淺談戈壁地區橡膠改性瀝青的應用

王海青

(甘肅恒通路橋工程有限公司，甘肅 蘭州 730046)

廢舊橡膠粉改性瀝青是改性瀝青的一種，它是以高溫基質瀝青作為廢舊橡膠粉的分散劑，將一定劑量的橡膠粉、其他化學助劑與瀝青在高溫條件下混溶制成的一種道路材料。廢舊橡膠粉的摻入改善了瀝青的高低溫性能及抗老化性能，提高了瀝青的路用性能指標。

我項目處于河西走廊內陸，屬于典型的大陸中溫帶干旱氣候，其主要特點是太陽輻射強、日照充足，晝夜溫差較大，降水少，蒸發量大、空氣干燥等。春季大風偏多，夏季干熱而較短促，秋季降溫迅速，冬季寒冷而漫長。主線有結構層熱熔橡膠瀝青碎石封層+厚度8cm粗粒式SBS改性橡膠瀝青碎石(ATB-25)+厚度4cm細粒式石墨烯復合橡膠改性瀝青(Sup-13)。

下面結合我項目對熱熔橡膠瀝青碎石封層里的橡膠瀝青從現場生產方案、現場生產工藝、現場生產指標檢測三個方面進行分析。

1 橡膠改性瀝青制備技術的發展

橡膠瀝青制備技術專利于20世紀40年代在英國首次注冊。經過不斷的改進和調整，20世紀70年代橡膠瀝青制備技術已基本形成，提出了材料性能更好的橡膠改性瀝青制備技術。進入21世紀后，橡膠改性瀝青技術在道路、公路工程中得到了廣泛的應用。同時提出了橡膠改性瀝青制備工藝的相應評價參數標準，主要用于評價相角差剪切敏感性、粘度剪切敏感性等性能參數。我國對橡膠改性瀝青制備技術的研究始于20世紀70年代。主要研究方向為高速公路應用研究。通過橡膠改性瀝青在公路及道路工程建設中的應用，達到改善路面環境的目的。在中國，橡膠改性瀝青首次實際應用是在2001年的鋼橋面施工中。在施工中，采用30%膠粉橡膠改性瀝青粘結劑作為道路瀝青路面的主要材料。經過4年的超重交通試驗,取得了良好的應用效果，經過試驗，道路各項性能指標保持在良好水平。2006年應用于四川省某景區道路改造，2007年應用于江蘇省某公路項目，2008年應用于南京某公路項目。最終工程施工效果令人滿意。

2 橡膠改性瀝青的適用范圍

橡膠改性瀝青主要可用于道路加鋪工程、吸收層和防水層的施工。以橡膠改性瀝青為道路吸收層的主要建筑材料，借助橡膠改性瀝青的強粘結性能，可以有效改善道路吸收層與道路水泥路面之間的緊密連接，通過橡膠改性瀝青在路面上形成厚度約1cm的防裂層，有效地解決了路面裂縫問題，提高了路面對疲勞裂縫和反射裂縫的抵抗能力。另外，用橡膠改性瀝青粘結劑施工的道路防水層具有較強的抗滲性，能有效避免水對路基結構的滲透，能更好地避免水對道路路基結構的侵蝕，大大降低使用壽命。最后，橡膠改性瀝青材料具有較強的塑性和延性。作為道路、公路工程的路面施工材料，還能有效解決我國北方冬季低溫路面結構的負面影響，既能有效減少溫度收縮裂縫的發生，又能提高路面的防滑能力。橡膠改性瀝青中含有抗氧化劑，對道路的抗老化、抗氧化和道路耐久性有積極的作用，也有助于降低道路的維護成本。

3 橡膠瀝青現場生產方案

簡單來講就是橡膠瀝青的原材料選擇、攪拌溫度、攪拌時間、橡膠粉摻量四個板塊的結合。

3.1 橡膠瀝青原材料的選擇

(1)基質瀝青：橡膠瀝青是由基質瀝青摻加一定量的橡膠粉拌制而成，與其他改性瀝青相同，基質瀝青的性質對橡膠瀝青的性能影響很大。基質瀝青的選擇在一定程度上受當地氣候條件的影響。按照國內參考文獻及規范指導，嚴寒地區采用90號瀝青，南方夏熱地區采用70號瀝青。我項目對本年度韓國SK90#基質瀝青和中國石油化工有限公司鎮海煉化分公司東海牌90#基質瀝青各項指標進行了檢測匯總。檢測結果見下表1。

表1 瀝青基本性能指標檢測結果(90號A級石油瀝青)

(2)橡膠粉：橡膠改性瀝青的制備工藝主要采用傳統的熱熔法或高剪切法。熱熔法的制備過程如下：首先，熱瀝青和橡膠粉、加熱材料放入攪拌混合槽，充分混合，然后將粘結劑為高溫反應罐溶脹，加熱溫度可控制在60℃。制備工藝操作相對簡單，工藝要求低。然而，由于材料機械混合簡單，橡膠粉顆粒較粗，最終橡膠改性瀝青具有較高的彈性。用于路面施工時，將路面碾壓起來會比較困難，這也會導致一些路面結構由于壓實不足而產生較大的空隙。高剪切法在熱熔法的基礎上加強了膠粉的研磨，通過高剪切膠體研磨降低了橡膠顆粒的粒徑，不僅降低了粘結劑的彈性，還提高了物料儲存的穩定性。我項目選用山東省濱州市有志經貿有限公司生產的40目橡膠粉，橡膠粉技術指標見表2。

表2 40目橡膠粉材料基本性能檢測指標

(3)界面劑：廢舊橡膠粉和瀝青都是惰性物，為促進兩者之間的反應，常在橡膠瀝青中加入一定比例的外摻劑，以增強廢舊橡膠粉與瀝青的反應，使廢舊橡膠粉充分、均勻地分散在瀝青中。界面劑是外摻劑的一種，屬于高分子聚合物。該外摻劑為白色透明球狀與絮狀混合體，按一定的比例加入到高溫基質瀝青中，一方面可以減少發育時間，提高生產效率，滿足攪拌設備的生產要求；另一方面可以有效降低橡膠瀝青的黏度，不易使管道堵塞或者損壞橡膠瀝青生產設備。同時可以降低油石比，節約建設成本。

3.2 攪拌溫度

攪拌溫度是影響廢舊輪胎橡膠粉和瀝青反應效果的重要參數。在橡膠瀝青加工過程中，攪拌溫度直接影響到最終生產的橡膠瀝青性能。一般來說，瀝青溫度越高，其黏度越小，廢舊輪胎橡膠粉越易分散和溶脹，瀝青中的輕質油分減少，橡膠瀝青的黏度升高；但是攪拌溫度越高，瀝青老化越嚴重，同時在高溫條件下，廢舊輪胎橡膠粉的脫硫反應更加嚴重，使得橡膠瀝青的黏度降低。大量研究表明，攪拌溫度并不是越高或者越低就越好，而是存在一個合理的溫度范圍。根據試驗研究表明，橡膠瀝青的合理攪拌溫度適宜控制在175℃-185℃。

3.3 攪拌時間

國內外研究資料表明，攪拌時間對橡膠瀝青的各項指標影響很大，并且性能指標并不是隨著時間的變化呈現簡單的線性變化，而是時有增大時有減小，有所反復。橡膠瀝青的延度隨著攪拌時間的增加而不斷增加，而黏度則均呈現先增加后減小的變化趨勢。究其原因：橡膠粉與瀝青接觸后隨即發生溶脹。反應時間過短，膠粉溶脹過少，致使橡膠改性瀝青只是成為橡膠粉與瀝青的簡單混合物。反應時間過長，膠粉反應過度，不僅使得橡膠瀝青喪失持有的物理、力學性質，而且影響生產效率，增加燃油成本。通過總結國內外先進經驗，確定攪拌最佳時間為45min-60min。

3.4 橡膠粉摻量

一般來說，廢胎膠粉的摻量越大，相應的路用性能越好，會使橡膠瀝青的黏度增大，施工和易性下降。如果黏度過大，橡膠瀝青設備管道容易堵塞，這樣會影響施工進度，增加施工成本。因此廢胎膠粉的摻量有一定的合理范圍，一般為基質瀝青的15%-25%。ASTM(美國材料和試驗協會)規定，橡膠瀝青中廢胎膠粉摻量不少于15%(內摻)，相當于外摻的17.6%。我國交通運輸部行業標準規定橡膠瀝青中廢舊橡膠粉的摻量一般為基質瀝青質量的17.6%-30%。

由于廢胎膠粉和基質瀝青的品質不同，為了達到某種路用性能，廢胎膠粉的摻量也是不一樣的，有時會有較大的差異，我項目確定橡膠瀝青的生產配合比：橡膠粉∶界面劑∶基質瀝青=18%∶2%∶80%。兩種不同基質瀝青按同樣比例生產的橡膠瀝青技術指標見下表3。

表3 現場生產橡膠瀝青技術指標

4 橡膠瀝青施工控制措施

(1)科學控制瀝青、集料在制造過程中的溫度，特別是瀝青混合料在加工過程中必須將出廠溫度控制到高標準。一般情況下，熱混合物的貯存溫度不得降低10℃以上。生產中混合物的溫度如下。

(2)混合時間應根據試混合情況合理安排。攪拌時，應將所有集料顆粒均納入瀝青粘結劑中，整個攪拌過程應均勻適宜。

(3)混合過程中應進行相應的檢查，主要檢查混合均勻性和異常問題，包括灰色、冒煙、離析等問題。如有異常，應立即采取措施，防止損壞瀝青質量。

(4)攪拌站應定期對混合料進行性能測試，通常進行馬歇爾試驗、萃取篩選試驗等，并對油集料比、礦集料級配、瀝青性能等指標進行測試。殘留物穩定性每周定期檢測，頻率為1-2次。橡膠瀝青用量與理論用量的誤差為±0.4%。

(5)施工作業完成后，要用印刷材料的數量來控制整個材料消耗。根據所有倉庫耗用和篩選數據，核對礦料集料狀況，科學計算作業級配和瀝青集料比，并與設計標準進行對比，加強各方面數據的驗證。詳見JTT 799-2011公路工程橡膠瀝青加工設備技術要求。

5 橡膠瀝青應力吸收層施工技術

橡膠瀝青應力吸收層技術是指在市政道路鋪裝面涂敷的粘合劑層完全干燥后，將橡膠瀝青應力吸收層布設，將碎石鋪裝、碾壓。在這個階段，橡膠瀝青應力吸收層技術得到了廣泛的應用。在實踐過程中，技術不斷改進和優化，效果逐步提高。在施工過程中，應合理控制橡膠改性瀝青的用量和溫度。橡膠改性瀝青用量一般控制在2-3kg/m,溫度一般為180℃,誤差為-0.20-0.20kg/m。鋪石時,先進行礫石預混，并控制瀝青集料比和溫度。瀝青集料比一般控制在0.30%-0.40%,溫度160℃。

另外,還需要對石料的健全度、破碎值和針片狀顆粒含量進行測試，使其滿足相關技術指標要求。橡膠瀝青應力吸收層技術還需要合理控制應力層的級配、橡膠瀝青加熱溫度、礦物骨料溫度、混合料輸送溫度、混合料輸送至場地溫度、鋪裝溫度、初壓、再壓實、碾壓結束溫度。鋪石時，鋪石量控制在15kg/m ,各工序施工按施工標準進行，有效發揮施工技術優勢，有效提高道路施工質量，保證后期運營安全。

粘接層干燥后，應力吸收層的施工應從以下三個方面進行。

(1)分布：溫度應控制在180度左右。在數量的基礎上，每平方米應控制至3公斤。本施工方法適用于橡膠改性瀝青。預拌碎石時，瀝青集料比一般在0.30%-0.40%之間,且攪拌溫度需要控制在160℃左右，因此預包瀝青比較常見。噴涂時誤差應控制在±0.2kg/m以內，分布應盡量均勻。

(2)鋪石：要按具體規定確定相關標準，必須做好補充工作。因此，如果在局部鋪筑中有不穩定的地方，應在噴灑后及時鋪筑碎石，鋪筑量控制在每平方米15kg之間。

(3)路面滾動的完成需要輪胎壓路機的幫助，將路面清理好，保證正常的交通，施工才能順利進行。

6 結 語

總之，隨著科技的發展廢胎膠粉在改性瀝青發展的過程中會發揮越來越多的作用，例如現在運用較為成熟的SBS橡膠改性瀝青和近些年較為先進的石墨烯復合橡膠改性瀝青都和廢胎膠粉息息相關，歐美及日本最新的研究表明，丁苯橡膠高分子改性瀝青這些高科技的瀝青產物將是未來幾年甚至十幾年的公路工程發展趨勢，希望能在節能減排，“變廢為寶”的發展中讓廢胎膠粉發揮出更大的余熱。