蔺凤宇

（天津市国腾新立公路工程试验检测有限公司，天津 300000）

胶粉改性沥青采用废旧轮胎加工成的废胎胶粉作改性剂，由于废胎胶粉主要成分橡胶类物质的弹性较好，以它为改性剂加工而成的胶粉改性沥青弹性和黏度高，在施工过程中会存在不易压实、施易性较差的问题，特别是当施工温度控制不良、压实工艺不合理时，胶粉改性沥青混合料的压实度很难保证。为此，本文结合天津市唐津高速公路改扩建工程，通过室内和现场试验，开展胶粉改性沥青混合料有效压实温度与合理压实工艺的相关研究，确定适用于胶粉改性沥青路面的压实温度和压实工艺，最终用于指导施工。

1 试验方案

1.1 室内试验

通过室内试验研究胶粉改性沥青混合料的有效压实温度。采用山东滨州产胶粉改性沥青，废胎胶粉掺量为18%、细度为60～80目，各项检测指标见表1。

表1 胶粉改性沥青各项指标检测结果

续表1

沥青混合料采用Superpave 方法进行设计，见表2和表3。

表2 沥青混合料级配组成

表3 配合比设计成果及路用性能验证

1.2 现场试验

通过现场试验研究胶粉改性沥青混合料的合理压实工艺。采用JDC-3 型建筑电子测温仪（即温度传感器）实测不同压实条件下，胶粉沥青混合料的内部温度[1]。见图1。

图1 测温仪布设位置

2 试验结果分析

2.1 室内试验

2.1.1 有效压实温度

首先设定初压温度，之后以10 ℃为步长，逐渐降低成型温度制备试件，测试试件密度、计算以空隙率为代表的体积参数，得到成型温度与空隙率之间的关系曲线。对于胶粉改性沥青而言，初压温度设定为170 ℃，沥青混合料的设计空隙率为4%，考虑到压实度≮98%的要求，现场空隙率应≤6%。见图2。

图2 胶粉改性沥青混合料成型温度与空隙率关系曲线

由图2可知：随着成型温度的降低，空隙率逐渐增大；当成型温度为120～170 ℃时，空隙率表现为缓慢增长；而当成型温度由120 ℃下降至110 ℃时，空隙率陡增。

为量化分析成型温度与空隙率关系，根据图2 数据计算每降低10 ℃时空隙率的增加量，见表4。

表4 胶粉改性沥青混合料成型温度与空隙率变化量

由表4 可知：当成型温度为140～170 ℃时，每降低10 ℃、空隙率增加量仅为0.2%，变化幅度很小，这说明，在该温度区间内压实成型的沥青混合料，压实效果没有太大差别；当成型温度为120～140 ℃时，每降低10 ℃，空隙率增加量为0.4%～0.5%，变化幅度明显大于前一温度区间，此时，虽然压实后沥青混合料仍满足空隙率≤6%的要求，但不同温度下沥青混合料的压实效果已经出现了一定程度的差别；当成型温度由120 ℃下降至110 ℃时，空隙率增加量为3.8%，空隙率急剧增大，而且在该温度区间内压实的沥青混合料空隙率＞6%，已不能满足相关技术要求。

空隙率为6%时的成型温度临界点约为120 ℃，当施工温度低于该数值时，胶粉改性沥青混合料的压实效果较差，无法达到设计施工要求。该临界点即为终压完成时的控制温度，一般也称为有效压实温度[2]。

已有研究表明[3～6]，沥青混合料温度越高、压实效果越好。因此，为保证良好的压实度，在施工中应尽量在140～170 ℃阶段完成初压工序并开始1～2 遍复压。

2.1.2 有效压实时间

沥青混合料在有效压实温度范围内成型，才能保证其良好的压实效果[7]。根据试验结果，胶粉改性沥青混合料的有效压实温度不能低于120 ℃，故可采用该温度来确定混合料的有效压实时间。见图3和图4。

图3 不同施工日期中面层SUP-20混合料压实温度变化

图4 不同施工日期表面层SUP-13混合料压实温度变化

由图3 和图4 可知，沥青混合料从摊铺结束到温度降至 120 ℃，中面层 SUP-20 共用时 30～36 min，表面层SUP-13 共用时24～29 min。由于SUP-13 的厚度比SUP-20 薄，与外界温度交换速率快、降温速度也较快，导致其有效压实时间明显小于SUP-20混合料。综合考虑现场施工的变异性和统计规律，可确定两种胶粉改性沥青混合料的有效碾压时间，分别为：中面层 SUP-20 混合料为 30～35 min、表面层 SUP-13 混合料为 25～30 min[8～10]。

2.2 现场试验

2.2.1 压路机合理组合方式

选择两种压路机组合方式进行对比。其中：碾压方式I 为初压采用钢轮压路机碾压3 遍，复压采用胶轮压路机碾压3遍，终压采用钢轮压路机碾压2遍，共8 遍；碾压方式II为初压第1 遍采用钢轮压路机碾压1遍、第2遍采用胶轮压路机碾压1遍，复压采用钢轮压路机和胶轮压路机交替碾压各2 遍、终压采用钢轮压路机碾压2遍，共8遍。

试验时，保证两种碾压方式的初压温度相同、终压结束时沥青混合料的温度高于120 ℃[11]。见图5。

图5 不同组合方式下胶粉改性沥青混合料压实温度与时间关系

由图5 可知：采用碾压方式II 的沥青混合料降温速率较慢，混合料从摊铺完成到温度降至120 ℃，共用时约28 min，比碾压方式I 增加了近5 min，有效碾压时间明显延长，有利于胶粉沥青混合料的压实成型，压实效果较好。分析原因主要是由于碾压方式I的前3 遍压实均采用钢轮压路机，钢轮洒水隔离时，路面降温较为明显，热量散失较快；而碾压方式II 从第2 遍压实开始即使用胶轮压路机，不存在洒水隔离的问题，与碾压方式I 相比，路面的热量损失小，路面降温不显著，而且胶轮压路机的搓揉作用在温度较高时效果最好，混合料的压实度容易保证。可见，对于高黏、高弹的胶粉改性沥青而言，采用碾压方式Ⅱ较为合理。

2.2.2 合理碾压长度

合理安排压路机数量、选定压路机的合理碾压速度，通过计算得到合理的碾压长度。见表5。

表5 路面施工中常用的压路机碾压速度 km/h

根据有效压实时间与碾压方式，可以计算出不同混合料的合理碾压长度。计算结果为：中面层SUP-20 混合料合理碾压长度为25 m、表面层SUP-13 混合料合理碾压长度为 20 m[12～13]。

3 结论

1）有效压实温度不能低于120 ℃。

2）中面层SUP-20 混合料有效碾压时间为30～35 min、表面层SUP-13 混合料有效碾压时间为25～30 min。

3）压路机合理组合方式：初压第1 遍采用钢轮压路机紧跟摊铺机高频低幅、去振回振碾压（2 min 内完成），初压第二遍采用胶轮压路机紧跟钢轮压路机碾压，复压采用钢轮压路机和胶轮压路机交替碾压，终压采用钢轮压路机收面。碾压总遍数控制在8～10遍。当气温偏低风速较大时，初压第1 遍可采用胶轮压路机碾压。

4）合理碾压长度：中面层SUP-20 混合料合理碾压长度为25 m，表面层SUP-13 混合料合理碾压长度为20 m。

本文所提出的胶粉改性沥青路面合理压实工艺，有利于保证路面压实效果，从而提高工程质量。