高速公路橡膠粉改性混凝土施工技術(shù)分析

高建華

（宜春市交通公路工程建設(shè)有限公司，江西宜春336000）

0 引言

公路橡膠粉改性混凝土技術(shù)，主要是利用橡膠改性粉進(jìn)行拌和，從而得到的一種混凝土材料。橡膠粉的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)能源環(huán)保，且該材料的獲取渠道也比較多，所以將該技術(shù)應(yīng)用到公路項(xiàng)目建設(shè)中，能夠達(dá)到生態(tài)環(huán)保的要求。

1 橡膠粉改性瀝青的原理

1.1 改性瀝青原理

改性瀝青主要是通過(guò)加入改性劑材料，讓瀝青或混合料的性能得到提升，從而形成的一種全新的材料，改性劑的加入量一般不會(huì)超過(guò)4%。瀝青屬于聚合物分布在瀝青材料內(nèi)，因?yàn)榫酆衔飪?nèi)吸收了瀝青材料的油分，所以會(huì)使瀝青材料的使用量增加，由此其內(nèi)部的黏度與彈性也會(huì)有所提高。在高溫條件下，大約60℃，聚合物的勁度模量會(huì)超出連續(xù)相的勁度模量參數(shù)，從而使瀝青材料的力學(xué)性能得到改善。目前，所應(yīng)用的改性劑材料主要是橡膠類、樹脂類、熱塑性橡膠類等。

1.2 廢輪胎膠粉改性瀝青

在該類型的改性瀝青材料中，主要應(yīng)用的改性劑是廢舊輪胎顆粒、基質(zhì)瀝青等材料，將其加入混合料內(nèi)進(jìn)行充分?jǐn)嚢?、研磨、加工處理，形成符合路面施工要求的新型施工材料。橡膠材料主要包括天然橡膠、合成橡膠、再生橡膠等。按照要求選擇合適的橡膠材料，保證混合料的性能合格，以達(dá)到工程的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，確保施工的總體效益。

2 廢橡膠粉改性瀝青的研究意義

使用廢舊輪胎制作而成的橡膠粉材料，是經(jīng)過(guò)硫化處理的橡膠材料，其內(nèi)部的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，雖然經(jīng)過(guò)機(jī)械處理后已經(jīng)形成粉末狀，但是粒子的微觀結(jié)構(gòu)仍是網(wǎng)狀交聯(lián)的結(jié)構(gòu)。將該材料和瀝青材料聯(lián)合應(yīng)用，可提升路面結(jié)構(gòu)的抗病害性能，延長(zhǎng)路面的使用壽命。由此可見，進(jìn)行橡膠改性瀝青研究有很重要的現(xiàn)實(shí)意義，具體可以從以下幾方面進(jìn)行分析。

2.1 環(huán)境保護(hù)意義

在第二次工業(yè)革命之后，汽車成了人們的重要消費(fèi)品，汽車保有量呈現(xiàn)出逐年增加的趨勢(shì)，很多家庭都會(huì)優(yōu)先選擇汽車作為交通工具，所以，車輛的生產(chǎn)數(shù)量也在不斷增加。隨著汽車使用量的增加，廢舊橡膠汽車輪胎的數(shù)量也在逐年的增長(zhǎng)，如果不能得到合理的利用或處理，就會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境。

如果將廢舊輪胎用于改性瀝青材料的制作，按照加入量為15%的比例計(jì)算，每年可以消耗30～45 萬(wàn)t廢舊輪胎橡膠粉。要知道，每年需要處理的廢舊輪胎高達(dá)5400～8100 萬(wàn)t，這樣一來(lái)，就可以將大量的廢舊輪胎重復(fù)利用，為橡膠改性瀝青提供充足的原材料，同時(shí)還能減少對(duì)環(huán)境的污染，滿足施工道路的鋪設(shè)。20世紀(jì)末期，美國(guó)鋪設(shè)的廢舊橡膠粉瀝青路面的長(zhǎng)度就已經(jīng)超過(guò)了1.1 萬(wàn)公里，其他國(guó)家也在紛紛效仿，這對(duì)于環(huán)保意義是非常巨大的[1]。

2.2 巨大的經(jīng)濟(jì)效益

當(dāng)前，在我國(guó)的高速公路建設(shè)施工中，主要的施工材料就是SBS 改性瀝青材料，其在市場(chǎng)中的占比達(dá)到98%。該材料的價(jià)格比較高，而隨著石油價(jià)格的不斷上漲，其采收價(jià)格已經(jīng)達(dá)到20000 元/t。但是，廢舊輪胎的成本卻非常低，且其存在的數(shù)量巨大，供應(yīng)量充足，各項(xiàng)指標(biāo)也符合工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)計(jì)算、分析發(fā)現(xiàn)，廢舊輪胎改性瀝青材料的成本僅為SBS 改性瀝青成本的70%左右，如果每年的建設(shè)施工中，用超過(guò)100 萬(wàn)t 橡膠粉取代SBS 改性瀝青，那么總成本將會(huì)降低7 億元以上，同時(shí)所耗費(fèi)的廢舊輪胎橡膠粉將超過(guò)15 萬(wàn)t，約為2500 萬(wàn)條汽車輪胎。如此，不僅可以降低項(xiàng)目建設(shè)成本，還能夠滿足公路建設(shè)需要，對(duì)于社會(huì)發(fā)展也是有益的。

2.3 良好的使用性能

2.3.1 降低行車噪聲

在汽車工業(yè)領(lǐng)域的高速發(fā)展之下，道路噪聲成了危害人們生命健康的主要原因之一。所以，降低道路噪聲也就此成為人們關(guān)注的重要問(wèn)題。研究學(xué)者分析發(fā)現(xiàn)，橡膠瀝青彈性性能較高，可以實(shí)現(xiàn)較高的路面平整度，從而不但能夠有效降低道路噪聲，還能吸收噪聲，且符合交通通行量要求，即使是高等級(jí)的道路，也能夠滿足其行駛需要。有資料顯示，橡膠瀝青在中類型的道路結(jié)構(gòu)中，可降低3～8dB 的噪聲。橡膠瀝青作為城市道路建設(shè)的施工材料，效果良好，完全滿足運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，所以很多設(shè)計(jì)人員都會(huì)優(yōu)先選擇這種材料。

2.3.2 改善瀝青的低溫性能

研究人員通常將普通瀝青看作第一代瀝青，改性瀝青則被認(rèn)為是第二代瀝青，橡膠瀝青即為第三代瀝青。瀝青材料的低溫特性就是其低溫的脆性、抗裂性，我國(guó)在生產(chǎn)瀝青材料時(shí)，主要是通過(guò)石蠟基原油煉制的方式。

由于瀝青材料的高溫敏感性較高，在施工中，如果夏季環(huán)境溫度較高，瀝青就會(huì)發(fā)軟，冬季則會(huì)脆性開裂，出現(xiàn)早期損壞嚴(yán)重的問(wèn)題。在我國(guó)的道路建設(shè)中，鋪設(shè)瀝青混凝土材料時(shí)，要保證夏季與冬季溫度都符合運(yùn)行要求，由此在滿足交通通行質(zhì)量和標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，還能夠延長(zhǎng)道路的使用壽命[2]。

2.3.3 抗老化、抗疲勞性能明顯提高

通過(guò)使用較多的輪胎橡膠粉，可以提高瀝青路面的抗老化、穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)，且由于材料的彈性性能較高，能夠在比較大的溫度變化中保持良好的運(yùn)行狀態(tài)，具備較高的抗裂縫性能，從而可以延長(zhǎng)道路的使用壽命。技術(shù)資料分析結(jié)果顯示，橡膠瀝青路面是普通瀝青材料路面壽命的1～3 倍，日本、俄羅斯、瑞典等國(guó)家都開始全面應(yīng)用橡膠瀝青建設(shè)高速公路及高等級(jí)道路，且運(yùn)行效果良好。

2.3.4 提高瀝青的黏度

黏性對(duì)于提高瀝青材料的高溫穩(wěn)定性有著重要的影響。黏性高，可提高瀝青的抗變形能力以及瀝青材料與碎石之間的黏結(jié)效果，同時(shí)封水性能也能達(dá)到要求。在瀝青材料內(nèi)加入由廢舊瀝青材料粉末制作的聚合物，以保證其結(jié)構(gòu)的流動(dòng)效果滿足要求，降低其脆性以及受溫度的變化影響，這一方法已經(jīng)被廣泛使用于美國(guó)、歐洲等地區(qū)，并產(chǎn)生了良好的效果。通過(guò)引入這種施工方式，確保了瀝青材料的黏度達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)，提高了施工水平。

2.3.5 提高行車的舒適性和安全性

橡膠瀝青路面材料為柔性結(jié)構(gòu)，可以及時(shí)對(duì)道路中局部不平整的位置進(jìn)行處理，保證車輛行駛的穩(wěn)定性與安全性，還能提高輪胎的附著力，縮短車輛的制動(dòng)距離，有效提升車輛運(yùn)行的舒適性，降低振動(dòng)對(duì)瀝青路面產(chǎn)生的不利影響。

總之，應(yīng)用橡膠粉改性瀝青材料，可以更好地利用廢舊橡膠輪胎，滿足人們的使用需要，同時(shí)還能減少資源浪費(fèi)，對(duì)環(huán)境保護(hù)起到積極的促進(jìn)作用。但是，目前我國(guó)對(duì)橡膠粉改性瀝青材料的應(yīng)用還處于初期階段，很多相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范尚不完善，也不能對(duì)其進(jìn)行有效監(jiān)管，所以還要制定有效的管理規(guī)范和要求，才能滿足實(shí)際的應(yīng)用需要。

3 橡膠瀝青混合料的使用要求

橡膠瀝青混合料的使用要求比較多，主要包括以下幾個(gè)方面。

第一，應(yīng)用橡膠瀝青混合料時(shí)，應(yīng)該做好質(zhì)量的管理和控制。材料運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)后，應(yīng)進(jìn)行必要的質(zhì)量檢查，達(dá)到要求后才能投入使用，否則應(yīng)該作廢。

第二，橡膠瀝青路面集料應(yīng)選擇使用各項(xiàng)性能指標(biāo)完全合格的石料，盡量應(yīng)用玄武巖材料，且各個(gè)粒徑必須經(jīng)過(guò)孔篩處理，不能將不同規(guī)格、型號(hào)的材料混合存放，否則將會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。

第三，在應(yīng)用廢舊輪胎制作橡膠瀝青混合料的過(guò)程中，應(yīng)盡量選擇卡車等大型運(yùn)載車輛的輪胎，比如斜交胎等，并在常溫的條件下進(jìn)行破碎處理，以保證材料的性能符合使用要求。

第四，橡膠碎屑應(yīng)該按照干燥、無(wú)污染的標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行處理，且和瀝青、骨料的混合料流動(dòng)而不發(fā)泡，為了能夠避免橡膠屑與瀝青材料出現(xiàn)過(guò)度黏合的情況，應(yīng)該在混合料內(nèi)加入必要的碳酸鈣與滑石粉，并且將加入比例控制在3 以內(nèi)。

第五，除了橡膠屑，加入的瀝青材料也必須符合要求，其制作時(shí)的溫度應(yīng)該控制在190～218℃之間，其反應(yīng)的時(shí)間控制在45min 以上。

第六，粗細(xì)集料應(yīng)該滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，從而達(dá)到石料的性能要求，盡量選擇應(yīng)用玄武巖材料進(jìn)行制作；而細(xì)集料最好是應(yīng)用石屑或石灰?guī)r材料，用生產(chǎn)機(jī)制砂，以確保結(jié)構(gòu)的總體性能合格。

第七，根據(jù)需要選擇合適的填料形式，以達(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，但是不能選擇使用粉煤灰或拌和機(jī)形成的粉塵材料，可將水泥材料作為礦粉材料使用，但應(yīng)確保其技術(shù)指標(biāo)和性能滿足要求[3]。

4 橡膠瀝青混凝土路面的施工管控

4.1 準(zhǔn)備工作

4.1.1 監(jiān)控技術(shù)資料

在項(xiàng)目建設(shè)施工開始前，準(zhǔn)備技術(shù)資料是基礎(chǔ)。技術(shù)人員應(yīng)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)面的勘察，分析、了解工地的具體情況及經(jīng)濟(jì)條件，選擇應(yīng)用合適的施工技術(shù)，為項(xiàng)目施工方案的確定提供基礎(chǔ)。此外，技術(shù)人員還應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，確定最佳的設(shè)計(jì)方案，明確技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和要求，保證各項(xiàng)指標(biāo)和參數(shù)符合要求，為施工的順利進(jìn)行提供基礎(chǔ)。

4.1.2 做好圖紙審核

在設(shè)計(jì)方案確定后，應(yīng)組織專業(yè)人員對(duì)于圖紙進(jìn)行審核，保證圖紙的各個(gè)細(xì)節(jié)符合實(shí)際施工的情況及要求，防止因?yàn)樵O(shè)計(jì)方案的缺陷而影響施工進(jìn)程，保障施工質(zhì)量，進(jìn)而提高工程的總體效益。

4.1.3 做好現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控

在現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)節(jié)，很多因素都會(huì)對(duì)工程質(zhì)量產(chǎn)生影響，所以做好檢查、監(jiān)控和管理尤為重要。相關(guān)人員應(yīng)做好對(duì)現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備工作的管理，保證設(shè)備性能、材料質(zhì)量符合要求，實(shí)施全面管理和控制，確?，F(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)和具體情況一致，為項(xiàng)目的順利進(jìn)行起到積極的促進(jìn)作用。

4.2 運(yùn)輸混合料

4.2.1 在材料溫度較高的情況下進(jìn)行運(yùn)輸，需要采用必要的覆蓋、保溫措施，保證材料的溫度符合要求，避免運(yùn)輸階段出現(xiàn)材料性能下降的情況。通常來(lái)說(shuō)，可選擇應(yīng)用具有隔熱性能的車廂進(jìn)行運(yùn)輸。

4.2.2 材料運(yùn)輸過(guò)程中，應(yīng)用苫布進(jìn)行覆蓋處理，做好材料的保護(hù)和管理，防止出現(xiàn)溫度下降或粉塵污染等問(wèn)題，確保工程項(xiàng)目總體效果合格，避免出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。

4.3 攤鋪橡膠瀝青混合料

攤鋪施工作業(yè)開始前，為了保證工程質(zhì)量，應(yīng)做好以下幾方面的工作。

4.3.1 橡膠瀝青混合料的攤鋪施工環(huán)節(jié)，應(yīng)準(zhǔn)備好施工機(jī)械設(shè)備和施工材料，確保其具備較高的專業(yè)性能，同時(shí)還應(yīng)采取必要的管控措施，使其溫度處于合理范圍內(nèi)。攤鋪階段，熨平板是關(guān)鍵的施工部分，必須進(jìn)行加熱處理，且要做好溫度調(diào)節(jié)，達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.3.2 全面落實(shí)料斗的頻率和對(duì)路面溫度的監(jiān)控。在現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)節(jié)，攤鋪施工的溫度和速度都應(yīng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，不會(huì)給工程質(zhì)量產(chǎn)生任何的負(fù)面影響。

4.3.3 進(jìn)行攤鋪施工作業(yè)時(shí)，應(yīng)選擇合適的設(shè)備，主要是自卸車、攤鋪機(jī)等，以保證施工順利的進(jìn)行。工作人員和設(shè)備之間應(yīng)相互協(xié)調(diào)配合，提高施工的質(zhì)量和效率。

4.3.4 在碾壓施工階段，關(guān)鍵是做好對(duì)平整度的控制，以保證密實(shí)度合格。攤鋪環(huán)節(jié)要做好全面管控，保持緩慢、均勻的狀態(tài)，一般來(lái)說(shuō)應(yīng)將速度控制在3～5m/min[4]。

4.4 碾壓施工

碾壓施工階段，一旦確定碾壓速度，就不能隨意更改，也不能中斷，如果在施工時(shí)突然剎車，會(huì)影響平整度乃至工程的整體質(zhì)量。應(yīng)用壓路機(jī)時(shí)，要做好對(duì)速度的控制，通常來(lái)說(shuō)，碾壓施工的速度不應(yīng)超過(guò)4km/h。同時(shí)，在碾壓環(huán)節(jié)還要做好對(duì)各個(gè)部分碾壓質(zhì)量的控制，尤其是邊角的位置，應(yīng)符合公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)避對(duì)工程質(zhì)量產(chǎn)生任何的影響。

4.5 養(yǎng)護(hù)路面

高速公路施工中，路面養(yǎng)護(hù)是重要的工序，這對(duì)工程質(zhì)量有著直接的影響。養(yǎng)護(hù)路面環(huán)節(jié)，必須選擇合適的養(yǎng)護(hù)施工方式，保證養(yǎng)護(hù)的時(shí)間符合要求，切實(shí)提升施工的質(zhì)量水平和效果，滿足現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。比如，路面施工結(jié)束后，在強(qiáng)度達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)后，應(yīng)直接使用麻袋或塑料布進(jìn)行覆蓋處理，避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫的問(wèn)題。此外，如果發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)表面存在細(xì)微的裂縫，應(yīng)該噴灑一定量的乳化瀝青，然后再鋪設(shè)干燥的粗砂材料，保證其厚度達(dá)到2～5mm，并做好碾壓控制，避免滲水，從而提高工程的質(zhì)量水平[5]。

5 結(jié)語(yǔ)

高速公路橡膠粉改性混凝土施工技術(shù)先進(jìn)性高，是傳統(tǒng)路面材料無(wú)可比擬的，其穩(wěn)定性、安全性符合工程要求，所以應(yīng)用前景非常廣闊。未來(lái)，還應(yīng)加強(qiáng)該技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，消除一切不利因素，保證工程的質(zhì)量，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益的全面實(shí)現(xiàn)。