橡膠粉復(fù)合改性瀝青在廣吉高速公路中的應(yīng)用

謝禮群

摘 要：大量的廢舊輪胎不但污染環(huán)境而且占用土地，將廢膠粉應(yīng)用于改性瀝青行業(yè)，不僅能夠提高瀝青的品質(zhì)和路用性能，而且可實(shí)現(xiàn)廢輪胎的大量消耗，是實(shí)現(xiàn)廢輪胎資源化和無害化利用的有效途徑，解決“黑色污染”這一世界性環(huán)保難題。本文結(jié)合廢橡膠粉復(fù)合改性瀝青在廣昌至吉安高速公路K1+567～K70+993段新建路面工程（以下簡稱本項(xiàng)目）的應(yīng)用，重點(diǎn)從性能指標(biāo)控制、配合比設(shè)計(jì)、施工工藝及效益分析等幾方面總結(jié)橡膠粉復(fù)合改性瀝青的應(yīng)用技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)廢輪胎的循環(huán)綜合利用、綠色低碳公路發(fā)展，同時(shí)也為橡膠粉復(fù)合改性瀝青的大規(guī)模推廣應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：橡膠粉復(fù)合改性瀝青;配合比設(shè)計(jì)、施工工藝;廢輪胎膠粉的綜合利用;綠色低碳公路

中圖分類號：U414 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

我國是世界上最大的橡膠消費(fèi)國，也是第一大輪胎生產(chǎn)國，同時(shí)也是世界上廢舊橡膠產(chǎn)生量最大的國家。據(jù)中國橡膠工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計(jì);2017年廢輪胎產(chǎn)生量為1 300萬噸，至2020年將達(dá)2 200萬噸。預(yù)計(jì)2025年可達(dá)到近3 000萬噸，總量超過9.8億條廢輪胎。

科學(xué)有效利用廢舊輪胎資源，對于我國75%天然橡膠、60%石油和40%合成橡膠需要進(jìn)口的國家，其戰(zhàn)略意義非同一般。

1 橡膠粉復(fù)合改性瀝青技術(shù)

將廢輪胎膠粉應(yīng)用于改性瀝青，不僅能夠提高瀝青的品質(zhì)和路用性能，而且可實(shí)現(xiàn)廢輪胎的大量消耗，減少廢輪胎的占地以及避免廢輪胎的堆積而帶來的細(xì)菌災(zāi)害等，具有重要的環(huán)保意義。已有研究表明[3-4]，廢輪胎膠粉與SBS復(fù)合改性技術(shù)利用膠粉與SBS對瀝青高、低溫性能的不同改性效果進(jìn)行復(fù)合，充分發(fā)揮各膠粉與SBS改性劑各自的優(yōu)勢，進(jìn)而提高瀝青混合料的高、低溫路用性能、抗疲勞性能、抗車轍、抗水損害、延長道路使用壽命。是有效解決瀝青路面早期病害發(fā)生的主要途徑，同時(shí)，能夠降低建設(shè)成本、節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境。

本文重點(diǎn)介紹橡膠粉復(fù)合改性瀝青在廣吉高速路面工程中的應(yīng)用，總結(jié)橡膠粉復(fù)合改性瀝青路面應(yīng)用技術(shù)。

2 工程概況

本項(xiàng)目是交通運(yùn)輸部《國家公路網(wǎng)規(guī)劃（2013年-2030年）》規(guī)劃的沈海國家高速公路第七條聯(lián)絡(luò)線福建莆田至湖南炎陵（G1517）中的一段，也是《江西省高速公路網(wǎng)規(guī)劃（2013-2030年）》所規(guī)劃的江西“四縱、六橫、八射、十七聯(lián)絡(luò)線”高速公路網(wǎng)中第三橫的路段之一。2016年5月，被交通運(yùn)輸部列入首批綠色公路建設(shè)典型示范工程。

本項(xiàng)目工程進(jìn)行了中上面層橡膠粉復(fù)合改性瀝青鋪筑的試驗(yàn)和研究。中面層為（RAC-20C）6 cm橡膠粉復(fù)合改性瀝青混凝土，上面層為（RAC-13C）4 cm橡膠粉復(fù)合改性瀝青混凝土。

3 橡膠粉復(fù)合改性瀝青性能指標(biāo)控制

試驗(yàn)工程采用江西高泰環(huán)保新材料有限公司生產(chǎn)的橡膠粉復(fù)合改性瀝青，基質(zhì)瀝青為東海牌70#，膠粉細(xì)度為40目，膠粉摻量為19%，SBS摻量為1.5%。

橡膠粉復(fù)合改性瀝青的性能直接關(guān)系到橡膠粉復(fù)合改性瀝青混合料的路用性能，因此，在施工過程中對表征橡膠粉復(fù)合改性瀝青的關(guān)鍵指標(biāo)包括軟化點(diǎn)、延度、針入度、旋轉(zhuǎn)粘度、彈性恢復(fù)、離析進(jìn)行了檢驗(yàn)，結(jié)果見表1。

公路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)正在向大流量、重軸載、渠化交通的方向發(fā)展，對現(xiàn)有瀝青路面結(jié)構(gòu)來說，交通量和軸載組成的變化引起路面服務(wù)功能的衰退，路面病害過早發(fā)生，嚴(yán)重的影響了行車質(zhì)量，浪費(fèi)了大量的維修費(fèi)用。而在整個(gè)瀝青路面破壞形式中，最為嚴(yán)重的則是由瀝青混合料在高溫狀態(tài)下由于本身的抗變型能力不足，產(chǎn)生較大的剪切變形、壓縮變形導(dǎo)致車轍而產(chǎn)生的破壞。因此，橡膠粉復(fù)合改性瀝青的高溫軟化點(diǎn)指標(biāo)就更加重要。

其中，旋轉(zhuǎn)粘度是橡膠粉復(fù)合改性瀝青最為重要的控制指標(biāo)之一，旋轉(zhuǎn)粘度的大小直接關(guān)系到混合料拌合、施工溫度的控制以及瀝青泵的泵送能力要求，因此，生產(chǎn)過程中要嚴(yán)格控制橡膠粉復(fù)合改性瀝青的粘度，當(dāng)粘度太低時(shí)，表明廢輪胎膠粉摻量不夠，則不能較好的發(fā)揮膠粉的作用，粘附性較差、耐高溫性能衰減、行車舒適度變差，此時(shí)改性瀝青的流動性變好，其混合料的拌合、施工溫度均應(yīng)按設(shè)計(jì)溫度下限進(jìn)行控制，反之，當(dāng)粘度較高時(shí)，表明廢輪胎膠粉摻量較大，此時(shí)改性瀝青的流動性較差，其混合料的拌合、施工溫度均應(yīng)按設(shè)計(jì)溫度上限進(jìn)行控制，否則將導(dǎo)致瀝青混合料流動性差，影響瀝青路面的成型質(zhì)量。

4 生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)

4.1 材料

中面層工程采用的材料為南城縣迎福新型建材有限公司提供的石灰?guī)r粗集料、細(xì)集料、礦粉、江西高泰環(huán)保新材料有限公司生產(chǎn)的橡膠粉復(fù)合改性瀝青，其物理、力學(xué)性能指標(biāo)見表1～4。

4.2 配合比設(shè)計(jì)

瀝青混合料礦料配合比例與生產(chǎn)路段相同。

下面層采用RAC-20C型級配，其目標(biāo)配合比為：9.5 mm

～19 mm碎石：4.75 mm～9.5 mm碎石：2.36 mm～4.75 mm碎石：機(jī)制砂：礦粉=45：22：5：26：2（%）礦料設(shè)計(jì)級配曲線見圖1。

5 橡膠粉復(fù)合改性瀝青混合料的施工

橡膠粉復(fù)合改性瀝青混合料施工工藝與SBS改性瀝青混合料的工藝基本相同，但由于橡膠粉復(fù)合改性瀝青粘度較高，因此，橡膠粉復(fù)合改性瀝青混凝土的拌合、攤鋪、碾壓的溫度需要做適當(dāng)?shù)奶岣摺?/p>

拌合：橡膠粉復(fù)合改性瀝青混合料拌合時(shí)溫度控制如下：石料的加熱溫度為185℃～195℃，瀝青的加熱溫度為175℃～180℃，混合料的拌合時(shí)間不應(yīng)低于50 s（包括濕拌和干拌時(shí)間），出料料車溫度為175℃～185℃。

運(yùn)輸：采用載重量不低于16 t的自卸汽車運(yùn)輸，運(yùn)輸過程盡量覆蓋保溫，保證運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場溫度符合規(guī)范要求，溫度過高或過低將做棄料處理。

攤鋪：橡膠粉復(fù)合改性瀝青粘度大，在攤鋪過程為保證路面的壓實(shí)效果，需適當(dāng)提高瀝青混合料的最低攤鋪溫度，對應(yīng)規(guī)范要求的不同攤鋪層的最低攤鋪溫度，一般提高3℃～5℃，最低攤鋪溫度不低于165℃。

壓實(shí)：橡膠粉復(fù)合改性瀝青粘稠度和膠粉的彈性特性使得瀝青混合料難以碾壓密實(shí)成型，壓實(shí)是施工的關(guān)鍵，對橡膠粉復(fù)合改性瀝青混凝土，壓實(shí)宜用大噸位壓路機(jī)，將膠輪碾壓、振動壓路機(jī)結(jié)合起來，以達(dá)到最佳壓實(shí)效果，保證壓實(shí)度。采用膠輪初壓2遍，速度2 km/h～3 km/h，雙鋼輪壓路機(jī)高頻低振復(fù)壓4遍，速度3 km/h～4.5 km/h，雙鋼輪壓路機(jī)靜壓終壓2遍，速度3 km/h～6 km/h;初壓溫度不宜低于165℃，復(fù)壓溫度不宜低于135℃，終壓的結(jié)束溫度不宜低于90℃。

檢測：采用抽提篩分試驗(yàn)、馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)等控制橡膠粉復(fù)合改性瀝青混合料質(zhì)量;檢測壓實(shí)度、厚度、回彈彎沉、路表滲水系數(shù)等指標(biāo)控制橡膠粉復(fù)合改性瀝青混凝土施工質(zhì)量。壓實(shí)度、厚度、回彈彎沉和路表滲水系數(shù)檢測結(jié)果均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，表明橡膠粉復(fù)合改性瀝青混凝土鋪筑是成功的。

6 效益分析

降低工程造價(jià)。橡膠粉復(fù)合改性瀝青比SBS改性瀝青每噸價(jià)格降低700元左右，因此將橡膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青應(yīng)用于高速公路中上面層中，按中、上面層的厚度分別為6 cm和4 cm，油石比分別為5.4%和5.0%，雙向四車道計(jì)算，則每公里大概需要250噸膠粉復(fù)合改性瀝青，節(jié)約造價(jià)17.5萬元，如果推廣應(yīng)用1 000 km，則共可節(jié)約1.75億元的材料費(fèi)用。同時(shí)可節(jié)約道路石油瀝青3.75萬噸，節(jié)約道路石油瀝青費(fèi)用約1.24億元。

7 結(jié)語

本文通過對橡膠粉復(fù)合改性瀝青混合料在江西省廣吉高速公路新建工程的應(yīng)用，從橡膠粉復(fù)合改性瀝青性能指標(biāo)控制、配合比設(shè)計(jì)、施工工藝及效益分析幾方面進(jìn)行了全面介紹。主要結(jié)論如下：

根據(jù)橡膠粉復(fù)合改性瀝青改性機(jī)理，提出了其生產(chǎn)控制指標(biāo)。

結(jié)合廣吉高速公路實(shí)體工程，總結(jié)了橡膠粉復(fù)合改性瀝青混凝土的施工關(guān)鍵技術(shù)，提出了施工控制要求，為橡膠粉復(fù)合改性瀝青混合料大規(guī)模推廣應(yīng)用提供了借鑒。

從經(jīng)濟(jì)效益和社會效益兩方面分析橡膠粉復(fù)合改性瀝青混合料的效益，結(jié)果表明，采用橡膠粉復(fù)合改性瀝青混合料可以產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)，也具有顯著的社會環(huán)保效益。

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