橡膠瀝青路面的結(jié)構(gòu)類型及應(yīng)用

趙 評 宏

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030600)

橡膠瀝青路面的結(jié)構(gòu)類型及應(yīng)用

趙 評 宏

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030600)

論述了橡膠瀝青的兩種生產(chǎn)工藝，分析了橡膠瀝青具有的技術(shù)優(yōu)勢，介紹了橡膠瀝青應(yīng)用于路面的主要結(jié)構(gòu)類型，并對斷級配橡膠瀝青混凝土、橡膠瀝青瑪脂碎石、橡膠瀝青應(yīng)力吸收層的特性進(jìn)行了探討，提出了完善橡膠瀝青性能的研究方向。

橡膠瀝青，結(jié)構(gòu)類型，路面工程

0 引言

近年來，我國經(jīng)濟快速發(fā)展，汽車保有量迅猛增長。到2013年，我國汽車保有量已達(dá)到1.37億輛，但也帶來了廢舊輪胎處治的難題。據(jù)統(tǒng)計，2010年，我國的廢舊輪胎產(chǎn)生量為2.5億條，且還以每年8%～10%的速度遞增，大量的廢舊輪胎堆積造成環(huán)境污染，成為“黑色污染”源。如何科學(xué)有效的回收利用，防止對環(huán)境造成的污染，是我國再生資源回收利用面臨的一個新課題。

按照國外的處治廢舊輪胎的先進(jìn)經(jīng)驗，利用廢舊輪胎膠粉修筑瀝青路面是一個科學(xué)有效的處治方法。將廢舊輪胎膠粉配制成橡膠瀝青，應(yīng)用于路面應(yīng)力吸收層鋪筑，或者鋪筑橡膠瀝青路面，不僅減少了環(huán)境污染，減少資源消耗，而且符合循環(huán)經(jīng)濟，綠色施工的要求，具有重要的社會和經(jīng)濟意義。

1 橡膠瀝青的生產(chǎn)

橡膠瀝青(英文名：Asphalt Rubber，縮寫為AR)，由瀝青、回收輪胎橡膠及礦料等組成的混合料。其中，膠粉含量不少于總重的15%，要求橡膠顆粒在熱瀝青中充分反應(yīng)并膨脹。

自20世紀(jì)60年代橡膠瀝青問世起，就廣泛應(yīng)用于舊路改造，積累了大量SAM和SAMI的典型路面結(jié)構(gòu)設(shè)計方法和成功經(jīng)驗，是國際上公認(rèn)的一種防止舊路反射裂縫的最有效措施。

橡膠瀝青生產(chǎn)分為濕法工藝(橡膠瀝青混凝土)和干法工藝(橡膠粉瀝青混凝土)兩種。

濕法工藝(wet process)，是先將廢胎膠粉或顆粒與瀝青混煉成橡膠瀝青，然后作為粘結(jié)劑再與礦料拌合。在該法中，橡膠粉在高溫條件下充分溶脹，膠粉發(fā)生部分脫硫、降解，恢復(fù)一定生膠性質(zhì)，對瀝青具有增粘和改性作用，將其替代常規(guī)改性瀝青使用。

干法工藝(dry process)，是橡膠粉與集料先行拌合共混后再噴入瀝青拌制混合料。在該法中，橡膠對瀝青沒有改性作用，但能大量的消耗廢輪胎。

兩者的區(qū)別在于：1)膠粉用量。采用干法的橡膠粉用量是濕法的2倍～4倍。2)膠粉添加成本。在干法中，橡膠粉添加方法簡單，膠粉只需要從礦料口進(jìn)入即可。采用濕法時，橡膠粉要先與瀝青共混反應(yīng)，預(yù)加工和儲存，使用成本高。3)干法使用的膠粉一般要比濕法的膠粉粗。

這兩種瀝青混凝土都具有良好的抗疲勞性能和抗老化性能。但由于生產(chǎn)方式不同，在性能上，干法生產(chǎn)的橡膠瀝青具有的抗高溫性能要比濕法的優(yōu)越，但是其低溫抗裂性能和水穩(wěn)定性則不如濕法。

2 橡膠瀝青的技術(shù)優(yōu)勢

橡膠瀝青混凝土解決了普通瀝青路面容易滲水、損毀路基的難題，并具有良好的抗高溫、抗老化性。將其應(yīng)用于路面工程，具有如下優(yōu)勢：

1)顯著降低路面噪聲。橡膠(粉)瀝青具有高彈性能，可顯著降低行車噪聲，是一種典型的“安靜路面”。同時，加大了與輪胎的摩擦力，提高了行車的舒適性和安全性。表1是美國一些州使用橡膠瀝青路面，與一般瀝青混凝土相比較的減噪效果。

表1 橡膠瀝青路面的減噪效果

2)延緩反射裂縫擴展。將橡膠(粉)瀝青混凝土用于舊路改建，橡膠瀝青薄膜對防止和減少瀝青路面反射裂縫效果明顯,能大大延長路面裂縫的反射時間，有效減少路面反射裂縫。圖1是某路面使用橡膠瀝青進(jìn)行處治五年后的鉆芯，可以看出橡膠瀝青良好的抗裂縫能力。

3)降低工程成本。大量的工程實踐表明，在相同的使用效果下，使用橡膠瀝青可減薄瀝青路面厚度。研究發(fā)現(xiàn)，與普通瀝青路面相比，使用橡膠瀝青的路面厚度可減薄超過50%。當(dāng)使用橡膠粉改性瀝青應(yīng)用于應(yīng)力吸收中間層時，厚度還可以進(jìn)一步減薄。

4)抵抗重交通和不良?xì)夂?。橡膠粉體積膨脹，在瀝青中形成三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)出高粘度、高彈性的特征性能。將其應(yīng)用于路面磨耗層,可有效提高路面的抗疲勞性能，同時，良好的高低溫穩(wěn)定性，可確保路面的整體承載能力。

3 橡膠瀝青路面的主要結(jié)構(gòu)類型

在我國，橡膠瀝青主要應(yīng)用于應(yīng)力吸收層(見圖2a))、應(yīng)力吸收中間層(見圖2b))、碎石封層(CHIP SEAL)、路面防水材料(TACK COAT)和填縫料等。

橡膠瀝青比較粘稠，粘附性好，集料表面的瀝青膜較厚，用量大了反而會對混合料的熱穩(wěn)性產(chǎn)生不利影響。因此，適用于礦料間隙率(VMA)比較大的間斷級配混合料，密級配混合料則不適宜。在我國，主要有AR-AC-13(斷級配橡膠瀝青混合料)、AR-SMA-13(橡膠瀝青瑪脂碎石)和AR-SAMI(橡膠瀝青應(yīng)力吸收層)三種使用方式。

3.1 斷級配橡膠瀝青混凝土(AR-AC-13)

在斷級配橡膠瀝青路面中，一般使用較粗的橡膠粉(如20目)；粗集料含量較高，達(dá)到70%利于路面骨架的形成；少用或不用礦粉；橡膠瀝青用量為7.5%～8.5%；空隙率為4.5%～6.5%的密實結(jié)構(gòu)；動穩(wěn)定度達(dá)3 500次/mm。

在斷級配橡膠瀝青路面的粗料比例高，路面粗糙，抗滑性好。由于使用較粗的膠粉，使用的膠粉成本低。橡膠瀝青用量大，使得路面具有良好的低溫抗裂性和耐疲勞性能。

但由于不用或少用礦粉，且VMA大，依靠橡膠瀝青結(jié)合料填充空隙，致使結(jié)合料用量高，影響路面的高溫穩(wěn)定性，也使成本提高。橡膠粉由于摻量高，使得瀝青粘度增大，增加了拌和和攤鋪難度。

主要適用于城市快速干道、機場高速公路、中輕交通道路和一級以下公路。

在我國，很多省市修筑了采用SBS改性瀝青鋪筑的SMA路面。研究發(fā)現(xiàn)，采用橡膠瀝青取代SBS改性瀝青，可有效降低工程成本。橡膠瀝青瑪脂碎石路面的特點在于：使用相對較細(xì)的橡膠粉(一般為40目～60目)；粗集料用量高達(dá)70%；使用的礦粉用量在10%左右；橡膠瀝青用量比常規(guī)使用多0.5%；是一種骨架密實結(jié)構(gòu)，路用性能優(yōu)越。

該種路面的優(yōu)點是：具有良好的高溫穩(wěn)定性和耐疲勞性能；低溫抗裂性優(yōu)越，承載能力大；瀝青用量相對較少；可以不使用纖維，相對降低工程成本。但該種路面對集料和路面設(shè)計要求較高。

橡膠瀝青SMA路面具有良好的紋理構(gòu)造，不滲水，路用性能優(yōu)越。采用橡膠瀝青完全可以取代SBS改性瀝青，用于高速公路、一級公路和城市干道，特別適用于重交通道路。

3.3 橡膠瀝青應(yīng)力吸收層(AR-SAMI)

采用橡膠瀝青碎石封層路面，該種路面的特點在于：使用較粗

的橡膠粉(20目)；膠粉含量較高，一般達(dá)到25%～30%(外摻)；橡膠瀝青制備的溫度很高，約200 ℃；需要使用專門的設(shè)備進(jìn)行噴灑。

該種路面主要適用于：1)水泥混凝土路面改造時，鋪設(shè)在表面，作為應(yīng)力吸收層，防止反射裂縫；2)高速公路半剛性基層的封層，增強抗反射裂縫的能力；3)用作混凝土橋面的防水粘結(jié)層；4)作為低等級道路的瀝青面層，相當(dāng)于表面處治路面。

4 干法橡膠瀝青混合料

采用干法工藝進(jìn)行橡膠瀝青制備，能大量消耗廢輪胎，工藝簡單，且無需添加設(shè)備。采用該法進(jìn)行路面應(yīng)用的，一般是用于鋪筑降噪瀝青路面，橡膠顆粒作為集料空隙的填充料。

采用該法進(jìn)行路面設(shè)計，使用橡膠顆粒的目的在于消耗廢舊輪胎，解決廢輪胎處置問題。同時，改善路面功能，提高瀝青路面的彈性與阻尼性質(zhì)，達(dá)到降低交通噪聲的目的。

在該種路面中，橡膠顆粒宜粗不宜細(xì)，摻量宜多不宜少，具體標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計通過實驗合理確定。

該路面結(jié)構(gòu)對配合比設(shè)計等要求較高，否則，路面容易松散。所以，干法橡膠瀝青路面的關(guān)鍵是要防止出現(xiàn)路面松散。因此，進(jìn)行質(zhì)量控制的關(guān)鍵在于：橡膠瀝青混合料形成骨架密實結(jié)構(gòu)；集料級配必須采用完全斷級配；采用粘度較高的瀝青材料以形成較強的粘聚力；橡膠顆粒最好加以預(yù)處理。

5 結(jié)語

橡膠瀝青路面是一種新型的路面鋪筑材料，充分利用廢舊橡膠，綠色環(huán)保。且高溫性能、疲勞性能、耐老化等性能優(yōu)越。將其應(yīng)用于公路路面，對拓展我國公路路面施工新材料、新技術(shù)發(fā)展具有廣闊的前景。橡膠瀝青的缺陷在于粘附性較普通瀝青差，抗水損害性能較差。

在我國，橡膠瀝青路面還處于起步階段，需要不斷總結(jié)創(chuàng)新，以不斷提高和發(fā)展，改善提高橡膠瀝青的性能。在橡膠瀝青路面應(yīng)用中，必須注重以下方面的研究和改善：

1)研究與應(yīng)用在橡膠瀝青中添加外摻劑，如維他聯(lián)結(jié)劑(TOR)、改性瀝青和天然瀝青等，以提高混合料粘聚力。

2)橡膠瀝青施工溫度很高，研究溫拌技術(shù)，降低施工溫度，降低能源消耗，減少煙霧排放。

3)解決干法橡膠瀝青混合料壓實困難，強度不高，成型后容易發(fā)生膨脹的問題。

4)從國家層面上，制定和完善橡膠瀝青的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。

[1] 陳際江.橡膠瀝青路面主要結(jié)構(gòu)類型與工程應(yīng)用.山東大山路橋工程有限公司，2005.

[2] 呂偉民.橡膠瀝青路面主要結(jié)構(gòu)類型與工程應(yīng)用.筑路機械與施工機械化，2009(10)：72-73.

[3] 朱 峰.黑龍江省改性瀝青應(yīng)用性能研究.黑龍江交通科技，2007(6)：45-46.

The structure type and application of rubber asphalt pavement

Zhao Pinghong

(ShanxiJinzhongRoad&BridgeConstructionGroupLimitedCompany,Jinzhong030600,China)

This paper discussed two kinds of production technology of rubber asphalt, analyzed the technical advantages of rubber asphalt, introduced the main structure types of rubber asphalt applied in pavement, and discussed the characteristics of gap gradation rubber asphalt concrete, rubber asphalt stone mastic, rubber asphalt stress absorbing layer, put forward the research direction improvement of rubber asphalt performance.

rubber asphalt, structure type, pavement engineering

2015-09-12

趙評宏(1974- )，男，工程師

1009-6825(2015)33-0159-02

U416.217

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