馬亦斌 錢穎穎 李春雷

一方面,汽車保有量快速增長帶來了廢棄輪胎大量堆積引發(fā)的環(huán)保問題,另一方面,輪胎用橡膠的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于瀝青膠結(jié)料的路用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。上述原因加快了橡膠瀝青在交通工程中的應(yīng)用,符合國家的循環(huán)經(jīng)濟(jì)方針。江蘇寧常高速公路(沿江高速公路寧常段)于2007年 9月建成通車,其中常州段近30 km六車道路段的上面層結(jié)構(gòu)形式為4 cm厚橡膠改性瀝青混凝土路面(簡稱ARAC-13),是國內(nèi)高等級公路大規(guī)模應(yīng)用橡膠改性瀝青路面的典型。本文通過相關(guān)的理論研究、施工實(shí)踐以及路用性能觀測評價,較為系統(tǒng)的闡述橡膠改性瀝青路面的應(yīng)用。

1 橡膠瀝青改性機(jī)理研究[1]

輪胎橡膠材料性能的高標(biāo)準(zhǔn),決定了橡膠瀝青的優(yōu)良路用性能。輪胎橡膠粉與瀝青之間主要是橡膠粉吸收瀝青輕質(zhì)成分熔脹,物理反應(yīng)是主要的。研究表明,橡膠粉摻入量一般約為20%,經(jīng)熔脹后,橡膠的體積比重在30%～40%之間,使得橡膠優(yōu)異的物理、化學(xué)、力學(xué)性能能夠在橡膠瀝青中明顯的表現(xiàn)出來。

國內(nèi)外的研究表明,摻入橡膠能夠明顯的增加瀝青的粘度,從而提高抗高溫變形能力,其改性效果與SBS改性瀝青相當(dāng)。由于在制作輪胎的配方中,曾加入了大量的防老化劑,包括抗氧劑、碳黑填充劑以及混合料的膠結(jié)料膜,都會顯著提高路面的抗老化性能,這是一般高聚物改性瀝青做不到的,其寬廣的彈性溫度工作區(qū)間和橡膠瀝青的高橡膠粉體積含量,決定了橡膠瀝青混合料是一種性能突出的柔性路面材料,擁有優(yōu)異的抗疲勞性能以及作為應(yīng)力吸收薄膜具備極好的防反射裂縫能力。

2 橡膠瀝青生產(chǎn)工藝研究[2]

2.1 “干法”施工工藝

“干法”為將膠粉直接添加到正在攪拌的拌和樓中,生產(chǎn)膠粉改性瀝青混合料,拌合工藝與常規(guī)混合料基本相同,無需專用的設(shè)備,但是拌合溫度比普通的拌合溫度要高一些。由于拌合時間較短,橡膠與瀝青之間只能產(chǎn)生較少的反應(yīng),這種較少的反應(yīng)不能使舊輪胎中所含的橡膠烴、紫外線抑制劑、抗氧化劑等改性成分釋放出來,膠粉也難以發(fā)生充分的熔脹作用,因此,所生產(chǎn)的混合料性能不及“濕法”橡膠瀝青。目前“干法”生產(chǎn)的瀝青混合料一般攤鋪在路面的中下面層或更低的層位,而較少攤鋪在表面層。

2.2 “濕法”生產(chǎn)工藝

“濕法”工藝應(yīng)用最為廣泛。目前國外應(yīng)用的橡膠瀝青大部分是采用“濕法”生產(chǎn),國內(nèi)近年來也主要針對這種工藝進(jìn)行研究。主要包括將橡膠粉添加到較高溫度(176℃～226℃)的基質(zhì)瀝青中,經(jīng)過高速剪切后,泵送到反應(yīng)罐中保持一定的溫度(150℃～218℃),經(jīng)過一定時間的反應(yīng)制成(一般為45 min～60 min)。典型的加工流程如圖1所示。

按照膠粉粒徑和橡膠瀝青性能不同,“濕法”又可分為“高粘橡膠瀝青”和“可存儲橡膠瀝青”兩種。

“高粘橡膠瀝青”需要采用較高的橡膠粉用量,一般在15%以上,且采用粒徑較大的膠粉(如20目膠粉),其粘度較高,177℃粘度要求在 1.5 Pa?s以上,因此具有優(yōu)良的路用性能,是國外應(yīng)力吸收層中應(yīng)用最多的橡膠瀝青類型。但是由于膠粉粒徑較大,存儲過程中容易離析,通常需要現(xiàn)場加工使用。

“可存儲橡膠瀝青”采用80目左右較細(xì)的橡膠粉,由于橡膠粉很細(xì),能較好的熔融、分散于瀝青中,可存儲一段時間不會發(fā)生離析?？上癯Ｓ玫腟BS改性瀝青一樣廠拌生產(chǎn),遠(yuǎn)距離運(yùn)輸施工。這種橡膠瀝青膠粉摻量不高,通常為10%以下,所以粘度較低,177℃粘度一般很難達(dá)到1.5 Pa?s,混合料中的瀝青用量不如前者高,混合料的性能也不如前者。

3 橡膠瀝青路面日常生產(chǎn)及施工技術(shù)研究[3]

通過日常的生產(chǎn)及施工總結(jié),主要關(guān)鍵工序控制有：1)溫度控制：對混合料拌合溫度必須嚴(yán)格控制。具體溫度控制要求：橡膠瀝青：185℃～195℃,礦料：185℃,成品料：170℃～180℃左右。每天攤鋪時熨平板溫度確保大于100℃以上才開始攤鋪,到場溫度控制大于170℃,攤鋪溫度大于165℃。2)計量控制：施工嚴(yán)格按生產(chǎn)配合比要求執(zhí)行。隨時關(guān)注拌和樓等溢料現(xiàn)象,對逐盤打印記錄進(jìn)行在線檢查,同時對每天各熱料倉用量、礦粉用量、瀝青用量進(jìn)行總量校核,發(fā)現(xiàn)問題及時進(jìn)行處理。3)時間及拌合順序控制：拌合總時間65 s左右,其中干拌10 s,濕拌 40 s,拌合順序為：二次篩分熱料倉進(jìn)料→添加礦粉→添加橡膠瀝青,確保拌和均勻,無花白料和粗細(xì)集料離析。

橡膠瀝青由于粘度較大,泵送時間較長,易造成熱料倉等料,導(dǎo)致礦料過熱,進(jìn)而使得混合料出料溫度偏高,同時還將影響拌和樓混合料產(chǎn)量。應(yīng)保證生產(chǎn)橡膠瀝青的基質(zhì)瀝青供給溫度大于160℃,供給拌和樓的橡膠瀝青大于185℃,同時盡量縮短橡膠瀝青供給管道長度,并于供給橡膠瀝青前提前30 min～60 min用導(dǎo)熱油對管道進(jìn)行預(yù)熱,并加強(qiáng)對橡膠瀝青粘度的動態(tài)檢測,一般每小時檢測一次,確保粘度穩(wěn)定。

4 橡膠瀝青路面路用性能觀測評價

寧常高速公路是江蘇省規(guī)劃建設(shè)的“四縱四橫四聯(lián)”中“聯(lián)三”的重要組成部分。

1)常規(guī)改性路面結(jié)構(gòu)。路面：SMA-13S(4.5 cm)+AC-20S(6.5 cm)+AC-25S(9 cm)+改性乳化瀝青下封層,總厚度20 cm。

2)橡膠改性瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)。路面：橡膠AR-AC13(4 cm)+AC-20S(6 cm)+AC-25S(8 cm)+SAMI(應(yīng)力吸收層0.5 cm),總厚度 18.5 cm。

對比兩種設(shè)計結(jié)構(gòu),一方面明確橡膠瀝青路面的優(yōu)良性能可以合理的減薄路面結(jié)構(gòu);另一方面由于橡膠瀝青混凝土價格相對昂貴,為降低造價,合理的調(diào)整路面結(jié)構(gòu)。

從2007年9月底正式通車營運(yùn),到目前為止,整個路段尚未出現(xiàn)明顯的裂縫、坑槽等早期破壞現(xiàn)象,隨著車流量的增加以及運(yùn)營時間的推移,道路材料的長期路用性能有待于進(jìn)一步的原始數(shù)據(jù)的積累、分析、評價,今后將通過建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的方式,跟蹤觀測橡膠瀝青的路用性能,進(jìn)一步指導(dǎo)橡膠瀝青路面的建設(shè)。

5 結(jié)語

瀝青改性技術(shù)是十分復(fù)雜的研究課題,而從廢舊輪胎的回收利用成套技術(shù)研究到橡膠改性瀝青路面路用性能的綜合評價,更有很漫長的道路,要使得這項具有深遠(yuǎn)環(huán)保意義以及能源革新的技術(shù)得到更廣泛的應(yīng)用,達(dá)到規(guī)?；a(chǎn)從而降低造價,迅速推廣,依賴于跨學(xué)科的科技工作者更為艱苦的技術(shù)聯(lián)合攻關(guān),也依賴于國家相關(guān)政策的扶持,任重而道遠(yuǎn)。

[1] 覃 峰,包惠明,董開亮.橡膠粉改性瀝青混合料的路用性能研究[J].施工技術(shù),2007(3)：92-95.

[2] 劉超鋒,楊振如.廢橡膠制取的膠粉在建筑材料中的應(yīng)用進(jìn)展[J].路基工程,2006(5)：10-12.

[3] 方新雨,曾 輝.路面改造項目橡膠瀝青施工技術(shù)[J].公路,2007(11)：95-99.

[4] 騰康保,趙 松.橡膠粉瀝青混合料的設(shè)計與施工控制[J].山西建筑,2008,34(3)：187-188.