2024-12-31
 
SBS改性沥青混凝土路面施工技术在公路工程施工中的运用
2024年12月31日   阅读量:94331

摘 要:

在公路工程中,SBS 改性沥青混凝土路面是一种重要的施工技术。首先论述了 SBS 改性沥青相关理论基础,然后以某公路工程为例,重点探讨了施工原材料的选择与配合比设计的确定、施工技术要点,最后阐述了施工质量的检测。

关键词:公路工程; SBS 改性沥青混凝土路面; 施工技术要点; 检测


0 引言

在我国,沥青路面是一种传统类型的路面结构形式,具有多种优势,如行车舒适、噪声小等沥青网sinoasphalt.com。但是,在最近几年中,随着公路上重载行驶车辆数量的不断增多,传统沥青混凝土路面现已难以满足设计要求,而 SBS 改性沥青具有较强的水稳定性与高低温性能,故在公路路面施工中使用 SBS 改性沥青,可有效提高沥青混凝土路面的使用性能[1]。与传统沥青比较,改性沥青是一种新型的优质筑路材料,具有较高的附加值与技术含量。根据相关资料可知,在对设计使用寿命、路面设计厚度不改变的前提条件下,使用 SBS 改性沥青混合料可提高公路路面的承载能力,降低公路路面病害问题的发生概率,节约施工成本,可获取更多的经济效益。


1 SBS 改性沥青相关理论基础概述

1. 1 改性沥青的种类

所谓改性沥青,即为在基质沥青中添加若干种改性剂,通过加工后所形成的一种混合物。常规情况下,应先确定改性的具体要求与目的,才可选择出适宜的改性剂。综合考虑价格、性能、社会效益、经济效益等多个因素后,应尽可能选用实用性强、操作简单等生产方法与施工设施[2]。根据添加的改性剂的不同,改性沥青大致可划分为树脂、橡胶、热塑性三种类型。其中,热塑性橡胶类的 SBS 改性沥青,因具有较强的弹性与抗车辙变形性能,故被广泛使用与道路路面施工中。

1. 2 SBS 改性沥青的路用性能

1. 2. 1 高温稳定性

所谓高温稳定性,即为在荷载作用下,沥青混合料对永久变形的抵抗能力。通过大量实验后发现,在经过改性后,SBS 改性沥青的高温性能得到有效提高,在一定的 SBS 改性剂剂量范围中,SBS 改性沥青的高温稳定性会随着 SBS 改性剂量的增加而提高,但是在 SBS 改性剂的含量大于 8% 后,SBS 改性沥青的高温稳定性的改善便不会向之前那么明显[3]。本文所提到的高温,即指 SBS 改性沥青混凝土路面在反复受到行车荷载作用下产生推移、拥包、车辙等永久性变形的温度范围。改性沥青混凝土路面的高温稳定性直接影响沥青路面的车辙,故在高温天气中,易出现车辙问题。根据路面车辙的深度,可大致可知路面的使用寿命与安全性、车辆行驶的舒适程度。

1. 2. 2 耐久性

通过大量试验研究后发现,与基质沥青相比,改性沥青具有更强的耐久性,随着改性剂含量的不断加大,SBS 改性沥青路面的耐久性会逐渐变强,当 SBS 改性剂的含量为 6%时,此时沥青路面具有最佳的耐久性。此外,随着沥青路面孔隙率的减小,沥青路面的耐久性会逐渐变高[4]。所以,为有效延长沥青路面的使用寿命,在公路沥青路面施工中,应对沥青混合料的孔隙率与 SBS 改性剂的含量进行严格控制。

1. 2. 3 低温抗裂性

沥青路面在低温天气中易开裂,若沥青混合料的低温应力大于其设计极限强度,则会对沥青路面的行车舒适性与路面质量造成严重影响。沥青的低温抗裂性存在多种影响因素,如改性沥青混合料性能不好、沥青路面结构设计不合理、集料质量不满足设计要求、老化性能与沥青针入度指标不达标等[5]。鉴于此,为提高沥青路面的低温抗裂性能,应严格根据规范要求,合理选择路面材料与科学设计沥青路面结构。

1. 3 SBS 改性沥青混合料的试验检测方法

为保证 SBS 改性沥青混合料的质量,一定要进行施工原材料试验。沥青路面的使用效果与施工质量受 SBS 改性沥青混合料质量好坏的影响。若沥青混合料质量不满足要求,在这种情况下,应铲除路面中铺好的沥青混凝土材料,然后采用人工法进行修补[6]。但是,采用人工法修补的路面,其平整度较差,故需严格把控 SBS 改性沥青混合料的生产质量。根据有关标准与规范,对各批进场的施工原材料进行试验,包括针片状含量试验、含泥量实验、集料压碎实验等; 同时不定时抽检 SBS 改性混合料,通过进行马歇尔实验、提取实验来合理控制与调节沥青混合料的孔隙率与密度、沥青使用量、矿料级配。因改性沥青的性能比较特殊,故在进行试验过程中,可采取以下一些措施: ①随着 SBS 改性剂含量的不断增加,SBS 改性沥青的软化点会随之上升,因改性沥青的软化点为30 ℃ ~ 50 ℃,故试验容器选用高温软化点仪,试验溶液选用甘油[7]; ②在施工现场,因 5 ℃ 的延度的操作难度较大,故应营造低温环境或使用低温延度仪; ③对流值与稳定度进行检测; ④在生产制作改性沥青混合料过程中,应严格控制 4 个主要温度,即: 集料加热温度( 190 ℃ ~ 200℃ ) 、改性礼物加工温度最大值( 175 ℃ ) 、改性沥青制作温度( 165 ℃ ~ 170 ℃ ) 、沥青加热温度( 160 ℃ ~ 165 ℃ ) 。


2 工程案例

某公路工程,道路总长度为 34 km,路面宽度为 2 m,设计速度为 60 km/h,为沥青混凝土路面。考虑到本工程所在地区的重载车辆比较多、经常会出现下雨、高温天气,若选用普通沥青混凝土路面,则易发生老化、龟裂、车辙等病害问题[8],鉴于此,施工单位最终决定选用 SBS 改性沥青混凝土路面,其中,路面结构( 由下及上) 为: 20 cm 12% 石灰土 + 8cm 粗粒式沥青混凝土( AC - 25C) + 6 cm 中粒式沥青混凝土( AC - 20C) + 4 cm 细粒式沥青混凝土( AC - 16C) 。


3 施工原材料的选择与配合比设计的确定

3. 1 SBS 改性沥青

在本公路工程中,选用的 SBS 改性沥青是经过高温加热基质沥青,加入 6% 的 SBS 橡胶颗粒后所制作形成的。为确保公路沥青路面的使用性能,避免或减少出现热胀冷缩现象,应对沥青用量进行严格控制[9]。一般来说,若天气温度比较低,沥青用量使用应控制在 1. 95 ~ 2. 35 kg /m2,若天气温度比较高,沥青用量使用范围应控制在 1. 9 ~ 2. 3 kg /m2。SBS 改性沥青性能指标的检测结果如表 1 所示。

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3. 2 石 料

根据施工现场环境情况,在本公路工程中,选用没有任何杂质、干燥的石灰岩作为矿粉,粗、细集料选用硬度较高的玄武岩[10]。其中,碎石的摊铺面积比重应控制在 60% 左右,以确保路面的承载能力与路面的施工效果。

3. 3 配合比设计

通过制作各种沥青用量的马歇尔试件,对最佳沥青用量进行合理确定。在本公路工程中,油石比最终确定为 5% 。AC - 16C 型矿料的级配设计结果如表 2 所示。

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4 施工技术要点

4. 1 施工前期准备

在铺设沥青混凝土面层之前,应严格控制路面基层、路基的有关施工参数,为避免出现路基后期沉降现象,施工单位应对路基的压实度给予高度重视[11]; 对矿粉、粗细集料、SBS 改性沥青等进行抽样检测,严禁在施工中使用质量不达标的施工材料。与此同时,施工单位还应严格检查各种施工设备,包括压路机、摊铺机、运输车辆、拌和设备等; 在摊铺施工前,应进行试铺试验,以合理确定碾压温度、碾压遍数、压路机械组合、碾压方式等施工参数。

4. 2 SBS 改性沥青混合料的拌和

在 SBS 改性沥青混合料拌和施工前,应全面检测施工原材料的性能,保证其均满足设计要求,可确保拌和施工的顺利开展与 SBS 改性沥青混合料的拌和质量[12]。与此同时,还应认真检测油石比与混合料的级配,可确定出最佳的油石比与混合料级配。为避免因混合料温度偏高而致使沥青出现老化现象,应全程动态监测 SBS 改性沥青混合料的拌和质量,科学调整拌和功率与温度,对混合料的拌和速度进行有效控制[13]; 充分均匀拌和矿料与沥青胶结料; 对于 SBS 改性沥青混合料成品,为避免其出现离析现象,其储存时间不宜过长。

4. 3 SBS 改性沥青混合料的运输

第一,为有效协调 SBS 改性沥青混合料的运输与生产,应根据拌和厂的实际生产情况,合理确定运输车辆的数量,在本工程中,应配置 7 辆等候卸料车; 第二,为确保运输车辆车厢内壁不存在任何杂质,应利用钢刷清理车厢的表面,为避免混合料粘附在车厢的内壁上,应在车厢内壁涂抹隔离液[14]; 第三,在装料过程中,为避免混合料离析,应分 3 次进行装料,在完成装料后,为避免混合料过快散热,应在混合料的上方覆盖棉被或帆布; 第四,若 SBS 改性沥青混合料出现硬团、离析等问题,则不得将其用于施工中。

4. 4 SBS 改性沥青混合料的摊铺

第一,选用双摊铺机并机作业方式,可提高混合料的摊铺效率,其中选用的两台摊铺机应具有相同的规格与性能,二者前后距离不得超过 10 m,重叠摊铺宽度控制在 5 cm 左右,下层与上层至少错开搭接 0. 2 m; 第二,在摊铺施工之前,需合理调整熨平板,特别是地面的高度、拱度,为确保混合料的表面温度在摊铺过程中保持在 130 ℃ 左右,应预热处理熨平板[15]; 第三,为顺利开展摊铺施工,应对下承层进行全面检测,下承层表面一定要保持洁净; 第四,对摊铺机的运行速度进行合理控制,宜控制在 2 ~ 3 m/min,使碾压机、运输车辆、摊铺机的运行速度做到互相协调,摊铺机在施工过程中应进行连续施工,严禁突然进行急转弯、调头与中间停顿; 第五,为避免摊铺机与运输车辆发生碰撞,运输车辆与摊铺机之间应保持 10 ~ 30 cm 的距离,在卸料过程中,运输车辆应保持空挡状态,在摊铺机的作用下进行持续行驶。

4. 5 SBS 改性沥青混合料的碾压

第一,在碾压施工之前,应严格检查各种摊铺施工参数,若部分施工参数不满足设计要求,应选用人工法进行修补处理,可提高 SBS 改性沥青混合料的碾压施工质量; 第二,为顺利进行碾压施工,保证碾压施工质量,应对试验路段的施工经验进行全面分析,然后合理确定碾压施工工艺与压路机组合方式; 第三,压路机运行一段时间后,需从不同断面进行两端折回,如果未出现任何异常现象,在这种情况下,不得出现突然调头、中途停顿等现象,应保持连续碾压施工,在交替碾压施工过程中,碾压起始线之间至少保持3 m 距离,前后停车点之间至少保持 10 m 距离,在沥青混凝土路面碾压施工结束后,路面表面应保持干净,在路面上不得停留任何施工机械设备; 第四,在碾压施工过程中,施工单位应对水体质量进行严格控制,为避免出现粘轮现象,应选用饮用水作为隔离剂; 第五,对压路机的行驶速度进行严格控制,应连续、均匀碾压施工,碾压速度不宜过快,严禁出现突然调头、停顿等现象。

4. 6 接缝的处理

第一,横向接缝,选用平接缝方式,利用直尺悬臂,对横向接缝位置进行合理确定,选用切割机切割横向接缝位置,其中,切割面一定要保持平整,清理干净切割过程中产生的灰浆杂质,将少量沥青涂抹在横向接缝位置处,可降低裂缝发生概率,保证横向接缝位置处混合料的粘结能力。在后期进行摊铺施工过程中,应将横向接缝位置处作为摊铺施工起点,选用双钢轮压路机进行横向碾压,逐渐向新摊铺路段行驶。各面层之间设置的横向接缝应至少错开 1 m。第二,纵向接缝,选用斜接缝方式,在前部分路段摊铺施工中,应预留15 cm 宽度的 SBS 改性沥青混合料不进行碾压,将其作为后续碾压施工的高程基准,后部分路段摊铺施工中需重叠碾压10 cm 宽度的沥青混合料,为彻底消除缝迹,采用热接缝方式。

4. 7 相关施工注意事项

第一,在施工过程中,为避免出现混合料堆积现象,应严格遵守 SBS 改性沥青混合料随进随用的基本原则,如果没有使用完拌制好的混合料,为避免混合料直接接触空气而出现老化现象,应使用专用存储罐,将其妥善储存起来; 第二,合理确定运输车辆的停车位置,并且运输车辆与摊铺机之间应保持 10 ~ 30 cm 的距离,在混合料运输过程中,严禁出现离析现象; 第三,在将混合料运输至施工现场后,施工人员需严格检测 SBS 改性沥青混合料的温度,保证其满足摊铺温度要求; 第四,在碾压施工过程中,为避免出现过振现象,应严格控制碾压速度。


5 施工质量的检测

5. 1 压实度

为保证 SBS 改性沥青混凝土路面的稳定性,应提高其的压实度。根据相关施工要求,选用钻芯取样法检测路面的压实度,其中,试验路段路面压实度检测结果如表 3 所示。

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通过分析表 3 中的数据后发现,试验路段路面的压实度均不低于 98% ,满足施工要求,由此可见,试验路段路面的压实度较好,可提高 SBS 改性沥青混凝土路面的稳定性。

5. 2 平整度

驾驶人的行车舒适度与 SBS 改性沥青混凝土路面的平整度之间存在密切关系,故应对路面的平整度给予高度重视。根据相关施工要求,利用平整度仪检测试验路段路面的平整度。试验路段路面平整度检测结果如表 4 所示。

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通过分析上表数据后可知,试验路段路面的平整度均小于 1. 2,满足施工要求,由此可见,本公路工程路面的平整度较好。


6 结束语

为提高公路沥青路面的行驶安全性与行驶舒适度,在公路沥青路面施工中越来越广泛使用 SBS 改性沥青混凝土路面。本文首先论述了 SBS 改性沥青相关理论基础,然后以某一公路工程为例,重点探讨了施工原材料的选择与配合比设计的确定、施工技术要点,最后阐述了施工质量的检测。希望本文研究内容,可对相关人员的工作起到一定的借鉴作用。


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参考文献 :

原创作者:史红香,山西交通养护集团有限公司,山西 太原 030600。



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