降噪路面建設(shè)橡膠改性瀝青混凝土應(yīng)用
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摘要：在綠色環(huán)保理念下的市政建設(shè)領(lǐng)域，對(duì)路面降噪功能提出了新的需求，采用橡膠瀝青+間斷級(jí)配混合料成為降噪路面建設(shè)的首選方案。復(fù)合橡膠瀝青兼具SBS聚合物改性瀝青和傳統(tǒng)橡膠瀝青的良好路用性能。針對(duì)哈爾濱安陽路高架橋橋面鋪裝項(xiàng)目采用抗裂型復(fù)合改性瀝青SMA-13瀝青混凝土，添加聚酯纖維代替?zhèn)鹘y(tǒng)的木質(zhì)素纖維，在哈爾濱地區(qū)-10℃氣溫下，添加APTL橡膠瀝青專用溫拌劑，同時(shí)提升混合料拌合、攤鋪及碾壓溫度，保障混合料壓實(shí)孔隙率。成型路面噪音與同路段其他路面相比降低3分貝以上。
關(guān)鍵詞：降噪路面；復(fù)合改性；橡膠瀝青；低溫施工
1研究背景
隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)和城鎮(zhèn)化水平的日益提高，社會(huì)各界對(duì)道路橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施工程的建設(shè)質(zhì)量和使用功能提出了更高的要求。隨著城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，越來越多的老城區(qū)進(jìn)行改擴(kuò)建，高架橋交通疏解工程建設(shè)的增加，對(duì)傳統(tǒng)瀝青路提出了諸如抗車轍、環(huán)保、降噪、除冰雪等更多的使用功能要求，尤其對(duì)橋面鋪裝層的降噪功能提出了更高的要求。因此，針對(duì)降噪瀝青混凝土路面材料的研究越來越多的成為道路設(shè)計(jì)工作者的工作方向。
2技術(shù)方案設(shè)計(jì)
使用特殊的道路建設(shè)材料和道路結(jié)構(gòu)鋪筑降噪路面，是降低道路噪聲的有效手段之一。目前國內(nèi)實(shí)現(xiàn)道路鋪裝層低噪聲可分為三個(gè)方向，一是采用多空隙OGFC透水瀝青混凝土路面，二是采用小粒徑超薄瀝青混凝土路面，混合料公稱粒徑通常為9.5mm，鋪裝厚度一般為2cm-2.5cm，三是采用橡膠瀝青路面技術(shù)。由于東北地區(qū)特殊氣候環(huán)境和冬季器械除冰雪等特點(diǎn)，多空隙瀝青混凝土路面在凍融循環(huán)的作用下，容易出現(xiàn)脫落、破損等早期損害。哈爾濱地區(qū)年平均降雨量一般在500mm-600mm，在低降雨條件下，多空隙瀝青混凝土路面空隙會(huì)逐年被堵塞，進(jìn)而逐步喪失空隙吸收的效果，因此并不適用于哈爾濱地區(qū)。與其他路面材料相比，橡膠瀝青混凝土路面具有更好的高、低溫路用性能，更優(yōu)異的耐久性和抗疲勞性能；由于其高黏度高回彈的特質(zhì)，橡膠瀝青路面在降噪效果上，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于其他結(jié)構(gòu)的路面。通過對(duì)哈爾濱地區(qū)在2011年左右修筑的多條橡膠瀝青路面進(jìn)行道路檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，在未經(jīng)過大規(guī)模養(yǎng)護(hù)的情況下橡膠瀝青混凝土路面與同一時(shí)期修筑的普通SBS改性瀝青路面相比，未出現(xiàn)明顯的車轍、裂縫、坑槽等病害，同時(shí)行車舒適度及道路噪聲也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他路面。因此綜合各方面因素，在安陽路高架橋降噪路面項(xiàng)目中采用橡膠瀝青混合料作為橋梁面層鋪裝材料。
3原材料技術(shù)指標(biāo)
3.1瀝青膠結(jié)料的選擇
目前橡膠瀝青根據(jù)生產(chǎn)工藝及路用性能主要分為廢胎膠粉橡膠瀝青、改性膠粉橡膠瀝青和聚合物膠粉復(fù)合改性瀝青三大類。針對(duì)這三種不同工藝的橡膠瀝青進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，聚合物膠粉復(fù)合改性瀝青采用SBS等聚合物+橡膠粉共同對(duì)瀝青進(jìn)行改性，其高溫性能和低溫性能均遠(yuǎn)超過常規(guī)的膠粉改性橡膠瀝青和聚合物改性瀝青，兼具SBS改性瀝青良好的低溫延度的同時(shí)（5℃延度超過30cm，與聚合物改性瀝青性能接近），通過SBS與橡膠顆粒的復(fù)配大幅度地提升了瀝青的高溫性能，使改性瀝青的軟化點(diǎn)可以超過75℃。同時(shí)與傳統(tǒng)的橡膠瀝青相比，離析軟化點(diǎn)差可以控制在3℃以內(nèi)，確保了不會(huì)由于橡膠瀝青的離析分層使混合料路用性能產(chǎn)生波動(dòng)變化。綜合考慮不同材料路用性能差異，項(xiàng)目最終選用北京中石油燃料油研究院研發(fā)的第四代抗裂環(huán)保型聚合物膠粉復(fù)合改性瀝青作為首選方案。
3.2纖維選擇
SMA瀝青瑪蹄脂碎石混合料中通常采用的是木質(zhì)素纖維，這種纖維除能夠吸附自由瀝青增加油膜厚度外，對(duì)SMA混合料各項(xiàng)路用性能提升效果不明顯，而且與聚合物纖維相比，木質(zhì)素纖維在混合料中分散性較差，容易由于拌合分散效果不好造成路面油斑現(xiàn)象。為了進(jìn)一步增加SMA混合料高溫抗車轍與低溫抗裂性，最終采用聚丙烯晴纖維代替?zhèn)鹘y(tǒng)的木質(zhì)素纖維。
4混合料設(shè)計(jì)級(jí)配優(yōu)選
4.1配合比設(shè)計(jì)優(yōu)選
針對(duì)復(fù)合橡膠瀝青特性和橋面工程瀝青混合料攤鋪壓實(shí)特點(diǎn)，項(xiàng)目級(jí)配針對(duì)2.36關(guān)鍵篩孔通過率，分別選擇了18、21、24三種不同通過率混合料性能試驗(yàn)，通過對(duì)粗集料骨架間隙率VCAmin、礦料間隙率VMA、瀝青飽和度VFA、混合料孔隙率等多個(gè)指標(biāo)的綜合分析，最終采用了更接近SMA上限的級(jí)配曲線，2.36mm篩孔通過率取25%，4.75mm篩孔通過率取值32%。
4.2礦粉用量
SMA-13通常采用10%以上礦粉用量，以確保更高的瀝青用量，而采用聚合物復(fù)合瀝青的SMA混合料，由于瀝青的超高粘度特性，可以在相對(duì)較低的礦粉用量下（復(fù)合改性SMA-13的礦粉用量采用8%），仍然確保較高的瀝青用量而不產(chǎn)生自由瀝青。通過對(duì)膠粉聚合物復(fù)合改性瀝青AR-SMA-13析漏實(shí)驗(yàn)，在瀝青含量達(dá)到6.8%后，析漏實(shí)驗(yàn)結(jié)果為0.08%，符合設(shè)計(jì)規(guī)程要求。
4.3混合料技術(shù)指標(biāo)
項(xiàng)目采用馬歇爾方法進(jìn)行膠粉聚合物復(fù)合改性瀝青AR-SMA-13混合料的配合比試驗(yàn)，最終確定的瀝青混合料最佳瀝青含量為6.5%。混合料路用性能指標(biāo)詳見表1。采用環(huán)?？沽严鹉z瀝青的AR-SMA-13混合料高溫抗車轍性能達(dá)到9000次/mm以上，甚至超過了部分摻加高模量抗車轍劑的改性瀝青混凝土指標(biāo)，而且低溫彎曲破壞應(yīng)變指標(biāo)也能達(dá)到3240，并未出現(xiàn)一般摻加抗車轍瀝青混凝土常見的高溫抗車轍指標(biāo)高，低溫抗裂性差的現(xiàn)象。
5低溫施工質(zhì)量控制
項(xiàng)目施工季節(jié)為10月底至11月初，混合料生產(chǎn)和攤鋪施工時(shí)氣溫為5℃至-10℃。由于SMA混合料本身具有高礦粉用量、高瀝青含量和摻加纖維材料的特點(diǎn)，混合料自身粘稠度高，而且在冬季低溫氣候下，運(yùn)輸、攤鋪及碾壓過程如果混合料降溫過快，路面更加難以壓實(shí)。由于橡膠瀝青中橡膠顆粒吸附瀝青中的飽和酚和芳香分等軟質(zhì)成分，因此具有遠(yuǎn)超普通改性瀝青的抗老化特性，針對(duì)橡膠瀝青的特點(diǎn)，在生產(chǎn)過程中提高了混合料各項(xiàng)溫度，復(fù)合改性瀝青加熱溫度提升至190~195℃，AR-SMA-13混合料拌合出料溫度控制在190℃~195℃之間。通過對(duì)多輛混合料運(yùn)輸車的跟蹤觀測(cè)，在室外氣溫接近-10℃的條件下，50噸運(yùn)輸車在5小時(shí)的等待時(shí)間內(nèi)，混合料的平均溫度下降15℃±3℃，攤鋪時(shí)溫度可以達(dá)到175℃，碾壓溫度可以達(dá)到155℃，滿足聚合物復(fù)合改性瀝青混合料施工溫度要求。
6使用效果分析
（1）抗裂環(huán)保聚合物復(fù)合改性瀝青，由于生產(chǎn)過程添加脫硫化效果更好，同時(shí)添加抑制有害物質(zhì)排放的添加劑，因此與普通橡膠瀝青相比，在混合料較高溫度情況下，有害氣體的排放量顯著降低，對(duì)施工人員身體健康和環(huán)境的影響更低。（2）采用聚合物橡膠復(fù)合改性瀝青混合料，生產(chǎn)、運(yùn)輸及施工的溫度要求高于普通改性瀝青混合料10℃-20℃；在采用安邁-4000型設(shè)備生產(chǎn)條件下，由于復(fù)合改性瀝青的高粘度特性，生產(chǎn)效率與傳統(tǒng)SMA混合料相比，生產(chǎn)時(shí)間增加10%左右，通常情況下每小時(shí)產(chǎn)能約為180噸。（3）與普通路面相比，采用聚合物復(fù)合改性橡膠瀝青修筑的降噪路面，顏色觀感更黑，在噴涂完白色道路標(biāo)志標(biāo)線后，道路呈現(xiàn)更好的層次感和更好的感官舒適感。（4）采用聚合物復(fù)合改性橡膠瀝青修筑的降噪路面，與采用普通改性瀝青材料的同一路段相比，路面噪聲平均下降了3-5分貝，相當(dāng)于交通量降低60%或車速下降50%帶來的噪聲降低。
7結(jié)束語
在日趨增大的功能性路面需求下，升級(jí)型的抗裂環(huán)保聚合物橡膠復(fù)合改性瀝青混合料兼具環(huán)保低溫和出色的路用性能，在北方地區(qū)的城市建設(shè)中具有良好的推廣前景。
參考文獻(xiàn)：
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作者：魏翰超 賀丹 侯宇星 單位：黑龍江省中信路橋材料有限公司