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    公路改性沥青路面施工技术规范
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    公路改性沥青路面施工技术规范
    2021年01月05日    阅读量:182633    新闻来源:沥青网 sinoasphalt.com  |  投稿

    公路改性沥青路面施工技术规范 沥青网,sinoasphalt.com

    公路改性沥青路面施工技术规范

    JTJ 036-98

    条文说明

    目 录

    制订说明

    1 总则

    2 术语、符号

    3 基层

    4 材料

    5 改性沥青

    6 改性沥青混合料

    7 改性沥青路面施工

    8 施工质区管理


    制 订 说 明

    一、编制过程

    交通部以交公路[1994]1265号文下达《公路改性沥青路面施工技术规范》的编制任务后,由交通部重庆公路科学研究所拟订出“编写大纲(草案)”,并于1996年3月在重庆市召开了第一次工作会议,会议对“编写大纲(草案)”进行了讨论、修改,形成了正式的“编写大纲”,同时成立了编写组,落实了分工及编制计划。此后,编写组成员按照分工转入正式编写工作。随后,交通部重庆公路科学研究所对各参编单位的初稿进行了汇总、统稿,经编写组成员反复磋商,提出了规范讨论稿,于1997年8月分别寄送各参编单位和部分专家审阅沥青网sinoasphalt.com。1997年IO月在四川省成都市召开了编写组及有关专家参加的《公路改性沥青路面施工技术规范》(讨论稿)讨论会,会议对讨论稿的内容逐章逐条进行了认真讨论,提出了修改意见与建议;编写组在此基础上进行多次修改后,完成了规范送审稿。1998年5月在重庆市,由交通部公路管理司主持召开了《公路改性沥青路面施工技术规范》(送审稿)审查会,与会专家对送审稿逐章逐节进行了认真的审查和评议,编写组根据专家的修改意见与建议,再次进行修改、完善,最终形成了《公路改性沥青路面施工技术规范》报批稿,报交通部审批。

    二、主要制订原则

    1.规范制订应尽可能系统、完整;

    2.规范制订应具有先进性、实用性、可操作性;

    3.应与其它有关规范、标准协调,并与国际上同类标准、规范接轨。

    三、指导思想

    多年来,随着我国经济的发展、交通量的增加,对道路使用质量的要求越来越高,我国许多科研、设计单位,大专院校、工程及养护部门的道路工作者为改善国产沥青特性,提高道路的使用性能进行了不懈的努力,取得了大量的科研成果,促进了改性沥青研究与应用技术的进步。为适应当前改性沥青混合料路面施工的需要,本规范在大量可用于改善沥青特性的改性剂中选取了几种在国内外公认比较成熟、应用比较广泛的聚合物改性剂。

    根据已有的资料,美国、日本及一些欧洲国家已制订或准备制订有关改性沥青的标准、规范,但有关改性沥青路面施工方面的规定、手册、指南、规范等却很少,而且不够系统。比较完整的是日本沥青协会编制的“改性沥青混合料设计施工手册”,但这个手册的编制方法与内容都不符合我国的习惯。其它一些国家也只有一些零星的规定。从发展趋势看,随着改性沥青的大规模应用,改性沥青路面将成为常规施工的沥青路面,因此,制订系统、完整、符合施工要求的改性沥青路面施工技术规范就只是一个时间问题。本规范参考、引用了国外有关技术标准的部分内容。

    国内有关单位和部门在研制和使用改性沥青的过程中,针对不同的改性沥青和具体的工程实践,制订了一些相应的技术标准、施工指南、手册、规范等文件,这些文件在指导相应品种改性沥青的施工中发挥了不小的作用,本规范采纳了这些文件的有关内容。

    根据改性沥青的特殊性和我国工程部门目前在公路施工方面的技术水平,对于改性沥青技术要求中所要求进行的试验,本规范仅在普通道路石油沥青常规试验方法的基础上,增加了离析、弹性恢复、粘韧性等试验。对于改性沥青混合料技术要求中所要求进行的试验,也只增加了冻融循环努裂试验。这些试验方法已列入修订的《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中。

    规范中还大量采用了近年来,特别是“八五”期间的科研成果,如沥青混合料的高温车辙试验动稳定度、低温弯曲试验破坏应变、冻融循环劈裂试验强度比、气候分区等。

    1 总 则

    1.0.1 本条规定了制定本规范的目的。

    1.0.2 本条规定了本规范的适用范围。使用改性沥青时不仅应考虑道路对于抗疲劳、抗车撤、抗低温开裂、抗老化、抗磨耗、抗滑、排水等方面的特殊要求,而且还要考虑采用改性沥青的经济性,进行技术经济比较和性能价格比分析。

    1.0.5 沥青改性剂或改性沥青成品的种类很多,应用范围也很广泛,本规范所涉及的改性剂、改性沥青仅是其中应用较多,具有一定经验的部分。由于不同的改性沥青通常有不同的具体施工方法及要求,因此,凡使用本规范未作规定的改性剂或改性沥青时,应根据实际应用情况及时总结经验,制订相应的施工规范、指南或手册,也可在本规范的基础上制订补充规定。

    2 术语、符号

    2.1 术 语

    2. 1. 1 本条关于沥青的概念和定义是广义的。国际上关于“沥青”的术语,美国主要称“asphalt”,而欧洲叫‘bitumen”,在欧洲“asphalt”是指沥青混合料。目前,在各种文章和著作中,两者已有混用的趋势,主要与使用者的习惯有关。

    英国标准BS 3690 对沥青的定义是:“一种粘稠液体或固体,主要含有可溶于氯乙烯的烃及其衍生物。大体上是不挥发的,在遇热时逐渐软化。呈黑色或褐色,具防水和粘附性能。可以在提炼石油过程中取得,也可以是天然沉积物或天然存在的沥青与矿物质结合在一起的组成部分”。

    本条关于沥青的定义主要参考了美国试验与材料协会的ASTM DS-75的规定。

    2.1.2 对于尚未掺加改性剂的沥青有多种称呼,如原样沥青、原始沥青、基本沥青、基质沥青等,但国内、外都有把老化前的沥青称为原样沥青或原始沥青的。为了避免混淆,也为了区别于其它未改性的沥青,并与相应改性后的沥青对应,本规范把掺加改性剂前的沥青称为基质沥青。

    2. 1. 3 本条主要参考了美国 AASHTO Provisional Standard“Standard Practice for the Laboratory Evaluation of ModifiedAsphalt Systems” PPS-93 Edition 1A 中关于改性剂的定义。

    2.1.4 为了避免改性剂剂量概念上的混淆,本规范特规定改性剂剂量以内掺法计量为准。例如剂量5%是指改性剂5%,基质沥青95%,两者之和为100%,而不是指改性剂是基质沥青的5%。

    2.1.5 本条主要参考了《第十九届世界道路会议报告汇编》中关于改性沥青的定义。

    2. 1. 9 SMA 源于德国,是德文Splittmastixasphalt的缩写,传入英语系国家后,称为 Stone Matrix Asphalt或 Stone Mastic Asphalt,都称为沥青玛蹄脂碎石(SMA)混合料,这是一种间断级配的混合料,主要用于抗车辙。近年来的研究表明,这种混合料除了具有较强的抗变形能力外,还具有其它一些优良的路用性能,因此得以在许多国家广泛应用,在我国的应用也有几年的历史了。

    SMA中的稳定剂可采用木质素纤维、矿物纤维或聚脂纤维等。早期曾使用过的石棉纤维因为健康与环保方面的原因,现已较少使用。

    2.1.10 Open Graded Friction Courses(OGFC)就字面上来理解,可称为“开级配抗滑表层”,而在美国,采用这种结构的目的最初也确是为抗滑。由于这种结构除了抗滑外,还有一些其它的作用,故本规范称为“开级配沥青表层”。这是一种空隙含量较高的沥青混合料,要求使用优质耐磨光集料,其主要功能是为沥青路面提供一个具有优良抗滑能力的面层,同时还具有降低噪声、减少水漂、溅水和夜间眩光的作用。在美国,开级配抗滑表层混合料的空隙率约为12%~15%,抗滑表层厚度为20mm~25mm。欧洲的开级配抗滑表层也称为大空隙性沥青混合料(porous asphalt),空隙率在15%~20%以上,厚度一般为40mm~50mm。现在已逐渐与OGFC混用了。

    由于开级配沥青表层空隙含量高,存在着易老化、松散、剥落和渗水等缺点,是一种很不稳定的混合料,因此常使用添加剂以提高其抗剥落能力,延缓老化,改善温度敏感性。但即使如此,采用这种结构时仍需十分慎重。

    2. 1. 12 热塑性橡胶的整个高分子链的一部分或全部由具有橡胶弹性的链段所组成,大分子链之间由某种“约束成分”形成网状结构,起着分子间化学或物理的交联作用和补强效应,而在高温下,这些“约束成分”在热的作用下失去作用,聚合物经熔化或熔融呈现塑性。因此,热塑性橡胶具有化学或物理交联性质的可逆性,主要有聚氨脂类、聚脂类、改性聚烯烃类等。热塑性聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯嵌段共聚物(SBS),是公路改性沥青路面使用的最典型的热塑性橡胶,其硬段为S,即塑料段;软段为B,即橡胶段。热塑性橡胶具有与普通硫化胶类似的物理性质,硬段能形成轻度的化学和物理交联,不需硫化。

    2. 1. 13 热塑性树脂在整个加工过程中不伴有化学反应,故能反复使用。聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、醋酸纤维素等均属于热塑性树脂类。

    而热固性树脂经化学变化后交联成不溶不熔的三维网状结构,这个过程是不可逆的,以酚醛树脂、环氧树脂、有机硅树脂等为代表。虽然热固性树脂也是一种高分子聚合物,但由于其使用方法特殊,价格较高,而且目前使用也不广泛,故本规范未将其纳入。

    3 基 层

    3.0.2 经过多年的研究与实践,半刚性基层的设计方法与施工工艺均已成熟,这种基层具有板体性好、整体强度高、变形小、成本较低的优点,特别适合于作为改性沥青路面的基层。水泥或石灰稳定土由于收缩变形大,易开裂,稳定性较差,只宜用做底基层或低等级道路的路面基层。碾压式水泥混凝土与沥青面层的组合是一种很好的复合式路面结构形式,但通常成本价格较高,适用于特别重要或有特殊要求的公路,采用时应认真进行投资分析。

    3.0.4~3.0.5 为延长旧路面的使用寿命或改善旧路面的使用性能,用改性沥青混合料进行罩面处理是一种合适的方法。对旧路面除了应进行常规补强、整平处理外,最重要的是还应对裂缝进行处理,特别是水泥混凝土的接缝,以减少反射裂缝。通常可采用土工织物、应力吸收膜等措施来解决。

    4 材 料

    4.1 一 般 规 定

    4.1.1 根据目前商品经济的特点,采用订货合同的形式采购材料是最重要的经济活动之一。合同中应注明重要条款,符合正视合同要求,并经公证部门公证。

    4.1.2 材料到场后应尽快进行试验检测,如不符合订货合同规定的要求,可请有关质检部门检测、仲裁,以明确责任,索取赔偿。进口材料应经商检符合要求后才能使用。

    4.2 基 质 沥 青

    4.2.1 本条主要是为限制使用除道路石油沥青以外的其它沥青。

    4.2.2 符合“重交通道路石油沥青技术要求”的道路沥青,通常可以直接用于铺筑高等级公路沥青路面。而在重交通道路石油沥青中添加改性剂则主要用于延长路面使用寿命、改善或提高高等级公路沥青路面的特殊路用性能,例如抗车辙、抗疲劳、抗滑、抗低温开裂等,特别适合于要求较高的特重交通道路路面或特殊应用领域,如机场道面、桥面铺装、停车场、运动场等。

    我国所生产的大部分道路石油沥青,因受原油油源的影响,相对来说性能较差。为了改善和提高这些普通道路石油沥青的性能,我国公路科技人员进行了长期的、坚持不懈的努力,采用各种改性剂进行改性,也取得了一些科研成果,但这些用普通道路石油沥青改性后的结合料真正能大规模应用于实际工程的还不多,经验与数据尚少,而目前改性沥青主要考虑用于满足特殊要求。因此,对高速公路、一级公路或特殊重要工程,本规范规定所采用的基质沥青应符合“重交通道路石油沥青技术要求”。

    其是橡胶类和热塑性橡胶类改性沥青与酸性石料的粘附性都很好,但树脂类改性沥青对某些酸性石料的粘附性的改善并不明显。因此,本规范规定,在酸性石料用作为改性沥青路面时,亦应进行粘附性检验。

    4.3.2 对于细集料,如在有条件时增加对细集料棱角、坚固性、安定性、杂质、粘土含量、细长与扁平颗粒含量等的测定,制订相应的技术要求,这将更能确保细集料的质量。

    4.3.3 使用水泥、消石灰粉代替矿粉作填料,通常是为了提高混合料的水稳定性。如需要增加水泥或石灰粉的用量时,应该通过试验研究,确认水泥或石灰粉的适应性及用量限制。

    考虑到在沥青混合料实际生产过程中将排出大量的粉尘,充分利用这些粉尘不仅有利于保护环境,而且有利于降低生产成本,但回收粉尘的质量往往难于达到规定要求。为此,本规范对采用回收粉尘作为填料做了较严格的规定,要求必须有充分的试验依据方可使用。

    4. 4 改 性 剂

    4.4.1 改性剂选择

    就目前已知的改性剂来看,除SBS具有较好的高、低温特性外,很难期望改性剂能同时改善沥青混合料的所有性能,即使把具有不同改性性能的数种改性剂同时掺入基质沥青中,也难于获得全面的改性效果。因此使用者在选择改性剂时,应针对需要解决的主要问题来决定,同时还应参考已有的使用该改性剂铺筑的路面的路用性能和实验室的试验结果。

    一般来说,为了能正确选择改性剂,首先必须确定改性目的与要求,考虑经济效益、社会效益和性能价格比,尽量采用相对简单、方便、实用的施工设备和生产方法。

    一般认为,热塑性树脂类改性沥青具有较好的高温稳定性,适用于南方气候炎热地区;橡胶类改性沥青具有较好的低温抗裂性,适用于北方气候寒冷地区;热塑性橡胶类改性沥青则兼具树脂类和橡胶类改性沥青的特点,适用的范围更广一些。然而,对于一个实际工程来说,选择什么改性剂并无明显、严格的界限,研究与实际应用表明,橡胶类改性沥青也具有较好的高温稳定性,而树脂与热塑性橡胶复合改性沥青则同样表现出良好的抗低温开裂能力。本规范提出的仅是选择改性剂的一般原则,实际应用时应综合各方面的情况确定。

    此外,同一种改性剂,可能有若干种品牌,不同的品牌有不同的特性及适用范围,选用时应了解各种品牌的性能并提出明确的要求。

    本规范所指相容性是指两种或多种物质混合时的相互亲和性,即分子级的可混性,相容性好能够形成均质混合体系。溶度参数是定量反映物质极性的数据,根据一般的规律,极性越接近,即两物质间的溶度参数差越小则越容易互溶。也就是说,聚合物溶度参数与沥青的溶度参数越接近,则相容性越好。

    聚合物的融溶行为与低分子的溶解有许多不同之处,除了化学组成外,聚合物的结构形态、链的长短、链的柔性和结晶性等均对融溶性有显著影响。

    从热力学的观点来看,相容性是指两种物质以任意比例相混都能形成均相体系的能力。然而,能完全满足热力学混溶条件形成均相体系的物质极少,而热力学不相容则是通常的情况。一般情况下的混合体系均为微观或亚微观结构上的多相体系,这种物质间的不完全混溶,如果这些共混物不同组分特性能够互相补充,就会使得材料的性能得以改善。

    可见,一种改性剂并不一定对所有的沥青都合适,反过来也是一样,一种沥青也并不一定适用于所有的改性剂,关键在于两者之间的相容性。改性沥青的性能取决于改性剂与沥青的混溶状态及体系的稳定性。

    改性剂与沥青的相容性无疑是十分重要的,但也有文献认为,改性剂与沥青完全相容也不好,也就是说存在一个“程度”的问题。到底相容性达到什么程度最好,目前并无明确的结论,这也是需要进一步研究的问题。

    4. 4. 2 美国AASHTO《运输材料和取样与试验方法标准规范》中的R15-89对添加剂或改性剂供应商的责任和义务作了较多、较全面的规定,这些规定包括提供材料的名称、商标名、化学特性、生产者、检验单位、物理特性、安全方面的资料;改善沥青或沥青混合料的何种性能、怎样验证;使用说明(剂量、掺配方法和使用上的限制);改性剂的定性与定量分析(纯净材料、在沥青中或在沥青混合料中);应使用何种沥青、集料和混合料设计方法;市场销售情况等。根据我国目前的实际情况,本规范作了部分规定。

    4. 4. 3 根据目前国内外的试验研究、产品开发、实际施工使用情况来看,沥青改性剂品种很多,但由于价格、性能、货源、生产工艺等各种原因,真正能实现工业化生产,大规模用于铺筑路面的改性剂并不多,其中主要是高分子聚合物,而国外有关改性沥青的标准、规范或手册、指南等也主要涉及高分子聚合物改性的沥青,因此,本规范也主要考虑这类改性剂。高分子聚合物改性剂的分类方法有多种,本规范采取了通用的分类方法。

    热塑性橡胶类除了苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS)外,还有苯乙烯-异成二烯-苯乙烯共聚物(SIS)、苯乙烯-乙烯-丁二烯苯-乙烯共聚物(SEBS)、聚脂弹性体、聚脲烷弹性体、聚乙烯丁基橡胶浆聚合物、聚烯烃弹性体等品种。

    SBS 改性沥青具有良好的热稳定性和低温抗裂性,可增加沥青与石料的粘附性,尤其是具有良好的弹性(即变形的自愈性)。据欧美各国的统计,SBS是目前世界上应用最为广泛的改性剂,本规范主要推荐采用SBS;由于其它热塑性橡胶类改性剂的试验研究资料、数据都不多,使用前要进行试验研究。

    橡胶类除了丁苯橡胶(SBR)、聚氯丁二烯(CR)、天然橡胶(NR)外,还有再生橡胶、废旧橡胶轮胎粉、丙烯睛丁二烯共聚物(ABR)、异丁烯异戊二烯共聚物(IIR)、聚丁二烯(BR)、聚异戊二 烯(IR)、乙烯丙烯共聚物(EPDM)、苯乙烯异戊二烯共聚物(SIR)、硅橡胶(SR)、氟橡胶(FR)、环聚乙醇共聚物、聚丙烯酸脂等品种。

    橡胶类改性剂中丁苯橡胶(SBR)应用较为广泛,丁苯橡胶掺入沥青,可在沥青中形成一种共轭结构,而使沥青具有新的力学性能。

    由于橡胶改性沥青的粘度较高,除适用于铺筑常规沥青路面面层外,还可用于铺筑沥青薄层罩面、排水性路面下面的防水层、应力吸收薄膜等。

    氯丁橡胶(CR)具有级性,常掺入焦油沥青中配制成氯丁焦油沥青。

    热塑性树脂类除了乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)、聚乙烯(PE)、无规聚丙烯(APP)外,还有聚氯乙烯(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、丙烯树脂、聚醋酸乙烯、聚乙烯酸、饱和聚酸、聚丁二烯、石油树脂、氟树脂、天然树脂等品种。

    对于热塑性树脂类改性剂,国内外对EVA和PE的试验研究较多,其应用技术也比较成熟,是热塑性树脂类改性剂中应用较多的品种。1995年,美国ASTM在制订热塑性树脂改性剂的技术标准时,以EVA为代表品种,表明EVA更具代表性。在我国,目前EVA和PE的使用都比较多,本规范同时保留。

    EVA由于其醋酸乙烯含量和熔融指数MI的不同而有好几种品牌,不同品牌的EVA用于沥青改性其性能有较大差别,而且其工艺性也明显不同,因此可以通过适当选择EVA品牌配制所需要的改性沥青。

    无规聚丙烯(APP)价格低廉,用于改性沥青可显著提高沥青的软化点,但对石料的粘结性较差。

    聚苯乙烯(PS)改性沥青是将聚苯乙烯泡沫加入沥青中配制而成,由于聚苯乙烯能影响石蜡晶型,增加沥青中的芳香分,故能明显改善沥青的延伸性和粘附性,并同时会降低沥青的软化点。

    废旧橡胶轮胎粉按其分子结构应归入橡胶类。过去,由于用废胶粉作改性剂生产工艺简单,使用方便,同时具有环保意义而在国内、外得到较多的应用。日本的研究认为,掺加橡胶粉改性的沥青路面,成功与不成功的大约各占一半。不成功的原因主要是路面碾压时有弹性,致使压实度不足,空隙率过大,由此带来的缺点超过了改性带来的优点。美国明尼苏达州运输部的一个研究报告认为,掺废胶粉的改性沥青价格为常规沥青的两倍,施工困难,效果不明显,因此建议不使用。在我国,由于多种原因,近年来废胶粉已较少使用,本规范也未纳入废胶粉的内容。

    除了高分子聚合物改性剂,其它添加剂还包括:

    抗氧剂类:有机酸皂、胶型或酚型抗氧剂,用以提高沥青耐老化性能。

    抗剥落剂类:阴、阳离子型或非离子型表面活性剂,如含羧酸基、磺酸基、硫酸脂、酰胺、醚基、脂基等功能团,加入到沥青中可影响沥青分散结构,提高石料对沥青的粘附性,改善沥青的抗氧化能力。

    矿物类填料:碳黑、硫黄、石棉和岩棉等。

    另外,现在把天然沥青作为改性剂的也越来越多。

    4.4.6 由于单一品种改性剂对沥青性质改善的局限性,近年来对采用多种改性剂复合改性的研究越来越多,其目的主要是想同时兼顾高低温或其它性能的改善。

    4.4.7 改性沥青中改性剂剂量的多少不仅直接关系到路面工程的成本,而且研究表明,改性沥青的性能并非是添加的改性剂越多越好,有个经济剂量、最佳剂量和适宜剂量的问题,需要综合考虑各方面的要求来确定。

    表2是国内几项重要工程所采用的各类改性剂剂量的情况:

    我国在80年代已开始研究SBS改性沥青并修筑了试验路,以后由于各方面的原因,一直未能大规模推广,近年来才有了较大规模的应用,而且有成为主流改性剂的趋势,SBS的剂量大多在4%~5%左右;SBR改性沥青的研究历史更早一些,早期建议的2%的剂量只是一个经济剂量,研究与实践证明,SBR的剂量以

    4.5 改性沥青成品

    4. 5. 1~ 4.5.2 近年来,国外一些石油公司已开始在我国销售成品改性沥青。随着改性沥青技术的逐渐成熟,使用范围的扩大和使用数量的增加,国内石化部门也正在加入这个行列,开始生产改性沥青成品,因此,有必要对改性沥青成品制订相应的规定。

    4.6 贮 存

    4.6.1 根据施工单位的经验,对于需要贮存较长时间的沥青采用大型贮罐保温贮存较为有利,但在采用这种方法时应进行能耗、成本、时间等方面的计算并与其它贮存方法进行比较,择优选用。

    如果在贮存过程中能尽量减少沥青与空气的接触,可以避免或减轻沥青发生老化、硬化的程度。对于大型贮罐来说,沥青氧化和失去挥发部分都与贮罐中沥青暴露的面积与体积的比率有关;这个比值越小,说明同体积的沥青暴露的面积越小。对于圆筒形容器来说,高径比大的立式贮罐比卧式贮罐对保护沥青有利。

    4.6.2 采用铺面场地堆放集料是保证集料不受或少受污染的重要措施,目前多数施工单位已能做到,故本条予以强调。

    4.6.6~4.6.8 本规范所规定的高分子聚合物都是化学制品,贮存时必须严格按照生产者、供应商的要求或有关规定存放,不得有半点马虎。

    5 改 性 沥 青

    5.1 一 般 规 定

    5.1.1 本条规定了选定改性沥青的程序,首先明确要求的改性沥青技术要求,然后想办法使选定的改性沥青符合这个要求。我们也可在已有基质沥青的基础上,根据经验确定适宜的改性剂类型及其剂量,在进行各项试验后对改性沥青定级,如果改性沥青的等级、性能已符合设计要求,则接受选择。如果不满足使用要求时,可在原选择的基础上进行调整。反复这个过程,直到符合设计要求为止。也可重新选择基质沥青、改性剂类型及其剂量,并对相应的改性沥青定级,再重复上述过程。

    5. 1. 3 研究与使用经验表明,改性沥青随配随用较能保证质量,若需要贮存时则应进行不间断的搅拌或泵送循环。由于改性沥青的粘度较高,因此应保持一定的温度,以免搅拌或泵送发生困难;但保温温度又不能过高,否则会影响改性沥青的质量。

    5.2 改性沥青技术要求

    5.2.1 改性沥青用于道路工程已有几十年的历史了,现在有数百种聚合物可以用来改变沥青的性质。本规范所纳入的仅仅是少数几个类型的聚合物改性沥青,其中有一些已经在我国工程实践中应用,并表现出良好的路用性能,有一些在实验室的试验中已经证明是有效的。本规范所提出的改性沥青技术指标已为大家所接受,规范所述的各项性质已被用户所确认,因此,制定改性沥青的技术要求也就非常必要了。

    由于改性沥青的特性与普通沥青有较大差异,采用普通沥青的技术指标与标准很难反映改性沥青的性能特点,为此,许多国家开始寻找新的技术指标及其相应的试验方法。目前已有美国、德国、日本、奥地利等国相继制订了聚合物改性沥青的规范、指南或供货技术条件,以及相应的试验方法等,欧共体国家也正在制订改性结合料规范。特别是美国,几乎每个州对聚合物改性沥青都有自己的技术要求,数十个厂家还给出了相应沥青改性剂的技术指标。

    1991年,美国各州公路与运输官员协会(AASHTO)、美国承包商协会(AGC)和美国道路与运输建设者协会(ARTBA)联合推出了共同感兴趣的“聚合物改性沥青规范”,实际上,这只是一个指南性的规范,如表3所示。

    1995年AASHTO、AGC和 ARTBA又联合提出了改性沥青的建议标准,与1991年的规范相比,该标准修改了SBS的60℃粘度;SBR的60℃粘度、4℃延度和粘韧性指标;PE与EVA则增加了60℃粘度指标,去掉了Ⅲ-E级的软化点指标,如表4所示。

    从1995年开始,美国试验与材料学会(ASTM)正式陆续将适用于路面施工的常用的四种类型的聚合物改性沥青分别纳入了标准规范。

    D5976-96是“用于路面施工的Ⅰ型聚合物改性沥青的技术要求”,该规范所定义的典型的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型聚合物改性沥青性能要求与AASHTO-AGC-ARTBA1995年版的规范相比,又修改了60℃粘度指标,而且除Ⅰ- A 级外,其它各等级的60℃粘度又恢复到1991年规范的数值。此外,Ⅰ-D级的135℃粘度指标和RTFOT残留物4℃针入度指标也有变化,同时去掉了原样沥青4℃针入度和软化点指标。

    D584O—95是“用于路面施工的Ⅱ型聚合物改性沥青的技术要求”,该规范所指明的典型的Ⅱ型聚合物主要包括苯乙烯一丁二烯橡胶乳液(SBR)或氯丁胶乳,如表 6所示。

    Ⅱ型聚合物改性沥青除了由分三级改为分四级,去掉了溶解度指标外,经比较还可以发现,整个指标数值变化也比较大。

    D5841—95是“用于路面施工的Ⅲ型聚合物改性沥青的技术

    硬,高温性能越好,相反低温性能降低。

    SBS改性沥青的最大特点是高温、低温性能都好,且有良好的弹性恢复性能,所以采用软化点、5℃低温延度、回弹率作为主要指标;离析是一个量化的控制指标。SBS改性沥青适用于各种气候条件下使用,使用者应该根据工程所在地区的高、低温情况及主要目的选择相适宜的标号。

    SBR改性沥青的最大特点是低温性能得到改善,所以以5℃ 低温延度作为主要指标。另外粘韧性试验对评价SBR改性沥青特别有价值,也列人标准中。SBR改性沥青主要适用于寒冷气候条件下使用,使用者应该根据工程所在地区的低温情况及主要目的选择相适宜的标号。

    EVA及PE改性沥青,其最大特点是高温性能明显改善,故以软化点作为主要指标;离析是~个量化的控制指标。由于PE不溶于三氯乙烯,对此类改性沥青,溶解度也不要求。EVA及PE改性沥青,主要适用于炎热气候条件下使用,使用者应该根据工程所在地区的高温情况及主要目的选择相适宜的标号。

    4 关于改性沥青的路用性能

    参考各国的改性沥青技术指标、标准及相应的试验方法,根据我国有关改性沥青的研究成果,考虑到我国大多数公路部门目前的技术水平及今后的发展,本规范主要考虑了结合料有限的几种性质,包括感温性、低温开裂、疲劳开裂、永久变形、老化、均匀性、纯度、安全、工作度(施工性)等,并用不同的指标来反映这些路用性能。

    (1)感温性

    对聚合物改性沥青的感温性采用三个不同温度的针人度求取针人度指数来表示。国外的研究表明,低温针入度与疲劳开裂也有关。因此,感温性的要求也可帮助限制疲劳裂缝。

    (2)低温开裂及疲劳开裂

    对聚合物改性沥青的低温开裂性能,SBS和SBR用低温延度来表示。对EVA改性沥青来说,低温延度往往不能得出满意的结果,延度指标是不适用的。SBR改性沥青对提高低温延度最有效,但经老化后延度降低较多,所以本规范不仅规定了原样改性沥青的延度,还规定了RTFOT后残留物的延度。

    此外,聚合物改性沥青的抗低温开裂性能还可以用不同温度的针入度求出的当量脆点来表示。

    测力延度及其试验方法是另一个有价值的技术指标与试验方法,但考虑到我国目前的实际情况和技术发展水平,本规范未作规定。若建设单位或使用者有要求或认为必要时,可参照美国AASHTOT 3O0“Force Ductility Test of Bituminous Materials”方法进行测定。

    (3)永久变形

    仅从结合料这个角度来考虑,若要提高路面的抗永久变形能力,则要求在高温条件下得到高的结合料劲庭模量,或者增加其弹性。这个性质对SBS和EVA是用环球法软化点来规定,对SBS还要求进行弹性恢复试验;对SBR的高温性能是通过粘韧性规定的。国内外的经验证明,对大多数聚合物改性沥青来说,这些方法是适宜的。

    《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的“沥青粘韧性试验”方法,建议采用X-Y记录仪来记录荷重变形曲线,然后用求积仪、数记录纸方格或质量比例法来测量记录曲线所包围的面积。目前,计算机的应用已很普及,采用计算机来记录荷重变形曲线并不困难,用数值积分法来处理数据也可以获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条件后仍保留有较小的稠度指标的变化率,本规范规定采用旋转薄膜加热试验(RTFOT)制备老化沥青结合料。这是因为采用现场生产、现场使用的改性沥青,在制作后必须一直保持搅拌状态,直至使用,一旦停止搅拌,改性沥青就不可避免地会产生离析,所以在标准中要求对工厂生产的产品要进行离析试验。与RTFOT相比,在薄膜加热试验(TFOT)中, 盛样皿虽然随转盘转动,但盛样皿中的结合料基本上仍是静置的,不能保持搅拌状态,试样容易离析而使表面“结皮”,这将妨碍老化的进行。如果采用RTFOT,使其在试验过程中,始终保持旋转和搅拌的状态,将比较接近老化的实际情况。虽然RTFOT也并不是理想的沥青结合料的仿真的老化方法,它不能反映沥青路面使用期的老化问题,但是象压力老化容器(PAV)这样的试验方法,在我国显然还不可能普遍采用。

    (5)均匀性

    聚合物改性沥青通常是由聚合物和沥青结合料液相组成的多相混合系统。对许多这样的多相系统来说,基质沥青与产生改性效果的聚合物之间总有一定程度的非兼容性。如果不相容性过于严重,以致影响贮存和操作使用,那就会使改性失败。因此,对不是在现场制作后马上使用的聚合物改性沥青,都要求进行离析试验,以限制离析,或者规定薄膜加热试验后的延度。然而对一种材料适用,的离析试验对另一些材料可能就不合适,例如,对于SBS改性沥青建议采用专用的离析试验方法,通过测定上、下层软化点之差来定量反映改性沥青的离析程度。瑞典的一项研究结果表明,当SBS改性沥青中SBS含量达到6%,在进行离析试验时,由于试样表面变硬,上、下层软化点之差竟高达3O℃以上,这个试验结果是难于真实反映SBS改性沥青的离析程度的,故要求SBS改性沥青必须进行不间断的搅拌或泵送循环,而不是采取进行离析试验的方法来控制质量。对于EVA改性沥青的离析情况则是采用定性分析方法,通过观察结皮、析出颗粒附在壁上的程度来描述改性沥青的离析情况。SBR改性沥青不适用这些方法,并不意味着SBR改性沥青没有不相容性的问题,只是现在尚没有建立评价这种材料的不相容性的测定方法。

    (6)安全

    聚合物改性沥青的安全要求是由克利夫兰杯闪点最低要求规定的,要求现场所使用的结合料闪点温度不低于规定的低限值。

    (7)纯度

    SBS与SBR改性沥青规定了原样聚合物改性沥青的最低溶解度要求。执行此项标准必须保证结合料不被矿质材料或矿粉污染。此要求不适用于PE改性沥青或掺有PE的复合型聚合物改性沥青,因为目前道路工程上常规使用的三氯乙烯溶剂不能溶解PE等改性剂。

    (8)施工性能

    用改性沥青铺筑沥青混凝土路面,除了施工温度外尚未发现在建设过程的每一个步骤有任何特殊的要求。然而因为许多改性沥青在高温时有较高的粘度,故在国外的改性沥青标准中,通常都对改性沥青设置高温粘度的界限,这个极限是根据材料的泵送性规定的。例如在美国AASHTO的标准中,为使目前常规使用的沥青泵能有效地操作,要求135℃粘度最高不超过2000cs。美国SHRP开发了沥青胶结料性能等级规范,AASHTO在纳入暂行标准MP1-93“Specification for Performance Graded Asphalt Binder”中时规定,采用ASTM D 4402方法,在135℃试验温度下用 Brookfield 旋转粘度计测定的粘度不超过3Pa.s。该项的注释又规定:“如果沥青供应商能保证沥青在符合安全条件的温度下能容易泵送和拌和,主管部门可以不要求这个指标”。本规范采用了这一规定。目前在我国,采用 Brookfield 旋转粘度计测定结合料的135℃粘度,虽然已具备了一定的条件,但由于粘度测定仪器主要还依赖于进口,粘度试验本身也较难掌握,而国内开展这方面的研究还比较少,因此在表注中也补充规定了可以不测定135℃粘度的条件。

    改性沥青的60℃粘度是一个非常重要的指标,它特别能说明改性沥青在高温稳定性方面的改善效果。但是,随改性剂剂量的增加,粘度增高很大,测定方法上有困难。尽管SHRP研究主张采用工程上常用的Brookfield型旋转粘度计测定,但作为标准试验方法,ASTM仍然规定采用毛细管粘度计,由于粘度大,毛细管的型号要求不同,要粗得多(常用400号)。再加上我国尚缺乏这方面的测定数据,标准要求的值的提出有一定困难,所以在本规范的改性沥青技术要求中,暂时不作为一个要求指标列入,仅在注中说明。

    5 关于改性沥青技术要求的使用问题

    对于一个具体工程,一般可参照如下步骤确定改性沥青的使用:

    (1)根据当地的气候条件和交通条件,选择适当的基质沥青。主要希望提高高温性能的路段,基质沥青的标号宜为当地同类公路使用的沥青标号。主要希望提高低温性能的路段,基质沥青的标号宜为针入度大一个等级(软一些)的沥青。

    (2)根据改性目的和经济条件,在改性剂的合理使用范围内,选择一个初试剂量。各类改性沥青的合理剂量,除特殊情况外,宜在下列范围内选择:

    对SBS改性沥青,SBS的剂量宜为3%~6%,通常采用3%~4%,要求高时采用5%~6%;

    对SBR改性沥青,SBR的剂量宜为3%~5%,通常采用3%~4%,要求高时采用5%;

    对EVA或PE改性沥青,EVA或PE的剂量宜为4%~6%,通常采用4%~5%,要求高时采用6%。

    (3)按照改性沥青的加工工艺,采用适宜的方法制作改性沥青样品,分别测定改性沥青的15℃、25℃、3O℃针人度,计算针人度指数PI,再根据改性沥青25℃针人度确定属于哪一个等级。例如针入度88的基质沥青采用4%的SBS改性后,针入度为66,则属于I-C级。

    (4)按照各类改性沥青的关键性技术指标,试验各项性质,对照表5.2.1的指标,评定其是否合格。例如上例的SBS改性沥青,试验软化点、低温延度、回弹率进行评定。

    (5)如果达不到要求的指标,或指标过高,可以适当调整改性剂剂量,以符合标准的要求。也可以一开始就试验几个不同剂量的改性沥青,从中选择一个适宜的剂量。

    (6)试验技术要求规定的其他指标,检验是否合乎全部技术要求。

    需要注意的是,对某一项指标,例如软化点、延度,对同一类改性剂来说,指标的高低有很大价值,可通过改性前后指标的变化评价改性效果。但对不同类型的改性剂,互相之间进行比较时,可比性要小一些,不能完全根据该指标的高低就判断改性效果的好坏,还要根据改性沥青混合料的指标进行综合评定,才能下结论。

    5.3 改性沥青制备

    5.3.2 本规范所称搅拌法是指采用简单的搅拌机械来生产改性沥青的方法,这种方法具有简单、容易操作、成本低的特点,但制备改性沥青一般需要较长的时间才能完成,操作不当容易造成沥青和改性剂过热老化,且改性剂在沥青中也不易均匀。

    对于橡胶类改性剂,在与沥青用机械拌和之前,可先利用开炼机对橡胶类改性剂进行塑炼,降低其分子量和粘流温度,使之与沥青的分子量尽可能接近,然后将已拉成片的橡胶类改性剂在切粒机上切粒,最后把经塑炼。切粒后的橡胶类改性剂放入搅拌机中与沥青进行混合搅拌,使橡胶与沥青能够较好地混溶。

    5. 3. 3 本规范把采用较复杂的机械设备对高分子聚合物与沥青进行高速剪切、研磨、热融混合的方法称为混融法,生产设备主要包括胶体磨、高速剪切设备、高速研磨机或混炼机等。这种方法的原理是利用机械的强力剪切作用使聚合物改性剂均匀分散在基质沥青中。改性剂与沥青混融的遍数,或高速剪切设备的转速、时间等参数,应根据设备性能和加工质量要求由试验确定。

    对于PE等热塑性树脂类改性剂和SBS等热塑性橡胶类改性剂,采用胶体磨进行改性沥青的生产是一种先进的,值得推广的方法。改性剂和基质沥青在反复通过胶体磨的微小间隙时混融,可以获得均质的改性沥青,目前国内已有移动式生产设备,适合于现场使用。

    5.3.4 当前国内、外用于公路改性沥青路面的胶乳以丁苯橡胶(SBR)为主,SBR胶乳产品外观为白色乳状,其价格与胶乳中固体物的总含量有关。目前,有的厂家生产的胶乳中固体物的含量已可达到50%。一般来说,胶乳在0~30℃温度条件下存放期为半年,但必须注意在存放期间,胶乳不应产生离析、硬化。

    合成胶乳在进行质量检验时,可采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 052)中的“改性沥青用合成橡胶乳液试验法”测定合成胶乳的pH值、粘度和总固物含量。

    用SBR胶乳改性沥青制备马歇尔试件的脱模温度应比一般沥青高10℃左右。

    SBR胶乳用于沥青改性可以有两种方法:

    1 根据要求的SBR胶乳总固物的含量,按比例缓慢地向热沥青中加入SBR胶乳,掺加SBR胶乳的速度以不产生“溢锅”现象为宜;SBR胶乳加完后,应继续保温搅拌。这种方法是预先将胶乳与基质沥青混合制备成改性沥青,然后再生产改性沥青混合料,因此可称为“预混法”。

    2 在拌和机热拌沥青混合料时,通过管道把基质沥青与SBR胶乳同时直接喷洒在热集料中,再拌和均匀。这是直接用胶乳生产改性沥青混合料的一种生产方法,因此也可称为“直混法”。采用直混法生产改性沥青混合料时,应根据拌和机的生产能力确定相应的SBR胶乳供给系统的泵送能力,输送泵应保持适当的工作压力。

    5.3.5 所谓母体法是指首先采用一种适宜的加工工艺和方法制备高改性剂含量的改性沥青母体,然后再通过这种母体掺配成要求改性剂含量的改性沥青的方法,所以也称为二次掺配法。

    采用溶剂法制备丁苯橡胶(SBR)改性沥青母体时,首先将SBR橡胶切成薄片,然后采用溶剂溶解,再与沥青混合,通过回收溶剂后制备成高含胶量的橡胶沥青母体。

    由于用溶剂法生产高含胶量的SBR改性沥青母体需要使用复杂的生产设备和工艺,因此,实际采用时建议购买SBR改性沥青母体成品,这种产品中的SBR含量一般为20%。此外,由于生产过程中使用的溶剂难于完全回收,因此允许母体中残留5%以下的溶剂。

    用SBR改性沥青母体配制改性沥青时,SBR改性沥青母体应切割成小块,其质量越小则需要的搅拌时间越少。具体质量大小应根据实际情况确定,一般宜小于1kg。将SBR改性沥青母体按要求比例计量后投入已加热到要求温度的基质沥青中,开动机械搅拌器或循环泵,进行充分搅拌或循环泵送至均匀为止,贮存时也应保持不间断的搅拌或泵送循环。

    混炼法是橡胶类产品加工与生产的传统方法,也可用于改性沥青母体的生产,一般需要进行多次混炼才能达到要求。

    溶剂法制备改性沥青与传统的混炼法相比,优点是聚合物改性剂的粒度更细,分散更均匀;缺点是溶剂的回收工艺比较复杂,且存在生产的安全问题。

    溶剂法和混炼法也可采用与生产改性沥青母体一样的过程,直接用于生产要求改性剂含量的改性沥青。或者采用溶剂法先制成高改性剂含量的胶浆母液,然后把胶浆母液按比例掺入热沥青中,经搅拌制取改性沥青,该方法也称为“母液法”;在制备母液时还可加入适当的交联剂。

    6 改性沥青混合料

    6. 2 改性沥青混合料设计

    6.2.2 在大多数国家,沥青混合料设计一直主要采用马歇尔法,虽然马歇尔法只能确定适宜的沥青用量,试验所获得的稳定度和流值与路用性能也并不直接相关。一些国家已开始寻求新的沥青混合料设计方法,但由于一方面新的沥青混合料设计方法的验证、推广还需要相当长的时间,另一方面马歇尔试验方法简单,在世界上有广泛的使用基础,我国在新的沥青混合料设计方法的研究上也还没有达到实用的程度,因此本规范仍然把马歇尔试验作为改性沥青混合料的设计方法;不过由于橡胶类及热塑性橡胶类改性沥青混合料的高温韧性较大,流值相应也要大些,故放宽至2mm~5mm。根据需要,工程上也可将对稳定度的要求适当提高。

    由于用马歇尔试验结果来评估混合料的性能明显不足,为此,许多国家都采用了一些补充试验,采用最多、最常用的是车辙试验,其次还有采用间接抗拉试验、浸水抗压试验甚至动态试验、蠕变试验的,并据此制订相应的技术要求。

    本规范根据“八五”国家重点科技项目(攻关)“道路沥青及沥青混合料路用性能的研究”专题的研究成果及近年来的有关科研成果,规定了改性沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性等技术要求。

    一般来说,添加改性剂会影响改性沥青及其混合料的性能,由于改性剂的品种繁多,对改性沥青混合料性能的影响也千差万别,对混合料的马歇尔试验结果也是如此。有时为了改善沥青某方面的特性,添加某种改性剂后而可能降低混合料马歇尔试验的某项技术指标,如果这是工程所必需的,在经有关部门批准的条件下,可以调整马歇尔试验的技术要求。

    6. 2. 3 自从德国在6O年代开发出沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)以来,这种结构首先在欧洲得到广泛应用。SMA是一种稳定、坚实的抗车辙路面混合料,最初主要考虑用于抗车辙和抗带钉轮胎的损坏。进一步的研究与实践表明,这种混合料对抗裂、抗滑和提高耐久性、水稳定性,延长使用寿命也是有效的。

    1990年,美国组织了一个考察团,前往欧洲考察沥青路面技术,发现了一些有可能转移到美国的技术,SMA是其中之一。1991年TRB年会上,几位参加过考察的人在讨论决定推广策略时,特别强调SMA。

    SMA在美国虽然还是一种相对新的铺路混合料,但目前SMA在美国使用已十分普遍。到1993年,21个州已修建了54个工程,大约还有20多个工程已在计划中,到1996年已基本上遍布各州。有关混合料设计的详细工作由NCAT作为NCHRP项目正在进行。

    我国在几年前也已开始进行SMA的研究并有了实践,一些实体工程表现出良好的使用性能。为适应各地公路部门对修筑SMA混合料路面的迫切要求,目前我国有关部门正在组织编写“SMA施工技术建议”。在正式的SMA施工规范未颁布实施前,作为过渡,可参考使用美国全国沥青路面协会(NAPA)制定的“沥青玛跨脂碎石(SMA)混合料的材料、生产和铺筑指南”。主要内容摘录如下:

    沥青玛蹄脂碎石(SMA)混合料的材料、

    生产和铺筑指南(1994年版)

    1 材料-SMA混合料组成(工地配合比)

    沥青混合料应由集料、矿物填料和沥青加上所需的稳定剂组成并满足工程项目要求。承包商的责任除了保证集料级配要求外,还要提供符合合适的设计参数的沥青混合料,如表1所示:

    ·混合集料的砂当量值

    ·4.75mm以上粗集料的扁平和细长颗粒百分比(3:1~5:1)

    ·集料塑性指数

    ·集料吸水性

    ·沥青温度/粘度曲线

    ③拌和温度;

    ④工地混合料设计试验性质数值和曲线(沥青协会MS-2手册);

    ⑤在FHWA0.45次方级配图上标绘级配。

    2 集料

    2.1 粗集料

    粉集料应是破碎的非吸水性石料,并满足 AASHTO M 283 A级集料要求:

    (1)洛杉矾磨耗,AASHTO T 96 最大 30%

    (2)扁平和细长颗粒,ASTM D 4791,长度与厚度比(大于4.75mm 颗粒)

    3:1 最大 20%

    5:1 最大 5%

    (3)硫酸钠坚固性损失(5周期),AASHTO T 104 最大15%

    (如果用硫酸镁,则最大20%)

    (4)4.75mm以上颗粒

    1个破碎面 最少100%

    2个破碎面 最少 90%

    (5)吸水性,AASHTO T 85 最大 2%

    (6)租和细集料耐久性指数,AASHTO T 210 最小 40

    不应使用易磨光或相对纯的碳酸盐集料。

    2. 2 细集料

    细集料应由100%破碎人工砂组成并满足 AASHTO M 29质量要求。硫酸钠坚固性损失试验,5周期不应超过15%,另外,液限不超过25(AASHTOT 89)。

    各种集料应是规格的、级配的,能组合形成表2级配的材料。

    3 沥青

    (1)沥青应符合AASHTO M 226表2的要求。

    (2)沥青拌和温度要求粘度为170±20cst,SMA典型厂拌温度为155℃

    6 SMA拌和厂

    用于准备生产SMA混合料的拌和厂必须满足 AASHTO M 156及下列规定:

    (1) 矿物填料处理:贮备足够的干燥的矿物填料,要根据设计用量能均匀添加要求数量的比例。在间歇式拌和厂中,矿物填料直接加在称重斗中;在连续式拌和厂中。矿物填料直接加入拌和器中。由于SMA要求矿物填料数量大,要特别注意设备是否能提供精确数量的矿粉。

    (2)纤维添加:贮备足够干燥的纤维添加剂,均匀添加要求数量的纤维进入混合料。

    间歇式拌和厂,纤维通过一个分开的入口直接进入拌和机上面的称重斗,称重斗的热集料放料期间定为纤维加入时间,要求足够的干拌时间以使纤维与集料充分拌匀,通常干拌时间增加5s~15s;对于纤维素纤维,湿拌时间至少延长5s,对矿物纤维最多5s,以保证与沥青的充分拌和。

    连续式拌和厂,纤维应加入滚筒式拌和机以保证充分拌和。当加入松散纤维时,应使用单独纤维供给系统,使纤维能精确、均匀进入拌和机;添加的速率不局限于通常混合料生产速率,但任何时候不能在集尘室或者在返回的粉尘中发现纤维。

    (3) 热拌混合料贮存:当热拌混合料拌好不能立即使用时,必须有合适的贮存设备,贮存设备可以是平衡生产、运输和摊铺能力的卸料仓,或者是具有加热、绝热并有惰性气体的贮存仓,贮存时间由工程师根据实验室试验结果决定。SMA混合料在任何情况下不允许贮存过夜作第二天摊铺使用。

    7 运输设备

    运输设备与密级配混合料运输设备相同;如有必要,车厢应遮盖并绝热以保证运输到路上的混合料具有规定的温度。

    8 摊铺机

    摊铺机与密级配混合料摊铺机相同,它们应是自行,熨平板可调,能加热,能在整个车行道宽度摊铺和整平,用于完成计划规定的标准断面和厚度。

    摊铺机能以均匀速度进行满意的摊铺与压实,摊铺机能生产出均匀纹理的平整的路面。

    9 气候限制

    SMA应摊铺在干燥无冰冻的路面上,阴处气温和路床温度高于10℃。

    10 现有路面状况

    (1) 在SMA摊铺前,现有路面应用扫帚或其它批准方法清除松散和损坏的材料。

    (2)满足AASHTO M 140或M 208的乳化沥青透层油(SS-1、SS-1h、CSS-1、CSS-1h或类似材料)撒布在现有路面上以保证与罩面层完全粘结;沥青乳液与等量的水稀释,用量为0.23L/m2~0.45L/m2 。

    (3)现有路面损坏处,罩面层施工前应要求有热拌沥青混合料整平层以恢复适当的路面横断面。

    11 沥青混合料的控制

    承包商施工的SMA混合料应符合工地配合比(注:由配合比设计决定的标准配合比),并与目标值(标准配合比)的差值在允许偏差之内。矿料的工地配合比(施工筛分结果)与目标值(标准配合比)的允许偏差,对于19.0mm、12.0mm和9.5mm筛为±4%,对于4.75mm、2.36mm、0.6mm和0.3mm筛为±3%,对于0.075mm筛为±2%;沥青含量与目标值的允许偏差为±0.3%。

    12 摊铺与整平

    输送到摊铺机上的混合料温度不应低于143℃,在卡车倾倒混合料前应测量混合料温度。

    混合料应摊铺和整平以达到设定的坡度和标高。

    摊铺速度应适时调整以便有足够时间来进行压实操作和连续工作。

    13 压实

    在混合料摊铺和整平后,应用压路机立即进行彻底、均匀压实。

    (1)由于SMA混合料的性质,路面必须立刻碾压,压路机应是最小9t的钢轮碾。充气轮胎碾不得用于SMA。碾压方法能调整以达到规定路面密度, 压路机速度不超过5km/h,紧跟在摊铺机后面,压路机要在终碾温度116℃ 前消除所有轮迹并达到最小密度。承包商应用核子密度仪监测压实过程中的密度以保证达到最小要求压实度。

    (2)为了防止混合料粘压路机,有必要用水与少量洗衣粉和其它批准材料的混合物以保持滚轮适当湿润。

    (3)路面应压实到最大理论密度的94%。

    (4)一旦达到足够的工地密度,应停止压路机作业,过量的压实会引起沥青析出并填充到已压实的路表间隙中去。

    (5)在路面温度冷却到60℃或以下之前,不得开放交通。

    14 试验/实验路段

    试验路段至少长150m,应在工地外进行施工,以检验拌和厂过程控制、摊铺方法、SMA路面外形、压实方式和标定核子密度仪。

    6.2.4 随着高速公路的建设与快速发展,行车安全变得越来越重要,研究表明,路面抗滑特性是影响行车安全最重要的因素,特别是在潮湿多雨的条件下,提高路面抗滑性能尤为重要。我国的《公路沥青路面设计规范》虽然提出了对路面摩擦系数的要求,但这个指标只是基于选用较好材料的普通密级配沥青混合料上;《公路沥青路面施工技术规范》(JTJ 032)给出了矿料级配及沥青用量范围,但没有绘出具体的设计方法。

    美国联邦公路管理局(FHWA)于1990年12月制定了“升级配抗滑表层(OGFC)混合料设计方法”。所谓升级配抗滑表层(Open Graded Friction Courses),这是一种间断级配的混合料,空隙率约12%~15%,厚度约为20mm~25mm,要求采用优质耐磨材料,其主要功能是提供一个有较高抗滑阻力的表层,同时具有降噪,减少水漂、水溅、水雾、眩光等作用,为此,本规范把这种混合料称为开级配沥青表层。OGFC也存在着易老化、松散、水浸入造成早期破坏等不足,是一种很敏感的混合料,采用时要特别慎重。这里仅将FHWA的设计方法摘录如下,供参考:

    开级配抗滑表层(OCFC)混合料设计方法

    1. 0 材料要求

    定义

    粗集料——大于2.36mm筛孔的集料;

    细集料——通过2.36mm筛孔的集料;

    主集料—一通过9.5mm筛孔,留在4.75mm筛孔上的集料。

    1.1 集料

    应使用高质量、耐磨光,能提供和保持良好磨擦性能的集料。粗集料不能使用较纯石灰岩和易磨光的集料,粗集料中至少应有75%(质量比)的集料有两个破碎面,90%的集料有一个以上破碎面,洛杉矾磨耗损失(AASHTOT 96)不应超过40%。

    1.2 矿物填料

    适用于OGFC的矿物填料应满足AASHTO M 17或各州的材料标准规格。

    1.3 级 配

    建议的OGFC混合料级配如下:

    筛孔尺寸(mm) 通过百分比(质量比)

    12.5 100

    9.5 95~100

    4.75 30~50

    2.36 5~15

    0.074 2~5

    1.4 沥青

    建议使用 AC-20 等级沥青,即 AASHTO M 226表 2。当地区条件表明必要或能达到改善性能时,也可考虑使用其它等级沥青。

    1.5 沥青添加剂

    由于OGFC空隙大、易老化和水易浸入,使用添加剂可以改善抗剥落、延缓氧化(老化)或改善温度敏感性。公路部门常规使用的添加剂均可用于OGFC混合料;如果使用以前未用过的添加剂,应考虑试验特性并加以评价。不管哪种情况,使用添加剂必须是混合料设计的一个组成部分。

    2.0 原始资料

    2. 1 级配

    接受项目后,对每个集料源进行级配试验;如果矿物填料是单独的材料,为满足规范要求也应对矿物填料进行试验。分析级配结果以确定满足1.3节技术要求的工地配合比。

    2. 2 密度

    把每个集料源的粗、细集料分开,分别测定每个集料源粗、细集料的毛体积密度和机密度(SGa )。利用2.1节核实的资料,对建议的工地配合比,精确计算粗、细集料的毛体积密度(SGb);如果各集料源的毛体积密度相差较大,则根据集料质量进行的级配分析不能反映实际颗粒大小的分布,应改用体积比重新验证集料混合物的级配,以满足1.3节的要求。

    根据每个集料源主集料的比例和上面获得的密度数据,计算主集料的视密度(SGa)。

    2. 3 粘度

    进行沥青试验以确定是否满足AASHTO M 226的规定,用于温度-粘度数据的沥青胶结料应包括所有添加剂。

    件,本设计方法不需要测定毛体积密度。

    在49℃浸水4d后,测定抗压强度,除非允许,残留强度指标应不低于50%;否则,必要时应加抗剥落剂,提高粘附力以获得足够的残留强度。

    6.3 改性沥青混合料技术要求

    6.3.l 通常,使用符合“重交通道路石油沥青技术要求”的沥青制作改性沥青,用于延长高等级公路沥青路面的使用寿命,或改善、提高路用性能,或满足特殊使用目的时,应针对各种不同的使用目的,对改性沥青混合料进行相应的试验。用于改善或提高高温地区沥青路面的抗永久变形能力时,应进行高温车辙试验;用于改善或提高低温地区沥青路面的抗低温开裂能力时,应进行低温弯曲破坏试验;用于改善或提高潮湿多雨地区沥青路面的抗水损害能力时则应进行水稳定性试验。为此,本规范制订了相应的技术要求。

    6.3.2 “八五”国家重点科技项目(攻关)“道路沥青及沥青混合料路用性能的研究”专题的研究成果表明,现场所取沥青混合料样品经二次加热后,其动稳定度比新拌料要高得多,可达一倍以上。实际施工过程中,通常是在现场取样,绕远运回实验室已经冷却,再次加热成型造成沥青老化、硬化,使得沥青混合料的动稳定度大幅提高,提高的幅度与二次加热的时间、温度都有关系,目前尚无相应的试验方法或试验规程,在试验中也不好掌握。为此,本规范规定采用新拌料进行试验,可采取在拌和机出料口取样,做好详细记录,并立即成型的方法,以避免因改性沥青混合料二次加热造成试验结果不准确的问题。

    本规范采用了“八五”国家重点科技项目(攻关)“道路沥青及沥青混合料路用性能的研究”专题关于气候分区的研究成果,气候分区的规定如表14所示。

    沥青路用性能气候分区图如图1、图2所示。

    6.3.3 研究沥青混合料低温抗裂性能的方法很多,如温度应力试验、收缩系数试验、直接拉伸或间接拉伸试验、应力松弛试验、劲度模量试验、低温蠕变试验、断裂力学方法等,其试验结果可用于表征沥青混合料的低温抗裂性能。“八五”期间,“道路沥青及沥青混合料路用性能的研究”专题组按照试验方法与仪器设备简单、实用,试验结果能较好地反映沥青混合料的路用性能为基本原则,在对几种方法进行了研究、比较后,提出以低温弯曲蠕变试验的应变速率作为沥青混合料的低温抗裂性能指标。试验证明,这种方法对常规沥青混合料是合适的。但当用低温弯曲蠕变试验方法研究改性沥青混合料的低温性能时,分析了一些试验结果,发现这种试验方法对改性剂种类和改性剂剂量的变化都不够敏感,数据较为分散,而且相对来说由于荷载小,试验要求的精度也较高,而采用低温弯曲试验的破坏应变指标则稳定一些。为此,作为过渡,本规范规定采用低温弯曲试验的破坏应变指标作为改性沥青混合料的低温抗裂性能指标。

    路沥青及沥青混合料路用性能的研究”专题组在美国AASHTOT 283方法的基础上开发出来的。与美国的AASHTO T 283 方法相比,试件制作和试验条件均宽松一些,这有利于该试验方法的推广应用,其试验结果也能满足要求。 考虑到我国目前的技术水平和实用的需要,本规范只对改性

    沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性提出了技术要求;其余有关耐久性、抗老化、抗滑、抗磨耗、排水、降噪等,可参照国内、外有关规范或根据工程实际提出具体要求。

    7 改性沥青路面施工

    7 . 1 一般规定

    7. 1. 2 总的来说,改性沥青混合料路面的施工工艺,除了相对于改性剂、改性沥青和改性沥青混合料需要做的特殊工作,以及由于改性沥青粘度较高,各个工序的施工温度都应适当提高外,其余与普通沥青混合料路面相比并无显著区别。本规范在本章的有关条文规定,部分是为了强调,因而有所重复,部分是仅希望对《公路沥青路面施工技术规范》有所补益。

    7.1.3 多年的实践证明,沥青路面采用机械化施工比较能保证施工质量,实际上我国近年来修建的高速公路、一级、二级公路沥青路面基本上都是采用机械化施工。为了保证和提高改性沥青路面施工质量,促进沥青路面机械化施工进程,本规范规定改性沥青路面的整个施工过程都应采用机械化施工。

    7.1.5 实践证明,为确定沥青路面施工工艺与施工程序,采用铺筑试验路的方式是一个有效的方法。对于改性沥青来说,关键参数是各项施工温度。试验路段应考虑包括与实际工程类似的路面宽度、厚度、坡道、交叉路口等。

    试拌前,首先应根据沥青结合料的粘温特性确定拌和温度。试拌时,若在规定的拌和时间内不能拌和均匀,可适当延长拌和时间,必要时也可适当调整拌和温度,以达到拌和均匀的目的,但必须保证结合料不产生老化、影响混合料的质量。此外,在试拌过程中还应对拌和设备进行校准,以确保级配集料、填料、改性剂或沥青结合料称量准确,级配控制严格。

    试铺时,主要应确定摊铺温度、松铺系数和与运输、压实设备相适应的摊铺速度,同时应对机手进行培训或进行适应性训练,以保证混合料摊铺平整、厚度均匀。

    改性沥青混合料路面的压实是一道关键工序,试压的目的是为获得要求的压实度而制订适宜的压实工艺与压实程序。压实试验结束后应明确:

    1 混合料运达与摊铺时的温度;

    2 初压温度、复压温度和终压温度;

    3 压路机型号、质量、线压力、轮宽,轮胎压路机的轮重与气压;

    4 碾压时间;

    5 压路机类型组合;

    6 压路机振动频率与行走速度的组合;

    7 压路机的振幅;

    8 振动与静压两种方式的最佳碾压遍数;

    9 压路机宽度与路面宽度配合的适宜搭接宽度;

    10 环境条件。

    若试验路段的试验未达到规定目的时,应重新铺筑试验路,直到满足要求为止。

    7.2 施 工 准 备

    7. 2. 1 集料除应满足级配要求外,主要考虑集料贮存时应尽可能减少材料的离析和含水量。

    7.2.2 设备校验工作的重点在拌和设备与摊铺机,应对拌和设备对矿料级配、拌和温度和沥青用量的控制能力及控制精度,拌和时间和生产能力以及摊铺机对摊铺厚度、宽度、坡度的控制能力和控制精度,行走速度和初步整平压实能力等进行校验并进行必要的调整。

    7. 3 改性沥青混合料生产

    7.3.2 《公路沥青路面施工技术规范》(JTJ 032)规定,允许热拌沥青混合料贮存时间不超过72h。由于改性沥青的粘度较高,相应的改性沥青混合料的工作温度也比较高,高温和长时间贮存可能加速沥青及改性剂的老化,故本规范建议改性沥青混合料的贮存时间不宜超过24h,同时对容许的温降均作了限制。

    7. 3. 3 当采用将胶乳直接喷入拌和机的方法生产改性沥青混合料时,由于胶乳粘度大,易挂壁、结块、堵塞管道,造成计量不准确,需随时进行标定。标定时可在胶乳喷管头部连接一根旁通管,改换一下节门,用容器接装一次喷射的胶乳量并称重;不符合要求时,可适当调整胶乳喷射时间,若仍不能解决问题,则必须对管道进行清理,以满足对胶乳喷射量的要求。

    7. 4 改性沥青混合料运输

    7.4.2 美、英等国规定,在运输沥青混合料时,不允许使用柴油等石油制品作为防粘剂。考虑到采用油水混合液作为防粘剂在我国是一种传统的做法,且《公路沥青路面施工技术规范》也允许使用,因此本规范保留了这一方法。

    7.4.3 在用卡车装载改性沥青混合料的过程中,如果不移动卡车,混合料中的粗料将滚向四周,从而在摊铺时出现粗料斑和明显的路面纹理不均匀的现象,故本规范建议采用多次移动卡车装料的方法以改善这一不足。为使装料均匀,分次装料一般以奇数次为宜,一车料最少应分三次装载。首先将料放于车厢的前部,然后移动运料车,将料放于车厢的后部,最后再移动运料车,使余下的料在车厢的中部均匀分装。

    7. 4. 4 通常,当拌和厂距施工现场不远时,沥青混合料运至现场温度不会下降太多,但为防止运输途中的污染和下雨降温等情况,本规范规定改性沥青混合料在运输时应用篷布遮盖。

    7. 5 改性沥青混合料摊铺

    7. 5. 2 《公路沥青路面施工技术规范》对沥青混合料的摊铺作了详细、明确的规定,考虑到连续、均匀、不间断的摊铺是保证路面平整的关键,因此,本条予以强调。

    还未碾压就形成接缝两边高程一样或成为一个斜坡,使最终压实达不到要求。此外,将多余的混合料抛撒在未压实的热混合料上会改变路表面的纹理结构,这也是应该避免的。

    美国联邦公路局编写的“Hot-Mix Bituminous Paving Manual”对纵向缝提出了三种碾压方法:第一种方法是用静载钢轮压路机先从已压实的路面这边开始碾压,搭接宽度为15cm;第二种方法是用振动压路机从未压实的这边开始,搭接宽度也是15cm;第三种方法也是用振动压路机从未压实的这边开始,但不搭接,而是留一约7.6cm宽的部分,然后用静载钢轮压路机压实留下的这部分。

    分析认为,当首先从热混合料这边开始碾压时,压路机的质量主要由未压实的热混合料部分承受,并产生一个把混合料向接缝区挤压的力,从而获得较好的压实效果;而若首先从已压实的冷混合料这边开始碾压时,接缝区的压实度将比先从热混合料这边开始碾压低l%~2%。但这种碾压顺序与《公路沥青路面施工技术规范》建议的方法不一样,需要进一步试验、观察、总结,本规范不作具体规定。

    7. 7. 2 横向缝

    设置平接缝时可采用如下两种方法:

    1 挡板法:在接缝处放置与已压实路面等厚的挡板,挡板应具有足够的宽度和长度,且平直无翘曲,接缝处的压实操作与一般路面相同。

    若采用较窄的挡板来设置平接缝时,应在挡板外端堆放混合料,并形成一个斜面。这种方法除同样要求挡板厚度与已压实的路面相同外,也必须平直无翘曲。

    采用挡板法时不会损坏接缝面的集料,一般可无须再对接缝进行处理。但应注意避免挡板松动,从而造成接缝不整齐,压实不足。

    2 切割法:采用切割机在需要设置平接缝的位置直接切割成缝,这种方法施工简单、方便,也是一种最常用的方法。但应控制进刀深度,特别是表面层施工切缝时,应避免在下层产生锯缝。

    采用切割法会切到接缝位置的集料,接续施工前需要对接缝面进行清洗、干燥及涂刷粘层沥青等处理。

    设置斜接缝时,可先用经处理过的纸,如建筑用纸或屋面油毡覆盖在接缝处,纸的长度约为1m,宽度与摊铺的车道宽相等,上面再临时堆放一些热混合料;当重新接续施工时,取掉所盖的混合料和纸,再摊铺新的混合料。

    若用砂或其它粉料代替隔离纸,可能因难于完全清除而形成一个滑动面,因此是不合适的。

    设置斜接缝有两个优点:一是压路机容易碾压,不会造成圆边,压实度也高;二是铲动的混合料较少。缺点是接续施工时必须清除临时堆放的废混合料,造成了一定浪费。

    对于斜接缝,用轮胎压路机可以获得较高的压实度。

    在横向接缝处重新摊铺混合料时,为使接缝处的路面厚度和密度都能满足要求,需要在整平板下放置适当厚度的垫板,其厚度根据沥青混合料松铺系数确定。一般来说,对于宽度为5m的整平板,在整平板下至少应放置三条垫板;若整平板宽度大于5m,则至少应放置四条垫板。对于具有液压延伸的整平板,主整平板下至少应放置三条垫板,延伸部分放置两条垫板。

    如果接缝处的摊铺施工方法正确,清缝时需要刮除的混合料就很少,而且松铺厚度也会合适。应避免在清缝时减少新铺混合料厚度的倾向。

    8 施工质量管理

    8.0.1 改性沥青混合料路面施工前、施工中、竣工后的质量管理与检查,除了本规范条文中的有关规定外,其余均与普通沥青混合料路面相同,本规范未再重复。

    8.0.2 改性沥青混合料的性能在很大程度上取决于改性沥青的性质,因此,对于路面施工质量的管理,除了《公路沥青路面施工技术规范》所规定的以外,本规范对不同类型的改性沥青规定了不同的检测项目,这些项目与改性沥青技术要求的指标相对应。由于离析试验需要的时间较长,不能用来进行改性沥青的均匀性检测,故规定采用显微镜观察作为替代方法。

    8.0.6 通常,检查沥青路面的压实度大多采用钻芯取样的方法。对于改性沥青路面,也应采用钻芯取样法进行质量管理。只有当改性沥青的粘度比较高,路面施工中或竣工后,钻芯取样比较困难,钻取的试件或者已损坏、或者变形、或者根本就取不出来时,才容许采用增加核子密度仪的检测数量、范围和频度的方法来进行压实度检测。

    8.0.7 由于PE不溶于工程上常规使用的三氯乙烯溶剂,因此,在用抽提试验方法检查PE改性沥青混合料中的结合料含量时,应扣除PE的剂量。


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