廢膠粉改性瀝青在公路工程中的應(yīng)用

甄建平

（張家口市公路工程管理處，河北 張家口 075000）

1 引言

廢舊輪胎屬于聚合物材料，其主要處理方式是通過(guò)填埋降解或焚燒處理，但該2 項(xiàng)方法不可避免會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生損害，不符合我國(guó)當(dāng)前綠色發(fā)展的理念。因此，為了解決數(shù)以萬(wàn)計(jì)的廢舊輪胎，采用合適的方法進(jìn)行回收顯得十分必要[1]。橡膠瀝青是通過(guò)將廢舊胎粉摻入瀝青中改性后得到的一種新型瀝青，該瀝青用于路面后不僅提高了道路的各方面性能，而且由于采用廢舊胎粉的原因使得價(jià)格較為低廉，十分適用于道路工程中。

2 工程概況

某高速公路全線長(zhǎng)186 km，道路路面結(jié)構(gòu)類型以瀝青混凝土路面為主，合同標(biāo)段K21+000～K24+260 由于當(dāng)?shù)貧夂驐l件要求，對(duì)路面的低溫性能、高溫性能具有一定要求，考慮到工程成本與各改性瀝青性能后，決定采用橡膠改性瀝青作為該路段路面表面層材料。

3 施工原材料

3.1 廢舊膠粉

對(duì)于我國(guó)早期道路橡膠瀝青路面常采用天然橡膠作為基質(zhì)瀝青摻入材料，采用天然橡膠的主要原因是其天然橡膠含量高，摻入后能夠充分提升基質(zhì)瀝青各方面的性能，由于天然橡膠產(chǎn)量短缺和考慮回收廢舊輪胎的原因，目前常以廢舊膠粉作為摻入材料，因此，在進(jìn)行基質(zhì)瀝青改性前，需要對(duì)廢舊膠粉的天然橡膠、炭黑和橡膠烴含量進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)，滿足要求的廢舊膠粉方可用于工程。同時(shí)在對(duì)廢舊胎粉進(jìn)行摻入時(shí)，需要控制其粒徑在350 μm 左右。

3.2 瀝青

根據(jù)DG/T J08-2109—2012《橡膠瀝青路面技術(shù)規(guī)范》要求，摻加膠粉的基質(zhì)瀝青應(yīng)選用70#瀝青作為原材料，同時(shí)對(duì)于基質(zhì)瀝青的三大指標(biāo)（針入度、軟化點(diǎn)、延度）、60 ℃動(dòng)力黏度等指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)要求，項(xiàng)目所選用的橡膠瀝青技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 基質(zhì)瀝青技術(shù)要求

3.3 集料

本項(xiàng)目工程在粗集料的選擇上考慮到當(dāng)?shù)匦鋷r礦石豐富，以玄武巖碎石作為混合料主要材料，以石灰?guī)r作為細(xì)集料。同時(shí)在集料的拌和時(shí)需要對(duì)集料的粒徑進(jìn)行控制，粒徑過(guò)大的碎石應(yīng)當(dāng)及時(shí)剔除。項(xiàng)目選用粗集料性能見(jiàn)表2。

表2 集料技術(shù)要求

4 施工工藝

4.1 橡膠瀝青混合料的制備

橡膠瀝青的制備工藝主要有干法生產(chǎn)和濕法生產(chǎn)2 種制備方式。采用干法工藝時(shí)，是通過(guò)在攪拌鍋中按比例依次加入廢舊膠粉、熱骨料和熱瀝青直接進(jìn)行攪拌。該方法操作簡(jiǎn)單，但其改性效果較差。濕法工藝是先將廢舊膠粉加入熱瀝青中對(duì)熱瀝青進(jìn)行改性得到橡膠瀝青，在通過(guò)拌和站的拌和設(shè)備對(duì)改性后的瀝青與熱骨料進(jìn)行拌和，制備得到橡膠瀝青混合料。由于該項(xiàng)目工程量較大，應(yīng)當(dāng)采用拌和站間歇式拌和機(jī)拌和，保證出料量能夠滿足施工要求。當(dāng)天生產(chǎn)的橡膠瀝青混合料應(yīng)當(dāng)及時(shí)使用，若需要進(jìn)行存儲(chǔ)，需要將混合料的溫度降至150 ℃左右[2]。

4.2 混合料的運(yùn)輸

混合料的運(yùn)輸應(yīng)當(dāng)采用大噸位自卸卡車進(jìn)行運(yùn)料，運(yùn)料車應(yīng)當(dāng)保證數(shù)量能夠與施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)速度相適應(yīng)，確保攤鋪機(jī)作業(yè)時(shí)有至少2 臺(tái)卡車在等待卸料，同時(shí)對(duì)等待卸料的混合料逐車進(jìn)行溫度檢驗(yàn)。此外，在卸料時(shí)運(yùn)料車應(yīng)當(dāng)停在攤鋪機(jī)前等候，由攤鋪機(jī)頂住后方可緩慢卸料，若出現(xiàn)混合料黏結(jié)車廂，現(xiàn)場(chǎng)施工人員應(yīng)當(dāng)及時(shí)處理，防止影響下一車混合料性能。

4.3 混合料的鋪筑

根據(jù)橡膠瀝青路面技術(shù)規(guī)范要求，本項(xiàng)目路面鋪筑所采用的攤鋪機(jī)為履帶式，攤鋪時(shí)控制混合料溫度在165 ℃以上。為了防止混合料的離析，考慮到路幅寬度超過(guò)7 m，采用多臺(tái)攤鋪機(jī)梯隊(duì)聯(lián)合攤鋪。攤鋪時(shí)，控制攤鋪機(jī)速度、松鋪系數(shù)一致。此外，攤鋪過(guò)程中需要安排固定的施工員對(duì)已經(jīng)鋪筑完畢的路段進(jìn)行厚度、拱度、橫坡的檢測(cè)，若有不滿足要求部位需要及時(shí)返工處理。

4.4 混合料的整形與碾壓

為了避免溫度下降過(guò)快導(dǎo)致混合料難以壓實(shí)，需要在對(duì)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)合格后及時(shí)對(duì)已鋪筑完畢的路段進(jìn)行碾壓。初壓前需要保證混合料溫度在160 ℃，終壓完成需要保證混合料在90 ℃以上，方可確保橡膠瀝青混合料的壓實(shí)度。由于與常規(guī)瀝青混合料不同，該混合料中橡膠含量高，在使用膠輪壓路機(jī)時(shí)會(huì)產(chǎn)生混合料被壓路機(jī)輪胎帶走的情況，因此，在碾壓時(shí)采用鋼輪壓路機(jī)碾壓[3]。

5 試驗(yàn)路段性能檢驗(yàn)

5.1 高溫穩(wěn)定性

瀝青路面車轍病害產(chǎn)生的主要原因有混合料中瀝青含量過(guò)高導(dǎo)致混合料中自由瀝青偏多；瀝青混合料在高溫條件下較為容易產(chǎn)生流動(dòng)變形。此外，瀝青材料本身黏度小，對(duì)集料的約束能力差同樣會(huì)造成車轍病害。研究表明，當(dāng)采用橡膠瀝青混合料作為路面層材料時(shí)，由于橡膠瀝青本身黏度大，在良好的施工條件下能夠充分維持路面高溫穩(wěn)定。為了驗(yàn)證試驗(yàn)路段的高溫穩(wěn)定性，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室制備車轍試件進(jìn)行動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 車轍試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)基質(zhì)瀝青與橡膠瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果可知，2 種瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度的平均值結(jié)果分別為2 042 次/mm 和983 次/mm，均滿足規(guī)范對(duì)于高溫穩(wěn)定性的要求。此外，橡膠瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度結(jié)果為基質(zhì)瀝青動(dòng)穩(wěn)定度結(jié)果的2 倍，在相同行走時(shí)間下，橡膠瀝青變形量均小于基質(zhì)瀝青，說(shuō)明橡膠瀝青混合料高溫性能優(yōu)于基質(zhì)瀝青混合料。

5.2 低溫抗裂性

低溫抗裂性表征道路在低溫環(huán)境或溫度持續(xù)下降環(huán)境中維持材料本身穩(wěn)定的能力。為了驗(yàn)證橡膠瀝青混合料低溫性能，項(xiàng)目通過(guò)低溫彎曲應(yīng)變?cè)囼?yàn)對(duì)橡膠瀝青混合料進(jìn)行評(píng)價(jià)。具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)比2 種混合料低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果可知，2 種混合料低溫性能均滿足規(guī)范要求，但橡膠瀝青混合料在抗彎拉強(qiáng)度與彎曲應(yīng)變均優(yōu)于基質(zhì)瀝青混合料。

6 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合某高速公路實(shí)際工程對(duì)廢膠粉改性瀝青技術(shù)進(jìn)行了研究，詳細(xì)介紹了橡膠瀝青混合料的施工工藝，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)路段進(jìn)行高低溫試驗(yàn)得出以下結(jié)論：

1）在相同行走時(shí)間下，橡膠瀝青變形量均小于基質(zhì)瀝青變形量。同時(shí)，橡膠瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度結(jié)果為基質(zhì)瀝青動(dòng)穩(wěn)定度結(jié)果的2 倍，說(shuō)明橡膠瀝青混合料高溫性能優(yōu)于基質(zhì)瀝青混合料高溫性能。

2）2 種瀝青混合料低溫性能均滿足規(guī)范要求，但橡膠瀝青混合料在抗彎拉強(qiáng)度與彎曲應(yīng)變均優(yōu)于基質(zhì)瀝青混合料。