橡膠瀝青的性能特點和工程運用分析

錢小鋒

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

關鍵詞:橡膠瀝青;粘度;拌和

1 前言

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

2 橡膠瀝青的特性

2.1 提高瀝青的粘度

粘性是瀝青高溫穩定性的重要指標,粘性高的瀝青不僅抗變形能力增強,而且加強了瀝青與碎石的粘結力,具有更好的封水性能。試驗顯示:20%膠粉含量的橡膠瀝青,1900C的旋轉粘度與4%SBS含量的改性瀝青在1350C時的旋轉粘度值相當,約3Pa.S;橡膠瀝青的軟化點較基質瀝青提高約100C以上,達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與4%SBS改性瀝青比較,降低約90C,達17～190C。橡膠瀝青良好的低溫性能,在寒冷地區將會明顯減少路面開裂,延長路面使用壽命。

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、防氧化和熱穩定性,而且由于橡膠優異的彈性,也在較大的溫度區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,改善輪胎與地面的附著性能,縮短制動距離,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。橡膠瀝青的應用被譽為“消音瀝青”已列入一些城市的市政建設規劃。有資料表明,橡膠瀝青路面車速在50～100km/h時噪音將降低3～8dB,相當于減少80%的車流量。

3 橡膠瀝青和橡膠瀝青混凝土的生產

3.1 路用橡膠粉的生產

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到80目左右,表面凹凸.形狀不規則,呈毛刺狀,而其他兩種工藝粉粹的膠粉粒徑可達到300目,表面比較光滑,但越細的膠粉呈團狀現象越嚴重。研究表明,橡膠粉表面有毛刺狀有利于橡膠粉與瀝青結合。橡膠粉與瀝青拌和主要是融脹反應。橡膠粉與瀝青拌和后.橡膠顆粒在瀝青中吸收其中的輕質油分,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指標明顯優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

橡膠瀝青的生產,基質瀝青采用重交90#瀝青,橡膠粉采用常溫研磨法粉粹的80目斜交胎橡膠粉。一般采用現場加工方法。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,國外橡膠瀝青的生產一般采用攪拌法。如美國VSS公司AR12型橡膠瀝青設備,屬于連續生產型,由攪拌罐與反應罐組成,瀝青和膠粉按比例混和在攪拌罐中經高速攪拌后輸送到反應罐,再經反應罐45mm左右反應得到成品。在橡膠瀝青的生產工藝中,攪拌速度、反應時間及反應溫度等因素影響橡膠瀝青品質,其中,反應溫度最為重要。由于橡膠瀝青的高粘度,橡膠瀝青的混和及反應溫度比基質瀝青高100C左右.為180～1950C。橡膠瀝青的核心指標:針人度、軟化點、彈性恢復及粘度中,關鍵指標是粘度。粘度采用旋轉粘度,范圍1.5～5Pa·S。

3.3 橡膠瀝青混凝土的生產

橡膠瀝青混凝土的生產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.作為粘結劑再與集料拌和的工藝。干拌法時,橡膠粉與礦粉同時添加拌和缸中進行干拌,干拌時間不少于20s,干拌法時,應采用專門的添加設備,如果沒有,應注意作業人員的勞動保護,佩戴必要的防污染設施。從環保角度講.應以濕拌法為重點。濕拌法時,橡膠瀝青宜采用現場拌和,隨產隨用。

4 路面的施工工藝

4.1 橡膠瀝青生產設備

橡膠瀝青生產設備采用全套美國進口移動式現場改性設備。設備極限生產能力為15t/h,完全能夠滿足我國絕大多數工程項目的產量要求。設備主要組成部分為4個原材料入口,基質瀝青快速升溫裝置,高速攪拌罐,反應罐(帶底部攪拌),中央控制和監控室,所有原材料均自動連續計量,輸送速度自動控制。

生產設備尺寸相當于集裝箱拖車,自帶導熱油系統,自帶瀝青輸入輸出電機,完全為獨立單元,拌和場需要配合的工作是提供盡可能接近拌和樓的設備安裝場地和改性劑堆放場;將基層瀝青升溫到生產需要的溫度。

拌和樓的對接在2d內完成。可以根據拌和樓輸出信號的類型選擇電流/電壓模式,實現橡膠瀝青成品輸出與拌和樓控制室的響應,除此以外,拌和樓原有裝備不需要做任何改動。

4.2 拌和

橡膠瀝青177℃時的粘度在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給膠結料的輸送帶來一定的困難。所以,輸送管路的長度不宜過長。在條件允許的情況下,選擇更粗的膠結料輸送管是有益的。輸送能力必須與拌和樓生產能力匹配。

但是,粘度的增加并沒有如多數人預料的那樣帶來拌和難度的增加。實際上,在我國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,包括進料在內的鍋耗時約為60s。在整個施工過程中,沒有發生次白料現象。

在高溫狀態下,橡膠顆粒之間完全失去了接觸點粘結,成為獨立的懸浮顆粒;輸送的時候,由于輸送管管壁的阻滯作用,實際上只有截面中心部位可以流動,這與粘度測試時的條件是近似的,由于橡膠顆粒較大,顆粒之間會產生很大的阻滯力;拌和過程中,外力對膠結料的作用力很大程度上是撕扯作用,獨立的橡膠顆粒不產生對撕扯的阻力。

4.3 儲存運輸

橡膠瀝青混合料運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。實際上,由于膠結料含量較高,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、運輸和攤鋪過程中的穩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%左右的橡膠粉穩定,沒有被橡膠粉約束的自由瀝青少,因而無論是粗細料離析還是膠結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,為了保證壓實度和平整度,需要采取措施保證攤鋪機的連續運作,同時,需保證實際工作時碾壓機械的數量,保證碾壓緊密跟進。由于橡膠瀝青混合料在高溫狀態下對輪胎的粘性很大,碾壓采用全鋼輪壓路機組合。本項目的攤鋪溫度約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 質量檢測

由于是現場改性,需要對橡膠瀝青成品進行質量抽檢,主要抽檢指標是粘度。要針對不同的生產和儲存情況,制定周密的成品抽檢預案,確保最終用在混合料中的橡膠瀝青粘度在規定的范圍內。

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別。油量的測定需要特別注意,如果采用離心抽提試驗,需要首先進行標定試驗,如果濾紙,膠粉來源等發生變化,必須重新進行標定。離心抽提后進行篩分前,需首先將抽提殘留的橡膠粉團碾碎,盡量分離出其包裹的細集料,在有條件的地方,推薦采用燃燒法測定膠結料用量。

結束語

由于橡膠瀝青具有優異的低溫柔性和低溫抗裂性能,以及較強的高溫穩定性、抗老化性能、抗疲勞性能和抗水損壞性能;橡膠瀝青應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、抗裂性能突出等優點,有著廣闊的應用前景。