概述
硅藻土主要是由硅藻 (一种单细胞的水生藻类) 遗骸和软泥固结形成的沉积矿, 除去与硅藻土共生的粘土、石英砂等杂物之后, 将硅藻聚集纯度达92%以上的硅藻土称作硅藻精土。国内外各专家、学者通过大量的室内及工程项目应用实践研究, 将硅藻精土代替部分矿粉应用于沥青混合料中, 沥青混合料能体现出较好的高温稳定性与低温抗裂性能, 尤其是沥青混凝土路面的高温稳定性能有很大的提高, 沥青混凝土路面的抗车辙能力也得到了大幅度提升。
一、硅藻精土改性沥青混凝土路面在项目中的应用
近年来, 江苏省农路提档升级工程项目在全省全面铺开, 南京市高淳四园至港口农路工程就是提档升级中的工程项目。该工程全长5.0km, 提档升级前其中一段为砂石路面另一段为4m宽的水泥混凝土路面, 在道路K2+100~K3+100段内有小型的黄砂码头, 重载车辆较多, 交通量大, 该段内的原有的水泥混凝土路面破损较严重。按照农村公路提档升级“白改黑”的要求, 提档升级后的道路路面面层为6cm AC-16普通沥青混凝土路面。工程设计中采用的沥青为普通道路石油沥青70号, 普通道路石油沥青70号A级软化点的技术要求不小于46℃, 因高淳区的气候属于夏炎热冬温潮湿类型的区域, 夏季连续高温的天数较多, 高温时沥青路面的地表温度达50多摄氏度, 所以存在普通沥青软化点偏低, 沥青路面高温稳定性差, 随着乡村汽车保有量的逐年增多, 普通沥青路面在夏季高温时易产生车辙、拥抱等早期病害。结合上述情况, 取得建设单位同意后, 选择该项目中K2+100~K3+100段 (黄砂码头段) 内试用硅藻精土改性沥青混凝土进行施工, 以考察硅藻精土改性沥青混凝土路面的路用性能。
二、硅藻精土的技术指标
硅藻精土的化学成分主要是Si O2, 含有少量的A12O3、Fe2O3、Ca O、Mg O、K2O、Na2O、P2O5和有机质。其中Si O2通常占80%以上, 最高可达94%。硅藻精土具有空隙率高、比表面积大、吸附性强、质轻、隔热、耐磨、热传导低、无毒、无污染等特性。添加于沥青混凝土中的硅藻精土其技术指标能满足表1的技术指标要求。
三、硅藻精土改性沥青混凝土配合比设计
1、原材料
用于硅藻精土改性沥青混凝土中所使用的各种粗集料、细集料、填料、沥青, 其质量均应满足JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》中的各项技术指标要求, 硅藻精土应满足JC/T 414《硅藻土及其试验方法》中的技术指标要求。
2、热拌沥青混合料的目标配合比设计
硅藻精土改性沥青混合料的配合比设计与普通热拌沥青混合料配合比设计相比, 区别主要在于确定硅藻精土的最佳掺量以及相应的最佳沥青油石比。
2.1不掺加硅藻精土普通沥青混合料配合比设计
根据JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》中附录B热拌沥青混合料配合比设计方法, 首先进行不掺加硅藻精土的普通热拌沥青混合料的目标配合比设计, 完成普通热拌沥青混合料的目标配合比设计后, 再对矿料级配进行优化并最终确定最佳沥青的用量OAC。
2.2硅藻精土最佳掺配比例的确定
参照以往工程案例实践中的经验数据, 拟定不同掺配比例的硅藻精土, 通过与沥青混合料试配后, 检测硅藻精土改性沥青混合料各项技术指标, 选择马歇尔稳定度符合规范和图纸及设计技术指标要求且数值最高的一组硅藻精土掺量, 确定为硅藻精土最佳掺配比例。本工程项目中以硅藻精土掺配量为沥青用量的8%为起配点, 采用间隔+2%, 拟定5种硅藻精土掺配量, 保持最佳沥青用量和集料用量不变, 用硅藻精土代替同等质量的矿粉进行拌和制件, 对每种掺量的硅藻精土改性沥青混合料试件进行检测各项体积指标与物理力学指标, 通过检测本工程项目中最终确定硅藻精土掺量为沥青用量的12%为硅藻精土的最佳掺配比例。
2.3硅藻精土改性沥青混凝土配合比设计
硅藻精土改性沥青混凝土目标配合比设计:根据JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》中附录B热拌沥青混合料配合比设计方法, 首先进行未掺加硅藻精土的沥青混合料目标配合比设计, 确定出最佳沥青用量及各矿料级配。保持最佳沥青用量、集料用量不变, 用不同掺配比例的硅藻精土替代等质量的矿粉用量拌制混合料进行制件, 检测其各项物理与力学指标。通过检测选择马歇尔稳定度符合规范和图纸及设计技术指标要求且数值最高的一组硅藻精土掺量确定为硅藻精土最佳掺配比例。以此确定硅藻精土改性沥青混凝土配合比。
2.4硅藻精土改性沥青混合料生产配合比设计
取最佳沥青用量OAC±0.3%, 按照JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》附录B热拌沥青混合料配合比设计方法, 拌制3种不同沥青用量试样, 进行马歇尔试验, 最终确定硅藻精土改性沥青混合料生产配合比的最佳沥青用量。
2.5硅藻精土改性沥青混合料的生产配合比验证
根据硅藻精土改性沥青混合料生产配合比中取得的各项技术数据, 进行硅藻精土改性沥青混合料的试拌、铺筑试验路段, 并取样进行硅藻精土改性沥青混合料的马歇尔稳定度试验, 检测其体积指标及物理力学性能, 同时对现场施工的路面及时进行质量检测, 验证硅藻精土改性沥青混合料各项技术指标及施工工艺的可行性, 最终确定硅藻精土改性沥青混合料的生产配合比。
四、不参加硅藻精土沥青混合料与硅藻精土改性沥青混合料的技术指标对比
对不参加硅藻精土的普通沥青混合料与硅藻精土改性沥青混合料分别制件, 对其相关物理力学及体积指标进行室内检测, 相关检测数据结果如下表:
通过分别对两种沥青混合料进行马歇尔稳定度试验、浸水马歇尔试验和车辙试验, 得出两组试验数据并进行对比分析, 得出掺加硅藻精土后的沥青混合料的强度及水稳定性能都有一定的提高, 尤其是抗车辙能力提高了近50%。
五、硅藻精土改性沥青混凝土路面施工
5.1施工前准备
5.1.1各种原材料的堆放场地, 应做好排水及防雨的措施, 各种材料的名称、规格等标识清楚。
5.1.2硅藻精土改性沥青混合料在正式开工前, 首先应把好各种原材料的进场质量关, 不满足规范、设计图纸中规定的指标要求的, 一律不得进场。
5.1.3硅藻精土改性沥青混合料在铺筑前, 应检查下承层的质量情况, 下承层不满足设计及规范要求时不得进行铺筑沥青面层。
5.1.4硅藻精土改性沥青混合料在铺筑前, 应对拌合楼、压实机械、摊铺机械等进行调试, 并检查标定机械设备的技术性能及相关的技术参数等。
5.2混合料的拌制
硅藻精土改性沥青混合料的拌制宜采用间歇式拌和机拌和, 硅藻精土和矿粉同步加入, 可采用专用喷吹设备添加, 也可采用人工手动添加。硅藻精土改性沥青混合料拌和时间比普沥青混合料湿拌时间增加 (3~5) s, 并以沥青均匀裹覆集料为度。
5.3混合料的运输
拌制好的硅藻精土改性沥青混合料宜采用大吨位的自卸汽车进行运输, 运料车在装料前, 车厢应清洗干净, 在车厢内侧和底板上涂刷一层隔离剂或防粘剂, 严禁使用柴油或汽油作为隔离剂或防粘剂。运料车进入施工现场, 轮胎必须保持干净。若到现场的沥青混合料不能满足规范及图纸中规定的要求, 不得进行铺筑。
5.4混合料的摊铺
硅藻精土改性沥青混合料应采用履带式的沥青摊铺机进行摊铺, 摊辅前受料斗应采用薄层隔离剂或防粘剂涂刷, 严禁采用柴油或汽油作为隔离剂或防粘剂。摊铺机在摊铺过程中应缓慢、均匀、连续不间断地摊铺。摊铺机摊铺速度的控制应按照JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》中规定的要求进行控制。
5.5压实及成型
通过铺筑试验路段得到的压路机组合方式及初压、复压、终压的碾压控制指标, 在工程正式施工前应经分析并选择最合理的碾压方式, 达到最佳的碾压效果。压路机应按照要求控制的速度匀速碾压, 不应突然改变方向而使沥青混合料产生推移, 压路机两端的折返位置不得在同一断面上, 应随摊铺机的前进而向前推进。
5.6开放交通
碾压完成的硅藻精土改性沥青混合料路面, 应等待路面完全自然冷却, 其表面的温度不高于50℃时, 方可开放交通, 硅藻精土改性沥青混合料路面不宜进行洒水冷却。
5.7交工验收阶段的工程质量检查与验收
硅藻精土改性沥青混合料路面交工验收阶段的工程质量检查与验收参照JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》中11.5条及JTG F80/1-2004《公路工程质量检验评定标准第一册土建工程》执行。
结论
南京市高淳区四园至港口公路改造工程中K2+100~K3+100硅藻精土改性沥青混合料沥青路面试验段, 经过了几年的通车运行检验, 经历了几个夏季高温和冬季低温季节后, 目前该工程项目的沥青路面状况各方面都比较好, 未出现裂缝、坑槽、车辙、拥抱等其他的路面病害。通过对硅藻精土改性沥青混合料试验段的物理力学及体积指标评价分析, 可得出以下结论:硅藻精土改性沥青混合料的马歇尔稳定度、浸水马歇尔稳定度以及残留马歇尔稳定度的技术指标参数均高于不掺加硅藻精土的普通沥青混凝土的技术参数, 通过工程应用表明硅藻精土改性沥青混凝土路面有良好的路用性能, 其强度、抗水损能力、抗车辙能力都表现出良好的路用的性能。综上, 硅藻精土加入沥青混合料中, 能较好的改善沥青混凝土的路用性能, 其中改善路面的抗车辙性能尤为突出, 延长了公路的使用寿命, 降低了公路维护成本, 试验段的数据及应用情况对进一步在省内推广使用具有借鉴作用。
摘要：为考察硅藻精土在沥青混凝土路面的适用性, 首先对硅藻精土应用于沥青混合料路面中应用背景进行了阐述, 并结合应用工程项目分析了硅藻精土掺入沥青混合料中的配合比设计流程, 及施工中通过检测得到相应的技术参数, 通过对相关技术数据分析得出硅藻精土改性沥青混凝土路面有良好抗水损害能力及高温稳定性, 在省内道路施工中具有一定的推广意义。
关键词：硅藻精土,沥青混凝土路面,应用
参考文献
[1] 蒋玲, 候宜合, 张少兵.硅藻精土改性沥青混凝土的应用研究[J].中外公路, 2015 (8)
[2] 《硅藻精土改性沥青混合料施工技术规范》DB32/T 2619-2014