橡膠瀝青的性能特點(diǎn)和工程運(yùn)用分析

錢小鋒

摘要:橡膠瀝青具有高溫穩(wěn)定性、低溫柔韌性、抗老化性、抗疲勞性、抗水損壞性等功能,是較為理想的環(huán)保型路面材料。橡膠瀝青可降低行車噪音,被譽(yù)為“消音瀝青”。本文分析了橡膠瀝青的特性和生產(chǎn),對(duì)其在路面中的施工工藝作了詳細(xì)的闡述,供大家參考。

關(guān)鍵詞:橡膠瀝青;粘度;拌和

1 前言

橡膠瀝青是先將廢舊輪胎原質(zhì)加工成為橡膠粉,再按一定的比例添加于基質(zhì)瀝青中,并在充分拌和的高溫條件下(180%)與基質(zhì)瀝青充分溶漲反應(yīng)后形成的改性瀝青膠結(jié)材料。在美國(guó),專家與學(xué)者對(duì)這種材料進(jìn)行了大量的研究,并廣泛應(yīng)用于實(shí)際路面工程中。目前,橡膠瀝青混凝土路面在我國(guó)已有一定的應(yīng)用。

2 橡膠瀝青的特性

2.1 提高瀝青的粘度

粘性是瀝青高溫穩(wěn)定性的重要指標(biāo),粘性高的瀝青不僅抗變形能力增強(qiáng),而且加強(qiáng)了瀝青與碎石的粘結(jié)力,具有更好的封水性能。試驗(yàn)顯示:20%膠粉含量的橡膠瀝青,1900C的旋轉(zhuǎn)粘度與4%SBS含量的改性瀝青在1350C時(shí)的旋轉(zhuǎn)粘度值相當(dāng),約3Pa.S;橡膠瀝青的軟化點(diǎn)較基質(zhì)瀝青提高約100C以上,達(dá)55～650C。

2.2 改善瀝青的低溫性能

瀝青的低溫性能是指低溫的脆性和抗裂性。20%膠粉含量的橡膠瀝青的弗拉氏脆點(diǎn)與4%SBS改性瀝青比較,降低約90C,達(dá)17～190C。橡膠瀝青良好的低溫性能,在寒冷地區(qū)將會(huì)明顯減少路面開裂,延長(zhǎng)路面使用壽命。

2.3 提高瀝青抗老化.抗疲勞性能

輪胎膠粉的加入,不僅提高了瀝青抗老化、防氧化和熱穩(wěn)定性,而且由于橡膠優(yōu)異的彈性,也在較大的溫度區(qū)間為瀝青路面提供了柔性,以及耐疲勞和抗裂紋能力,從而延長(zhǎng)路面的使用壽命。有資料表明,橡膠瀝青路面可提高路面使用壽命2～3倍。

2.4 提高行車的舒適性和安全性

由于橡膠路面的柔性,將緩沖路面局部不平整引起車輛的振動(dòng),改善輪胎與地面的附著性能,縮短制動(dòng)距離,從而使車輛的舒適性和安全性都得到改善。

2.5 降低行車噪音

橡膠瀝青的彈性加上開級(jí)配混合料和平整的路面施工可有效地降低車輪在路面上行駛的噪音。橡膠瀝青的應(yīng)用被譽(yù)為“消音瀝青”已列入一些城市的市政建設(shè)規(guī)劃。有資料表明,橡膠瀝青路面車速在50～100km/h時(shí)噪音將降低3～8dB,相當(dāng)于減少80%的車流量。

3 橡膠瀝青和橡膠瀝青混凝土的生產(chǎn)

3.1 路用橡膠粉的生產(chǎn)

橡膠粉主要有三種粉粹工藝:常溫研磨法粉粹工藝、常溫化學(xué)法粉粹工藝和冷凍法粉粹工藝。常溫研磨粉粹的橡膠粉一般可達(dá)到80目左右,表面凹凸.形狀不規(guī)則,呈毛刺狀,而其他兩種工藝粉粹的膠粉粒徑可達(dá)到300目,表面比較光滑,但越細(xì)的膠粉呈團(tuán)狀現(xiàn)象越嚴(yán)重。研究表明,橡膠粉表面有毛刺狀有利于橡膠粉與瀝青結(jié)合。橡膠粉與瀝青拌和主要是融脹反應(yīng)。橡膠粉與瀝青拌和后.橡膠顆粒在瀝青中吸收其中的輕質(zhì)油分,其顆粒明顯變大.橡膠瀝青融脹的越充分,吸收瀝青中的輕質(zhì)油分越多,粘度就增加。橡膠粉改性瀝青的效果越好。橡膠粉的化學(xué)成分為;合成橡膠、天然橡膠、可塑劑、炭黑及灰分等。其中,天然膠含量的不同,影響橡膠瀝青的質(zhì)量。斜交胎(貨車胎)中天然膠與合成膠的比例為31:16,而子午胎(小車胎)一般為16:31。由于斜交胎中天然膠含量較高,因此其橡膠瀝青的高溫性能和低溫性能等多項(xiàng)指標(biāo)明顯優(yōu)于子午胎的橡膠瀝青。路用橡膠粉宜選用常溫研磨法粉粹的斜交胎橡膠粉。

3.2 橡膠瀝青的生產(chǎn)

橡膠瀝青的生產(chǎn),基質(zhì)瀝青采用重交90#瀝青,橡膠粉采用常溫研磨法粉粹的80目斜交胎橡膠粉。一般采用現(xiàn)場(chǎng)加工方法。分為攪拌法和膠體磨/高速剪切法兩類。由于橡膠粉與瀝青拌和主要是融脹反應(yīng),國(guó)外橡膠瀝青的生產(chǎn)一般采用攪拌法。如美國(guó)VSS公司AR12型橡膠瀝青設(shè)備,屬于連續(xù)生產(chǎn)型,由攪拌罐與反應(yīng)罐組成,瀝青和膠粉按比例混和在攪拌罐中經(jīng)高速攪拌后輸送到反應(yīng)罐,再經(jīng)反應(yīng)罐45mm左右反應(yīng)得到成品。在橡膠瀝青的生產(chǎn)工藝中,攪拌速度、反應(yīng)時(shí)間及反應(yīng)溫度等因素影響橡膠瀝青品質(zhì),其中,反應(yīng)溫度最為重要。由于橡膠瀝青的高粘度,橡膠瀝青的混和及反應(yīng)溫度比基質(zhì)瀝青高100C左右.為180～1950C。橡膠瀝青的核心指標(biāo):針人度、軟化點(diǎn)、彈性恢復(fù)及粘度中,關(guān)鍵指標(biāo)是粘度。粘度采用旋轉(zhuǎn)粘度,范圍1.5～5Pa·S。

3.3 橡膠瀝青混凝土的生產(chǎn)

橡膠瀝青混凝土的生產(chǎn)有干拌法和濕拌兩種工藝。干拌法是指橡膠粉與集料先行拌和共混后再噴入瀝青拌制混合料的工藝。濕拌法指橡膠粉或顆粒與瀝青混煉或混合后.作為粘結(jié)劑再與集料拌和的工藝。干拌法時(shí),橡膠粉與礦粉同時(shí)添加拌和缸中進(jìn)行干拌,干拌時(shí)間不少于20s,干拌法時(shí),應(yīng)采用專門的添加設(shè)備,如果沒有,應(yīng)注意作業(yè)人員的勞動(dòng)保護(hù),佩戴必要的防污染設(shè)施。從環(huán)保角度講.應(yīng)以濕拌法為重點(diǎn)。濕拌法時(shí),橡膠瀝青宜采用現(xiàn)場(chǎng)拌和,隨產(chǎn)隨用。

4 路面的施工工藝

4.1 橡膠瀝青生產(chǎn)設(shè)備

橡膠瀝青生產(chǎn)設(shè)備采用全套美國(guó)進(jìn)口移動(dòng)式現(xiàn)場(chǎng)改性設(shè)備。設(shè)備極限生產(chǎn)能力為15t/h,完全能夠滿足我國(guó)絕大多數(shù)工程項(xiàng)目的產(chǎn)量要求。設(shè)備主要組成部分為4個(gè)原材料入口,基質(zhì)瀝青快速升溫裝置,高速攪拌罐,反應(yīng)罐(帶底部攪拌),中央控制和監(jiān)控室,所有原材料均自動(dòng)連續(xù)計(jì)量,輸送速度自動(dòng)控制。

生產(chǎn)設(shè)備尺寸相當(dāng)于集裝箱拖車,自帶導(dǎo)熱油系統(tǒng),自帶瀝青輸入輸出電機(jī),完全為獨(dú)立單元,拌和場(chǎng)需要配合的工作是提供盡可能接近拌和樓的設(shè)備安裝場(chǎng)地和改性劑堆放場(chǎng);將基層瀝青升溫到生產(chǎn)需要的溫度。

拌和樓的對(duì)接在2d內(nèi)完成。可以根據(jù)拌和樓輸出信號(hào)的類型選擇電流/電壓模式,實(shí)現(xiàn)橡膠瀝青成品輸出與拌和樓控制室的響應(yīng),除此以外,拌和樓原有裝備不需要做任何改動(dòng)。

4.2 拌和

橡膠瀝青177℃時(shí)的粘度在1.5～4Pa·S之間,是SBS改性瀝青的3倍左右。這么大的粘度的確會(huì)給膠結(jié)料的輸送帶來一定的困難。所以,輸送管路的長(zhǎng)度不宜過長(zhǎng)。在條件允許的情況下,選擇更粗的膠結(jié)料輸送管是有益的。輸送能力必須與拌和樓生產(chǎn)能力匹配。

但是,粘度的增加并沒有如多數(shù)人預(yù)料的那樣帶來拌和難度的增加。實(shí)際上,在我國(guó)常用的改性瀝青拌和溫度之下,橡膠瀝青的拌和沒有遇到任何困難,包括進(jìn)料在內(nèi)的鍋耗時(shí)約為60s。在整個(gè)施工過程中,沒有發(fā)生次白料現(xiàn)象。

在高溫狀態(tài)下,橡膠顆粒之間完全失去了接觸點(diǎn)粘結(jié),成為獨(dú)立的懸浮顆粒;輸送的時(shí)候,由于輸送管管壁的阻滯作用,實(shí)際上只有截面中心部位可以流動(dòng),這與粘度測(cè)試時(shí)的條件是近似的,由于橡膠顆粒較大,顆粒之間會(huì)產(chǎn)生很大的阻滯力;拌和過程中,外力對(duì)膠結(jié)料的作用力很大程度上是撕扯作用,獨(dú)立的橡膠顆粒不產(chǎn)生對(duì)撕扯的阻力。

4.3 儲(chǔ)存運(yùn)輸

橡膠瀝青混合料運(yùn)輸過程溫度和保溫條件的要求也不高于一般改性瀝青混合料。實(shí)際上,由于膠結(jié)料含量較高,橡膠瀝青混合料的降溫速度比普通混合料略低。值得一提的是,橡膠瀝青混合料在存儲(chǔ)、運(yùn)輸和攤鋪過程中的穩(wěn)定性要明顯比普通瀝青或改性瀝青混合料要好。橡膠瀝青混合料的細(xì)集料含量低,幾乎不含粉料,而橡膠瀝青本身有20%左右的橡膠粉穩(wěn)定,沒有被橡膠粉約束的自由瀝青少,因而無論是粗細(xì)料離析還是膠結(jié)料與礦料的分離都明顯少于其他瀝青混合料。

4.4 攤鋪碾壓

橡膠瀝青混合料一旦溫度下降將難以碾壓,為了保證壓實(shí)度和平整度,需要采取措施保證攤鋪機(jī)的連續(xù)運(yùn)作,同時(shí),需保證實(shí)際工作時(shí)碾壓機(jī)械的數(shù)量,保證碾壓緊密跟進(jìn)。由于橡膠瀝青混合料在高溫狀態(tài)下對(duì)輪胎的粘性很大,碾壓采用全鋼輪壓路機(jī)組合。本項(xiàng)目的攤鋪溫度約170℃。碾壓要求在100℃之前完成。橡膠瀝青混合料一般不采用手工攤鋪操作。

4.5 質(zhì)量檢測(cè)

由于是現(xiàn)場(chǎng)改性,需要對(duì)橡膠瀝青成品進(jìn)行質(zhì)量抽檢,主要抽檢指標(biāo)是粘度。要針對(duì)不同的生產(chǎn)和儲(chǔ)存情況,制定周密的成品抽檢預(yù)案,確保最終用在混合料中的橡膠瀝青粘度在規(guī)定的范圍內(nèi)。

橡膠瀝青混合料的日常抽檢工作程序和流程,與其他瀝青混合料沒有大的區(qū)別。油量的測(cè)定需要特別注意,如果采用離心抽提試驗(yàn),需要首先進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn),如果濾紙,膠粉來源等發(fā)生變化,必須重新進(jìn)行標(biāo)定。離心抽提后進(jìn)行篩分前,需首先將抽提殘留的橡膠粉團(tuán)碾碎,盡量分離出其包裹的細(xì)集料,在有條件的地方,推薦采用燃燒法測(cè)定膠結(jié)料用量。

結(jié)束語(yǔ)

由于橡膠瀝青具有優(yōu)異的低溫柔性和低溫抗裂性能,以及較強(qiáng)的高溫穩(wěn)定性、抗老化性能、抗疲勞性能和抗水損壞性能;橡膠瀝青應(yīng)力吸收層和橡膠瀝青混凝土表面層方案在水泥混凝土路面改造過程中具有投資少、工期短、抗裂性能突出等優(yōu)點(diǎn),有著廣闊的應(yīng)用前景。