橡膠改性瀝青混凝土路用性能及施工工藝

呂重彬

引言

在中國，汽車的數(shù)量大幅增加，二手車數(shù)量的增加。廢舊輪胎橡膠的主要成分是熱固性聚合物材料。其性質(zhì)穩(wěn)定，在自然環(huán)境下不可降解。廢舊輪胎的回收利用問題已逐漸成為當前社會可持續(xù)發(fā)展的問題之一。研究人員發(fā)現(xiàn)，將廢輪胎打磨成橡膠粉，加入瀝青中，制作成改性瀝青，同時選用具有足夠強度、耐磨耗的粗集料，將大大提高了路面的使用性能，提高了路面的使用壽命。橡膠瀝青的出現(xiàn)實現(xiàn)了廢舊輪胎的回收利用，橡膠瀝青路面材料能夠?qū)U棄的輪胎用于道路工程，形成延長道路使用壽命、降低道路工程造價、環(huán)保、廢物利用的雙贏局面，具有重大的現(xiàn)實意義。

為此，本文研制了橡膠改性瀝青混凝土，并對橡膠瀝青混凝土路用性能進行了研究。在此基礎(chǔ)上，對橡膠瀝青混凝土的施工工藝進行了探討，為橡膠瀝青的應用和推廣提供了良好的基礎(chǔ)。

1 廢舊輪胎橡膠改性瀝青路面應用情況

在中國，舊輪胎橡膠改性瀝青用于公路始于20世紀80年代，在江西和四川省進行了道路試驗研究。但由于當時橡膠粉生產(chǎn)行業(yè)尚未形成，所制膠粉的粒度較粗，相關(guān)技術(shù)不配套，還未達到實際應用階段。后來，一些高校和科研機構(gòu)從廢橡膠改性瀝青的特性機理到開發(fā)應用，做了大量的工作。隨著廢舊輪胎橡膠改性瀝青路面和研究機構(gòu)的不斷應用，廢舊輪胎橡膠改性瀝青不僅能解決瀝青路面早期破壞的問題，而且比其他改性劑更環(huán)保、經(jīng)濟。廢舊輪胎橡膠改性瀝青混合料的使用，由于溫度低，既耐低溫，又抗車轍變形，防止開裂能力更好，可提高路面使用壽命，節(jié)約養(yǎng)護成本，防止路面打滑，減少噪音，提高路面使用性能。

2 廢舊輪胎橡膠改性瀝青改性機理

2.1 物理溶脹

廢橡膠粉吸收瀝青中的輕質(zhì)油，從原來的致密結(jié)構(gòu)膨脹到較為松散的絮凝結(jié)構(gòu)。膨脹后的膠粉能在瀝青中均勻分散和分散，從而提高了基質(zhì)瀝青的粘度。廢膠粉顆粒通過凝膠膜連接形成粘度大的半固體連續(xù)相體系。

2.2 化學降解或脫硫

在廢膠粉吸收膨脹時，橡膠分子也在發(fā)生的降解的脫硫作用。在高溫高剪切的作用下，網(wǎng)狀大分子結(jié)構(gòu)的橡膠已被降解，氧化和脫硫，并成了一大批小網(wǎng)格結(jié)構(gòu)和少量的鏈狀分子，其中的一些分子已經(jīng)失去了原有的橡膠彈性。隨著廢膠粉在高溫瀝青中的脫硫和降解，膠粉顆粒與瀝青之間的物料交換發(fā)生變化，相容性變好，貯存穩(wěn)定性明顯改善。

3 廢舊輪胎橡膠改性瀝青混合料路用性能研究

3.1 廢舊輪胎橡膠改性瀝青的制備

3.1.1原材料

本次測試的瀝青，完全符合公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范的要求，符合當前，。廢橡膠的主要來源是廢輪胎，橡膠粉是經(jīng)過硫化的細膠粉（活化），產(chǎn)品性能符合要求。

3.1.2 混合料的制備

把橡膠粉按照配方放進的175℃的瀝青中（最高溫度不能超過180℃），在拌瀝青時慢慢加入橡膠粉，攪拌1h，然后要進行高速剪切30～45min，最后還要攪拌45min，最后與石料混合。

3.2 路用性能研究

3.2.1 高溫穩(wěn)定性研究

在動態(tài)穩(wěn)定性方面，使用車轍試驗進行了評價。詳見表1。隨著膠粉用量越高，橡膠粉的動態(tài)穩(wěn)定性也變得越高。可以看出，改性瀝青混合料的廢舊輪胎橡膠的明顯提高，其原因主要有兩方面：①膨脹橡膠粉在高溫環(huán)境下的負載下，提高混合料的內(nèi)摩擦角，從而提高瀝青混合料的高溫性能。②橡膠粉吸收瀝青輕質(zhì)油的增加，導致混合瀝青的粘度。

表1 不同摻量廢舊輪胎橡膠改性瀝青混合料的車轍試驗結(jié)果

3.2.2 低溫抗裂性研究

對于低溫抗裂性，低溫彎曲試驗失效應變被用作舊輪胎橡膠改性瀝青混合料的評價指標。結(jié)果表明，橡膠粉瀝青混合料的低溫彎曲破壞應變符合現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范的要求，瀝青瀝青混合料的指標比普通瀝青提高得多，表明橡膠的低溫抗裂性粉狀瀝青混合料大大改善提高。

4 廢舊輪胎橡膠改性瀝青路面施工工藝

4.1 廢舊輪胎橡膠改性瀝青的生產(chǎn)及儲存

將膠粉放在基質(zhì)瀝青中加熱到一定溫度，然后用高速剪切機加工，然后連續(xù)攪拌，制成廢舊輪胎橡膠改性瀝青。橡膠改性瀝青的使用期只有24h，由于客觀原因，橡膠改性瀝青的溫度應暫時降低到145～155℃的范圍內(nèi)進行儲存，儲存時間為2d，并應在貯存過程中檢測橡膠瀝青的技術(shù)指標。

4.2 施工過程質(zhì)量控制要點

4.2.1 混合料的拌和

①將攪拌需用的材料放入攪拌筒，混合5～10s，再加入橡膠瀝青濕混合料，混合時間由試驗混合料確定，不小于1min。所有骨料顆粒必須用瀝青粘合劑包合，并與瀝青混合料均勻混合?？偟膩碚f，混合時間應控制在60～70s之間。當視覺混合混合均勻時，及時發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，防止混合物出現(xiàn)發(fā)灰、冒煙和離析現(xiàn)象。②在攪拌過程中，應嚴格控制各環(huán)節(jié)的溫度。橡膠瀝青材料應采用熱油加熱，加熱溫度為180～190℃?；旌衔锏臏囟瓤刂圃?80～190℃之間，和到達的溫度不低于175℃。為了防止瀝青焦化，混合物的溫度不應超過200℃。一旦超過，就應該馬上降溫。

4.2.2 混合料的運輸

在作業(yè)之前，重新量測作業(yè)面的高度，清除全部雜物，以干凈的水沖刷底部，應當在干燥的地方進行作業(yè)。另外，應當運用和項目規(guī)模相一致的各類機器設(shè)施。大部分路面的碾壓程度和瀝青混合料的溫度密切相關(guān)。為此，老舊輪胎橡膠改性瀝青混合料的溫度應當在運送過程中進行科學管控。

①為了確保攤鋪溫度與施工面品質(zhì)，應當運用噸位高的能夠自行卸載的車輛進行廢舊輪胎橡膠改性瀝青混合料的運送，然而不可過量或者緊急剎車。為了避免混合料和車廂板兩者產(chǎn)生粘結(jié)，車廂底層與側(cè)板可涂抹避免粘結(jié)成分，然而不可過多，剩余的涂料可不堆放在車廂地面。②當氣溫較低或冬季施工時，應采用棉被、篷布等實用的保溫方法，攪拌站應對混合料進行特殊覆蓋保溫，卸載時可開啟。③在運料車進行接料，為減少要離析現(xiàn)象分為三次進行移動裝料。貨車攤鋪機在停車前10～30cm處，應在空檔位置卸貨，邊前進邊緩慢卸料應避免攤鋪車。每次放電必須清洗。如果有富余，應及時清除，防止板結(jié)。卸料完畢后，必須掛車后擋板防止物料泄漏。

4.2.3 混合料的攤鋪

廢舊輪胎橡膠改性瀝青混合料應當在攤鋪作業(yè)以前，對相關(guān)車輛比如攤鋪機、碾壓機、自卸車、攪拌機等進行全面檢查與養(yǎng)護。為了避免廢舊輪胎橡膠改性瀝青混合料運送過程中溫度降低太快，應以帆布覆蓋。廢舊輪胎橡膠改性瀝青混合料的攤鋪溫度應當在170℃以上。在攤鋪時，應當盡量不間斷作業(yè)，避免滾筒與攤鋪機的中間停歇，盡可能避免橫縫，進而提升表層的平整水平。為了確保路面平整，和一般混合料比較，該種混合料的攤鋪速率要慢。

4.2.4 混合料的碾壓

（1）碾壓混凝土溫度控制

廢橡膠改性瀝青的突出特點之一是冷卻速度快、溫度敏感性高、成型溫度高。在正常情況下，施工溫度應根據(jù)路面的粘度、用量、厚度和氣候條件來確定。如何更好地控制施工溫度，直接影響路面的內(nèi)在質(zhì)量、外觀質(zhì)量和使用效果。因此，對碾壓溫度有嚴格的要求。初壓溫度約為165℃，不低于155℃，碾壓溫度不低于95℃。

（2）碾壓混凝土的速度控制

當軋制速度高，減少輥與路面的接觸時間，因此主要取決于體重和小型振動壓實輥；軋制速度低，每增加滾動振動次數(shù)，單位面積的材料較多，所以在低速時通過主機的振動壓實，壓實效果好?，F(xiàn)場使用了兩個不同的壓路機。首先采用振動壓路機對瀝青路面下部進行壓實。之后采用輪胎壓路機壓實瀝青路面的頂層，取得了較好的壓實效果。

5 結(jié)束語

本文就橡膠瀝青混凝土原材料的選擇、橡膠改性瀝青混凝土的制備、低溫性能、高溫性能和橡膠瀝青混凝土路用性能的水穩(wěn)定性能進行了綜合評價，在此基礎(chǔ)上，探討了橡膠瀝青混凝土施工技術(shù)，希望能以此幫助橡膠改性瀝青混凝土的推廣。

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