將妨礙老化的進行。如果采用RTFOT,使其在試驗過程中,始終保持旋轉和攪拌的狀態,將比較接近老化的實際情況。雖然RTFOT也并不是理想的瀝青結合料的仿真的老化方法,它不能反映瀝青路面使用期的老化問題,但是象壓力老化容器(PAV)這樣的試驗方法,在我國顯然還不可能普遍采用。

(5)均勻性

聚合物改性瀝青通常是由聚合物和瀝青結合料液相組成的多相混合系統。對許多這樣的多相系統來說,基質瀝青與產生改性效果的聚合物之間總有一定程度的非兼容性。如果不相容性過于嚴重,以致影響貯存和操作使用,那就會使改性失敗。因此,對不是在現場制作后馬上使用的聚合物改性瀝青,都要求進行離析試驗,以限制離析,或者規定薄膜加熱試驗后的延度。然而對一種材料適用,的離析試驗對另一些材料可能就不合適,例如,對于SBS改性瀝青建議采用專用的離析試驗方法,通過測定上、下層軟化點之差來定量反映改性瀝青的離析程度。瑞典的一項研究結果表明,當SBS改性瀝青中SBS含量達到6%,在進行離析試驗時,由于試樣表面變硬,上、下層軟化點之差竟高達3O℃以上,這個試驗結果是難于真實反映SBS改性瀝青的離析程度的,故要求SBS改性瀝青必須進行不間斷的攪拌或泵送循環,而不是采取進行離析試驗的方法來控制質量。對于EVA改性瀝青的離析情況則是采用定性分析方法,通過觀察結皮、析出顆粒附在壁上的程度來描述改性瀝青的離析情況。SBR改性瀝青不適用這些方法,并不意味著SBR改性瀝青沒有不相容性的問題,只是現在尚沒有建立評價這種材料的不相容性的測定方法。

(6)安全

聚合物改性瀝青的安全要求是由克利夫蘭杯閃點最低要求規定的,要求現場所使用的結合料閃點溫度不低于規定的低限值。

(7)純度

SBS與SBR改性瀝青規定了原樣聚合物改性瀝青的最低溶解度要求。執行此項標準必須保證結合料不被礦質材料或礦粉污染。此要求不適用于PE改性瀝青或摻有PE的復合型聚合物改性瀝青,因為目前道路工程上常規使用的三氯乙烯溶劑不能溶解PE等改性劑。

(8)施工性能

用改性瀝青鋪筑瀝青混凝土路面,除了施工溫度外尚未發現在建設過程的每一個步驟有任何特殊的要求。然而因為許多改性瀝青在高溫時有較高的粘度,故在國外的改性瀝青標準中,通常都對改性瀝青設置高溫粘度的界限,這個極限是根據材料的泵送性規定的。例如在美國AASHTO的標準中,為使目前常規使用的瀝青泵能有效地操作,要求135℃粘度最高不超過2000cs。美國SHRP開發了瀝青膠結料性能等級規范,AASHTO在納入暫行標準MP1-93“Specification for Performance Graded Asphalt Binder”中時規定,采用ASTM D 4402方法,在135℃試驗溫度下用 Brookfield 旋轉粘度計測定的粘度不超過3Pa.s。該項的注釋又規定:“如果瀝青供應商能保證瀝青在符合安全條件的溫度下能容易泵送和拌和,主管部門可以不要求這個指標”。本規范采用了這一規定。目前在我國,采用 Brookfield 旋轉粘度計測定結合料的135℃粘度,雖然已具備了一定的條件,但由于粘度測定儀器主要還依賴于進口,粘度試驗本身也較難掌握,而國內開展這方面的研究還比較少,因此在表注中也補充規定了可以不測定135℃粘度的條件。

改性瀝青的60℃粘度是一個非常重要的指標,它特別能說明改性瀝青在高溫穩定性方面的改善效果。但是,隨改性劑劑量的增加,粘度增高很大,測定方法上有困難。盡管SHRP研究主張采用工程上常用的Brookfield型旋轉粘度計測定,但作為標準試驗方法,ASTM仍然規定采用毛細管粘度計,由于粘度大,毛細管的型號要求不同,要粗得多(常用400號)。再加上我國尚缺乏這方面的測定數據,標準要求的值的提出有一定困難,所以在本規范的改性瀝青技術要求中,暫時不作為一個要求指標列入,僅在注中說明。

5 關于改性瀝青技術要求的使用問題

對于一個具體工程,一般可參照如下步驟確定改性瀝青的使用:

(1)根據當地的氣候條件和交通條件,選擇適當的基質瀝青。主要希望提高高溫性能的路段,基質瀝青的標號宜為當地同類公路使用的瀝青標號。主要希望提高低溫性能的路段,基質瀝青的標號宜為針入度大一個等級(軟一些)的瀝青。

(2)根據改性目的和經濟條件,在改性劑的合理使用范圍內,選擇一個初試劑量。各類改性瀝青的合理劑量,除特殊情況外,宜在下列范圍內選擇:

對SBS改性瀝青,SBS的劑量宜為3%~6%,通常采用3%~4%,要求高時采用5%~6%;

對SBR改性瀝青,SBR的劑量宜為3%~5%,通常采用3%~4%,要求高時采用5%;

對EVA或PE改性瀝青,EVA或PE的劑量宜為4%~6%,通常采用4%~5%,要求高時采用6%。

(3)按照改性瀝青的加工工藝,采用適宜的方法制作改性瀝青樣品,分別測定改性瀝青的15℃、25℃、3O℃針人度,計算針人度指數PI,再根據改性瀝青25℃針人度確定屬于哪一個等級。例如針入度88的基質瀝青采用4%的SBS改性后,針入度為66,則屬于I-C級。

(4)按照各類改性瀝青的關鍵性技術指標,試驗各項性質,對照表5.2.1的指標,評定其是否合格。例如上例的SBS改性瀝青,試驗軟化點、低溫延度、回彈率進行評定。

(5)如果達不到要求的指標,或指標過高,可以適當調整改性劑劑量,以符合標準的要求。也可以一開始就試驗幾個不同劑量的改性瀝青,從中選擇一個適宜的劑量。

(6)試驗技術要求規定的其他指標,檢驗是否合乎全部技術要求。

需要注意的是,對某一項指標,例如軟化點、延度,對同一類改性劑來說,指標的高低有很大價值,可通過改性前后指標的變化評價改性效果。但對不同類型的改性劑,互相之間進行比較時,可比性要小一些,不能完全根據該指標的高低就判斷改性效果的好壞,還要根據改性瀝青混合料的指標進行綜合評定,才能下結論。

5.3 改性瀝青制備

5.3.2 本規范所稱攪拌法是指采用簡單的攪拌機械來生產改性瀝青的方法,這種方法具有簡單、容易操作、成本低的特點,但制備改性瀝青一般需要較長的時間才能完成,操作不當容易造成瀝青和改性劑過熱老化,且改性劑在瀝青中也不易均勻。

對于橡膠類改性劑,在與瀝青用機械拌和之前,可先利用開煉機對橡膠類改性劑進行塑煉,降低其分子量和粘流溫度,使之與瀝青的分子量盡可能接近,然后將已拉成片的橡膠類改性劑在切粒機上切粒,最后把經塑煉。切粒后的橡膠類改性劑放入攪拌機中與瀝青進行混合攪拌,使橡膠與瀝青能夠較好地混溶。

5. 3. 3 本規范把采用較復雜的機械設備對高分子聚合物與瀝青進行高速剪切、研磨、熱融混合的方法稱為混融法,生產設備主要包括膠體磨、高速剪切設備、高速研磨機或混煉機等。這種方法的原理是利用機械的強力剪切作用使聚合物改性劑均勻分散在基質瀝青中。改性劑與瀝青混融的遍數,或高速剪切設備的轉速、時間等參數,應根據設備性能和加工質量要求由試驗確定。

對于PE等熱塑性樹脂類改性劑和SBS等熱塑性橡膠類改性劑,采用膠體磨進行改性瀝青的生產是一種先進的,值得推廣的方法。改性劑和基質瀝青在反復通過膠體磨的微小間隙時混融,可以獲得均質的改性瀝青,目前國內已有移動式生產設備,適合于現場使用。

5.3.4 當前國內、外用于公路改性瀝青路面的膠乳以丁苯橡膠(SBR)為主,SBR膠乳產品外觀為白色乳狀,其價格與膠乳中固體物的總含量有關。目前,有的廠家生產的膠乳中固體物的含量已可達到50%。一般來說,膠乳在0~30℃溫度條件下存放期為半年,但必須注意在存放期間,膠乳不應產生離析、硬化。

合成膠乳在進行質量檢驗時,可采用《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTJ 052)中的“改性瀝青用合成橡膠乳液試驗法”測定合成膠乳的pH值、粘度和總固物含量。

用SBR膠乳改性瀝青制備馬歇爾試件的脫模溫度應比一般瀝青高10℃左右。

SBR膠乳用于瀝青改性可以有兩種方法:

1 根據要求的SBR膠乳總固物的含量,按比例緩慢地向熱瀝青中加入SBR膠乳,摻加SBR膠乳的速度以不產生“溢鍋”現象為宜;SBR膠乳加完后,應繼續保溫攪拌。這種方法是預先將膠乳與基質瀝青混合制備成改性瀝青,然后再生產改性瀝青混合料,因此可稱為“預混法”。

2 在拌和機熱拌瀝青混合料時,通過管道把基質瀝青與SBR膠乳同時直接噴灑在熱集料中,再拌和均勻。這是直接用膠乳生產改性瀝青混合料的一種生產方法,因此也可稱為“直混法”。采用直混法生產改性瀝青混合料時,應根據拌和機的生產能力確定相應的SBR膠乳供給系統的泵送能力,輸送泵應保持適當的工作壓力。

5.3.5 所謂母體法是指首先采用一種適宜的加工工藝和方法制備高改性劑含量的改性瀝青母體,然后再通過這種母體摻配成要求改性劑含量的改性瀝青的方法,所以也稱為二次摻配法。

采用溶劑法制備丁苯橡膠(SBR)改性瀝青母體時,首先將SBR橡膠切成薄片,然后采用溶劑溶解,再與瀝青混合,通過回收溶劑后制備成高含膠量的橡膠瀝青母體。

由于用溶劑法生產高含膠量的SBR改性瀝青母體需要使用復雜的生產設備和工藝,因此,實際采用時建議購買SBR改性瀝青母體成品,這種產品中的SBR含量一般為20%。此外,由于生產過程中使用的溶劑難于完全回收,因此允許母體中殘留5%以下的溶劑。

用SBR改性瀝青母體配制改性瀝青時,SBR改性瀝青母體應切割成小塊,其質量越小則需要的攪拌時間越少。具體質量大小應根據實際情況確定,一般宜小于1kg。將SBR改性瀝青母體按要求比例計量后投入已加熱到要求溫度的基質瀝青中,開動機械攪拌器或循環泵,進行充分攪拌或循環泵送至均勻為止,貯存時也應保持不間斷的攪拌或泵送循環。

混煉法是橡膠類產品加工與生產的傳統方法,也可用于改性瀝青母體的生產,一般需要進行多次混煉才能達到要求。

溶劑法制備改性瀝青與傳統的混煉法相比,優點是聚合物改性劑的粒度更細,分散更均勻;缺點是溶劑的回收工藝比較復雜,且存在生產的安全問題。

溶劑法和混煉法也可采用與生產改性瀝青母體一樣的過程,直接用于生產要求改性劑含量的改性瀝青。或者采用溶劑法先制成高改性劑含量的膠漿母液,然后把膠漿母液按比例摻入熱瀝青中,經攪拌制取改性瀝青,該方法也稱為“母液法”;在制備母液時還可加入適當的交聯劑。

6 改性瀝青混合料

6. 2 改性瀝青混合料設計

6.2.2 在大多數國家,瀝青混合料設計一直主要采用馬歇爾法,雖然馬歇爾法只能確定適宜的瀝青用量,試驗所獲得的穩定度和流值與路用性能也并不直接相關。一些國家已開始尋求新的瀝青混合料設計方法,但由于一方面新的瀝青混合料設計方法的驗證、推廣還需要相當長的時間,另一方面馬歇爾試驗方法簡單,在世界上有廣泛的使用基礎,我國在新的瀝青混合料設計方法的研究上也還沒有達到實用的程度,因此本規范仍然把馬歇爾試驗作為改性瀝青混合料的設計方法;不過由于橡膠類及熱塑性橡膠類改性瀝青混合料的高溫韌性較大,流值相應也要大些,故放寬至2mm~5mm。根據需要,工程上也可將對穩定度的要求適當提高。

由于用馬歇爾試驗結果來評估混合料的性能明顯不足,為此,許多國家都采用了一些補充試驗,采用最多、最常用的是車轍試驗,其次還有采用間接抗拉試驗、浸水抗壓試驗甚至動態試驗、蠕變試驗的,并據此制訂相應的技術要求。

本規范根據“八五”國家重點科技項目(攻關)“道路瀝青及瀝青混合料路用性能的研究”專題的研究成果及近年來的有關科研成果,規定了改性瀝青混合料的高溫穩定性、低溫抗裂性、水穩定性等技術要求。

一般來說,添加改性劑會影響改性瀝青及其混合料的性能,由于改性劑的品種繁多,對改性瀝青混合料性能的影響也千差萬別,對混合料的馬歇爾試驗結果也是如此。有時為了改善瀝青某方面的特性,添加某種改性劑后而可能降低混合料馬歇爾試驗的某項技術指標,如果這是工程所必需的,在經有關部門批準的條件下,可以調整馬歇爾試驗的技術要求。

6. 2. 3 自從德國在6O年代開發出瀝青瑪蹄脂碎石混合料(SMA)以來,這種結構首先在歐洲得到廣泛應用。SMA是一種穩定、堅實的抗車轍路面混合料,最初主要考慮用于抗車轍和抗帶釘輪胎的損壞。進一步的研究與實踐表明,這種混合料對抗裂、抗滑和提高耐久性、水穩定性,延長使用壽命也是有效的。

1990年,美國組織了一個考察團,前往歐洲考察瀝青路面技術,發現了一些有可能轉移到美國的技術,SMA是其中之一。1991年TRB年會上,幾位參加過考察的人在討論決定推廣策略時,特別強調SMA。

SMA在美國雖然還是一種相對新的鋪路混合料,但目前SMA在美國使用已十分普遍。到1993年,21個州已修建了54個工程,大約還有20多個工程已在計劃中,到1996年已基本上遍布各州。有關混合料設計的詳細工作由NCAT作為NCHRP項目正在進行。

我國在幾年前也已開始進行SMA的研究并有了實踐,一些實體工程表現出良好的使用性能。為適應各地公路部門對修筑SMA混合料路面的迫切要求,目前我國有關部門正在組織編寫“SMA施工技術建議”。在正式的SMA施工規范未頒布實施前,作為過渡,可參考使用美國全國瀝青路面協會(NAPA)制定的“瀝青瑪跨脂碎石(SMA)混合料的材料、生產和鋪筑指南”。主要內容摘錄如下:

瀝青瑪蹄脂碎石(SMA)混合料的材料、

生產和鋪筑指南(1994年版)

1 材料-SMA混合料組成(工地配合比)

瀝青混合料應由集料、礦物填料和瀝青加上所需的穩定劑組成并滿足工程項目要求。承包商的責任除了保證集料級配要求外,還要提供符合合適的設計參數的瀝青混合料,如表1所示:

·混合集料的砂當量值

·4.75mm以上粗集料的扁平和細長顆粒百分比(3:1~5:1)

·集料塑性指數

·集料吸水性

·瀝青溫度/粘度曲線

③拌和溫度;

④工地混合料設計試驗性質數值和曲線(瀝青協會MS-2手冊);

⑤在FHWA0.45次方級配圖上標繪級配。

2 集料

2.1 粗集料

粉集料應是破碎的非吸水性石料,并滿足 AASHTO M 283 A級集料要求:

(1)洛杉礬磨耗,AASHTO T 96 最大 30%

(2)扁平和細長顆粒,ASTM D 4791,長度與厚度比(大于4.75mm 顆粒)

3:1 最大 20%

5:1 最大 5%

(3)硫酸鈉堅固性損失(5周期),AASHTO T 104 最大15%

(如果用硫酸鎂,則最大20%)

(4)4.75mm以上顆粒

1個破碎面 最少100%

2個破碎面 最少 90%

(5)吸水性,AASHTO T 85 最大 2%

(6)租和細集料耐久性指數,AASHTO T 210 最小 40

不應使用易磨光或相對純的碳酸鹽集料。

2. 2 細集料

細集料應由100%破碎人工砂組成并滿足 AASHTO M 29質量要求。硫酸鈉堅固性損失試驗,5周期不應超過15%,另外,液限不超過25(AASHTOT 89)。

各種集料應是規格的、級配的,能組合形成表2級配的材料。

3 瀝青

(1)瀝青應符合AASHTO M 226表2的要求。

(2)瀝青拌和溫度要求粘度為170±20cst,SMA典型廠拌溫度為155℃

6 SMA拌和廠

用于準備生產SMA混合料的拌和廠必須滿足 AASHTO M 156及下列規定:

(1) 礦物填料處理:貯備足夠的干燥的礦物填料,要根據設計用量能均勻添加要求數量的比例。在間歇式拌和廠中,礦物填料直接加在稱重斗中;在連續式拌和廠中。礦物填料直接加入拌和器中。由于SMA要求礦物填料數量大,要特別注意設備是否能提供精確數量的礦粉。

(2)纖維添加:貯備足夠干燥的纖維添加劑,均勻添加要求數量的纖維進入混合料。

間歇式拌和廠,纖維通過一個分開的入口直接進入拌和機上面的稱重斗,稱重斗的熱集料放料期間定為纖維加入時間,要求足夠的干拌時間以使纖維與集料充分拌勻,通常干拌時間增加5s~15s;對于纖維素纖維,濕拌時間至少延長5s,對礦物纖維最多5s,以保證與瀝青的充分拌和。

連續式拌和廠,纖維應加入滾筒式拌和機以保證充分拌和。當加入松散纖維時,應使用單獨纖維供給系統,使纖維能精確、均勻進入拌和機;添加的速率不局限于通常混合料生產速率,但任何時候不能在集塵室或者在返回的粉塵中發現纖維。

(3) 熱拌混合料貯存:當熱拌混合料拌好不能立即使用時,必須有合適的貯存設備,貯存設備可以是平衡生產、運輸和攤鋪能力的卸料倉,或者是具有加熱、絕熱并有惰性氣體的貯存倉,貯存時間由工程師根據實驗室試驗結果決定。SMA混合料在任何情況下不允許貯存過夜作第二天攤鋪使用。

7 運輸設備

運輸設備與密級配混合料運輸設備相同;如有必要,車廂應遮蓋并絕熱以保證運輸到路上的混合料具有規定的溫度。

8 攤鋪機

攤鋪機與密級配混合料攤鋪機相同,它們應是自行,熨平板可調,能加熱,能在整個車行道寬度攤鋪和整平,用于完成計劃規定的標準斷面和厚度。

攤鋪機能以均勻速度進行滿意的攤鋪與壓實,攤鋪機能生產出均勻紋理的平整的路面。

9 氣候限制

SMA應攤鋪在干燥無冰凍的路面上,陰處氣溫和路床溫度高于10℃。

10 現有路面狀況

(1) 在SMA攤鋪前,現有路面應用掃帚或其它批準方法清除松散和損壞的材料。

(2)滿足AASHTO M 140或M 208的乳化瀝青透層油(SS-1、SS-1h、CSS-1、CSS-1h或類似材料)撒布在現有路面上以保證與罩面層完全粘結;瀝青乳液與等量的水稀釋,用量為0.23L/m2~0.45L/m2 。

(3)現有路面損壞處,罩面層施工前應要求有熱拌瀝青混合料整平層以恢復適當的路面橫斷面。

11 瀝青混合料的控制

承包商施工的SMA混合料應符合工地配合比(注:由配合比設計決定的標準配合比),并與目標值(標準配合比)的差值在允許偏差之內。礦料的工地配合比(施工篩分結果)與目標值(標準配合比)的允許偏差,對于19.0mm、12.0mm和9.5mm篩為±4%,對于4.75mm、2.36mm、0.6mm和0.3mm篩為±3%,對于0.075mm篩為±2%;瀝青含量與目標值的允許偏差為±0.3%。

12 攤鋪與整平

輸送到攤鋪機上的混合料溫度不應低于143℃,在卡車傾倒混合料前應測量混合料溫度。

混合料應攤鋪和整平以達到設定的坡度和標高。

攤鋪速度應適時調整以便有足夠時間來進行壓實操作和連續工作。

13 壓實

在混合料攤鋪和整平后,應用壓路機立即進行徹底、均勻壓實。

(1)由于SMA混合料的性質,路面必須立刻碾壓,壓路機應是最小9t的鋼輪碾。充氣輪胎碾不得用于SMA。碾壓方法能調整以達到規定路面密度, 壓路機速度不超過5km/h,緊跟在攤鋪機后面,壓路機要在終碾溫度116℃ 前消除所有輪跡并達到最小密度。承包商應用核子密度儀監測壓實過程中的密度以保證達到最小要求壓實度。

(2)為了防止混合料粘壓路機,有必要用水與少量洗衣粉和其它批準材料的混合物以保持滾輪適當濕潤。

(3)路面應壓實到最大理論密度的94%。

(4)一旦達到足夠的工地密度,應停止壓路機作業,過量的壓實會引起瀝青析出并填充到已壓實的路表間隙中去。

(5)在路面溫度冷卻到60℃或以下之前,不得開放交通。

14 試驗/實驗路段

試驗路段至少長150m,應在工地外進行施工,以檢驗拌和廠過程控制、攤鋪方法、SMA路面外形、壓實方式和標定核子密度儀。

6.2.4 隨著高速公路的建設與快速發展,行車安全變得越來越重要,研究表明,路面抗滑特性是影響行車安全最重要的因素,特別是在潮濕多雨的條件下,提高路面抗滑性能尤為重要。我國的《公路瀝青路面設計規范》雖然提出了對路面摩擦系數的要求,但這個指標只是基于選用較好材料的普通密級配瀝青混合料上;《公路瀝青路面施工技術規范》(JTJ 032)給出了礦料級配及瀝青用量范圍,但沒有繪出具體的設計方法。

美國聯邦公路管理局(FHWA)于1990年12月制定了“升級配抗滑表層(OGFC)混合料設計方法”。所謂升級配抗滑表層(Open Graded Friction Courses),這是一種間斷級配的混合料,空隙率約12%~15%,厚度約為20mm~25mm,要求采用優質耐磨材料,其主要功能是提供一個有較高抗滑阻力的表層,同時具有降噪,減少水漂、水濺、水霧、眩光等作用,為此,本規范把這種混合料稱為開級配瀝青表層。OGFC也存在著易老化、松散、水浸入造成早期破壞等不足,是一種很敏感的混合料,采用時要特別慎重。這里僅將FHWA的設計方法摘錄如下,供參考:

開級配抗滑表層(OCFC)混合料設計方法

1. 0 材料要求

定義

粗集料——大于2.36mm篩孔的集料;

細集料——通過2.36mm篩孔的集料;

主集料—一通過9.5mm篩孔,留在4.75mm篩孔上的集料。

1.1 集料

應使用高質量、耐磨光,能提供和保持良好磨擦性能的集料。粗集料不能使用較純石灰巖和易磨光的集料,粗集料中至少應有75%(質量比)的集料有兩個破碎面,90%的集料有一個以上破碎面,洛杉礬磨耗損失(AASHTOT 96)不應超過40%。

1.2 礦物填料

適用于OGFC的礦物填料應滿足AASHTO M 17或各州的材料標準規格。

1.3 級 配

建議的OGFC混合料級配如下:

篩孔尺寸(mm) 通過百分比(質量比)

12.5 100

9.5 95~100

4.75 30~50

2.36 5~15

0.074 2~5

1.4 瀝青

建議使用 AC-20 等級瀝青,即 AASHTO M 226表 2。當地區條件表明必要或能達到改善性能時,也可考慮使用其它等級瀝青。

1.5 瀝青添加劑

由于OGFC空隙大、易老化和水易浸入,使用添加劑可以改善抗剝落、延緩氧化(老化)或改善溫度敏感性。公路部門常規使用的添加劑均可用于OGFC混合料;如果使用以前未用過的添加劑,應考慮試驗特性并加以評價。不管哪種情況,使用添加劑必須是混合料設計的一個組成部分。

2.0 原始資料

2. 1 級配

接受項目后,對每個集料源進行級配試驗;如果礦物填料是單獨的材料,為滿足規范要求也應對礦物填料進行試驗。分析級配結果以確定滿足1.3節技術要求的工地配合比。

2. 2 密度

把每個集料源的粗、細集料分開,分別測定每個集料源粗、細集料的毛體積密度和機密度(SGa )。利用2.1節核實的資料,對建議的工地配合比,精確計算粗、細集料的毛體積密度(SGb);如果各集料源的毛體積密度相差較大,則根據集料質量進行的級配分析不能反映實際顆粒大小的分布,應改用體積比重新驗證集料混合物的級配,以滿足1.3節的要求。

根據每個集料源主集料的比例和上面獲得的密度數據,計算主集料的視密度(SGa)。

2. 3 粘度

進行瀝青試驗以確定是否滿足AASHTO M 226的規定,用于溫度-粘度數據的瀝青膠結料應包括所有添加劑。

件,本設計方法不需要測定毛體積密度。

在49℃浸水4d后,測定抗壓強度,除非允許,殘留強度指標應不低于50%;否則,必要時應加抗剝落劑,提高粘附力以獲得足夠的殘留強度。

6.3 改性瀝青混合料技術要求

6.3.l 通常,使用符合“重交通道路石油瀝青技術要求”的瀝青制作改性瀝青,用于延長高等級公路瀝青路面的使用壽命,或改善、提高路用性能,或滿足特殊使用目的時,應針對各種不同的使用目的,對改性瀝青混合料進行相應的試驗。用于改善或提高高溫地區瀝青路面的抗永久變形能力時,應進行高溫車轍試驗;用于改善或提高低溫地區瀝青路面的抗低溫開裂能力時,應進行低溫彎曲破壞試驗;用于改善或提高潮濕多雨地區瀝青路面的抗水損害能力時則應進行水穩定性試驗。為此,本規范制訂了相應的技術要求。

6.3.2 “八五”國家重點科技項目(攻關)“道路瀝青及瀝青混合料路用性能的研究”專題的研究成果表明,現場所取瀝青混合料樣品經二次加熱后,其動穩定度比新拌料要高得多,可達一倍以上。實際施工過程中,通常是在現場取樣,繞遠運回實驗室已經冷卻,再次加熱成型造成瀝青老化、硬化,使得瀝青混合料的動穩定度大幅提高,提高的幅度與二次加熱的時間、溫度都有關系,目前尚無相應的試驗方法或試驗規程,在試驗中也不好掌握。為此,本規范規定采用新拌料進行試驗,可采取在拌和機出料口取樣,做好詳細記錄,并立即成型的方法,以避免因改性瀝青混合料二次加熱造成試驗結果不準確的問題。

本規范采用了“八五”國家重點科技項目(攻關)“道路瀝青及瀝青混合料路用性能的研究”專題關于氣候分區的研究成果,氣候分區的規定如表14所示。

瀝青路用性能氣候分區圖如圖1、圖2所示。

6.3.3 研究瀝青混合料低溫抗裂性能的方法很多,如溫度應力試驗、收縮系數試驗、直接拉伸或間接拉伸試驗、應力松弛試驗、勁度模量試驗、低溫蠕變試驗、斷裂力學方法等,其試驗結果可用于表征瀝青混合料的低溫抗裂性能。“八五”期間,“道路瀝青及瀝青混合料路用性能的研究”專題組按照試驗方法與儀器設備簡單、實用,試驗結果能較好地反映瀝青混合料的路用性能為基本原則,在對幾種方法進行了研究、比較后,提出以低溫彎曲蠕變試驗的應變速率作為瀝青混合料的低溫抗裂性能指標。試驗證明,這種方法對常規瀝青混合料是合適的。但當用低溫彎曲蠕變試驗方法研究改性瀝青混合料的低溫性能時,分析了一些試驗結果,發現這種試驗方法對改性劑種類和改性劑劑量的變化都不夠敏感,數據較為分散,而且相對來說由于荷載小,試驗要求的精度也較高,而采用低溫彎曲試驗的破壞應變指標則穩定一些。為此,作為過渡,本規范規定采用低溫彎曲試驗的破壞應變指標作為改性瀝青混合料的低溫抗裂性能指標。

路瀝青及瀝青混合料路用性能的研究”專題組在美國AASHTOT 283方法的基礎上開發出來的。與美國的AASHTO T 283 方法相比,試件制作和試驗條件均寬松一些,這有利于該試驗方法的推廣應用,其試驗結果也能滿足要求。 考慮到我國目前的技術水平和實用的需要,本規范只對改性

瀝青混合料的高溫穩定性、低溫抗裂性、水穩定性提出了技術要求;其余有關耐久性、抗老化、抗滑、抗磨耗、排水、降噪等,可參照國內、外有關規范或根據工程實際提出具體要求。

7 改性瀝青路面施工

7 . 1 一般規定

7. 1. 2 總的來說,改性瀝青混合料路面的施工工藝,除了相對于改性劑、改性瀝青和改性瀝青混合料需要做的特殊工作,以及由于改性瀝青粘度較高,各個工序的施工溫度都應適當提高外,其余與普通瀝青混合料路面相比并無顯著區別。本規范在本章的有關條文規定,部分是為了強調,因而有所重復,部分是僅希望對《公路瀝青路面施工技術規范》有所補益。

7.1.3 多年的實踐證明,瀝青路面采用機械化施工比較能保證施工質量,實際上我國近年來修建的高速公路、一級、二級公路瀝青路面基本上都是采用機械化施工。為了保證和提高改性瀝青路面施工質量,促進瀝青路面機械化施工進程,本規范規定改性瀝青路面的整個施工過程都應采用機械化施工。

7.1.5 實踐證明,為確定瀝青路面施工工藝與施工程序,采用鋪筑試驗路的方式是一個有效的方法。對于改性瀝青來說,關鍵參數是各項施工溫度。試驗路段應考慮包括與實際工程類似的路面寬度、厚度、坡道、交叉路口等。

試拌前,首先應根據瀝青結合料的粘溫特性確定拌和溫度。試拌時,若在規定的拌和時間內不能拌和均勻,可適當延長拌和時間,必要時也可適當調整拌和溫度,以達到拌和均勻的目的,但必須保證結合料不產生老化、影響混合料的質量。此外,在試拌過程中還應對拌和設備進行校準,以確保級配集料、填料、改性劑或瀝青結合料稱量準確,級配控制嚴格。

試鋪時,主要應確定攤鋪溫度、松鋪系數和與運輸、壓實設備相適應的攤鋪速度,同時應對機手進行培訓或進行適應性訓練,以保證混合料攤鋪平整、厚度均勻。

改性瀝青混合料路面的壓實是一道關鍵工序,試壓的目的是為獲得要求的壓實度而制訂適宜的壓實工藝與壓實程序。壓實試驗結束后應明確:

1 混合料運達與攤鋪時的溫度;

2 初壓溫度、復壓溫度和終壓溫度;

3 壓路機型號、質量、線壓力、輪寬,輪胎壓路機的輪重與氣壓;

4 碾壓時間;

5 壓路機類型組合;

6 壓路機振動頻率與行走速度的組合;

7 壓路機的振幅;

8 振動與靜壓兩種方式的最佳碾壓遍數;

9 壓路機寬度與路面寬度配合的適宜搭接寬度;

10 環境條件。

若試驗路段的試驗未達到規定目的時,應重新鋪筑試驗路,直到滿足要求為止。

7.2 施 工 準 備

7. 2. 1 集料除應滿足級配要求外,主要考慮集料貯存時應盡可能減少材料的離析和含水量。

7.2.2 設備校驗工作的重點在拌和設備與攤鋪機,應對拌和設備對礦料級配、拌和溫度和瀝青用量的控制能力及控制精度,拌和時間和生產能力以及攤鋪機對攤鋪厚度、寬度、坡度的控制能力和控制精度,行走速度和初步整平壓實能力等進行校驗并進行必要的調整。

7. 3 改性瀝青混合料生產

7.3.2 《公路瀝青路面施工技術規范》(JTJ 032)規定,允許熱拌瀝青混合料貯存時間不超過72h。由于改性瀝青的粘度較高,相應的改性瀝青混合料的工作溫度也比較高,高溫和長時間貯存可能加速瀝青及改性劑的老化,故本規范建議改性瀝青混合料的貯存時間不宜超過24h,同時對容許的溫降均作了限制。

7. 3. 3 當采用將膠乳直接噴入拌和機的方法生產改性瀝青混合料時,由于膠乳粘度大,易掛壁、結塊、堵塞管道,造成計量不準確,需隨時進行標定。標定時可在膠乳噴管頭部連接一根旁通管,改換一下節門,用容器接裝一次噴射的膠乳量并稱重;不符合要求時,可適當調整膠乳噴射時間,若仍不能解決問題,則必須對管道進行清理,以滿足對膠乳噴射量的要求。

7. 4 改性瀝青混合料運輸

7.4.2 美、英等國規定,在運輸瀝青混合料時,不允許使用柴油等石油制品作為防粘劑。考慮到采用油水混合液作為防粘劑在我國是一種傳統的做法,且《公路瀝青路面施工技術規范》也允許使用,因此本規范保留了這一方法。

7.4.3 在用卡車裝載改性瀝青混合料的過程中,如果不移動卡車,混合料中的粗料將滾向四周,從而在攤鋪時出現粗料斑和明顯的路面紋理不均勻的現象,故本規范建議采用多次移動卡車裝料的方法以改善這一不足。為使裝料均勻,分次裝料一般以奇數次為宜,一車料最少應分三次裝載。首先將料放于車廂的前部,然后移動運料車,將料放于車廂的后部,最后再移動運料車,使余下的料在車廂的中部均勻分裝。

7. 4. 4 通常,當拌和廠距施工現場不遠時,瀝青混合料運至現場溫度不會下降太多,但為防止運輸途中的污染和下雨降溫等情況,本規范規定改性瀝青混合料在運輸時應用篷布遮蓋。

7. 5 改性瀝青混合料攤鋪

7. 5. 2 《公路瀝青路面施工技術規范》對瀝青混合料的攤鋪作了詳細、明確的規定,考慮到連續、均勻、不間斷的攤鋪是保證路面平整的關鍵,因此,本條予以強調。

還未碾壓就形成接縫兩邊高程一樣或成為一個斜坡,使最終壓實達不到要求。此外,將多余的混合料拋撒在未壓實的熱混合料上會改變路表面的紋理結構,這也是應該避免的。

美國聯邦公路局編寫的“Hot-Mix Bituminous Paving Manual”對縱向縫提出了三種碾壓方法:第一種方法是用靜載鋼輪壓路機先從已壓實的路面這邊開始碾壓,搭接寬度為15cm;第二種方法是用振動壓路機從未壓實的這邊開始,搭接寬度也是15cm;第三種方法也是用振動壓路機從未壓實的這邊開始,但不搭接,而是留一約7.6cm寬的部分,然后用靜載鋼輪壓路機壓實留下的這部分。

分析認為,當首先從熱混合料這邊開始碾壓時,壓路機的質量主要由未壓實的熱混合料部分承受,并產生一個把混合料向接縫區擠壓的力,從而獲得較好的壓實效果;而若首先從已壓實的冷混合料這邊開始碾壓時,接縫區的壓實度將比先從熱混合料這邊開始碾壓低l%~2%。但這種碾壓順序與《公路瀝青路面施工技術規范》建議的方法不一樣,需要進一步試驗、觀察、總結,本規范不作具體規定。

7. 7. 2 橫向縫

設置平接縫時可采用如下兩種方法:

1 擋板法:在接縫處放置與已壓實路面等厚的擋板,擋板應具有足夠的寬度和長度,且平直無翹曲,接縫處的壓實操作與一般路面相同。

若采用較窄的擋板來設置平接縫時,應在擋板外端堆放混合料,并形成一個斜面。這種方法除同樣要求擋板厚度與已壓實的路面相同外,也必須平直無翹曲。

采用擋板法時不會損壞接縫面的集料,一般可無須再對接縫進行處理。但應注意避免擋板松動,從而造成接縫不整齊,壓實不足。

2 切割法:采用切割機在需要設置平接縫的位置直接切割成縫,這種方法施工簡單、方便,也是一種最常用的方法。但應控制進刀深度,特別是表面層施工切縫時,應避免在下層產生鋸縫。

采用切割法會切到接縫位置的集料,接續施工前需要對接縫面進行清洗、干燥及涂刷粘層瀝青等處理。

設置斜接縫時,可先用經處理過的紙,如建筑用紙或屋面油氈覆蓋在接縫處,紙的長度約為1m,寬度與攤鋪的車道寬相等,上面再臨時堆放一些熱混合料;當重新接續施工時,取掉所蓋的混合料和紙,再攤鋪新的混合料。

若用砂或其它粉料代替隔離紙,可能因難于完全清除而形成一個滑動面,因此是不合適的。

設置斜接縫有兩個優點:一是壓路機容易碾壓,不會造成圓邊,壓實度也高;二是鏟動的混合料較少。缺點是接續施工時必須清除臨時堆放的廢混合料,造成了一定浪費。

對于斜接縫,用輪胎壓路機可以獲得較高的壓實度。

在橫向接縫處重新攤鋪混合料時,為使接縫處的路面厚度和密度都能滿足要求,需要在整平板下放置適當厚度的墊板,其厚度根據瀝青混合料松鋪系數確定。一般來說,對于寬度為5m的整平板,在整平板下至少應放置三條墊板;若整平板寬度大于5m,則至少應放置四條墊板。對于具有液壓延伸的整平板,主整平板下至少應放置三條墊板,延伸部分放置兩條墊板。

如果接縫處的攤鋪施工方法正確,清縫時需要刮除的混合料就很少,而且松鋪厚度也會合適。應避免在清縫時減少新鋪混合料厚度的傾向。

8 施工質量管理

8.0.1 改性瀝青混合料路面施工前、施工中、竣工后的質量管理與檢查,除了本規范條文中的有關規定外,其余均與普通瀝青混合料路面相同,本規范未再重復。

8.0.2 改性瀝青混合料的性能在很大程度上取決于改性瀝青的性質,因此,對于路面施工質量的管理,除了《公路瀝青路面施工技術規范》所規定的以外,本規范對不同類型的改性瀝青規定了不同的檢測項目,這些項目與改性瀝青技術要求的指標相對應。由于離析試驗需要的時間較長,不能用來進行改性瀝青的均勻性檢測,故規定采用顯微鏡觀察作為替代方法。

8.0.6 通常,檢查瀝青路面的壓實度大多采用鉆芯取樣的方法。對于改性瀝青路面,也應采用鉆芯取樣法進行質量管理。只有當改性瀝青的粘度比較高,路面施工中或竣工后,鉆芯取樣比較困難,鉆取的試件或者已損壞、或者變形、或者根本就取不出來時,才容許采用增加核子密度儀的檢測數量、范圍和頻度的方法來進行壓實度檢測。

8.0.7 由于PE不溶于工程上常規使用的三氯乙烯溶劑,因此,在用抽提試驗方法檢查PE改性瀝青混合料中的結合料含量時,應扣除PE的劑量。


標簽:今日頭條道路建設技術專利技術中心瀝青混凝土
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