具体实施方式
一、操作要点
1、PR PLASTS改性剂用量的确定
在试铺试验路段之前,一般可进行沥青混合料低温弯曲试验,以分析改性沥青在低温条件下抗剪切性能的变化。试验可采用与车辙试验相同的原材料,先采用相同的油石比,在相同环境下进行室内拌和,制成试件,最后在-10℃低温条件下进行弯曲试验。通过对低温弯曲试验结果分析得出,随着PR PLASTS改性剂含量的增加,试件在低温条件下抗剪切的能力逐渐减弱,抗剪切变形的能力也逐渐减弱,综合分析PR PLASTS改性沥青混合料的车辙和低温弯曲的试验结果,并结合当地地区气候特点,确定出PR PLASTS改性剂的合理剂量,并以此作为生产时填加的控制标准。
2、混合料拌合温度的确定
虽然PR PLASTS改性剂的熔点为140℃,但为确保混合料拌和均匀,需较高的拌合温度,考虑到拌合温度对试件抗车辙能力的影响,采用上述原材料按照相同的方法制成试验试件。与之不同的是,在加入PR PLASTS改性剂时的骨料控制温度不同,通过对车辙试验结果进行分析可以得出,随着拌合温度的提高,试件的抗车辙能力在180℃时能保持在稳定的状态,最终确定180℃为PR PLASTS改性沥青混合料的最佳拌合温度,并以此作为拌合温度控制指标,也是对车辙病害试验性修复的控制要点之一,施工中混合料温度不宜超过195℃,采用如此高的拌合温度也不经济。
3、掺加PR PLASTS的沥青混凝土配合比设计方法
3.1掺加PR PLASTS的沥青混凝土配合比设计采用以下方法:
首先不掺加PR PLASTS进行常规马歇尔试验设计,确定出混合料级配和最佳油石比,然后在此基础上掺加0.4%(矿料<集料加矿粉>质量外掺)的PR PLASTS,同时油石比应在最佳油石比的基础上增加0.2%,最后对掺加PR PLASTS的沥青混凝土进行各种性能试验。
3.2掺加PR PLASTS的沥青混凝土的试件制备:
1)将集料加入试验室拌和机中,加热至180℃;
2)将0.4%的PR PLASTS(占矿料质量)加入拌和机中;
3)拌和10s;
4)按常规方式拌和、制备试件,混合料的拌和、击实温度(见表1):
表1掺加外掺剂混合料试验拌和与击实温度(℃)
矿料(包括矿粉)加热温度
180~185
沥青加热温度
160~170
沥青混合料拌和温度
160~170
试模预热温度
160~170
试件击实温度
155~160
试件成型终了温度
不低于145
4、掺加PR PLASTS的沥青混凝土配合比设计
沥青混合料采用石灰岩集料、石灰岩磨制的矿粉、AH-70重交(或改性)沥青、PRPLASTS按一定的配比拌制而成,配合比设计由马歇尔试验设计和沥青混合料性能检验组成;其设计遵循如下步骤:
4.1目标配合比设计阶段
4.1.1确定各矿料的组成比例。从施工现场分别取各类矿料进行筛分,计算各矿料的用量,使合成的矿质混合料级配符合要求的级配范围,沥青混合料级配(见表2),级配要反复进行计算,使矿质混合料级配曲线接近一条顺滑的曲线,级配曲线(见图2),其中特别注意使0.075mm,2.36mm,4.75mm的筛孔通过量控制接近标准级配的中值。
表2沥青混合料级配
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4.1.2确定最佳油石比。按照上面确定的矿料组成比例,采用常规马歇尔试验方法确定混合料的最佳油石比,其对应的空隙率、稳定度、流值、沥青饱和度、矿料间隙率、残留稳定度等物理性能指标满足规范要求指标。
4.1.3掺加0.4%的PR PLASTS,同时油石比在最佳油石比OAC的基础上增加0.2%的用量制备沥青混凝土马歇尔试件,对之进行马歇尔试验,试验结果应满足规范和设计的要求。
4.1.4掺加PR PLASTS的沥青混凝土性能检验,按以上配合比制备PR PLASTS沥青混凝土马歇尔试件,检验残留稳定度、动稳定度,应满足规范和设计要求。
4.2生产配合比设计阶段
4.2.1确定拌和机各热料仓矿料和矿粉的用量。从二次筛分后进入各热料仓的矿料取样进行筛分,根据筛分结果,通过计算,使矿质混合料的级配满足目标配合比级配要求。同时反复调整冷料仓进料比例,以达到供料均衡。
4.2.2确定最佳油石比。采用目标配合比的五个油石比和PR PLASTS掺加量,按掺加PR PLASTS沥青混凝土试件的制备方法,用试验室的小型拌和机拌制沥青混合料进行马歇尔试验,按目标配合比设计方法选定最佳油石比。其对应的空隙率、稳定度、流值、沥青饱和度、矿料间隙率、残留稳定度等物理性能指标满足规范要求指标。
4.2.3掺加PR PLASTS沥青混凝土性能检验,按以上配合比制备掺加PR PLASTS的沥青混凝土马歇尔试件,检验残留稳定度、动稳定度,应满足规范和设计要求。
4.3生产配合比验证阶段
用确定的生产配合比在拌和机上试拌,取混合料进行检验,混合料的各项技术指标合格后铺筑试验路段。取试铺用的沥青混合料进行马歇尔试验检验和沥青含量、筛分试验,检验标准配合比矿料合成级配,其中0.075mm,2.36mm,4.75mm,及公称最大粒径筛孔的通过率接近要求级配范围的中值,并避免在0.3mm-0.6mm处出现驼峰,由此确定正常生产用的标准配合比。
通过验证,普通沥青混合料添加PR PLASTS后最突出的性能是可提高混合料的高温抗车辙能力,特别是沥青路面在夏季高温季节,在路面中面层结构使用,确保重车高速行驶作用下避免车辙产生,故在中面层中掺加PR PLASTS可达到提高路面抗车辙能力的目的。
二、如图1所示,本发明的目的是通过包括沥青混凝土路面配合比设计、材料、设备要求、沥青路面施工工艺以及质量控制实现的,其过程它包括以下步骤:
1、下面层清理验收
施工前对下面层进行清扫,采用吹风机清扫路面及缝隙内的灰尘和杂物,必要时用水清洗路面,晾晒24小时,保证路面完全干燥后进行PR PLASTS沥青混合料施工。
2、原材料准备,包括选用PR PLASTS添加剂、石灰岩、细砂、矿粉及改性沥青。
材料要求:所有材料必须符合规范和设计图纸要求,不合格的材料不能使用。堆放各种矿料的地坪要求硬化,料堆之间要用墙体隔开并有良好的排水系统。矿粉宜覆盖。
1)PR PLASTS添加剂
PR为直径4mm黑色颗粒,密度(25℃)0.91~0.965g/cm3,熔点140~150℃,属于改性的PE,可在常温下长期保存,使用时直接投入搅拌机中,主要指标(见表3)。
表3PR PLASTS的产品指标
序号
检测指标
单位
数值
1
密度
g/cm3
0.91~0.965
2
软化点
℃
140~150
3
粒径
mm
4
4
其他材料
%
<5
5
塑性材料
%
>95
2)选用石灰岩、细砂(砂当量大于60%)、矿粉及改性沥青,满足规范要求,试验采用AH-70重交沥青,辉绿岩碎石、石灰岩石屑、石灰岩磨细矿粉,技术指标符合沥青路面施工技术规范要求(略)。原材料具有较高的高温粘度和低温延度,沥青材料主要指标(见表4)。
表4沥青材料检测指标
项目
指标
针入度(25℃100g 5s 0.1mm)
>70
软化点(℃)
>65
延度(5cm/min 5℃cm)
>50
溶解度(%)
>99
粘度(135℃)
<3.0
密度(g/cm3)
实测记录
闪点(℃)
>230
弹性恢复(RTFO,25℃)
>70%
离析(48h)
<6℃
质量损失(%)
<1.0
延度(5cm/min 5℃cm)
>30
针入度比(25℃,%)
>60
3.机械设备
本工艺为PR PLASTS中面层沥青混凝土路面,根据摊铺速度、路面宽度,按开一个工作面考虑,建议采用的配套设备(见表5)。
表5PR混合料施工主要施工机具设备表
名称
规格型号
数量
单位
备注
间歇式沥青拌和楼
产量≥240t/h
1
套
3000L以上,配备热贮料仓
投料机
1
套
配计量装置
沥青混凝土摊铺机
最大摊铺宽度12m
2
台
具有振夯及自动调平功能
找平基准装置
非接触式
2
套
接触式长度>13m
装载机
斗容量3m3
3-4
台
双钢轮压路机
自重10t以上
2
台
双钢轮压路机
自重13t以上
2
台
胶轮压路机
自重18t以上
2
台
沥青洒布车
智能型
1
台
自卸运输车
载重15t以上
10-15
辆
按运距计算确定
注:机械设备数量依据单幅路面宽11.5m配置,路面宽度、工作面数量变化后可酌情增减。
对上述设备安装调试。
4、测量放样
在交验前恢复路面中桩,做好测量放样工作,放出路面高程控制点和边线、导向线等。
5、洒布粘层沥青及洒布量试验检测
1)清除路面杂物、尘土;
2)粘层沥青采用改性乳化沥青,要求不得稀释,采用智能型洒布车洒布,实际洒布量可根据路面表面状况进行控制,一般要求为0.2~0.3kg/m2;
3)当气温低于10℃或路面潮湿时,不得洒布粘层沥青;
4)粘层沥青洒布后,进行洒布量试验检测,应封闭交通,待其破乳,并基本干燥后方能进行PR PLASTS沥青混合料的施工。
6、PR PLASTS混合料拌和及混合料均匀性、出场温度检测;
由于PR PLASTS是一种高熔点高分子聚合物,PR PLASTS的掺加采用机械填加的方法,配制专门的PR PLASTS投料机,该设备采用电子计量,与拌和机连接在一起,使PR PLASTS与矿料一起投放。由于PR PLASTS是颗粒状,PR PLASTS的填加可根据每锅沥青混合料的重量,事先称好每锅所需添加PR PLASTS的量,用人工直接将其投入拌和锅中,与集料同时加入,投料时间点控制准确,计量稳定、精确。热集料在加入PR PLASTS后,先干拌10~15s、再加入沥青湿拌40~45s,总拌和时间为不低于50s,以保证拌和均匀。拌制好的沥青混合料应均匀一致,无花白、无粗细料分离和细集料、PR PLASTS结团成块等现象,不符合要求时不得使用。
为了保证摊铺机能进行连续作业,可以将热混合料成品在储料仓储存,但贮存期间温降不得超过10℃。沥青加热温度控制在150℃~160℃,集料加热温度控制在190℃~195℃,混合料温度控制在175℃~185℃(废弃温度为195℃)。
1)施工前必须对拌和楼的计量系统进行校准,对流量调试并试拌,保证计量的准确;对机械传动和传送部分进行检修和润滑,保证生产的稳定和连续;对除尘设备进行检修及更换损坏的零件,根据混合料类型对热料仓的筛网进行调整及更换。
2)采用间歇式拌和楼拌制,配有热料贮存仓,并有电热保温装置。拌和楼应有防止矿粉飞扬散失的密封性能及除尘设备,并有检测拌和温度的装置和自动打印装置。
3)对拌和楼进行调试,并进行生产配合比的验证;拌和厂的设置应符合国家有关环境保护、消防、安全等要求。
4)检测沥青混合料的各项技术指标,合格后方能大量生产。拌和机操作人员应按已确定的标准生产配合比,严格控制各种集料的数量,未经批准不得随意改变生产配合比,并保证拌和设备始终处于正常运转状态。
5)沥青混合料拌和时间以混合料拌和均匀、所有矿料颗粒全部裹覆沥青胶结料为度,拌制的混合料应均匀一致、无花白料、无结团块,不符合要求的混合料不得使用。
7、PR PLASTS混合料运输;
与其它混合料运输要求相同,车厢上必须覆盖蓬布,设专人检查负责,以防止温度散失过快和灰尘污染。注意关好斗门,以防在运料途中料车洒料污染路面,并保证混合料运输到场不低于165℃。
1)应根据运距及道路情况安排足够数量的运料车辆,并保证每台摊铺机前至少有3辆料车等待卸料。运料车应为15t以上自卸车;运料前车厢应清理干净,车厢内侧及底板应均匀涂刷防粘液。
2)在车厢侧面底板以上适当高度,钻一个可插温度计的小孔,用来检测沥青混合料的温度。
3)运料车装料时,料车前后中移动位置,混合料分三次卸下,避免混合料发生离析。
4)为防止混合料在运输过程中温度降低过快,运料车应采用帆布或棉被覆盖等保温措施。
5)料车到工地后,验收料单,专人指挥卸料,并设专人逐车检测温度,合格后方可使用。
6)严禁料车碰撞摊铺机,运料车在离摊铺机10~30cm处空档停车,由摊铺机前滚轮顶着料车轮胎同步前进,边前进边往摊铺机料斗卸料。
8、PR PLASTS混合料摊铺及到场、摊铺温度检测
中面层摊铺厚度采用非接触式平衡梁控制方式,由二台摊铺机进行梯队摊铺,也可采用一台大功率摊铺机铺筑。
1)采用“基准梁”(非接触式)找平。当采用两台摊铺机铺筑时,另一台摊铺机可采用“滑靴”找平。
2)摊铺机必须备有自动调节厚度及找平装置,熨平板应具有振动夯等初步压实装置。
3)由于PR PLASTS降温速度快,所以要严格控制好摊铺温度150~165℃,并充分加热摊铺机熨平板,采用间歇式加热的方法,确保其加热温度不低于100℃。预热结束后,调整好熨平板的仰角、夯锤的振幅和频率,确保摊铺的混合料具有足够的初始密度。摊铺速度不宜过快,控制在2~3m/min左右并匀速摊铺。一般在每天开始摊铺的20m范围内摊铺面上容易出现细集料和PR PLASTS结团并被摊铺机拖成小油饼的现象,主要原因即摊铺机熨平板加热不均匀,开始的两车混合料温度偏低,而外掺剂PR PLASTS温度减低较快,所以与细集料结成小团。施工中要严格控制混合料出厂温度,早晨施工时温度按高限控制,延长熨平板的加热时间,以保证铺筑效果。
4)摊铺时,必须缓慢、均匀、连续不间断地摊铺,摊铺过程中不允许随意变换速度或中途停顿。在摊铺机前必须有3~5台运料车等候,以避免摊铺停顿或待摊时间长、混合料温度降低。必须做到宁可料车等摊铺,不能摊铺等料车。在摊铺过程中应尽量避免使用纵向接缝,特别要避免冷接缝。若采用纵向热接缝时,应保证摊铺出的混合料不离析,并尽快碾压。
5)摊铺机受料前,在料斗内涂刷防粘液。在摊铺过程中经常将料斗侧板收拢,防止混合料结块。
6)当气温低于10℃或雨后,下承层未干燥时不得进行沥青混合料的施工,对于在水泥混凝土桥面板上施工PR PLASTS混合料,雨后在24h内不允许施工。
9、PR PLASTS混合料碾压
由于PR PLASTS混合料温降速度快,所以必须紧跟碾压。在保证不粘轮的情况下应尽量减少喷水。温度控制为:150~165℃摊铺后立即进行初压,碾压终了温度不低于110℃,低温时不准施工。碾压完毕后封闭交通,待路面温度在50℃以下时可以行车。
1)碾压温度要求。初压温度宜为160℃~170℃,不得低于150℃。
2)碾压工艺。根据PR PLASTS沥青混合料的特点,压路机须遵循“紧跟、强压、高频、低幅”的原则,尽可能在高温下碾压成型,从摊铺至碾压终了的时间,应控制在20~30min。具体步骤如下:
①混合料摊铺以后,10t以上双钢轮振动压路机即紧跟摊铺机进行振动碾压2遍,压路机的速度不超过5km/h,与摊铺机的距离不能超过10m,压实过程中应尽可能减少钢轮压路机的洒水量,只要保证不粘轮即可。此阶段完成后混合料的温度应在130℃以上。
②采用18t以上的胶轮压路机稳压3~4遍,此阶段完成后混合料的温度应在120℃以上。
③采用双钢轮压路机终压收光,以无轮迹为准,并对压实度、平整度等指标跟踪检测,如压实度不够则及时补压。
压路机的组合形式、碾压遍数、碾压速度可依据试验段确定。
3)沥青路面接缝的施工
a)采用两台摊铺机的纵向接缝应采用热接缝,即施工时将已铺混合料部分纵向留10~20cm宽暂不碾压,作为后铺部分的高程基准面,然后再跨缝碾压以消除缝迹。
b)横向接缝与下一层混合料横向接缝至少错开0.5m。
c)横向施工缝应采用平接缝,施工结束后,在端头50~60cm范围内撒适量砂子,便于接缝处端头容易铲除。当碾压完毕后用3m直尺检查平整度,将超过1.5mm的端头切除清理干净。下一次施工前在断面上涂擦粘层油,横向接缝先用钢轮压路机进行横向碾压,碾压时压路机应位于已压实的混合料层上,伸入新铺层的宽度为10~15cm左右,然后每压一遍逐渐向新铺混合料移动20cm左右,直至全部在新铺层上为止,再改为纵向碾压。
10、质量检测
1)PR沥青混合料的PR各项技术标准(见表3)。
2)在施工过程中随时对施工质量进行检测,检测内容及频率(见表6)所示。
表6施工过程控制检查内容及要求频率
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3)对完成施工的沥青路面,应及时进行试验检测,检测项目(见表7)。
表7成型路段质量检测指标
序号
检查项目
要求值
检查方法及频率
1
压实度
最大理论密度的96%±1%
1处/200m,钻芯取样或核子仪
2
厚度
±5mm
1处/200m,钻芯取样
3
宽度
不小于设计值
1处/200m,尺量
4
横坡度
±0.3%
1处/200m,水准仪
4)应遵照现行的国家行业标准《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)、《公路工程质量检验评定标准》(JTG F80/1-2004)及《公路工程集料试验规程》(JTGE42-2005)的要求。
5)应按照各工程的招标文件及业主确定的技术质量标准要求执行。
本发明中采用的PR PLASTS添加剂可以显著提高沥青混合料的高温抗车辙能力,依靠其在沥青混合料中的胶结、加筋、嵌挤等综合作用,提高了混合料的胶结力、约束力、嵌挤力。
(1)胶结作用:在PR PLASTS沥青混合料中,通过PR PLASTS聚合物的部分溶解及软化形成胶结作用,从而达到降低热敏性,提高软化温度的效果。
(2)加筋作用:PR PLASTS沥青混合料中,PR PLASTS在临时软化后塑料纤维在集料骨架内部搭桥而形成网状结构,限制了矿料颗粒的变形,具有加筋作用,从而提高了沥青混合料的整体强度。
(3)嵌挤作用:试验室拌制、成型或施工过程中,粒化聚合物PR PLASTS临时得到软化,然后这些颗粒在击实或碾压过程中热成型,填充集料骨架内的空隙,冷却后变形能力差,维持成型后的形状,限制了矿料颗粒的相对滑动,从而起到嵌挤作用,大大提高了沥青混合料的高温抗变形能力。
胶结、加筋、嵌挤的综合作用使得沥青混合料的性能大大提高,尤其是在提高抗车辙能力方面表现出极大的优势;PR PLASTS在荷载的作用下产生粘弹性流动和塑性流动而消耗应变能,从而提高了沥青混合料的低温抗裂性。