橡膠瀝青技術(shù)在路面工程中的應(yīng)用

1、橡膠瀝青技術(shù)在路面工程中的應(yīng)用曾華洋四川新筑道路建設(shè)工程有限責任公司博士技術(shù)總監(jiān)橡膠瀝青概述廢舊輪胎是一種難以降解的高份子材料，這些黑色垃圾無論是采用堆放，填埋還是焚燒的方法處理都將造成新的污染，不但污染環(huán)境、占用土地資源，而且容易滋生蚊蟲，傳播疾病。橡膠瀝青是把廢舊輪胎磨成粉加入瀝青中對基質(zhì)瀝青進行改性，既解決了環(huán)保的問題，又改善了路用效果。橡膠瀝青技術(shù)歷經(jīng)40余年的發(fā)展，已在全球多個國家成功應(yīng)用，其卓越的性能、低廉的成本、戰(zhàn)略資源再生效益以及特有的環(huán)保價值被國內(nèi)專家譽為21世紀優(yōu)秀的道路建設(shè)新材料。橡膠瀝青技術(shù)在發(fā)達國家多個著名城市成功應(yīng)用多年，新筑公司把這一新技術(shù)引進中國，已做了不少成功

2、的工程，相信這一技術(shù)將來一定會在全國大面積推廣應(yīng)用。目前在中國此項技術(shù)卻遠遠落后于發(fā)達國家。80年代在道路上用橡膠瀝青建造了應(yīng)力吸收薄膜層和夾層，但由于當時膠源和生產(chǎn)設(shè)備缺乏，橡膠瀝青技術(shù)在中國的發(fā)展停頓了下來，取而代之的是各種 SBS、SBR、EVA、PE等改性瀝青技術(shù)。橡膠瀝青的資源節(jié)約和再生效應(yīng)十分顯著。橡膠瀝青中橡膠屑與基質(zhì)瀝青的配合比達到2:8，同時又可將原路面減薄約一半，這樣大大節(jié)約資源。另外，橡膠瀝青中的橡膠屑，大部份來源于廢舊輪胎，通過與基質(zhì)瀝青的反應(yīng)，能夠達到資源循環(huán)再生的效應(yīng)。鑒于此，該項技術(shù)應(yīng)用完全能夠體現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟與建設(shè)節(jié)約型社會概念。橡膠瀝青的原理橡膠屑加入瀝青中對瀝青

3、改性有干法和濕法兩種。將橡膠屑首先加入到瀝青中去拌和，然后作為一種改性的粘結(jié)劑來使用叫濕法。根據(jù)ASTM的定義，橡膠瀝青指的是一種瀝青混凝土，回收的輪胎橡膠和一定添加劑的混合。橡膠成分至少占混合物總重的15%，在熱瀝青中充分反應(yīng)從而促使橡微粒發(fā)生膨脹。根據(jù)定義，橡膠瀝青是用“濕處理”的方法生產(chǎn)。 美國亞利桑那州鳳凰城工程師 Charles.H. McDonald在濕法的基礎(chǔ)上發(fā)明了McDonald法來生產(chǎn)橡膠瀝青。這一方法的最大特點是增加一道高溫反應(yīng)的工序，即將攪拌好的橡膠屑和瀝青混合物放入190218的高溫反應(yīng)釜中，使橡膠屑與瀝青反應(yīng)45分鐘，所制成的改性粘結(jié)劑被稱為橡膠瀝青。McDonal

4、d 法的優(yōu)點十分明顯，它只要求將廢輪胎磨成最大粒徑不超過2 mm的碎屑，從而大大降低了原料的成本；它加入瀝青的橡膠屑數(shù)量可高達1826%，從而大大提高了粘結(jié)劑的粘度；它采用高溫催化反應(yīng)，可使廢舊橡膠中改性物質(zhì)與瀝青材料進行最大程度的融合，獲得更好的材料性能；在工藝上，只要求將廢舊廢輪胎橡膠磨成最大粒徑不超過2 mm的碎屑，與要求必須是80目以上橡膠細粉的干法工藝比較，大大減少了加工難度，可降低原料成本；加入瀝青的橡膠屑含量可達1826%，可大幅度提高廢舊輪胎利用率（干法拌合最大橡膠粉摻加量為10%）。橡膠瀝青生成工藝示意圖見圖一。圖1：橡膠瀝青生產(chǎn)工藝示意圖橡膠瀝青是由基質(zhì)瀝青、輪胎橡膠屑和特

5、種添加劑在專用設(shè)備中進行反應(yīng)，膠粉吸收瀝青中的芳香分而膨脹，軟化；瀝青中的芳香分減少，導致瀝青粘度增大 ；瀝青和橡膠粉的界面逐漸模糊，生成一種高彈性凝膠狀物質(zhì)，形成整體性能明顯優(yōu)于基質(zhì)瀝青的復(fù)合膠結(jié)材料。橡膠瀝青試驗結(jié)果伯克萊加州大學和DynaTest咨詢研究所對橡膠瀝青進行了大型的道路實驗。他們使用了重車模擬器，見圖2。該車可在實驗路上加不同的荷載。從表1可以看出有三段實驗路進行比較。一段是75mm普通瀝青混凝土，一段是38mm橡膠瀝青，一段是25mm橡膠瀝青。在40kN的荷載作用下，運行10萬次后普通瀝青混凝土段開始出現(xiàn)細小裂縫，橡膠瀝青段沒有裂縫。運行17萬5千次后普通瀝青混凝土段開始出

6、現(xiàn)大的裂縫，橡膠瀝青段沒有裂縫。荷載增加到80kN后，運行20萬次后普通瀝青混凝土段完全碎裂，38mm段橡膠瀝青段沒有裂縫，25mm段橡膠瀝青段出現(xiàn)細小裂縫。運行到23萬7千次后普通瀝青混凝土段停止測試，38mm段橡膠瀝青段沒有裂縫，25mm段橡膠瀝青段完全碎裂。表面溫度降低5C后，運行到25萬次后38mm段橡膠瀝青段才出現(xiàn)裂縫。該實驗表明使用橡膠瀝青技術(shù)可以厚度減小50%、壽命至少延長一倍以上。圖2：重車模擬器表1 重車模擬器試驗結(jié)果重復(fù)次數(shù)輪荷重(kN)AC罩面路段(75mm)橡膠瀝青路段(38mm)橡膠瀝青路段(25mm)0-100,00040kN100,000次時出現(xiàn)細小裂縫_100,

7、000 - 175,00040kN175000次時出現(xiàn)大的裂縫_輪荷重增加到 80 kN175,000 - 200,00080kN完全碎裂_細小裂縫200,000 - 237,00080kN測試停止_完全碎裂表面溫度降低到5° C237,000 - 250,00080kN測試停止測段另一半出現(xiàn)裂縫測試停止2002年秋天美國聯(lián)邦公路局（FHWA）聯(lián)合16個洲的公路局，30個科研單位在McLean, Virginia 用不同材料（橡膠瀝青，普通瀝青，SBS，吹氧法，加纖維等）在相同的底層上鋪了12條新建試驗路面，其中第一條是橡膠瀝青AR，第2條是普通瀝青AC用來作比較。第4條是SBS，1

8、-7道是100mm厚，8-12道是150mm。年內(nèi)使用了兩臺加速荷載設(shè)備ALF來碾壓（圖3） 圖3：ALF設(shè)備在10萬次荷載作用下，第二道普通瀝青段出現(xiàn)了裂縫，橡膠瀝青和SBS段都沒有裂縫，在30萬次荷載作用下，第四道SBS段也出現(xiàn)了裂縫，但第一道橡膠瀝青段仍然沒有裂縫，ALF試驗結(jié)果見圖4。圖4：ALF試驗結(jié)果第一道橡膠瀝青段是由50mm普通瀝青和50mm橡膠瀝青，50mm普通瀝青層已斷裂，但裂縫不能向上傳播。如果在30萬次荷載作用下普通瀝青不出現(xiàn)裂縫，其厚度應(yīng)在180mm以上。第一道橡膠瀝青段在30萬次荷載作用下沒有裂縫，也就是說50mm AR + 50mm AC 等效于180mm AC的

9、使用功能，也就是說50mm AR 等效于130mm AC，與普通瀝青比較，橡膠瀝青可以減薄厚度2.6倍。減薄厚度示意圖見圖5。圖5：橡膠瀝青減薄路面厚度原理根據(jù)幾十年的工程實例，橡膠瀝青減薄路面厚度方法總結(jié)在表2。表2 橡膠瀝青減薄路面厚度方法普通瀝青砼AC厚度mm對應(yīng)的橡膠瀝青砼ARC厚度mm用應(yīng)力吸收層后對應(yīng)的橡膠瀝青砼厚度，mm4530-6030-7545309045301056045120604513545AC + 45ARC6015060AC + 45ARC6016545AC + 60ARC45AC + 45ARC18060AC + 60ARC60AC + 45ARC橡膠瀝青在美國的

10、應(yīng)用實例在美國有許多用橡膠瀝青鋪的路面，這里介紹作者2005年到美國考察的一條從舊金山到芝加哥的80號洲際公路，交通量非常大，重型卡車比例大，在破損的水泥路面上直接鋪筑了6cm橡膠瀝青，1995年峻工，設(shè)計壽命10年。10年后至今沒有車轍，沒修補，沒有任何路面損害，實地感受到了使用橡膠瀝青的優(yōu)點。厚度薄，只有6cm，抗反射裂紋，壽命長。圖6：美國80#州際公路橡膠瀝青的應(yīng)用范圍橡膠瀝青已使用了大約40年，作為一種黏合劑用于各種類型的瀝青路面結(jié)構(gòu)包括表面處理和熱拌。它還用于裂縫封堵。應(yīng)力吸收層SAMI。對于熱拌，用于開級配和間斷級配橡膠瀝青具有最好性能，特別是用于面層厚度小于60mm的罩層。橡膠

11、瀝青的優(yōu)點l 高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性好，克服瀝青路面夏天高溫泛油、鼓包，冬天天氣寒冷開裂的缺陷。l 橡膠瀝青具有較強的降低路面應(yīng)力的能力，可以有效地防止反射裂縫，顯著延長覆蓋層壽命。l 是城市道路降低噪音的新材料，與普通瀝青路面相比，可降低噪音。l 路面面層厚度可以減薄，使用壽命比普通瀝青延長，從而減少道路維修費用。新筑建設(shè)公司引進橡膠瀝青技術(shù)新筑建設(shè)公司2005年從美國加洲的VSS公司引進了橡膠瀝青生產(chǎn)設(shè)備和橡膠瀝青全套技術(shù)，包括原材料的選型，橡膠瀝青粘結(jié)劑設(shè)計，橡膠瀝青混合料配合比設(shè)計，橡膠瀝青生產(chǎn)，橡膠瀝青混合料拌合，橡膠瀝青混合料攤鋪，壓實及質(zhì)量控制。新筑建設(shè)公司成為目前國內(nèi)唯一全程掌

12、握全套橡膠瀝青技術(shù)的企業(yè)，通過技術(shù)消化提升、原材料本土化以及所有環(huán)節(jié)設(shè)備的配備，致力于將該項技術(shù)應(yīng)用于道路工程，在改變道路品質(zhì)的同時，通過瀝青橡膠砼路面這一科技環(huán)保題材來響應(yīng)國家提出的資源再生，節(jié)約型社會，環(huán)保的號召。圖7：新筑建設(shè)橡膠瀝青生產(chǎn)基地新筑建設(shè)公司橡膠瀝青工程案例簡介一、八寶街市政工程 八寶街為成都市交通主干道，晝夜車流量超過幾萬輛，是成都東西南北樞紐路口。橡膠瀝青技術(shù)首次落戶成都便應(yīng)用于該工程，受到了各級領(lǐng)導、各大媒體以及主管行業(yè)部門的廣泛關(guān)注。原設(shè)計方案為2.5cm科氏瀝青+6cm普通瀝青砼+4cmSBS瀝青砼；新筑方案為6cmARC-13橡膠瀝青砼。其良好的性價比以及無可比擬

13、的減薄厚度性能得到了各界的一致好評。圖8：經(jīng)歷兩個夏天的八寶街橡膠瀝青路面.二、二環(huán)路市政工程紅牌樓 二環(huán)路為成都市重要環(huán)形交通，承擔著成都市重要的交通運輸任務(wù)，晝夜車流量達到4萬輛以上，是橡膠瀝青技術(shù)得到成都市城市建設(shè)認可的標志性工程。特別是紅牌樓至永豐立交橋外側(cè)一段為二環(huán)路大件路段，橡膠瀝青砼路面時常要承載德陽運至樂山的超大重型三峽水電站機組（700噸級）。原設(shè)計方案為2.5cm科氏瀝青+6cmSBS瀝青砼+4cmSBS瀝青砼；新筑方案為7cmARC-13型橡膠瀝青砼。三、大件路新津段公路工程原設(shè)計方案：5cmAC-20I，4cmAC-16I，3cmSBSAC-13I現(xiàn)設(shè)計方案：6cmAR

14、C-13型橡膠瀝青砼大件路為重載交通工程，承擔著德陽至樂山重型設(shè)備運輸，以及其它重型運輸車輛交通任務(wù)，晝夜車流量3萬輛以上，其中重型車輛占35%左右。2006年幾臺次重達600多噸的大型水電設(shè)備通過大件路，橡膠瀝青混合料在減薄路面厚度一半的情況下，仍然能夠出色的承擔重型車輛的荷載。四、二環(huán)路立橋橋面鋪裝工程人南立交、刃具廠立交、雙橋子立橋橡膠瀝青設(shè)計方案：3cmARC-10型橡膠瀝青砼二環(huán)路立交橋使用時間較長，交通流量巨大，是成都市連接各地的主要樞紐，而橡膠瀝青砼僅鋪筑3cm，縮減了瀝青用量，減少了橋梁自身的恒載力，延長其使用壽命。新筑公司還在全國各地承接了不少橡膠瀝青工程，特別值得提到的是承

15、擔了交通部滬蓉西高速公路橡膠瀝青示范工程。圖9：交通部橡膠瀝青示范工程新筑建設(shè)公司施工的橡膠瀝青路面工程和省外橡膠瀝青路面工程匯總于表3和表4。橡膠瀝青加工設(shè)備 在引進，消化外國設(shè)備的基礎(chǔ)上，新筑公司開發(fā)出了自己的橡膠瀝青生產(chǎn)設(shè)備。其主要特點有：1、連續(xù)快速升溫及連續(xù)攪拌技術(shù)。 快速升溫裝置，可保證基質(zhì)瀝青在流過快速升溫裝置后從160直接升到210，滿足反應(yīng)溫度，提高生產(chǎn)率。 懸浮物下拉技術(shù)，使橡膠屑和瀝青能充分攪拌混合。2、電子計量技術(shù) 應(yīng)用電子計量技術(shù)精確控制各種物料比例3、實時檢測及人機接口技術(shù)。 溫度實時檢測，準確調(diào)節(jié)系統(tǒng)各關(guān)鍵節(jié)點的工藝溫度 導波雷達實時液位檢測實現(xiàn)精確系統(tǒng)物料平衡圖10：新筑生產(chǎn)的橡膠瀝青加工設(shè)備表5：橡膠屑技術(shù)指標檢測項目單位技術(shù)指標相對密度g/cm3水分%<1金屬含量%<0.05纖維含量%<1灰分含量%8天然橡膠含量%22-48丙酮抽出物%22碳黑含量%28-38橡膠烴含量%42橡膠瀝青工藝 在引進，消化外國橡膠瀝其工藝的基礎(chǔ)上，新筑公司開發(fā)出了自己的橡膠瀝青橡膠瀝青施工技術(shù)規(guī)程，膠粉和橡膠瀝青指標見表5和表6。表6：橡膠瀝青技術(shù)指標檢測項目單 位技術(shù)指標190旋轉(zhuǎn)粘度dPa.S15-40軟化點（環(huán)球法）52-7425針入度 0.1mm40-8025彈性恢復(fù) %>60