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試論GTM膠粉改性瀝青砼路面施工技術(shù)論文
摘要：廢舊輪胎膠粉顆粒摻入到瀝青砼中形成的磨耗層，改善了路面使用性能，延長了路面使用壽命，在道路壽命期內(nèi)節(jié)省了維修養(yǎng)護(hù)資金并保持了道路良好的服務(wù)水平， 還使廢舊輪胎得到廢物利用，減小了環(huán)境壓力，具有廣闊的應(yīng)用前景。本文著重分析利用GTM法進(jìn)行瀝青砼配合比試驗，而后施工的關(guān)鍵技術(shù)。
關(guān)鍵詞：GTM法；膠粉瀝青砼配合比設(shè)計；施工
1GTM膠粉瀝青砼的現(xiàn)狀和特點(diǎn)
1.1GTM膠粉瀝青砼路面簡介
膠粉瀝青是將廢舊輪胎加工成細(xì)粉顆粒，以大于15％的比例摻合到瀝青中去，再加入改性劑或其他聚合物而得到的路用膠凝材料。
GTM膠粉瀝青砼是利用美國工程兵旋轉(zhuǎn)剪切試驗機(jī)（GYRATORY TESTING MACHINE，簡稱GTM）進(jìn)行混合料配合比設(shè)計，采用膠粉瀝青拌合生產(chǎn)、經(jīng)攤鋪、碾壓成型后得到的路面瀝青混合料。GTM進(jìn)行瀝青混合料配合比設(shè)計，于1978年列入美國ASTM規(guī)范，在2003年進(jìn)行了修訂。它最大限度的模擬了汽車對路面的實際作用情況，以推理的方法來設(shè)計瀝青混合料，使瀝青混合料的剪切強(qiáng)度大于其所受的剪應(yīng)力，并使應(yīng)變控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，可以減少瀝青路面在重載交通下出現(xiàn)車轍、推移、擁包等破壞。
本公司從2009年開始，結(jié)合安徽省地域特點(diǎn)，逐步推廣應(yīng)用該項新技術(shù)、新材料。2010年在蚌埠市南出口公路S207蚌西路改造工程、蚌埠市龍子湖周邊道路工程等幾項工程中應(yīng)用，取得良好效果。膠粉瀝青砼地域氣候適用性廣，安徽全省范圍皆可應(yīng)用，適用于各種等級新建和改建公路和城市道路路面各結(jié)構(gòu)層位。
1.2性能特點(diǎn)
1.2.1 改善了路用性能
橡膠粉用于瀝青混合料有利于改善瀝青砼的高溫穩(wěn)定性、疲勞性能、水穩(wěn)定性和低溫性能等路用性能，提高了路面質(zhì)量，延長了使用壽命。
1.2.2 降低了建設(shè)成本
相比于普通瀝青和SBS改性瀝青，膠粉瀝青混合料每噸能降低成本50～70元。
1.2.3 節(jié)能環(huán)保
對廢舊輪胎的廢物利用，減輕了其帶來的環(huán)境壓力，符合我國當(dāng)前建設(shè)節(jié)約型社會和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的政策，是資源再生的有效途徑之一，有很高的社會效益。對降低城市道路的行車噪音亦有明顯效果。
2工藝原理
采用GTM法進(jìn)行配合比設(shè)計及作為施工質(zhì)量控制的標(biāo)準(zhǔn)，GTM旋轉(zhuǎn)壓實密度一般為馬歇爾擊實密度的1.02～1.04倍，這就能夠有效地避免了因室內(nèi)成型方法與施工實際成型方式不符造成的壓實度超百現(xiàn)象，提高了壓實標(biāo)準(zhǔn)，從而進(jìn)一步提高瀝青路面的使用性能。
膠粉瀝青砼施工分生產(chǎn)、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓四個階段，最核心的環(huán)節(jié)是溫度控制和碾壓方式的選擇。膠粉瀝青施工溫度較普通瀝青提高了20～25℃，比其他改性瀝青提高了10～15℃。膠粉的摻量不小于15%（內(nèi)摻）或17.6%（外摻），本文介紹的采用內(nèi)摻法得到的成品膠粉瀝青。
3施工要點(diǎn)
3.1配合比設(shè)計
3.1.1 GTM瀝青混合料配合比設(shè)計原則
配合比設(shè)計壓強(qiáng)由設(shè)計單位根據(jù)道路預(yù)計交通輛中有代表性的車輛輪胎接地壓強(qiáng)確定。設(shè)計的密級配瀝青混合料粉膠比宜控制在1.2～1.6范圍內(nèi)，采用GTM平衡狀態(tài)時確定的最佳瀝青用量和標(biāo)準(zhǔn)密度，礦料級配采用連續(xù)密級配瀝青混合料。
3.1.2 GTM配合比設(shè)計試驗步驟
GTM試驗方法配合比設(shè)計采用三步法進(jìn)行，分為目標(biāo)配合比設(shè)計階段、生產(chǎn)配合比設(shè)計階段和生產(chǎn)配合比驗證階段。
目標(biāo)配合比設(shè)計階段：對實際使用的原材料檢驗合格后，進(jìn)行配合比設(shè)計，優(yōu)選礦料級配、確定設(shè)計瀝青用量，進(jìn)行車轍試驗、低溫彎曲試驗、凍融劈裂試驗等配合比設(shè)計檢驗，均符合要求后，以此作為目標(biāo)配合比，供拌和樓確定各冷料倉的供料比例、進(jìn)料速度及試拌使用。
生產(chǎn)配合比設(shè)計階段：按照目標(biāo)配合比確定好冷料比例及進(jìn)料速度后，在熱料倉取料進(jìn)行材料的級配試驗，取料時應(yīng)將每個熱料倉的熱料放出，用裝載機(jī)接下放到硬化的場地充分拌勻，取有代表性的熱倉料進(jìn)行級配試驗，確定熱料倉的配合比。并取目標(biāo)配合比設(shè)計的瀝青用量及±0.3%等三個瀝青用量進(jìn)行GTM試驗和試拌，通過室內(nèi)GTM試驗和拌和機(jī)取樣試驗，綜合確定生產(chǎn)配合比的最佳瀝青用量及標(biāo)準(zhǔn)密度，由此確定的最佳瀝青用量與目標(biāo)配合比設(shè)計的結(jié)果的差值不宜大于±0.2%。同時選擇適宜的篩孔尺寸和安裝角度，盡量使各熱料倉的供料大體平衡。
生產(chǎn)配合比驗證階段：拌和機(jī)按生產(chǎn)配合比結(jié)果進(jìn)行試拌、鋪筑試驗段，并取樣進(jìn)行GTM驗證，同時從路上鉆芯檢測空隙率大小，由此確定生產(chǎn)用的標(biāo)準(zhǔn)配合比。試拌試鋪必須由項目法人、施工、監(jiān)理等有關(guān)單位各方共同實施，由此確定的標(biāo)準(zhǔn)配合比必須得到監(jiān)理工程師批準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)配合比的礦料合成級配中，至少應(yīng)包括0.075mm、2.36mm、4.75mm及公稱最大粒徑篩孔的通過率接近優(yōu)選的工程設(shè)計級配范圍的中值，并避免在0.3～0.6mm處出現(xiàn)“駝峰”。對確定的標(biāo)準(zhǔn)配合比，宜再次進(jìn)行車轍試驗和水穩(wěn)定性檢驗。
確定施工級配允許波動范圍。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)配合比及質(zhì)量管理要求中各篩孔的允許波動范圍，制定施工用的級配控制范圍，用以檢查瀝青混合料的生產(chǎn)質(zhì)量。經(jīng)設(shè)計確定的標(biāo)準(zhǔn)配合比在施工過程中不得隨意變更。生產(chǎn)過程中應(yīng)加強(qiáng)跟蹤檢測，嚴(yán)格控制進(jìn)場材料的質(zhì)量，如遇材料發(fā)生變化并經(jīng)檢測瀝青混合料的級配、GTM技術(shù)指標(biāo)不符要求時，應(yīng)重新進(jìn)行配合比設(shè)計。
3.2施工準(zhǔn)備
路面施工前，倉面應(yīng)干燥清潔，測量施工環(huán)境溫度，大氣溫度應(yīng)不低于10℃，地表溫度應(yīng)不低于15℃，雨天和大風(fēng)不得施工。
3.3瀝青混合料拌和工藝 采用DG-4000S型間歇式拌和樓進(jìn)行瀝青混合料的拌和，拌和時間根據(jù)試拌確定的為50S（干拌時間6S，濕拌時間44S）；拌和樓逐盤打印在線檢測，避免小于0.075mm顆粒含量偏低現(xiàn)象出現(xiàn)，拌和樓各熱料倉用量為5#倉:4#倉:3#倉:2#倉:1#倉:礦粉=27%：21%：19%：12%：17%：4%，瀝青用量下面層為4.4%，上面層為5.1%。膠粉瀝青基質(zhì)瀝青采用70#道路石油瀝青。
GTM瀝青砼的正常施工溫度范圍
3.4瀝青砼運(yùn)輸、攤鋪工藝
3.4.1 攤鋪機(jī)作業(yè)情況及找平方式
采用ABG423和LTU90SC攤鋪機(jī)梯隊鋪筑，兩臺攤鋪機(jī)相距10～30m，靠近中分帶的主機(jī)在前，攤鋪機(jī)拼寬8m，因中央分隔帶路緣石較高，走鋼絲較為困難，經(jīng)現(xiàn)場研究決定左側(cè)在路緣石上鋪設(shè)鋁合金條，路緣石上畫上攤鋪線隨時調(diào)整，中間走平衡梁；靠近路肩的副機(jī)在后，攤鋪機(jī)拼寬7.5m，中間在攤鋪好的層面上走“雪撬”，左側(cè)采用架設(shè)鋼絲進(jìn)行找平，兩臺攤鋪機(jī)攤鋪層的縱向接縫采用熱接縫。
3.4.2 料車卸料方式
在攤鋪機(jī)前有三輛運(yùn)輸車輛時可以開始攤鋪，車輛在離攤鋪機(jī)10～30cm處停住，避免撞擊攤鋪機(jī)，卸料過程上運(yùn)料車掛空檔，依靠攤鋪機(jī)推動前進(jìn)，倒料時，起頂不要一次起的過高，待攤鋪機(jī)受料斗料滿后，緩慢均勻地向攤鋪機(jī)的料斗內(nèi)卸料，避免卸料時有混合料溢出。
3.4.3 攤鋪溫度
兩臺攤鋪機(jī)配15輛自卸車循環(huán)作業(yè)，在運(yùn)料車到達(dá)攤鋪現(xiàn)場時，有專人用插入式數(shù)控溫度計測量并記錄每輛料車混合料的到場溫度和攤鋪溫度。
3.4.4 攤鋪速度及初步振搗夯實方法
攤鋪機(jī)選擇攤鋪速度為2～2.5m/min，做到緩慢均勻，不間斷地攤鋪。攤鋪機(jī)就位后，先預(yù)熱40～50分鐘，使熨平板溫度達(dá)到100℃以上；開始攤鋪后，有專人檢查厚度及平整度，為使振夯頻率與振幅相配套，使攤鋪面層有足夠的初始強(qiáng)度，確定夯錘3級。
3.5消除鋪面離析的技術(shù)
做好攤鋪機(jī)熨平板的預(yù)熱，并在熨平板底抹植物油，使熨平板底不毛糙。
攤鋪機(jī)調(diào)整到最佳工作狀態(tài)，調(diào)好螺旋布料器兩端的自動料位器，使料門開度、鏈板送料器的速度和螺旋布料器的轉(zhuǎn)速相匹配，螺旋布料器內(nèi)混合料表面略高于螺旋布料器2/3為度，使熨平板的擋板前混合料的高度在全寬范圍內(nèi)保持一致，避免攤鋪層出現(xiàn)離析現(xiàn)象。
在攤鋪過程中保持勻速前進(jìn)，盡量減少收斗次數(shù)，縮短收斗時間，避免攤鋪收斗離析現(xiàn)象。
3.6瀝青混合料的壓實工藝
膠粉改性瀝青砼對溫度特別敏感，如碾壓過慢，膠粉瀝青溫度下降，壓實就很困難，故采用的壓實方案為：初壓采用2臺雙鋼輪壓路機(jī)并排按照兩臺攤鋪機(jī)攤鋪寬度緊跟攤鋪機(jī)由路肩向中分帶處進(jìn)行碾壓，碾壓遍數(shù)均為2遍，壓路機(jī)碾壓采用前進(jìn)振動、后退振動，堅持“高頻、低幅、及時碾壓”的原則，速度控制如下表所述：
瀝青混合料壓實方案表（每臺攤鋪機(jī)）
初壓溫度均在160℃以上，復(fù)壓溫度均在140℃以上，碾壓終了溫度均不低于120℃。
3.7瀝青砼面層松鋪系數(shù)
通過對鋪筑前下承層測點(diǎn)的高程，攤鋪后同一測點(diǎn)的高程，以及碾壓結(jié)束后同一測點(diǎn)高程的檢測計算，反復(fù)進(jìn)行了比對校核，實測松鋪系數(shù)為1.2。
3.8施工縫處理方法
縱向施工縫采用熱接縫，在前部攤鋪機(jī)留下10～20cm寬暫不碾壓，作為后鋪部分的高程基準(zhǔn)面，并有10cm左右的攤鋪層重疊，以熱接縫形式在最后作跨接縫碾壓以消除縫跡。
橫向施工縫采用平接縫，切縫時間在混合料攤鋪碾壓結(jié)束尚未完全冷卻硬化之前進(jìn)行。用三米直尺沿縱向位置，在攤鋪段端部的直尺呈懸臂狀態(tài)，以攤鋪層與直尺脫離接觸定出接縫位置，用人工刨齊，形成垂直的接縫面，并用瀝青涂抹，待下次施工時用壓路機(jī)進(jìn)行橫向碾壓。碾壓時壓路機(jī)位于已壓實的路面上，錯過新鋪層15cm左右，然后每壓一遍，向新鋪層移動20cm左右，直至全部在新鋪層上，再改為縱向碾壓。橫縫處要求橫向接縫平順、緊密。
4結(jié)語
2010年9月，經(jīng)蚌埠市交通運(yùn)輸局組織的技術(shù)鑒定，以及在安徽省科學(xué)技術(shù)情報研究所進(jìn)行技術(shù)查新，膠粉改性瀝青施工技術(shù)在省內(nèi)屬領(lǐng)先水平，由此關(guān)鍵技術(shù)形成的工法被評為2010年安徽省級工法。
參考文獻(xiàn)：
[1] 公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范（JTG F40-2004）.人民交通出版社，2004.
公路改性瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范（JTJ 036-98）. 人民交通出版社，1998.
天津市市政工程局.天津市廢輪胎膠粉改性瀝青路面技術(shù)規(guī)程（J10732-2006）.
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