橡膠粉在瀝青混凝土路面中的應(yīng)用

于殿斌

(黑龍江省龍建路橋第六工程有限公司，黑龍江 哈爾濱 150009)

1 概 述

橡膠粉以廢舊輪胎為主要原材料，經(jīng)加工后制得，按30%～35%的比例摻入基質(zhì)瀝青中，該材料有助于改善橡膠瀝青混合料的性能，例如高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性均有所提升，可供瀝青路面攤鋪使用。于國內(nèi)同類加入20%橡膠粉的橡膠瀝青相比，加入30%以上橡膠粉的橡膠瀝青對(duì)黑龍江的高寒地區(qū)氣候更為適合，此時(shí)基質(zhì)瀝青的性能改善效果更佳。

2 適用范圍

橡膠瀝青路面是現(xiàn)代公路建設(shè)中較為典型的路面形式，常見于城市快速干道、一級(jí)以下公路等工程場景中。近十年來，人們對(duì)環(huán)境保護(hù)和資源循環(huán)利用有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)提高，我國很多省份在公路行業(yè)積極開展了橡膠瀝青混凝土路面的研究和應(yīng)用，從而給橡膠瀝青混凝土路面的應(yīng)用創(chuàng)設(shè)了良好契機(jī)。

3 工藝原理

(1)橡膠瀝青以廢舊輪胎為原材料，經(jīng)加工后制得均勻性較好的橡膠粉粒，并按特定的級(jí)配關(guān)系加以組合，在190～200 ℃的高溫環(huán)境中拌和，在與機(jī)制瀝青接觸后發(fā)生反應(yīng)后制得，其粘附性較佳，遇高溫環(huán)境時(shí)具有良好的彈性恢復(fù)性能，在低溫環(huán)境中穩(wěn)定性較佳。

(2)制得橡膠瀝青后，將其與碎石材料拌和，構(gòu)成均勻的橡膠瀝青混合料，可用于路面的鋪筑作業(yè)。橡膠瀝青混凝土路面施工所涵蓋的作業(yè)內(nèi)容包含原材料的采購、橡膠瀝青的生產(chǎn)、拌制、攤鋪、碾壓等，相較于普通改性瀝青路面而言，其在拌和時(shí)間、溫度控制、攤鋪碾壓工藝等方面均有獨(dú)特性，需差異化對(duì)待。

4 施工流程及操作要點(diǎn)

4.1 橡膠瀝青制備工藝

橡膠瀝青對(duì)溫度較為敏感，合理的溫度是提高橡膠瀝青生產(chǎn)質(zhì)量的必要前提。生產(chǎn)前，需對(duì)基質(zhì)瀝青加熱(溫度以204～226 ℃為宜)，給予持續(xù)的攪動(dòng)，約45 min后方可取得較良好的反應(yīng)效果。期間加強(qiáng)對(duì)橡膠瀝青質(zhì)量的檢查，重點(diǎn)考慮粘度指標(biāo)，應(yīng)當(dāng)滿足要求。此后，全面檢驗(yàn)橡膠瀝青，若達(dá)標(biāo)則用于施工，否則則需根據(jù)實(shí)際情況合理優(yōu)化配比，直至滿足要求為止。產(chǎn)出的橡膠瀝青需在相對(duì)穩(wěn)定的溫度環(huán)境中得到保存，儲(chǔ)罐的溫度以190～218 ℃為宜，以免因溫度變化而影響橡膠瀝青的質(zhì)量(例如出現(xiàn)膠粉顆粒下沉或上浮的問題)。

4.2 操作要點(diǎn)

(1)材料選擇

①廢舊輪胎是制作橡膠粉的主要原材料，在各類廢舊輪胎中，以天然膠含量較高的斜交輪胎最為合適，其應(yīng)用效果優(yōu)于子午輪胎(具有合成膠含量高的特點(diǎn))。因此，在工程實(shí)踐中，應(yīng)優(yōu)先選用天然膠含量較高的斜交輪胎。

②根據(jù)不同地區(qū)選擇不同的基質(zhì)瀝青，黑龍江省所處高寒地帶，故選擇130#基質(zhì)瀝青。

③集料需具有堅(jiān)硬、潔凈的特點(diǎn)，由反擊式破碎機(jī)軋制而得。在選用粗集料時(shí)，若粒徑超4.75 mm，則應(yīng)優(yōu)先使用玄武巖，或是其它質(zhì)量指標(biāo)達(dá)標(biāo)的石料。

④為提高橡膠瀝青混凝土的黏附性以及水穩(wěn)定性，需摻入1%～2%的普通水泥，但不宜摻入礦粉填料。

(2)橡膠粉的制備

廢舊輪胎的破碎是制作橡膠粉的初期環(huán)節(jié)，通常以常溫粉碎法為宜，要求制得的橡膠粉具有干燥、潔凈的特點(diǎn)，在與瀝青和骨料接觸后，攪拌過程中可自由流動(dòng)且無泡沫等雜物。考慮到橡膠粉顆粒易結(jié)塊的情況，可適量加入碳酸鈣，但需嚴(yán)格控制其用量，原則上不宜超過橡膠粉的3%(按重量計(jì))。此外，隨著橡膠粉目數(shù)的變化，其對(duì)瀝青性能的影響程度也不盡相同，原則上，橡膠粉越細(xì)，與瀝青的混合效果越好，同時(shí)也更有利于后續(xù)壓實(shí)作業(yè)的高效開展。

(3)橡膠瀝青的制備

橡膠瀝青生產(chǎn)前應(yīng)根據(jù)要求加熱溫度，以204～226 ℃為宜，并在該溫度條件下攪動(dòng)，持續(xù)時(shí)間至少需達(dá)到45 min，此時(shí)的反應(yīng)效果較為良好。加強(qiáng)對(duì)溫度的控制，使其穩(wěn)定在190～218 ℃區(qū)間內(nèi)，重點(diǎn)監(jiān)測瀝青的粘度，待完全反應(yīng)后，根據(jù)所得數(shù)據(jù)對(duì)其質(zhì)量情況作出判斷，若滿足要求則轉(zhuǎn)至保溫裝置中儲(chǔ)藏，期間需持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)攪動(dòng)裝置，以免出現(xiàn)顆粒不均勻分布的情況。

橡膠瀝青在反應(yīng)之后，要及時(shí)使用，若橡膠瀝青已經(jīng)冷卻，后續(xù)使用時(shí)需對(duì)其加熱，直至其溫度達(dá)到190～218 ℃為止。，從冷卻到加熱，這就是一個(gè)加熱循環(huán)。理論上，加熱循環(huán)不可超過2次，否則將嚴(yán)重影響瀝青的質(zhì)量，例如出現(xiàn)粘度不合理的情況。在延遲時(shí)間過長時(shí)，橡膠將與瀝青發(fā)生持續(xù)的反應(yīng)，期間伴有橡膠分解現(xiàn)象，為保證材料質(zhì)量的可靠性，可摻入適量的膠粉，并再次混合反應(yīng)45 min(此階段的溫度應(yīng)達(dá)到190～218 ℃)，最終得到質(zhì)量達(dá)標(biāo)的橡膠瀝青。

(4)瀝青混凝土的拌制

通過馬歇爾試驗(yàn)的方法確定橡膠瀝青的配比。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，油石比以7%～9%為宜，此條件下制得的混合料具有良好的性能。拌和階段，溫度控制為重點(diǎn)內(nèi)容，以170～185 ℃為宜，但不宜超過195 ℃，否則反而會(huì)影響混合料的質(zhì)量。各集料顆粒的分布應(yīng)具有均勻性，即能夠有效裹覆瀝青結(jié)合料，拌制階段可先添加水泥，在與礦料干拌約10 s后(應(yīng)保證兩者具有均勻性)，再摻入橡膠瀝青，給予40 s左右的拌和處理。攪拌期間，密切觀察混合料的質(zhì)量，判斷其是否存在花白、離析等問題，若有則視為廢料處理，并查明成因，采取處理措施，確保后續(xù)生產(chǎn)的混合料可滿足質(zhì)量要求。

(5)攤鋪

遵循連續(xù)攤鋪的原則，使成型的路面具有完整性與平整性。攤鋪速度需根據(jù)拌和站的生產(chǎn)能力合理調(diào)整，形成相協(xié)調(diào)的作業(yè)關(guān)系，避免停機(jī)等料或材料供應(yīng)量過剩。攤鋪過程中加強(qiáng)防護(hù)，任何無關(guān)人員均不可進(jìn)入施工現(xiàn)場，例如不可出現(xiàn)踩踏等行為，以免影響最終的攤鋪效果。攤鋪機(jī)運(yùn)行期間，操作人員及時(shí)糾偏，并合理控制布料器中混合料的高度，避免攤鋪層離析。

(6)碾壓

攤鋪到位后，進(jìn)入碾壓環(huán)節(jié)，以減小混合料內(nèi)部的空隙量，提高密實(shí)性與平整性。合理配套碾壓施工機(jī)械設(shè)備，并按流程依次完成各階段的碾壓作業(yè)。初壓的溫度控制至關(guān)重要，應(yīng)在攤鋪后溫度較高的時(shí)段及時(shí)攤鋪。橡膠瀝青混凝土的粘性較強(qiáng)，若采用的壓路機(jī)帶有膠輪，則容易出現(xiàn)粘輪的情況，不宜采用此類設(shè)備。通常，可采取多臺(tái)鋼輪壓路機(jī)組合運(yùn)行的方式，根據(jù)攤鋪機(jī)的運(yùn)行速度合理碾壓路面，確保初壓、復(fù)壓及終壓的施工質(zhì)量均可滿足要求。

5 應(yīng)用優(yōu)勢分析

(1)抗反射裂縫。得益于橡膠瀝青的高粘度特性，所形成的混合料油膜厚度較大，不會(huì)出現(xiàn)析漏現(xiàn)象，各類裂縫難以從該處穿透、反射，從而保證了結(jié)構(gòu)的完整性。

(2)抗車轍。橡膠瀝青具有較強(qiáng)的彈性恢復(fù)能力，即便受到持續(xù)性的行車荷載作用，結(jié)構(gòu)也不會(huì)形成永久性的車轍，在短時(shí)間內(nèi)能恢復(fù)原狀，可見路面具有足夠的平整度。

(3)低溫抗裂、抗老化。橡膠瀝青的低溫延度較大， 盡管其孔隙率偏大， 但具有良好的彈性以及恢復(fù)性，因此即便是在低溫環(huán)境下也能夠維持原狀，同時(shí)低溫對(duì)橡膠瀝青混合料的影響甚微，可延緩老化的發(fā)生時(shí)間，減小老化的程度。

(4)降低行車噪音。車輛通行過程中，車輪與路面持續(xù)接觸，期間車輪將接觸源自于路面的橡膠粉，該部分材料的彈性表現(xiàn)良好，加之瀝青油膜厚度較大，因此可有效降低輪胎噪音。既有研究結(jié)果表明，較之于普通瀝青材料的路面，通過橡膠瀝青的應(yīng)用，同交通環(huán)境下的行車噪音可降低3～8 db，在城市核心區(qū)域等噪音控制要求高的場景中具有突出的應(yīng)用優(yōu)勢。

(5)節(jié)能環(huán)保。在汽車保留量逐步增加的背景下，廢舊輪胎的數(shù)量也隨之增多，給橡膠粉的制作提供了充足的原材料，既能夠滿足原材料供應(yīng)要求，又避免了廢舊輪胎浪費(fèi)的問題，可實(shí)現(xiàn)集約化發(fā)展，契合于節(jié)能環(huán)保的理念。

6 結(jié) 論

綜上所述，以廢舊輪胎為原材料，制得橡膠粉，通過與基質(zhì)瀝青等相關(guān)材料的拌和，構(gòu)成優(yōu)質(zhì)的橡膠瀝青混合料，其在剪切強(qiáng)度、耐久性、穩(wěn)定性、生態(tài)環(huán)境效益等方面均更具有優(yōu)勢，可避免傳統(tǒng)瀝青路面易發(fā)生車轍、推移等病害的問題。此外，橡膠粉是一種節(jié)能型材料，其生產(chǎn)原材料選用的是廢舊輪胎，因此可達(dá)到“變廢為寶”的效果，資源投入量隨之減少，且成型的瀝青路面還彰顯出良好的環(huán)保效益，達(dá)到筑安全、保質(zhì)量、提效益的多重應(yīng)用效果。