QC成果橡膠粉改性瀝青在高溫多雨地區(qū)高速公路中的應(yīng)用

景鷹公司第一QC小組

二OO八年七月研究橡膠粉改性瀝青在高溫多雨地區(qū)高速公路中的應(yīng)用

景鷹高速公路是國家高速公路“7918”網(wǎng)規(guī)劃中的“縱4線”—濟(jì)南至廣州高速公路在江西省境內(nèi)的北段，全長202.633公里。由江西公路開發(fā)總公司籌資建設(shè)，并成立景鷹高速公路公司進(jìn)行運(yùn)營管理。

橡膠粉改性瀝青是利用汽車廢棄的舊輪胎，經(jīng)過加工成為一定粒度的粉料，直接添加到道路石油瀝青（濕法）或添加到集料中（干法）對瀝青進(jìn)行改性的一種方法。一.前言二.小組簡介課題名稱研究橡膠粉改性瀝青在高溫多雨地區(qū)高速公路中的應(yīng)用小組名稱景鷹公司第一QC小組小組類型創(chuàng)新型人數(shù)7人活動(dòng)頻率2~3次/月QC人均教育時(shí)間70小時(shí)以上出勤率98%成立時(shí)間2007年1月活動(dòng)時(shí)間2007年2月-2008年3月小組成員姓名性別年齡文化程度職務(wù)/職稱小組分工QC教育時(shí)間總協(xié)調(diào)陳立新男37本科總經(jīng)理總協(xié)調(diào)成果推廣＞60h組長曠小林男46本科副總經(jīng)理/高工制定方案＞100h副組長姚文清男42本科養(yǎng)護(hù)處長/高工工作協(xié)調(diào)＞100h組員趙寶山男51本科高工對策實(shí)施＞60h組員肖新春男30本科助理工程師對策實(shí)施總結(jié)成果＞100h組員劉軍男27研究生助理工程師試驗(yàn)檢測總結(jié)成果＞60h組員王健男26本科助理工程師現(xiàn)場管理＞40h

三.選擇課題據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國2007年的廢舊輪胎達(dá)到1.5億條，并以每年12%速度在增加，預(yù)計(jì)到2010年將達(dá)到2億條，這樣大規(guī)模的廢舊輪胎將會(huì)帶來巨大的社會(huì)環(huán)保問題。環(huán)境保護(hù)需要

節(jié)約成本需要

應(yīng)用現(xiàn)狀

選定課題

一方面由于高速公路建設(shè)需要大量改性瀝青，另一方面高速公路建設(shè)用改性瀝青(特別是SBS聚合物改性瀝青)成本大幅提高.交通部于2007年下發(fā)的《關(guān)于組織實(shí)施材料節(jié)約和循環(huán)利用專項(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃的通知》(廳科教字【2007】141號)把“廢舊橡膠輪胎筑路應(yīng)用技術(shù)”做為重點(diǎn)推廣項(xiàng)目之一.江西及江西同緯度地區(qū)(高溫多雨氣候)還未進(jìn)行橡膠粉改性瀝青試驗(yàn)路的鋪筑及相關(guān)研究.江西公路開發(fā)總公司指令對橡膠粉改性瀝青在江西景鷹高速公路中應(yīng)用進(jìn)行研究.四.設(shè)定目標(biāo)在景鷹高速公路鋪筑橡膠粉改性瀝青上面層試驗(yàn)路，在各項(xiàng)路用性能指標(biāo)滿足規(guī)范要求的前提下，達(dá)到①利用廢舊輪胎;②節(jié)約改性瀝青成本的目的。

五.提出并選擇方案

1.提出各種方案小組成員運(yùn)用頭腦風(fēng)暴法，根據(jù)景鷹高速公路的實(shí)際情況，提出以下三種試驗(yàn)路鋪筑方案：方案一：在隧道內(nèi)鋪筑試驗(yàn)路方案二：在特大橋上鋪筑試驗(yàn)路方案三：在普通路基上鋪筑試驗(yàn)路

2.各種方案的可行性及評估

經(jīng)過可行性分析，每個(gè)小組成員都對三種方案進(jìn)行評估打分（見表1）。表1各種方案的可行性分析及評估表方案可行性分析評價(jià)綜合得分選定方案項(xiàng)目陳曠姚趙肖劉王立小文寶新新林清山春軍健一隧道內(nèi)鋪筑試驗(yàn)路1.隧道內(nèi)通風(fēng)不暢,潮濕,環(huán)境與外界不同2.隧道內(nèi)的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與普通路基上的不同,不具代表性3.隧道內(nèi)空間小,不利于施工4.受隧道施工的工期制約所處環(huán)境代表性可實(shí)施性工期影響○○○○○◎◎○○○○○○○◎○◎◎○○◎○◎○●○○●50不選二在特大橋上鋪筑試驗(yàn)路1.在橋面上受環(huán)境影響大,在嚴(yán)熱和寒冷季節(jié)與周圍溫差大2.橋面上的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與普通路基不同,不具代表性3.大量的機(jī)械設(shè)備和人員集中在橋面上作業(yè),

容易引起特大橋的共振,對特大橋的結(jié)構(gòu)安全存在一定的影響,且對施工安全也不利4.特大橋的施工工期制約了試驗(yàn)路的鋪筑○○○◎○◎◎◎○○○○○○○◎◎◎●●○○◎◎○◎○●60不選三普通路基上鋪筑試驗(yàn)路1.在嚴(yán)熱和寒冷季節(jié)路基溫度與周圍溫度無太大的變化2.景鷹高速公路全長202公里,路基長160多公里,占總長69%,具有很強(qiáng)的代表性3.在路基上施工方便,不受其它條件限制4.大部分路基已具備路面施工條件,不影響工期●●●◎●◎●●●●●●●●◎◎●◎●○◎●◎◎●●●●120選定表中：●5分◎3分○1分經(jīng)過上述三個(gè)方案的評估打分，我們可以看出:

方案一:綜合評分為50分；方案二:綜合評分為60分；方案三:綜合評分為120分.因此，確定方案三為實(shí)施方案，即在普通路基上鋪筑橡膠粉改性瀝青試驗(yàn)路.六.制定對策表

小組成員經(jīng)過進(jìn)一步的討論，認(rèn)為要使橡膠粉改性瀝青在景鷹高速公路中應(yīng)用，首先必須研究并掌握橡膠粉改性瀝青的生產(chǎn)工藝、橡膠粉的摻量、橡膠粉改性瀝青混合料的路用性能.根據(jù)以上要素和QC活動(dòng)“5W1H”原則我們制定了對策表2.序號對

策目

標(biāo)措

施完成地點(diǎn)責(zé)任人完成時(shí)間1經(jīng)費(fèi)申請預(yù)算62萬向總公司申請專項(xiàng)研究經(jīng)費(fèi)總公司陳立新曠小林2007.12橡膠粉的生產(chǎn)工藝掌握橡膠粉的生產(chǎn)工藝1.與具有橡膠粉改性瀝青生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)廠商展開合作2.廠家通過試驗(yàn)對比確定最佳的生產(chǎn)工藝改性瀝青生產(chǎn)現(xiàn)場曠小林姚文清2007.2～2007.33橡膠粉摻配量確定最佳摻配用量1.采取不同摻量進(jìn)行對比試驗(yàn)2.根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定最佳摻配用量總公司試驗(yàn)室同濟(jì)大學(xué)試驗(yàn)室肖新春劉

軍2007.3

～2007.44橡膠粉改性瀝青路用性能研究混合料高低溫及水穩(wěn)性能滿足規(guī)范要求與權(quán)威性的試驗(yàn)室展開合作，進(jìn)行相關(guān)的室內(nèi)試驗(yàn)研究工作。肖新春劉

軍2007.4～2007.75鋪筑試驗(yàn)路實(shí)體工程試驗(yàn)路的各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足規(guī)范要求現(xiàn)場指導(dǎo)進(jìn)行生產(chǎn)配合比，按照生產(chǎn)配合比，鋪筑試驗(yàn)路實(shí)體工程.景鷹公司施工現(xiàn)場趙寶山王健2007.9表2對策表七.方案實(shí)施

▲實(shí)施一

1．通過多家比選，最后確定與國內(nèi)實(shí)力較強(qiáng)的北京溫格漢氏資源再利用技術(shù)有限公司和天津海泰環(huán)?？萍及l(fā)展有限公司展開合作，分別負(fù)責(zé)橡膠粉的生產(chǎn)和橡膠粉改性瀝青的生產(chǎn)，確保了橡膠粉的及時(shí)供應(yīng)和橡膠粉改性瀝青的質(zhì)量。

2．通過試驗(yàn)對比，最終確定的生產(chǎn)工藝是:采用常溫粉碎法粉碎廢舊輪胎將粉碎后廢舊輪胎橡膠粉直接添加到普通道路石油瀝青內(nèi)（濕法）180℃下機(jī)械攪拌60分鐘。橡膠粉改性瀝青(濕法)加工設(shè)備圖▲實(shí)施二

我們分別按10%、14%、18%、22%和26%的橡膠粉摻量進(jìn)行了瀝青的高溫性能、低溫性能和老化性能試驗(yàn)（基質(zhì)瀝青采用設(shè)計(jì)的殼牌公司的Shell70#）。

詳細(xì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)見下表3：表3不同摻量的橡膠粉改性瀝青性能指標(biāo)匯總表試驗(yàn)項(xiàng)目單位規(guī)范要求橡膠粉摻量普通瀝青改性瀝青10%14%18%22%26%25℃針入度0.1mm60～8060～8073.069.767.766.765.3軟化點(diǎn),不小于℃465551.4554.858.559.960.2135℃粘度,不大于Pa.s/31.61.82.54.18.55℃延度,不小于cm/3036.834.333.227.224.2TFOT后(老化性能)質(zhì)量變化,不大于%±0.8±1.0±0.27±0.4±0.46±0.58±0.525℃殘留針入度比,不小于%616084.386.994.080.574.55℃殘留延度比,不小于%/66.794.290.188.681.480.7備注:紅色數(shù)據(jù)表示不符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》要求.

試驗(yàn)結(jié)果表明：10%、14%、22%和26%的橡膠粉摻量其各項(xiàng)性能指標(biāo)雖然都能滿足普通瀝青的規(guī)范要求，但分別有1~2項(xiàng)指標(biāo)不符合改性瀝青的規(guī)范要求，改性效果不明顯。而18%的摻量各項(xiàng)指標(biāo)均符合改性瀝青的規(guī)范要求，且對于瀝青的改性非常明顯。首先，能夠改善瀝青的高溫性能，主要表現(xiàn)在針入度降低,軟化點(diǎn)提高和粘

度提高上。其次，能夠改善瀝青的老化性能，表現(xiàn)為質(zhì)量損失減小，殘留針入度比提高和殘留延度比提高。根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，確定橡膠粉的摻量為18%。

1．為了掌握橡膠粉改性瀝青混合料的路用性能，通過比選，我們確定了與國內(nèi)土木工程研究領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位的同濟(jì)大學(xué)進(jìn)行合作，由同濟(jì)大學(xué)負(fù)責(zé)部分試驗(yàn)研究，確保了試驗(yàn)精度及結(jié)果的權(quán)威性。

2．本次試驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行了AC-13（設(shè)計(jì)規(guī)定）橡膠粉改性瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料設(shè)計(jì)，通過試驗(yàn)，以比較兩者之間的性能差異。

▲實(shí)施三表4混合料高低溫及水穩(wěn)性能試驗(yàn)結(jié)果項(xiàng)目單位規(guī)范要求AC-13普通瀝青混合料改性瀝青混合料SHELL+18%SBS6O℃車轍試驗(yàn)次/mm≥1000≥280033404636

7O℃浸水車轍試驗(yàn)次/mm//14121280劈裂疲勞試驗(yàn)指標(biāo)(應(yīng)力比0.4)次≥2000≥250033303007凍融劈裂試驗(yàn)凍融劈裂比指標(biāo)%≥75≥8086.3885.82浸水馬歇爾試驗(yàn)殘留穩(wěn)定度指標(biāo)%≥80≥8590.4386.52低溫彎曲試驗(yàn)(破壞應(yīng)變)με

≥2000≥250034612527

通過上述六個(gè)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)橡膠粉改性瀝青混合料的車轍試驗(yàn)結(jié)果為3340次/mm，雖然比SBS改性瀝青要低，但已達(dá)到規(guī)范要求的2800次以上要求。同時(shí),橡膠粉改性瀝青

混合料的70℃浸水車轍、劈裂疲勞、凍融劈裂比、殘留穩(wěn)定度和破壞應(yīng)變試驗(yàn)結(jié)果要比SBS改性瀝青混合料高，反映了橡膠粉改性瀝青混合料具有較好的高溫性能、疲勞性能、水穩(wěn)性能和低溫抗裂性能?！鴮?shí)施四

QC小組在掌握了橡膠粉改性瀝青的生產(chǎn)工藝、橡膠粉的摻量、橡膠粉改性瀝青混合料的路用性能的基礎(chǔ)上，現(xiàn)場指導(dǎo)進(jìn)行生產(chǎn)配合比，按照生產(chǎn)配合比進(jìn)行實(shí)驗(yàn)路鋪筑，并于2007年9月完成景鷹高速公路K130～K135右幅5km上面層橡膠粉改性瀝青試驗(yàn)路的鋪筑。

1．路用性能效果

我們對試驗(yàn)路各項(xiàng)性能進(jìn)行了檢測，檢測結(jié)果表，橡膠粉改性瀝青路面表面滲水試驗(yàn)、鉆芯試驗(yàn)、面層抗滑性能試驗(yàn)等各項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)均符合規(guī)范要求，合格率達(dá)100%(見表5).表5橡膠粉改性瀝青路面現(xiàn)場試驗(yàn)匯總表八.效果檢查項(xiàng)

目檢測平均值規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)檢測點(diǎn)數(shù)合格點(diǎn)數(shù)合格率（%）滲水系數(shù)平均值(ml/min)22≤1201515100壓實(shí)度平均值(%)94.4≥9255100構(gòu)造深度平均值(mm)0.83≥0.551515100擺值平均值（BPN）54≥451515100

同時(shí)我們對試驗(yàn)路的路面噪聲進(jìn)行了測定,經(jīng)過測定發(fā)現(xiàn)，橡膠粉改性瀝青對降低行車噪音有一定作用，相對于SBS改性瀝青可以降低大約4分貝

(見圖2)。圖

2

路面噪聲測定

2．經(jīng)濟(jì)效益

按目前重交瀝青、改性瀝青和橡膠粉的市場價(jià)計(jì)算,表7兩種材料價(jià)格比較表

名稱SBS改性瀝青橡膠粉瀝青材料名稱70#SBS70#橡膠粉單位（噸）10.0510.18單價(jià)（元）29502000029503300材料價(jià)格295010002950594材料重量（噸）1.051.18材料價(jià)格合計(jì)（元）39503544每噸材料價(jià)格（元）37623003每噸節(jié)約成本（元）759節(jié)約比例20%我們可以看出使用橡膠粉改性瀝青混凝土代替?zhèn)鹘y(tǒng)的SBS改性瀝青混凝土每噸材料可節(jié)約759元,節(jié)約比例達(dá)20%.按照景鷹高速公路4cm殼牌改性瀝青上面層的結(jié)構(gòu)形式及最佳油石比5%計(jì)算，采用橡膠粉改性瀝青后每公里節(jié)約瀝青成本8.13萬元。計(jì)算過程如下：▲每公里瀝青用量=(22.5×1000×0.04)m3×2500kg/m3×(0.05÷1.05)=107.14(噸)▲每公里節(jié)約瀝青成本=107.14×759=８.13(萬元)

3．環(huán)保效益

按生產(chǎn)每噸橡膠粉需要240條廢輪胎的生產(chǎn)消耗量及18%的橡膠粉摻量計(jì)算，則每公里還可消耗廢輪胎4628條。計(jì)算過程如下：▲每公里消耗廢輪胎=107.14×0.18×240=4628(