3 胶粉课题施工技术指南Word文件下载.docx
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②摊铺机开工前应提前0.5~1h预热熨平板,使其温度不低于120℃。
熨平板加宽连接处应仔细调节至摊铺的混合料没有明显的离析痕迹。
③摊铺胶粉改性沥青混合料时,摊铺机的摊铺速度应根据拌和机产量、施工机械配套情况及摊铺层厚度、宽度确定。
一台摊铺机的铺筑宽度不超过7.5m,每个作业组采用两台摊铺机前后错开5~8m,呈梯队方式同步摊铺,两幅之间应有3~6cm左右宽的重叠宽度,上下层的搭接位置宜错开20cm以上。
④摊铺机应配备熨平板自控装置,传感器可通过基准线自动发出信号来操纵熨平板,使摊铺机能铺筑出理想的纵横坡度和平整度。
⑤各层摊铺要求采用非接触式平衡梁自动控制整平系统。
1.4碾压设备
基于GTM旋转成型方法设计的胶粉改性沥青混合料在较小的油石比下具有相对较大的密度,往往是同油石比下马歇尔试件密度的1.02倍左右,如果以GTM旋转成型试件密度的98%作为现场压实度的控制标准,要求现场取芯密度应接近甚至大于实验室马歇尔成型试件密度。
而胶粉改性沥青混合料采用粗集料较多的嵌挤型密实级配,这就再次提高了现场碾压的难度。
因此,对于胶粉改性沥青路面的压实设备,要求自重12吨以上的双驱双振压路机数量不得少于4台、且自重30吨以上的胶轮压路机不得少于2台,建议配备性能完好的DD-130钢轮压路机2台、CC622双钢轮压路机2台、XP301型轮胎压路机2台。
而且,各种压实机械必须安装能控制的雾化设备。
2原材料质量控制
2.1胶粉改性沥青质量控制
胶粉改性沥青由基质沥青、废轮胎胶粉和部分添加剂配制而成,可以在现场直接配制,也可以从专业生产厂家购置成品的改性沥青。
2.1.1现场制备胶粉改性沥青
当在现场直接配制胶粉改性沥青时,应该注意以下几点:
①考虑到胶粉改性沥青中胶粉颗粒与基质沥青反应过程的不稳定性,建议直接在现场配制使用。
一般情况下,胶粉改性沥青在应用过程中不宜在180℃温度下存储超过6h,在140℃温度下存储也不宜超过12h,最好能够及时使用。
在实际生产过程中,由于天气或其他因素影响施工,胶粉改性沥青可能要在高温下存放一天甚至更长时间,关键是使用时的胶粉改性沥青必须要符合技术指标要求,尤其是现场粘度,必要时需要添加少量胶粉重新生产。
②胶粉改性沥青在混溶反应45分钟后,如果4小时内不使用,应该停止加热。
如果胶粉改性沥青的在使用前的温度低于190℃时,就需要重新再加热。
从冷却后到再加热至190~220℃被称为一个热循环,胶粉改性沥青的现场生产一般只允许两个热循环,前提必须要满足技术指标,尤其是最低粘度的要求。
只要胶粉改性沥青处于液态,胶粉颗粒和基质沥青就会发生一定程度的反应,为了将粘度恢复到规定水平,一般需要再次添加胶粉<
不超过沥青的10%左右),在190~220℃温度条件下反应45分钟后重新生产胶粉改性沥青。
③一般建议将AH70或AH90用作胶粉改性沥青的基质沥青,但是有些情况下也可以考虑选用更软的基质沥青,以便在抵抗低温开裂方面具有更好的长期性能,因为有实验研究认为,在5℃或者更低的温度下,基质沥青的物理性质支配着胶粉改性沥青的性质。
④温度始终是控制胶粉改性沥青生产质量的关键,胶粉改性沥青的生产罐和储存罐都应有加温和保温措施,能够加热至190~220℃。
胶粉改性沥青在生产前,基质沥青一般需要能够快速加热到200~210℃左右的高温,送入混合反应罐的沥青要计量准确,保证胶粉颗粒与基质沥青的比例。
添加剂可以在添加胶粉的时候加入,也可以在基质沥青中预先加入。
胶粉改性沥青必须在混溶状态下搅拌反应至少45分钟才能达到效果,并使反应温度始终保持在190~220℃之间。
⑤胶粉改性沥青在现场生产需要采用专用加工设备,螺旋杆搅拌器也是胶粉改性沥青生产的主要设备,以保证胶粉颗粒在基质沥青中分散均匀,否则胶粉颗粒作为惰性较强的材料,容易下沉到反应罐底或上浮到表面,起不到混溶改性的效果。
反应罐中的搅拌情况应该能够方便观察,以便及时检查。
⑥在胶粉改性沥青生产过程中,应随时用手持式旋转粘度计监控胶粉改性沥青粘度随反应时间的变化,用于保证生产质量。
⑦胶粉受潮时容易结团,在储存和运输过程中也容易发生离析,加料时应采取措施消除离析的影响。
废轮胎胶粉在用于制备改性沥青之前,应该对其物理化学技术指标进行检测,合格后方可使用,质量检测标准参照交通部公路科学研究院所制订的《橡胶沥青及混合料设计施工技术指南》相关内容执行。
2.1.2成品胶粉改性沥青
当从专业生产厂家购置成品胶粉改性沥青时,建议按照地方标准《天津市废轮胎胶粉改性沥青路面技术规程》<
DB/T29-161-2006J10732—2006)对其进行性能检测,仅采用175℃运动粘度、软化点、弹性恢复及离析等性能指标,用于高等级公路的胶粉改性沥青的质量技术指标应达到CRM-Ⅲ型技术标准。
结合实体工程应用情况,建议将胶粉改性沥青175℃运动粘度控制在1.5~3.5Pa.s之间,离析指标应不大于5℃。
胶粉改性沥青在175℃下的粘度指标是在生产应用过程中最为关键的工程,必须保证胶粉改性沥青使用时的粘度达到技术标准。
胶粉改性沥青要求取样人从向拌和站供应胶粉改性沥青的管线上取样,在混合料生产过程中应该对胶粉改性沥青的粘度每小时检测一次,每次应该至少放掉4升胶粉改性沥青以保证取样阀干净,实验样品应装入干净、干燥的容器,容器应能密封且标识清楚。
目前对于胶粉改性沥青粘度的实验方法还未有统一规定,其测试过程与SBS改性沥青在方法上没有明显不同,但其测试结果跟SBS改性沥青有较大的区别,SBS改性沥青在仪器稳定后会有一个相对稳定的实验数据,而胶粉改性沥青会在粘度计的恒温加热套中继续发育反应,其粘度值随时间会在较长时间内一直变化,没有一个稳定的实验结果。
经过对各种检测方法的比选,建议采用手持式粘度计对胶粉改性沥青进行现场的快速检测,实验检测方法如下:
将打开的胶粉改性沥青样品罐在热源上适当加热,过程中应持续搅拌以防止局部过热,粘度计的一号转子从样品罐的边缘插入热沥青中1分钟,使转子温度一致;
在转子升温过程中,要充分搅拌试样并随时测量温度,当温度达到实验规定条件后,将转子放在样品中部,进行粘度测量,手持式粘度计上有一个水准泡用于定位<
使转子轴线垂直于胶粉改性沥青表面和粘度计的水平面),转子轴上还有一个深度标线,调整水平后,开动仪器,根据转子型号读取粘度值,测量的最大值代表胶粉改性沥青的粘度;
将该实验进行三次,取平均值作为胶粉改性沥青的最终粘度;
在两次测量的间隙中,粘度计的转子应该离开中心部位,但不得从样品中拿出来;
如果转子继续转动,它就会“钻”进样品,也就是说转子周围的胶粉颗粒会打滑,此时测量到的粘度值会下降,该值只是反应胶粉改性沥青的液相粘度,不能作为测量结果。
2.2集料质量控制
胶粉改性沥青混合料用集料包括粗集料和细集料。
粗集料应该选用洁净、干净且表面粗糙的碎石,其质量必须符合《公路沥青路面施工技术规范》<
JTGF40-2004)对沥青混合料用粗集料的技术要求。
由于胶粉改性沥青混合料的拌和温度较高,对于受热易变质的集料,宜采用经拌和机烘干后的集料进行检验。
采石场在生产过程中必须彻底清除覆盖层及泥土夹层,生产碎石用的原石不得含有土块、杂物,集料成品不得堆放在泥土地上。
当粗集料与胶粉改性沥青的粘附性不符合要求时,宜掺加消石灰、水泥或用饱和石灰水处理后使用,必要时可以同时在胶粉改性沥青中掺加耐热、耐水、长期性能较好的抗剥落剂。
用于胶粉改性沥青混合料的细集料包括天然砂、机制砂和石屑,细集料应该洁净、干燥、无风化、无杂质,并有适当的颗粒级配,其质量必须符合《公路沥青路面施工技术规范》<
JTGF40-2004)对沥青混合料用细集料的技术要求。
细集料的洁净程度,天然砂以小于0.075mm含量的百分数表示,石屑和机制砂以砂当量或亚甲蓝值表示。
对于胶粉改性沥青混合料而言,天然砂的用量通常不宜超过集料总量的10%。
根据对胶粉改性沥青混合料生产质量的控制经验,在生产过程中尤其要对集料的含泥量和与沥青的粘附性进行重点控制。
胶粉改性沥青以胶粉颗粒与基质沥青的混溶体系形式存在,不容易与集料粘结为整体,从而造成胶粉改性沥青混合料的水稳定性相对SBS等聚合物改性沥青混合料较差。
为提高集料与胶粉改性沥青的粘结性,必须严格控制集料的粉尘含量,而且在条件允许的情况下,建议掺加消石灰或者将粗集料用饱和石灰水进行预处理。
同时,为保证胶粉改性沥青混合料组成结构的嵌挤性,应严格控制石料的规格形状,尤其对其针片状含量进行重点检测。
同时,必须对集料的储存和装卸进行严格管理。
集料应该堆放在坚硬、清洁的场地;
堆放场地应有良好的排水结构,以保证雨水不至滞留在堆放场地;
对细集料应该设置雨棚或遮雨的蓬布;
不同规格的集料应用隔墙分隔开;
不正确的集料堆放会导致材料粗细颗粒的分离及级配变化,从而严重影响搅拌设备的稳定生产和成品料组成的稳定性。
为减少装载机向冷料仓输送集料过程中出现的离析,应注意:
①装载机应在料堆的全部高度和各个方向上进行采掘,以免由于料堆坍落而引起离析;
②装载机取样时应垂直面向料堆材料流动的方向;
③装载机取料时应使用大臂使铲斗向上滚卷,而不要将铲斗插入很深而使铲斗穿入料堆向上翻转,以免对料堆产生很大的扰动;
④装载机手应避免从料堆最底部取样,此处大都粗料较多,而含水量较大;
⑤当发现粗细料离析时装载机手应将粗细料就地翻动混合后再装料,不应一斗粗料一斗细料地向冷料仓供料;
装载机手在向冷料仓装料时应仔细对准料仓防止发生混仓;
⑥装载机手应及时向冷料仓加料,使其经常保持相对的满仓状态,不应等冷料仓内集料下降很多时才加料。
2.3矿粉质量控制
胶粉改性沥青混合料的矿粉必须采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细而得,原石料中的泥土杂质应该清楚干净。
矿粉应干燥、洁净,能够自由地从矿粉仓流出,其质量必须符合《公路沥青路面施工技术规范》<
JTGF40-2004)对沥青混合料用矿粉的技术要求<
如表4所示)。
对于胶粉改性沥青混合料来说,为保证集料与胶粉改性沥青的粘结性,拌和机的粉尘不可作为矿粉的一部分回收使用,而且在生产过程中,应随时对矿粉的塑性指数进行检测。
3混合料配合比设计
3.1目标配合比设计
为更好地模拟现场碾压工况,规避体积参数计算对胶粉改性沥青混合料组成设计的制约,建议采用GTM旋转成型力学设计方法进行目标配合比设计,以马歇尔设计方法所确定的路用性能参数进行检验。
目标配合比设计主要是根据施工实际用材料,依托于课题提供的优化建议级配范围,确定矿料的合成级配曲线<
即各档集料的矿料级配),在此基础上确定最佳油石比及沥青用量范围。
目标配合比设计报告应包含原材料的性能检测、合成级配及最佳油石比的确定及混合料各项路用性能指标的检验。
室内采用GTM旋转成型方式进行胶粉改性沥青混合料的实验条件为:
胶粉改性沥青加热温度为180~185℃、矿料加热温度为190~200℃、拌和温度为185~195℃,胶粉改性沥青混合料成型温度为175~180℃、旋转试模温度为70~75℃;
GTM旋转实验机的垂直压力设定为0.8MPa,机械角设定为1.4°
,成型控制方式为极限平衡状态。
废轮胎胶粉改性沥青混合料基于GTM旋转成型方法的优化级配范围见表1。
表1基于GTM旋转成型方法的胶粉改性沥青混合料的优化级配范围
级配类型
各对应筛孔尺寸<
mm)下的通过率范围,%
26.5
19
16
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
AR20型
100
95-100
82-91
70-
81
53-
67
30-
45
21-
34
15-
25
11-19
8-
14
6-
11
4-
8
AR13型
--
95-
65-
75
50
20-
35
12-
20
15
12
10
进行路用性能验证时,采用板状试件进行车辙实验、低温弯曲实验及渗水实验时,板状试件成型碾压次数为来回50次;
进行马歇尔稳定度、流值、残留稳定度及劈裂强度比实验时,采用GTM成型试件按照标准马歇尔试件锯制而成;
采用双面75次马歇尔试件和双面50次马歇尔试件分别进行残留稳定度实验和冻融劈裂强度实验作为参考。
基于GTM旋转成型方法设计的废轮胎胶粉改性沥青混合料的技术指标见表2。
表2基于GTM旋转成型方法的胶粉改性沥青混合料的技术指标
性能类别
高温性能
低温抗裂性
渗水性能
水稳定性
马歇尔实验
检验工程
动稳定度
相对变形
弯曲应变
渗水系数
残留稳定度
劈裂强度比
稳定度
流值
单位
次/mm
%
με
ml/min
kN
mm
技术指标
≥2500
≤5
≤100
≥90
≥85
≥10
1.5~4
备注
成型板状试件密度为GTM成型密度的100%±
1%,碾压次数为来回50次
GTM成型试件按标准马歇尔试件锯制而成
3.2生产配合比设计
建议采用GTM旋转成型方法进行胶粉改性沥青混合料的生产配合比设计,如果不具备条件,也可以在现场采用马歇尔成型方式进行设计。
生产配合比必须以目标配合比设计结果为基础进行设计,不得随意更改目标配合比设计结果来调整生产配合比。
在进行生产配合比设计时,应该根据混合料级配类型和实际料源情况,选择适宜的拌和机振动筛筛孔尺寸,对筛分后进入拌和机热料仓的各种材料进行取样筛分,根据筛分实验结果进行矿料级配调整,使生产时的各档热料配合后的矿料级配满足目标配合比的要求<
矿料合成级配不仅要在优化级配范围内,而且要尽可能地与目标配合比的设计合成级配曲线相接近),以确定各热料仓的材料比例,供拌和机控制室使用。
同时,在此过程中应检查各热料仓集料总量,尽量使各热料仓的供料大体平衡<
防止等料、溢料从而影响胶粉改性沥青混合料的质量和产量),并取目标配合比设计的最佳沥青用量、最佳沥青用量±
0.2%等三个沥青用量进行马歇尔实验和试拌,通过室内实验及从拌和机取样实验综合确定生产配合比的最佳沥青用量,由此确定的生产配合比的最佳沥青用量与目标配合比设计的结果的差值不宜大于±
0.2%。
应该注意的是:
目标配合比所确定的矿料合成级配是基于GTM旋转成型方式下的最优级配,在马歇尔锤击成型方式下不一定合适,也就是说采用该设计级配所成型的马歇尔试件,其体积参数指标可能不符合规范要求,甚至离规范要求相差较大。
GTM旋转成型方式能够最大限度地模拟现场碾压工况,其成型的沥青混合料试件往往油石比较小且密度较大,在GTM设计方法所确定的最佳油石比下成型马歇尔试件,由于双面击实75次的压实功相对较小,使得其试件在较小的油石比下不能达到较大的密度,因此直接导致空隙率及沥青饱和度等体积参数不合格,如果盲目地以体积参数指标来对级配和油石比进行调整,往往会采取提高沥青用量或更改级配曲线等方式对生产配合比进行调整,而这样就直接违背了GTM力学方法以路用性能为判据进行配合比设计的初衷。
现行规范《公路沥青路面施工技术规范》<
JTGF40-2004)中明确指出“当采用其他方法设计沥青混合料时,应按本规范规定进行马歇尔实验及各项配合比设计检验,并报告不同设计方法的实验结果”,并未要求体积参数一定要满足规范要求。
而体积参数是试件密度的导出值,试件密度又取决于成型方式,因此要求不同成型方式下的试件密度达到相同的体积参数,本身就具有不合理性。
因此,当在现场采用马歇尔锤击成型方式进行生产配合比设计时,必须严格遵循GTM法目标配合比设计所确定的合成级配曲线和沥青用量范围,在进行体积参数计算时,根据目标配合比所提供的密度等效数值将马歇尔试件密度转换为GTM试件密度后再进行体积参数的计算。
3.3生产配合比验证
按照生产配合比设计结果所确定的热料仓比例和最佳油石比试拌并铺筑实验路,从拌和楼和实验段现场分别按规范要求取样,并按规定频率进行抽提筛分及马歇尔实验,必要时应进行冻融劈裂实验和车辙实验来检验胶粉改性沥青混合料的抗水损坏性能和高温稳定性,从而确定在实际施工状态下的标准配合比。
经设计确定的标准配合比在施工过程中不得随意变更。
同时,在生产拌和过程中应该加强对胶粉改性沥青混合料质量的跟踪检测,并严格控制进场材料的质量。
当材料发生较大变化或经检测胶粉改性沥青混合料的矿料级配、马歇尔技术指标<
稳定度、流值等)等不符合规范要求时,应及时调整配合比,使其质量符合要求并保持相对稳定,必要时重新进行目标及生产配合比设计。
4混合料生产拌和
胶粉改性沥青以混溶体系的形式存在,对生产拌和工艺提出了更高的要求,为使集料与胶粉改性沥青能够充分拌和,最大程度地提高胶粉改性沥青混合料的生产质量,应该严格控制拌和过程中的各个环节。
4.1胶粉改性沥青175℃下的粘度控制在1.5~3.5Pa.s之间,是相同温度下SBS等聚合物改性沥青的几倍,如此之大的粘度可能会造成沥青泵送时间太长,从而造成热料仓等料,使得混合料出料温度偏高,同时也会降低拌和楼的产量。
因此,应尽可能减少胶粉改性沥青输送管道长度,同时也可以加粗管道或者采用较大功率的沥青泵输送,而且生产前应提前30~60分钟对管道进行预热。
4.2为防止胶粉改性混合料出现不均匀的现象,应该严格控制冷料的上料速度和各种材料的称量。
各档集料、矿粉和胶粉改性沥青在拌和时都必须按照确定的生产配合比准确计量,其计量误差应控制在规定的范围内。
4.3沥青混合料拌和时间应以混合料拌和均匀、所有矿料颗粒全部裹覆沥青结合料为度,原则是无花白料、结团和离析。
对于胶粉改性沥青混合料,应适当延长拌和时间,其中干拌时间不得少于10秒,湿拌时间不得少于40秒。
4.4拌和阶段应充分考虑材料特性,实施监测胶粉改性沥青及矿料的加热温度,并对混合料的温度逐车进行测量,胶粉改性沥青混合料在生产阶段的温度控制范围见表3。
当胶粉改性沥青175℃下的粘度大于2.5Pa.s时,应将其加热温度适当提高10℃左右。
表3胶粉改性沥青混合料生产拌和阶段温度控制范围
生产拌和阶段
各阶段温度控制要求
胶粉改性沥青加热温度
185℃~195℃
矿料加热温度
200℃~210℃
混合料摊铺温度
180℃~185℃
混合料废弃
≥195℃
4.5拌和机开盘前和结束后,两次在各热料仓下料口取料,进行筛分实验,验证当天的实际生产级配曲线是否满足目标配合比设计级配范围要求。
如发现生产级配与目标级配相差较大时,应加密筛分频率,以实际筛分数据为准,适当调整热料仓比例,直到生产级配曲线满足目标配合比设计级配范围要求。
4.6胶粉改性沥青混合料应随拌随用,若因生产或其它原因需要贮存时,贮料仓若无保温设备时,允许贮存时间应以符合摊铺温度要求为准;
若储料仓有保温设备,则允许仓储料时间不宜超过6h。
贮存期间,温降不应超过10℃,且不得发生结合料老化,滴漏以及粗、细集料颗粒离析现象。
4.7拌和过程中应逐盘在线监测各热料仓的集料、矿粉、沥青以及混合料总量的称量数据,观察是否超差现象,及时分析原因避免超差;
随时打印各热料仓的集料、矿粉、沥青以及混合料总量的称量数据及比例关系,并根据各热料仓和矿粉采样的筛分曲线,计算实际的矿料级配和沥青含量,并与设定值进行比较。
4.8实时监测成品料的外观质量,发现异常及时分析原因,并采取措施纠正。
4.9沥青拌和站必须按照上述步骤对废轮胎胶粉改性沥青混合料的生产拌和过程进行严格质量控制,并按现行规范《公路沥青路面施工技术规范》<
JTGF40-2004)规定的工程和频度检查胶粉改性沥青混合料产品的质量,如实计算产品的合格率。
单点检验评价方法应符合相关实验规程的试样平行实验的要求。
本课题建议的胶粉改性沥青混合料的质量检测频度和技术要求见表4。
表4胶粉改性沥青混合料质量检测的建议频度及技术要求
工程
检查频率
质量要求或允许差
实验方法
胶粉改性沥青
175℃粘度<
Pa·
s)
成品胶粉改性沥青:
应根据进场批次,适时检测;
现场加工胶粉改性沥青:
应每小时检测1次
1.5~3.5Pa.s
手持式粘度计或
室内粘度计
混合料外观
随时
观察混合料均匀性、离析、色泽、冒烟、有无花白料、油团等各种现象
目测
施工
温度
混合料出厂温度
每车检测一次
插入式温度计
测定
运输到现场温度
≥175℃
摊铺温度
≥170℃
碾压终了温度
≥
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