談橡膠瀝青在公路工程中的應(yīng)用

楊 鋒

(太原路橋建設(shè)有限公司，山西太原 030012)

近年來(lái)，在我國(guó)公路建設(shè)中，橡膠瀝青路面是一種新材料、新工藝的路面形式。較之普通公路路面，橡膠瀝青路面具有彈性度高、噪聲低、壽命長(zhǎng)、抗高溫和重載性能強(qiáng)、行駛舒適度高等優(yōu)點(diǎn)，因此得到廣泛重視。在橡膠瀝青中，橡膠粉粒主要來(lái)源于廢舊輪胎，推廣使用橡膠瀝青，不但節(jié)能環(huán)保，實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用，還能提高路面質(zhì)量，延長(zhǎng)其使用壽命?？梢哉f(shuō)，橡膠瀝青在我國(guó)具有廣闊的發(fā)展前景。

1 橡膠瀝青概述

橡膠瀝青，也稱“環(huán)保瀝青”，是用廢舊輪胎橡膠粉粒在高溫(180℃以上)條件下，經(jīng)過(guò)充分拌和，并與基質(zhì)瀝青充分溶脹反應(yīng)形成的改性瀝青膠結(jié)材料，其中廢胎膠粉的摻量為20%左右，具有高溫穩(wěn)定、低溫抗裂、抗車(chē)轍、抗老化、抗疲勞、抗水損壞等優(yōu)良的路用性能。橡膠瀝青中，廢胎膠粉熔脹后的體積達(dá)到膠結(jié)料的30%～40%，膠粉顆粒通過(guò)凝膠膜連接，形成一個(gè)粘度很大的半固態(tài)連續(xù)相交的體系(見(jiàn)圖1)。橡膠粉與瀝青拌和主要是熔脹反應(yīng)，它不僅僅是簡(jiǎn)單的物理填充，也不是完全發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而是處于兩者共存的一種狀態(tài)，其產(chǎn)物是橡膠粉和瀝青的共混體系，對(duì)瀝青的物理性能和化學(xué)性能都有所改善。橡膠瀝青性質(zhì)的變化是體系結(jié)構(gòu)變化和基質(zhì)瀝青品質(zhì)變化雙重作用的結(jié)果。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，物流需求急劇爆升，大量交通道路的病害癥狀日趨嚴(yán)重，傳統(tǒng)養(yǎng)護(hù)手段已無(wú)法滿足其養(yǎng)護(hù)需求，預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)的不斷完善及新型路面材料受到了高度關(guān)注，橡膠瀝青進(jìn)入了人們的視野。在20世紀(jì)60年代，美國(guó)道路專(zhuān)家Mc Donald首次提出橡膠瀝青的概念，并成功應(yīng)用于路面鋪筑，緊接著橡膠瀝青在美國(guó)、法國(guó)、南非、澳大利亞、日本、俄羅斯、加拿大等國(guó)家得到了大力推廣并成功將其應(yīng)用于高等級(jí)公路路面的鋪筑。我國(guó)自20世紀(jì)80年代起開(kāi)始研究橡膠瀝青，取得了不凡的技術(shù)成果，實(shí)現(xiàn)了從借鑒國(guó)外成果到如今的自主研發(fā)，不僅生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)先，而且產(chǎn)品性能也優(yōu)于國(guó)外產(chǎn)品。2010年，忻阜高速公路(山西忻州—河北阜平)是國(guó)內(nèi)廢舊輪胎膠粉筑路技術(shù)第一次在實(shí)體建筑中最大規(guī)模的應(yīng)用，全長(zhǎng)124 km，其中80多千米使用了橡膠瀝青路面。2011年，隆百高速公路(廣西隆林—百色)主線路面全長(zhǎng)177.5 km，全部采用橡膠瀝青攤鋪，這在全國(guó)的高速公路建設(shè)中尚屬首例，加工應(yīng)用廢舊貨車(chē)輪胎20萬(wàn)個(gè)，建成后的隆百高速公路呈現(xiàn)交通噪聲降低、路面使用壽命延長(zhǎng)的特征，成為“環(huán)保之路”。橡膠瀝青在我國(guó)得到了廣泛重視，并逐步開(kāi)始了大規(guī)模應(yīng)用。

圖1 橡膠瀝青溶脹反應(yīng)過(guò)程

2 橡膠瀝青在路面結(jié)構(gòu)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

橡膠瀝青具有良好的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性以及抗老化、抗疲勞、抗水損壞的特性。把橡膠瀝青設(shè)計(jì)應(yīng)用于道路方案中，具有以下優(yōu)勢(shì):1)可以有效遏制裂縫的反射。輪胎橡膠粉的加入，能大大提高基質(zhì)瀝青的粘度，它可以非常牢固的吸附粘結(jié)在水穩(wěn)層或舊水泥路面上，從而起到與路面的粘結(jié)作用，形成裂縫反射層(見(jiàn)圖2)，水穩(wěn)層或舊水泥路面的各種裂縫將很難穿透該膠粉反射層，可以有效遏制裂縫的反射。2)具有良好的抗水損壞性能。首先，橡膠瀝青應(yīng)力吸收層可以在原路面上形成瀝青膜，可以防止雨水的向下滲透，對(duì)下面層起到保護(hù)作用。其次，在攤鋪瀝青混合料面層時(shí)，橡膠瀝青應(yīng)力吸收層頂部的橡膠瀝青會(huì)二次熔化，經(jīng)路面壓實(shí)后充分填充面層混合料底部的縫隙，可解決水滲透問(wèn)題，從而排除層間存水的可能(見(jiàn)圖3)。3)具有良好的粘結(jié)性能。橡膠瀝青擁有超強(qiáng)的粘性，它可以非常牢固的吸附粘結(jié)在水穩(wěn)層或舊水泥路面上，從而起到與路面的粘結(jié)作用。橡膠瀝青應(yīng)力吸收層完全可以解決與路面的連接問(wèn)題。4)可大幅度降低路面噪聲。橡膠瀝青摻有20%左右的橡膠粉粒，當(dāng)行駛中的汽車(chē)輪胎與路面接觸時(shí)，由于橡膠粉粒極具彈性，且與輪胎屬同種材料，所以不會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲，也就降低了行車(chē)噪聲(約3 dB～6 dB)(見(jiàn)圖4)。5)可以大幅度降低建造成本，并延長(zhǎng)路面使用壽命。在工程應(yīng)用中，使用橡膠瀝青混凝土面層的厚度大約可減薄30%，當(dāng)使用橡膠瀝青應(yīng)力吸收層時(shí)，厚度還可以進(jìn)一步減薄。由于施工厚度薄，有利于減少施工時(shí)間，縮短建設(shè)工期，降低建設(shè)成本;橡膠瀝青還以其優(yōu)異的抗疲勞性能提高了道路的抗老化、抗氧化能力，可延長(zhǎng)路面使用壽命3年～5年，使道路的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用顯著降低。

3 橡膠瀝青的施工工藝及施工要點(diǎn)

目前，橡膠瀝青主要應(yīng)用于道路結(jié)構(gòu)中應(yīng)力吸收層及路面表層。

3.1 橡膠瀝青應(yīng)用于應(yīng)力吸收層

圖2 橡膠瀝青路面結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 橡膠瀝青抗水損壞性能

圖4 橡膠瀝青良好的降噪性能

將單一粒徑的石料(9.5 mm～13.2 mm)均勻的滿鋪在橡膠瀝青層(約2.3 kg/m2)上(橡膠瀝青撒布及碎石撒鋪見(jiàn)圖5)，用膠輪壓路機(jī)進(jìn)行碾壓作業(yè)(膠輪碾壓見(jiàn)圖5)，橡膠瀝青被擠壓到石料高度約3/4～4/5處，這時(shí)所形成碎石封層模式的路面即為橡膠瀝青應(yīng)力吸收層(橡膠瀝青應(yīng)力吸收層見(jiàn)圖5)。

3.1.1 施工流程

橡膠瀝青應(yīng)用于吸收層施工流程圖見(jiàn)圖5。

3.1.2 主要施工機(jī)械

橡膠瀝青撒布車(chē)、碎石撒鋪車(chē)、膠輪壓路機(jī)為主要的施工機(jī)械。

3.1.3 橡膠瀝青應(yīng)力吸收層功能特點(diǎn)

1)抗反射裂縫，在橡膠瀝青應(yīng)力吸收層中，橡膠瀝青與單一粒徑的碎石強(qiáng)力粘結(jié)所形成裂縫反射結(jié)構(gòu)層可有效遏制裂縫的反射。2)抗水損壞，橡膠瀝青形成的瀝青膜可以防止雨水的向下滲透，有利于保護(hù)路基。3)粘結(jié)作用，橡膠瀝青可以非常牢固的吸附粘結(jié)在水穩(wěn)層或舊水泥路面上，從而起到與路面的粘結(jié)作用。

3.1.4 應(yīng)力吸收層的施工要點(diǎn)

1)基層頂面的處置。a.基層頂面的清掃、吹塵和清洗。先人工用竹掃帚將基層表面進(jìn)行全面清掃，再用2臺(tái)～3臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)沿縱向排成剝線將浮灰吹凈，若不能達(dá)到除凈的要求，則用水沖洗，清除基層表面浮灰和泥漿，盡量使基層頂面集料顆粒能部分外露;b.進(jìn)行水穩(wěn)層的表面透油處理，以保證表面不松散;c.碎石處置，進(jìn)行升溫及預(yù)裹附處理。2)橡膠瀝青的撒布。a.在撒布橡膠瀝青前，應(yīng)注意檢查空氣溫度和地面溫度都不得低于15℃，下層必須干燥，路緣石防護(hù)良好，風(fēng)速不影響橡膠瀝青撒布效果;b.橡膠瀝青撒布溫度在200℃以上;c.起步和終止位置鋪工程紙，以準(zhǔn)確進(jìn)行橫向銜接，撒布車(chē)經(jīng)過(guò)后應(yīng)及時(shí)取走工程紙;d.縱向銜接應(yīng)與已撒布部分重疊10 cm左右;e.撒鋪碎石前禁止任何車(chē)輛、行人通過(guò)橡膠瀝青層。3)撒鋪碎石。噴撒橡膠瀝青后立即撒鋪碎石，以滿鋪為宜;對(duì)于局部碎石不足的地方，應(yīng)立即人工補(bǔ)足。

4)膠輪碾壓。碎石撒鋪后應(yīng)立即進(jìn)行碾壓作業(yè)，兩臺(tái)膠輪壓路機(jī)應(yīng)緊跟碎石撒鋪車(chē)同時(shí)進(jìn)行碾壓，碾壓次數(shù)不少于3遍，碾壓時(shí)間不短于20 min。5)清理松散碎石。在鋪筑上層瀝青混合料前，對(duì)橡膠瀝青應(yīng)力吸收層進(jìn)行清掃，以清除沒(méi)有粘結(jié)的松散碎石，避免影響應(yīng)力吸收層與上面層的粘結(jié)。

3.2 橡膠瀝青應(yīng)用于路面表層

圖5 橡膠瀝青應(yīng)用于應(yīng)力吸收層施工流程圖

路面車(chē)轍及裂縫等是我國(guó)公路路面最常見(jiàn)的病害之一。國(guó)內(nèi)外的研究一致表明，橡膠粉粒對(duì)于瀝青高溫性能的改性效果非常明顯，對(duì)于提高路面使用壽命具有重要意義。

3.2.1 施工流程

橡膠瀝青應(yīng)用于路面表層施工流程圖見(jiàn)圖6。

3.2.2 主要施工機(jī)械

拌和站、鋪攤機(jī)、鋼輪壓路機(jī)為主要施工機(jī)械。

3.2.3 橡膠瀝青面層的功能特點(diǎn)

1)降低路面噪聲3 dB～6 dB，相當(dāng)于減少交通量30%;2)提高行車(chē)安全性及舒適度，橡膠瀝青路面能增加構(gòu)造深度，增大摩擦系數(shù)，從而提高行車(chē)安全性及舒適度;3)延長(zhǎng)道路使用壽命，相比普通瀝青路面，可延長(zhǎng)使用壽命1倍～3倍;4)降低工程成本，使用橡膠瀝青路面可有效縮短工期和減少材料成本，并實(shí)現(xiàn)廢舊輪胎循環(huán)利用，社會(huì)綜合效益高。

圖6 橡膠瀝青應(yīng)用于路面表層施工流程圖

3.2.4 橡膠瀝青路面的施工要點(diǎn)

橡膠瀝青在路面表層的應(yīng)用中，主要做好兩點(diǎn)控制:溫度控制及碾壓控制。

1)溫度控制見(jiàn)表1。

表1 溫度控制表 ℃

2)碾壓控制見(jiàn)表2。

表2 碾壓速度控制表 km/h

初壓:首先采用兩臺(tái)壓路機(jī)靜壓一遍，然后振動(dòng)碾壓三遍;復(fù)壓:采用兩臺(tái)壓路機(jī)振動(dòng)碾壓三遍;終壓:采用一臺(tái)壓路機(jī)靜壓一至兩遍，直到消除輪跡為止。

4 結(jié)語(yǔ)

橡膠瀝青具有良好的路用性能，在我國(guó)已有不少成功應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)。相比目前大量使用的SBS瀝青混凝土，橡膠瀝青可降低工程成本20%以上，且克服了普通瀝青溫度敏感性大、高溫流動(dòng)性大、水穩(wěn)定性不足等導(dǎo)致的諸多路面病害問(wèn)題;同時(shí)，橡膠瀝青有助于解決我國(guó)日益嚴(yán)重的廢舊輪胎污染(黑色污染)問(wèn)題?？梢哉f(shuō)，大力推廣橡膠瀝青，不僅能夠解決廢舊輪胎污染帶來(lái)的社會(huì)問(wèn)題，而且可以延長(zhǎng)路面使用壽命、降低行車(chē)噪聲、降低工程成本等，對(duì)于解決我國(guó)當(dāng)前道路普遍面臨的重載交通、早期損壞等問(wèn)題具有重要意義，具有廣闊的發(fā)展及應(yīng)用前景。

［1］楊旭旭，栗 斌，丁世寧.淺談廢舊橡膠輪胎在公路路面中的應(yīng)用［J］.工業(yè)技術(shù)，2010(12):74-75.

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