張光明

(河南省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司，河南鄭州 450016)

隨著高等級(jí)公路建設(shè)的發(fā)展，基于平整性好、行車平穩(wěn)舒適、噪聲低的瀝青混凝土路面已成為公路路面的主要形式。但是，在已建成道路的運(yùn)營(yíng)中，新的問(wèn)題接踵而來(lái)，由于近年來(lái)交通量迅速增長(zhǎng)、車輛大型化、超載嚴(yán)重、車輛渠道化等現(xiàn)象的出現(xiàn)，使瀝青混凝土路面面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)。據(jù)山西省近年來(lái)對(duì)運(yùn)輸車輛的調(diào)查分析表明:在某些運(yùn)煤干線及砂石料運(yùn)輸干線上，東風(fēng)、解放等載重車單車載重達(dá)50 t以上，對(duì)路面破壞相當(dāng)嚴(yán)重。因此，研究提高瀝青混凝土路面使用性能的關(guān)鍵技術(shù)，即采用改性瀝青混合料，已成為我國(guó)公路建設(shè)的迫切需要。而選擇改性劑的品種和劑量是技術(shù)性很強(qiáng)的工作，需要根據(jù)所在地區(qū)的氣候條件、交通條件、經(jīng)濟(jì)實(shí)力、改性瀝青制備條件，以及當(dāng)?shù)貫r青路面的主要破壞形式來(lái)綜合確定采用適合的改性劑。我國(guó)JTG F40-2004公路改性瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范規(guī)定氣候區(qū)是選擇不同改性瀝青等級(jí)的主要依據(jù)。對(duì)北方低溫寒冷地區(qū)，以載重汽車為對(duì)象的高速公路、一級(jí)公路，尤其是重車比例大、超載車多的干線公路，對(duì)抵抗車轍、開裂的要求較高，采用橡膠瀝青路面可以很好地延長(zhǎng)路面使用壽命。

1 橡膠改性瀝青的特性

橡膠改性瀝青是先將廢舊輪胎加工成為具有一定細(xì)度的橡膠粉粒，再按一定的粗細(xì)級(jí)配比例進(jìn)行組合，同時(shí)添加多種高聚合物改性劑材料，并在高溫條件下(180℃以上)充分拌合，其中橡膠組分含量應(yīng)為全部混合料重量的15%以上，橡膠顆粒膨脹與基質(zhì)瀝青充分熔脹后反應(yīng)形成改性瀝青膠結(jié)材料［4］。在2011年以前我國(guó)尚無(wú)橡膠改性瀝青技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，大多參考美國(guó)FHWA(美國(guó)聯(lián)邦公路局)橡膠改性瀝青技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(SA-002-1992)，見表1［1］。橡膠改性瀝青交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布對(duì)我國(guó)橡膠改性瀝青技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用具有明確的指導(dǎo)意義(見表2［6］)。

表1 美國(guó)FHWA橡膠改性瀝青技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(SA-002-1992)

1)提高瀝青的粘度。粘性是瀝青高溫穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，高粘性瀝青可以增強(qiáng)抗變形能力、使混合料油膜較厚而不易析漏或泛油，可以很好地提高瀝青與碎石的粘結(jié)力，在封水性能方面具有良好表現(xiàn)［5］。據(jù)相關(guān)試驗(yàn)資料表明，同等條件下20%膠粉含量的橡膠改性瀝青190℃時(shí)的動(dòng)力粘度與4%SBS含量的改性瀝青135℃時(shí)的動(dòng)力粘度值相當(dāng)，約3 Pa·s;橡膠瀝青的軟化點(diǎn)較基質(zhì)瀝青提高了約10℃，大于55℃。

表2 橡膠改性瀝青技術(shù)指標(biāo)(JT/T 798-2011)

2)改善瀝青的低溫性能。瀝青的低溫性能是指低溫條件下的脆性和抗裂性。據(jù)南非某公司通過(guò)試驗(yàn)比較，橡膠改性瀝青的弗拉氏脆點(diǎn)比4%SBS改性瀝青降低約9℃，為－19℃～－17℃。橡膠瀝青良好的低溫柔韌性明顯降低了溫度對(duì)瀝青路面的影響，在低溫寒冷地區(qū)，由于膠結(jié)材料含量高、彈性好，對(duì)于降低路面開裂或修復(fù)舊路面反射裂縫，效果較明顯。

3)提高抗老化、抗疲勞性能。大量廢輪胎膠粉的加入，增加了瀝青抗老化、防氧化和熱穩(wěn)定性，輪胎橡膠寬廣的彈性溫度工作區(qū)間和橡膠瀝青的高橡膠粉體積含量，使橡膠瀝青混合料成為一種性能良好的柔性路面材料，具有優(yōu)良的抗疲勞和抗反射裂縫能力。對(duì)部分采用橡膠改性瀝青路面調(diào)查顯示，同等條件下橡膠改性瀝青路面可很好地延長(zhǎng)路面使用壽命。

4)提高行車的舒適性和安全性。橡膠改性瀝青路面作為一種柔性路面，能較好地緩沖路面局部不平整引起的車輛顛簸，提高輪胎與地面的附著性能，明顯縮短車輛制動(dòng)距離，橡膠中的炭黑成分能夠使路面長(zhǎng)期保持黑色，與路面標(biāo)線的對(duì)比度高，駕駛員在車輛運(yùn)行中會(huì)感到更加的舒適和安全。

5)降低車輛運(yùn)行的噪聲危害。道路噪聲隨著公路建設(shè)和汽車工業(yè)的發(fā)展已成為道路周邊居民的一大公害，降低車輛運(yùn)行的噪聲已成了人們關(guān)心的重要社會(huì)問(wèn)題之一。據(jù)分析，橡膠改性瀝青的彈性和平整的路面可有效地降低車輛運(yùn)行的噪聲，相當(dāng)于減少了行車數(shù)量或節(jié)省一道高的隔音墻，被譽(yù)為“消音瀝青”。有資料顯示，橡膠改性瀝青路面上車速為50 km/h～100 km/h時(shí)，降低噪聲3 dB～8 dB，相當(dāng)于減少80%的行車量［3］。

6)降低道路建設(shè)和養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。要對(duì)橡膠改性瀝青的性能作出綜合評(píng)價(jià)，不僅要關(guān)注它的技術(shù)可行性，還要看它與其他瀝青相比較的使用經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)最近三年的基本材料市場(chǎng)價(jià)格:SBS約為22 000元/t，40目(橡膠粉的細(xì)度)的廢舊橡膠粉約為2 600元/t(40目以下價(jià)格更低)，基質(zhì)瀝青約為3 500元/t。常用配合比的1 t 5%SBS含量改性瀝青與20%橡膠含量的改性瀝青參考價(jià)格(未計(jì)其他瀝青添加劑價(jià)格)見表3。通過(guò)比較可知:橡膠改性瀝青的材料費(fèi)不僅低于SBS改性瀝青1 005元/t，而且低于基質(zhì)瀝青。除填充材料與工藝參數(shù)有一定的區(qū)別外，等量的橡膠改性瀝青與SBS改性瀝青加工價(jià)格相當(dāng)。橡膠改性瀝青路面的經(jīng)濟(jì)性還在于提高了路面的耐久性，或在同等條件下可減少路面鋪筑的厚度，從而降低了路面建設(shè)和養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。

表3 瀝青價(jià)格對(duì)比表

7)節(jié)約能源保護(hù)環(huán)境。廢舊輪胎是一種難以自行降解的高分子化工合成材料，自然條件下埋在地下數(shù)百年都不會(huì)分解，且會(huì)污染地下水源。這些“黑色垃圾”無(wú)論采用堆放還是采用焚燒的方法處理都將成為新的污染源，污染環(huán)境、占用土地資源且容易滋生蚊蟲傳播疾病。車輛的報(bào)廢逐年增加，世界上廢舊輪胎積存以每年約億條遞增，但是能夠得到翻新利用的只占很小一部分。橡膠改性瀝青含有大量的廢舊輪胎橡膠粉(18%～22%)，可計(jì)算出高等級(jí)公路中1車道(3.75 m寬)、1 km長(zhǎng)的橡膠改性瀝青路面可消耗約1 000條廢舊輪胎。循環(huán)利用這些廢輪胎對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展、緩解環(huán)境和資源匱乏帶來(lái)的壓力起到積極的作用。

2 橡膠瀝青的制作工藝

橡膠瀝青制作方法一般分為干法和濕法。加工流程主要有以下步驟:基質(zhì)瀝青、廢舊橡膠粉等原材料的添加和預(yù)混，橡膠瀝青的反應(yīng)過(guò)程及質(zhì)量監(jiān)控［6］。干法是將瀝青混合料總量2%～3%的橡膠粉噴在攪拌的熱瀝青拌合鍋中，攪拌約20 min即成為橡膠粉改性瀝青混合料。干法制成的橡膠改性瀝青適用于攤鋪路面的底層或者中層，不適宜攤鋪面層。濕法是將精細(xì)橡膠粉、活化膠粉或脫硫膠粉按配方劑混合材料(一般為瀝青質(zhì)量的10%～20%)投入到180℃～200℃的基質(zhì)瀝青中，在攪拌瀝青時(shí)緩慢添加橡膠粉，攪拌后再進(jìn)入膠體磨或高速剪切乳化機(jī)中加工處理，達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，即可制成高性能的橡膠改性瀝青［2］。制作過(guò)程中橡膠粉用量、攪拌時(shí)間、瀝青溫度隨基質(zhì)瀝青和橡膠粉性質(zhì)不同而有很大區(qū)別。改性瀝青的性能與橡膠粉的粒徑關(guān)系密切，粒徑越小分布越均勻，其改性瀝青性能越優(yōu)良，且不易離析。橡膠改性瀝青的原料及其配合比一般經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室配置、試驗(yàn)并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)使用進(jìn)行調(diào)整后確定，目前我國(guó)僅有地方性行業(yè)技術(shù)指南發(fā)布，如北京市廢輪胎膠粉瀝青混合料設(shè)計(jì)施工技術(shù)指南，為便于當(dāng)前推廣橡膠瀝青并為形成國(guó)內(nèi)規(guī)范積累經(jīng)驗(yàn)，可參考國(guó)內(nèi)地方行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外的路用橡膠粉技術(shù)指標(biāo)(見表4)。試驗(yàn)依據(jù)可綜合借鑒國(guó)內(nèi)外橡膠改性瀝青技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

表4 國(guó)內(nèi)外路用橡膠粉技術(shù)指標(biāo)

3 橡膠改性瀝青的應(yīng)用工藝

1)橡膠改性瀝青應(yīng)力吸收層。高溫狀態(tài)下把橡膠改性瀝青灑布在路面上，然后滿鋪單一粒徑的石料，用膠輪壓路機(jī)進(jìn)行嵌擠碾壓使橡膠瀝青被擠壓到石料高度的約3/4位置，石料嵌鎖形成后將構(gòu)成結(jié)構(gòu)性支撐，形成碎石封層模式的路面即為橡膠瀝青應(yīng)力吸收層。主要作用為應(yīng)力吸收、抗反射裂縫、防水及粘結(jié)等［2］。

2)橡膠改性瀝青路面面層。把橡膠改性瀝青注入到瀝青攪拌站，按配合比與碎石、砂粒等混合料拌合，攤鋪、碾壓后形成橡膠改性瀝青路面。適用于開級(jí)配抗滑表面和間斷密級(jí)配路面。橡膠改性瀝青路面的設(shè)計(jì)、施工，以及施工、檢測(cè)設(shè)備和方法與傳統(tǒng)瀝青路面或其他改性瀝青路面基本相同(見圖1)。

4 施工注意事項(xiàng)

橡膠改性瀝青灑布過(guò)程中部分膠粉顆粒過(guò)大或橡膠瀝青生產(chǎn)時(shí)未能均勻攪拌，使膠粉顆粒聚結(jié)成塊狀無(wú)法通過(guò)噴嘴噴出，可采取以下措施:使橡膠瀝青制作過(guò)程中膠粉顆粒大小相對(duì)均勻并攪拌均勻。

應(yīng)力吸收層施工中可能出現(xiàn)料車、攤鋪機(jī)將吸收層粘起現(xiàn)象?？刹扇∫韵麓胧?保證足夠的碎石撒鋪量;在車輪上涂抹柴油潤(rùn)滑劑;采用大粒徑碎石;橡膠瀝青在較短時(shí)間固化后與石子牢固的粘在一起;保證碎石的清潔度，避免大量粉塵將橡膠瀝青與碎石分隔開來(lái)降低粘結(jié)效果、導(dǎo)致碎石脫落。

圖1 橡膠改性瀝青應(yīng)用工藝流程

橡膠瀝青混合料碾壓后可能產(chǎn)生裂縫及壅包現(xiàn)象?？刹扇∫韵麓胧?人工挖除壅包后及時(shí)填補(bǔ)熱混合料并碾壓［4］。

由于橡膠瀝青粘度和使用溫度較高，在路面施工中需注意以下幾點(diǎn):使用橡膠瀝青，路面攤鋪厚度比傳統(tǒng)瀝青約減薄50%;橡膠瀝青混合料中的集料一般采用開級(jí)配或間斷級(jí)配［5］;橡膠瀝青路面的碾壓宜在高溫下完成，并遵循“高頻、低幅、緊跟、慢壓”的原則。

5 已建橡膠改性瀝青路面設(shè)計(jì)分析

實(shí)例工程為改擴(kuò)建項(xiàng)目，位于山西中部煤礦資源豐富的地區(qū)，載重車較多，受資金因素限制，不能實(shí)現(xiàn)面層加厚的方案，為了延長(zhǎng)該段瀝青路面的使用壽命，設(shè)計(jì)采用橡膠改性瀝青應(yīng)力吸收層和橡膠改性瀝青面層。1)橡膠改性瀝青應(yīng)力吸收層采用摻加20%左右的橡膠粉(20 目)，按 1.8 kg/m2～2.2 kg/m2撒布，同時(shí)撒13.2 mm～9.5 mm的單一碎石，按80%撒，以提高基層抗開裂的能力。2)橡膠改性瀝青表面層，下面層在原設(shè)計(jì)AC-25基礎(chǔ)上采用添加抗車轍劑或聚酯纖維方法來(lái)提高該層的抗車轍和開裂能力;表面層采用橡膠改性瀝青技術(shù)即采用AC-13(20%橡膠瀝青)代替原設(shè)計(jì)的SBS改性瀝青，以提高瀝青混合料的抗疲勞與耐久性能。橡膠改性瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案見表5。

表5 橡膠改性瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

6 結(jié)語(yǔ)

工程建成通車后多荷載在50 t以上重載車輛經(jīng)過(guò)，經(jīng)過(guò)一個(gè)凍融期的使用和檢測(cè)，路面無(wú)明顯的車轍、坑洞，證明了比原設(shè)計(jì)減薄后的橡膠瀝青混凝土路面能夠達(dá)到預(yù)期使用要求。在北方低溫寒冷地區(qū)推廣橡膠改性瀝青用于公路建設(shè)具有重要意義。

1)能夠解決廢舊輪胎帶來(lái)的環(huán)保問(wèn)題、減薄路面、延緩反射裂縫、減輕行車噪聲、節(jié)約建設(shè)和維護(hù)資金、延長(zhǎng)路面使用壽命等。

2)解決我國(guó)當(dāng)前面臨的重載交通、早期損壞問(wèn)題的有效嘗試。在建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的前提下，修建出優(yōu)質(zhì)瀝青路面是一種很好的可選方案。

［1］AASHTO-FHWA-NAPA［S］.Asphalt Study Tour.Washington:AFN，1990.

［2］孫見林，郝培文.廢橡膠粉改性瀝青在路面工程中的應(yīng)用［J］.工程機(jī)械與維修，2006(8):79-81.

［3］陸小平，涂圣武.橡膠粉瀝青混凝土罩面在干線公路病害處治中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代交通技術(shù)，2007，12(4):9-12.

［4］張?jiān)獞c.淺談橡膠瀝青混凝土路面施工［J］.北方交通，2008(3):15-17.

［5］李 農(nóng).橡膠瀝青的推廣運(yùn)用［J］.建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理，2007(9):77-79.

［6］JT/T 798-2011，公路工程廢胎膠粉橡膠瀝青［S］.