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摘要：橡胶沥青作为一种新型道路建筑材料，在高低温性能、疲劳性能及降嗓环保等方面表现出巨大的优点，不仅提高了沥青路面的使用性能，而且还缓解了废旧轮胎带来的环境压力，具有良好的发展前景。主要介绍了橡胶沥青的改性性能、应用于橡胶沥青混凝土及橡胶青碎石中对路面性能的改善以及在我省的适应性与发展。
关键词：橡胶沥青；混凝土；结料；橡胶粉；结层；沥青碎石
1 概述
当前我国经济社会发展已进入新阶段,节约资源与保护环境已引起广泛重视,加快建设资源节约型、环境友好型社会成为国家可持续发展的基本战略之一。废旧轮胎是一种难以降解的高分子化工材料,埋在地下数百年也不会分解,污染地下水资源。无害化、资源化地充分利用这些废轮胎将对我国经济的可持续发展、缓解环境和橡胶资源匾乏带来的压力起到积极的作用。将废轮胎加工成橡胶粉是世界上公认的废轮胎橡胶无害化、资源化的处理方法,其中将废轮胎橡胶粉用于沥青混凝土路面是废轮胎资源化、无害化利用的主要途径之一。
橡胶沥青技术以其环保、降噪和节约资源的特点,目前在我国广东、江苏、四川、上海、北京、辽宁、河北、天津等多个省市得到了全面的推广应用,市场发展前景十分广阔。随着中国经济的高速发展,带来了大量的废旧轮胎,对社会环境造成了严重的污染,橡胶沥青的推广应用可以为这些黑色污染提供一条永续性的环保解决方案。
2 橡胶沥青
橡胶沥青主要是轮胎橡胶粉粒在拌和的条件下(180℃以上)与基质沥青充分熔胀反应得到的改性沥青胶结材料。橡胶粉发生裂解,吸收基质沥青中轻质组分,一方面直接改善基质沥青,另一方面达到橡胶与沥青充分复合的效果。橡胶沥青中橡胶粉的含量在18%以上,熔胀后,橡胶颗粒的体积比重在30% ~40%左右。橡胶粉和沥青的化学成分不完全相同,且都具有较强的惰性,橡胶粉与沥青拌和主要是熔胀反应,它既不仅仅是简单的物理填充,也不完全会发生化学反应,而是处于两者共存的一种状态,其产物是橡胶粉和沥青的共混体系,对沥青的物理性能和化学性能都有所改善。橡胶粉的性质、沥青的性质、两者之间的共混方式都可能影响到橡胶沥青的性能。但是由于橡胶粉与沥青之间的相互作用十分复杂,至今仍有很多专家对此进行专门研究。
橡胶沥青的加工质量是影响其工程质量的重要因素,必须建立起有效的质量保证体系。橡胶沥青生产工艺必须具备三个核心环节:首先是把基质沥青通过快速升温系统升温到180℃(20s内从160℃提升到180℃);二是橡胶粉与升温后的基质沥青经过准确的配比,同时送入到高速剪切搅拌系统;三是把经过高速剪切预拌的橡胶沥青输送到熔胀反应系统进行充分熔胀反应。
橡胶沥青的技术性能与生产工艺、胶粉类型、基质沥青类型、胶粉掺量等关系密切,不同生产工艺、不同胶粉剂量、不同基质沥青等会影响橡胶沥青的性能。室内试验结果表明:
2.1 加入橡胶粉以后,对沥青起到了良好的改性效果,沥青的粘度上升,软化点提高,胶粉改性后的沥青相关指标满足PG82-28的性能要求,沥青的高低温性能都得到了明显改善;从老化后疲劳开裂因子G*sinδ来看,橡胶沥青具有较好的抗老化性能和抗疲劳性能。
2.2 橡胶粉掺量是影响橡胶沥青技术性能的主要参数之一,随着橡胶粉掺量增加,橡胶沥青的高温性能、低温性能、抗老化性能等都有明显增加。但同时随着橡胶粉掺量的增加,橡胶沥青在施工温度下的粘度会随之升高,沥青的泵送、拌和、摊铺等难度均相应增加,试验表明,橡胶沥青的胶粉掺量以18%左右比较合适。
2.3 拌和温度是橡胶沥青的重要施工控制条件,直接影响橡胶粉与沥青熔融的速度和程度,随着拌和温度的升高,橡胶沥青的抗车辙因子逐渐降低,抗疲劳因子逐渐升高,较高的拌和温度对于橡胶沥青的高温性能和抗疲劳性能均不利,一般建议控制在180~190℃左右。
2.4 70号沥青、90号沥青掺加橡胶粉改性后试验结果表明,从高温性能指标来看, 90号沥青的改性效果不如70号沥青;但若采用不同剂量的橡胶粉以达到相同的粘度,则90号沥青的改性效果要好于70号沥青。
总的来说,掺加橡胶粉后沥青胶结料的高温、低温、抗疲劳、抗老化性能均有显著的提高,同时,沥青胶结料的高温粘度和低温粘度均有不同程度的增加,其中以高温粘度增加更为明显。
3 橡胶沥青混凝土
橡胶沥青混凝土是以橡胶沥青为胶结料的沥青混凝土。橡胶沥青混凝土除具有普通沥青混凝土的优点外,还具有普通沥青混凝土无法比拟的优势:优良的高低温性能,抗车辙能力强,抗老化性、抗氧化性能、耐久性好以及低噪音等;另外橡胶沥青混凝土解决了普通沥青路面容易渗水,损毁路基这一难题;在延缓反射裂缝、减薄沥青路面厚度,抵抗重交通和不良气候方面都有明显的优势。
我国主要采用马歇尔试验方法进行橡胶沥青混凝土配合比设计,橡胶沥青混凝土作为磨耗层时,一般采用开级配或断级配的混合料设计方法,由于橡胶沥青混凝土的油石比较高,为了使其具有良好的高温稳定性,矿料在断级配基础上形成良好的骨架结构十分重要。通过室内试验和国内橡胶沥青的使用经验,橡胶沥青混合料采用骨架型断级配好于普通密级配的沥青混合料,稳定度和车辙试验动稳定度有所提高,因此建议橡胶沥青混合料中4. 75mm筛孔通过率控制在30%左右。通过室内试验得出,橡胶沥青混合料油石比一般要超过6. 0%,一般为6.1% ~6. 5%,马歇尔稳定度一般超过8. 0kN,饱和度为70% ~80%。我省于2008年9月在省公路管理局的协调下,在滨海公路丹东段K60+000~K70+000铺筑10km橡胶沥青混凝土试验路。各种原材料配比及矿料级配见表1及表2。通过一年多的跟踪观察,该试验路未出现裂缝、车辙等病害现象,车辆通过时平稳舒适,产生的噪音较小,原因是加入橡胶粉后的沥青路面加大了与轮胎的摩擦力,提高了行车的舒适性和安全性。
4 橡胶沥青碎石
橡胶沥青碎石是以橡胶沥青为结合料,采用单粒级石料,使用层铺法工艺,形成的路面结构层。这一结构层以最简单的施工方法,最大限度地发挥了橡胶沥青和石料的特点,解决了其他结构层不能解决的路用问题。根据橡胶沥青碎石在路面结构的层位的不同、使用目的不同及橡胶沥青碎石结构的不同有不同的名称:
4.1 用于基层顶面,主要目的为了减少路面裂纹时,被称为橡胶沥青应力吸收层;
4.2 用于桥面水泥混凝土铺装顶面,主要目的为了桥面防水时,被称为橡胶沥青桥面防水层;
4.3 用于路面表面,主要目的为了路面养护时,被称为橡胶沥青碎石封层;
4.4 用于路面表面,主要目的为了养护、维修、补强,其结构为双层时,被称为橡胶沥青嵌入式封层;
4.5 用于路面下面,主要目的为了防水、减少裂纹、增加路面强度,其结构为双层时,被称为橡胶沥青碎石下面层。
橡胶沥青碎石封层、应力吸收层、桥面防水层基本相同,都采用一油一料的层铺法工艺,以橡胶沥青为结合料(1. 5~2. 0 kg/m2),采用单粒级石料9. 5~13. 2mm,先喷洒沥青再铺筑石料,经胶轮压路机碾压而成。橡胶沥青碎石下面层和嵌入式封层基本相同,以橡胶沥青为结合料,采用两油两料的层铺法工艺,两层石料均为单粒级石料,分别为主层石料粒径19~26. 5mm,嵌入料粒径4. 75~9. 5mm。每次橡胶沥青的洒布量为1. 5~5. 0kg/m2,总橡胶沥青洒布量为3~4 kg/m2。采取先喷洒热沥青,再铺筑主层石料,经胶轮压路机碾压,再洒布热沥青后铺筑嵌入石料,碾压而成。(橡胶沥青指标要求见表3,集料的质量要求见表4)
橡胶沥青碎石技术特点:可形成较均匀、较厚的沥青膜,具有较好的防水性能;具有较好的低温变形能力和弹性,因此,具有抑制裂纹反射及应力吸收的能力;具有的粘结性较高,能起到不同介质层间结合的作用;与石料之间有较高的粘附性,可减少碎石的脱落;当采用双层结构时,石料可形成良好骨架结构,使路面的承载能力和抗剪能力有较大的提高;有效地提高了沥青用量,可延缓剪切疲劳裂缝的产生,抗老化能力增强,可延长结构的使用寿命;与橡胶沥青混合料面层组合,可减薄路面的设计厚度,降低工程造价。
禅城区的季华路道路改造工程应用了橡胶沥青，该工程施工后,均进行若干次跟踪观察,未出现裂缝及其他明显病害。
5 总结
橡胶沥青用于道路建设中充分体现了环保、降噪、节能等性能要求,对于目前我国推广节能减排的新型材料,同时大力倡导循环型经济建设,将废旧轮胎磨细成橡胶粉应用于道路工程建设,不失为推广节能减排和循环经济在基础建设行业中的较佳举措。同时橡胶沥青及橡胶沥青混合料技术在我省也取得了很好的应用效果,是一项比较好的实用技术,对路面裂纹的产生有很好的抑制作用,能对严重的裂缝及龟网裂的路面有很好的修复作用,且具有良好的防水性能和优良的粘结性能。因此,完全有理由相信,橡胶沥青和橡胶沥青混合料必将在公路建设、养护工程中发挥更大的作用。
关键词：橡胶沥青；混凝土；结料；橡胶粉；结层；沥青碎石
1 概述
当前我国经济社会发展已进入新阶段,节约资源与保护环境已引起广泛重视,加快建设资源节约型、环境友好型社会成为国家可持续发展的基本战略之一。废旧轮胎是一种难以降解的高分子化工材料,埋在地下数百年也不会分解,污染地下水资源。无害化、资源化地充分利用这些废轮胎将对我国经济的可持续发展、缓解环境和橡胶资源匾乏带来的压力起到积极的作用。将废轮胎加工成橡胶粉是世界上公认的废轮胎橡胶无害化、资源化的处理方法,其中将废轮胎橡胶粉用于沥青混凝土路面是废轮胎资源化、无害化利用的主要途径之一。
橡胶沥青技术以其环保、降噪和节约资源的特点,目前在我国广东、江苏、四川、上海、北京、辽宁、河北、天津等多个省市得到了全面的推广应用,市场发展前景十分广阔。随着中国经济的高速发展,带来了大量的废旧轮胎,对社会环境造成了严重的污染,橡胶沥青的推广应用可以为这些黑色污染提供一条永续性的环保解决方案。
2 橡胶沥青
橡胶沥青主要是轮胎橡胶粉粒在拌和的条件下(180℃以上)与基质沥青充分熔胀反应得到的改性沥青胶结材料。橡胶粉发生裂解,吸收基质沥青中轻质组分,一方面直接改善基质沥青,另一方面达到橡胶与沥青充分复合的效果。橡胶沥青中橡胶粉的含量在18%以上,熔胀后,橡胶颗粒的体积比重在30% ~40%左右。橡胶粉和沥青的化学成分不完全相同,且都具有较强的惰性,橡胶粉与沥青拌和主要是熔胀反应,它既不仅仅是简单的物理填充,也不完全会发生化学反应,而是处于两者共存的一种状态,其产物是橡胶粉和沥青的共混体系,对沥青的物理性能和化学性能都有所改善。橡胶粉的性质、沥青的性质、两者之间的共混方式都可能影响到橡胶沥青的性能。但是由于橡胶粉与沥青之间的相互作用十分复杂,至今仍有很多专家对此进行专门研究。
橡胶沥青的加工质量是影响其工程质量的重要因素,必须建立起有效的质量保证体系。橡胶沥青生产工艺必须具备三个核心环节:首先是把基质沥青通过快速升温系统升温到180℃(20s内从160℃提升到180℃);二是橡胶粉与升温后的基质沥青经过准确的配比,同时送入到高速剪切搅拌系统;三是把经过高速剪切预拌的橡胶沥青输送到熔胀反应系统进行充分熔胀反应。
橡胶沥青的技术性能与生产工艺、胶粉类型、基质沥青类型、胶粉掺量等关系密切,不同生产工艺、不同胶粉剂量、不同基质沥青等会影响橡胶沥青的性能。室内试验结果表明:
2.1 加入橡胶粉以后,对沥青起到了良好的改性效果,沥青的粘度上升,软化点提高,胶粉改性后的沥青相关指标满足PG82-28的性能要求,沥青的高低温性能都得到了明显改善;从老化后疲劳开裂因子G*sinδ来看,橡胶沥青具有较好的抗老化性能和抗疲劳性能。
2.2 橡胶粉掺量是影响橡胶沥青技术性能的主要参数之一,随着橡胶粉掺量增加,橡胶沥青的高温性能、低温性能、抗老化性能等都有明显增加。但同时随着橡胶粉掺量的增加,橡胶沥青在施工温度下的粘度会随之升高,沥青的泵送、拌和、摊铺等难度均相应增加,试验表明,橡胶沥青的胶粉掺量以18%左右比较合适。
2.3 拌和温度是橡胶沥青的重要施工控制条件,直接影响橡胶粉与沥青熔融的速度和程度,随着拌和温度的升高,橡胶沥青的抗车辙因子逐渐降低,抗疲劳因子逐渐升高,较高的拌和温度对于橡胶沥青的高温性能和抗疲劳性能均不利,一般建议控制在180~190℃左右。
2.4 70号沥青、90号沥青掺加橡胶粉改性后试验结果表明,从高温性能指标来看, 90号沥青的改性效果不如70号沥青;但若采用不同剂量的橡胶粉以达到相同的粘度,则90号沥青的改性效果要好于70号沥青。
总的来说,掺加橡胶粉后沥青胶结料的高温、低温、抗疲劳、抗老化性能均有显著的提高,同时,沥青胶结料的高温粘度和低温粘度均有不同程度的增加,其中以高温粘度增加更为明显。
3 橡胶沥青混凝土
橡胶沥青混凝土是以橡胶沥青为胶结料的沥青混凝土。橡胶沥青混凝土除具有普通沥青混凝土的优点外,还具有普通沥青混凝土无法比拟的优势:优良的高低温性能,抗车辙能力强,抗老化性、抗氧化性能、耐久性好以及低噪音等;另外橡胶沥青混凝土解决了普通沥青路面容易渗水,损毁路基这一难题;在延缓反射裂缝、减薄沥青路面厚度,抵抗重交通和不良气候方面都有明显的优势。
我国主要采用马歇尔试验方法进行橡胶沥青混凝土配合比设计,橡胶沥青混凝土作为磨耗层时,一般采用开级配或断级配的混合料设计方法,由于橡胶沥青混凝土的油石比较高,为了使其具有良好的高温稳定性,矿料在断级配基础上形成良好的骨架结构十分重要。通过室内试验和国内橡胶沥青的使用经验,橡胶沥青混合料采用骨架型断级配好于普通密级配的沥青混合料,稳定度和车辙试验动稳定度有所提高,因此建议橡胶沥青混合料中4. 75mm筛孔通过率控制在30%左右。通过室内试验得出,橡胶沥青混合料油石比一般要超过6. 0%,一般为6.1% ~6. 5%,马歇尔稳定度一般超过8. 0kN,饱和度为70% ~80%。我省于2008年9月在省公路管理局的协调下,在滨海公路丹东段K60+000~K70+000铺筑10km橡胶沥青混凝土试验路。各种原材料配比及矿料级配见表1及表2。通过一年多的跟踪观察,该试验路未出现裂缝、车辙等病害现象,车辆通过时平稳舒适,产生的噪音较小,原因是加入橡胶粉后的沥青路面加大了与轮胎的摩擦力,提高了行车的舒适性和安全性。
4 橡胶沥青碎石
橡胶沥青碎石是以橡胶沥青为结合料,采用单粒级石料,使用层铺法工艺,形成的路面结构层。这一结构层以最简单的施工方法,最大限度地发挥了橡胶沥青和石料的特点,解决了其他结构层不能解决的路用问题。根据橡胶沥青碎石在路面结构的层位的不同、使用目的不同及橡胶沥青碎石结构的不同有不同的名称:
4.1 用于基层顶面,主要目的为了减少路面裂纹时,被称为橡胶沥青应力吸收层;
4.2 用于桥面水泥混凝土铺装顶面,主要目的为了桥面防水时,被称为橡胶沥青桥面防水层;
4.3 用于路面表面,主要目的为了路面养护时,被称为橡胶沥青碎石封层;
4.4 用于路面表面,主要目的为了养护、维修、补强,其结构为双层时,被称为橡胶沥青嵌入式封层;
4.5 用于路面下面,主要目的为了防水、减少裂纹、增加路面强度,其结构为双层时,被称为橡胶沥青碎石下面层。
橡胶沥青碎石封层、应力吸收层、桥面防水层基本相同,都采用一油一料的层铺法工艺,以橡胶沥青为结合料(1. 5~2. 0 kg/m2),采用单粒级石料9. 5~13. 2mm,先喷洒沥青再铺筑石料,经胶轮压路机碾压而成。橡胶沥青碎石下面层和嵌入式封层基本相同,以橡胶沥青为结合料,采用两油两料的层铺法工艺,两层石料均为单粒级石料,分别为主层石料粒径19~26. 5mm,嵌入料粒径4. 75~9. 5mm。每次橡胶沥青的洒布量为1. 5~5. 0kg/m2,总橡胶沥青洒布量为3~4 kg/m2。采取先喷洒热沥青,再铺筑主层石料,经胶轮压路机碾压,再洒布热沥青后铺筑嵌入石料,碾压而成。(橡胶沥青指标要求见表3,集料的质量要求见表4)
橡胶沥青碎石技术特点:可形成较均匀、较厚的沥青膜,具有较好的防水性能;具有较好的低温变形能力和弹性,因此,具有抑制裂纹反射及应力吸收的能力;具有的粘结性较高,能起到不同介质层间结合的作用;与石料之间有较高的粘附性,可减少碎石的脱落;当采用双层结构时,石料可形成良好骨架结构,使路面的承载能力和抗剪能力有较大的提高;有效地提高了沥青用量,可延缓剪切疲劳裂缝的产生,抗老化能力增强,可延长结构的使用寿命;与橡胶沥青混合料面层组合,可减薄路面的设计厚度,降低工程造价。
禅城区的季华路道路改造工程应用了橡胶沥青，该工程施工后,均进行若干次跟踪观察,未出现裂缝及其他明显病害。
5 总结
橡胶沥青用于道路建设中充分体现了环保、降噪、节能等性能要求,对于目前我国推广节能减排的新型材料,同时大力倡导循环型经济建设,将废旧轮胎磨细成橡胶粉应用于道路工程建设,不失为推广节能减排和循环经济在基础建设行业中的较佳举措。同时橡胶沥青及橡胶沥青混合料技术在我省也取得了很好的应用效果,是一项比较好的实用技术,对路面裂纹的产生有很好的抑制作用,能对严重的裂缝及龟网裂的路面有很好的修复作用,且具有良好的防水性能和优良的粘结性能。因此,完全有理由相信,橡胶沥青和橡胶沥青混合料必将在公路建设、养护工程中发挥更大的作用。