石振武 王彬驊

(東北林業(yè)大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

0 引言

隨著我國“十三五”規(guī)劃大力投資交通運輸建設，我國已成為世界上公路建設總里程的第一大國。由于我國領土廣闊、地勢復雜，形成了多變的地理氣候。這促進了我國公路建設在針對不同區(qū)域的氣候條件，需要因地制宜地制定政策和研究新型材料。溫拌橡膠瀝青混合料將溫拌技術和橡膠瀝青結合，降低拌合攤鋪溫度，節(jié)省能源使用，有效延長路面的老化周期并兼具路面降噪效果。溫拌橡膠瀝青路面的推廣對提高黑龍江省寒區(qū)路面性能，完善省內(nèi)公路體系，推動節(jié)能環(huán)保綠色公路建設有著積極的影響。

1 推廣溫拌橡膠瀝青路面的背景

1.1 規(guī)劃引導

2020年“十三五”規(guī)劃進入收官之年，十三五規(guī)劃期間，國家在交通運輸方面大力投資建設，達到近15萬億元，其中公路7.8萬億元左右，占比超50%。各省市召開規(guī)劃設計會時，也倡議施工方根據(jù)省市自然條件，制定不同的施工技術和標準。

1.2 氣候影響

黑龍江省的地理位置獨特，位于歐亞大陸的東部，中國的最東北部，地處寒溫帶，氣候為溫帶大陸性季風氣候。全年的氣溫氣候表現(xiàn)為春季溫度低、空氣干燥且有凍土，夏季溫度高、雨水量大，秋季雨量充沛、晝夜溫差逐漸加大，冬季氣溫低、且時間漫長。在氣候和環(huán)境的因素中，對路面影響較大的時間集中在夏季和冬季，高溫多雨和寒冷低溫影響著瀝青路面的使用壽命。

1.3 技術缺點

普通瀝青混合料在拌合過程中，高溫加熱會使有機膠結料老化加劇進而影響路面的高溫和低溫性能。普通瀝青在160 ℃～180 ℃高溫拌合過程中，瀝青易揮發(fā)各類氧化物及致癌物，對施工工人和自然環(huán)境造成危害。我國現(xiàn)行階段提倡綠色公路建設，注重環(huán)境友好型施工，將溫拌和橡膠兩者結合能夠對原熱拌瀝青各方面性能進行改善，更好的適應我國寒區(qū)環(huán)境。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1 國外研究現(xiàn)狀

溫拌技術和橡膠瀝青技術的研究最早起源于歐洲和工業(yè)國家，自20世紀60年代～90年代國外分別對這兩種技術開展研究。其中溫拌技術主要成果是降粘型和發(fā)泡型技術，在20世紀末，美國借鑒歐洲先進的技術和經(jīng)驗，在技術上不斷創(chuàng)新，隨后幾年間提出的Sasobit,Aspha-min,Evotherm三種溫拌技術被廣泛應用[1]。但是各國家的自然環(huán)境不同，也導致了對橡膠瀝青技術的標準和指標、設計方法、施工工藝、再生技術不盡相同。

2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

在21世紀初，我國剛剛進入溫拌瀝青的研究階段，主要的成就是中溫改性材料，當時我國的冷拌技術、溫拌技術大多是應用于修補和改造。直到我國引入Sasobit溫拌劑，應用于高速公路路面，使得混合料的和易性提升，也改善了小廠溫拌劑易離析、難拌合的弊端。于2006年設立“廢舊橡膠粉用于筑路技術研究”項目，目的是為了形成中國特色的廢舊橡膠粉用于筑路的技術，同時顯著增強環(huán)保效益和經(jīng)濟社會效益[2]。目前國內(nèi)將溫拌技術和橡膠瀝青技術結合的研究數(shù)量不多，北方施工工程更是少之又少，大部分學者停留在室內(nèi)試驗和理論研究，沒有注重環(huán)境和應用效果。

3 原材料性能

瀝青選用橡膠瀝青外摻0.3%溫拌劑，依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》對原材料進行試驗。通過對比表1技術指標發(fā)現(xiàn)，溫拌劑能夠改善原橡膠瀝青的性質，軟化點提高至72.6 ℃，改善高溫性能；延度提高至47.6 cm，低溫下延展性更好，提高低溫性能；彈性恢復提高至92.4%，改善了高溫性能。

表1 瀝青基本性質試驗結果對比

4 目標配合比設計

4.1 礦料配合比組成設計

根據(jù)表2的試驗結果分析得出，初試級配B和C的試驗結果均符合VCAmix16.5%的要求，最終選擇粗集料骨架分界集料通過率大且VMA較大的級配B作為設計級配。級配曲線如圖1所示。

表2 ARAC-16型橡膠瀝青混合料體積指標試驗結果

4.2 確定最佳油石比

采用5.1%，5.5%，5.9%，6.3%，6.7%五種油石比進行馬歇爾試驗，結果如表3所示。橡膠瀝青混合料空隙率偏小易出現(xiàn)車轍變形，偏大導致水分、空氣進入混合料內(nèi)部，影響路面水穩(wěn)定性及耐久性。同時結合項目的實際情況，確定采用設計空隙率中值對應的瀝青用量5.9%為最佳瀝青用量。最佳瀝青用量的混合料技術指標如表4所示。

表3 ARAC-16型橡膠瀝青混合料馬歇爾試驗結果

表4 ARAC-16型橡膠瀝青混合料最佳瀝青用量技術指標匯總表

5 溫拌橡膠瀝青混合料性能優(yōu)勢

5.1 優(yōu)越的降噪效果

橡膠粉摻入瀝青混合料中，分散在骨料的間隙中，由于橡膠粉材料的特有彈性，使得混合料在橡膠顆粒作用下具有高彈性。外部施加荷載時，能夠有效吸收振動和沖擊作用，從而減少振動和摩擦發(fā)出的噪聲，達到降噪的效果[3]。摻入橡膠粉能夠減少由車輛的振動，給路面帶來的不利荷載影響，也能減少駕駛人以高速行駛的不適感。增加路面表面的空隙率，以此將車輛路過時的噪聲進行多次反射，汽車輪胎紋路中的氣體在高速行駛時壓縮爆破產(chǎn)生的噪聲減小[4]。在碾壓過程中盡量減小空隙體積，寒區(qū)春季、秋季晝夜溫差大，避免空隙體積過大會在水的作用下產(chǎn)生體積膨脹。

5.2 適應寒區(qū)低溫環(huán)境

通過表5低溫彎曲試驗數(shù)據(jù)對比，能夠發(fā)現(xiàn)溫拌橡膠瀝青的抗彎拉應變更大，能夠有效的防止裂縫的產(chǎn)生。黑龍江地區(qū)冬季低溫持續(xù)時間較長，瀝青混合料路面在低溫開裂時，通常是由于瀝青混合料的內(nèi)部溫度應力，超過材料的抗拉疲勞強度而引起路面的裂縫。在寒區(qū)路面鋪設過程中，水穩(wěn)層在低溫條件下容易應力集中產(chǎn)生收縮裂縫，使用溫拌橡膠瀝青混合料能夠有效減緩反射裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。在橡膠瀝青混合料中加入溫拌劑，不僅能夠使拌合溫度下降20 ℃～30 ℃，增強低溫穩(wěn)定性，在寒區(qū)應用可以保證低溫性質[5]。

表5 瀝青混合料低溫彎曲試驗對比

5.3 兼顧應對高溫環(huán)境

表6中車轍試驗數(shù)據(jù)動穩(wěn)定度的提高能夠說明，加入溫拌劑對原橡膠瀝青如軟化點提高，提高了高溫穩(wěn)定性。橡膠粉能夠在混合料間，在不同荷載作用下能夠有效回彈，溫拌劑能夠在降溫時保證橡膠粉不被老化，大大提高了抗車轍的性能。在黑龍江地區(qū)高溫環(huán)境主要發(fā)生在夏季，白天路面溫度能夠達到60 ℃左右。加入溫拌劑的橡膠瀝青混合料相比于普通橡膠瀝青混合料溫度敏感性低，同時能夠降低加熱后的橡膠瀝青粘度，碾壓降溫后溫拌劑析出形成網(wǎng)狀晶體結構大幅提高低溫下的粘度[6]。

表6 瀝青混合料車轍試驗結果對比

5.4 延長路面使用壽命

表7中浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗數(shù)據(jù)，溫拌橡膠瀝青混合料水穩(wěn)定性均比原橡膠瀝青強，在黑龍江地區(qū)能夠更適應寒冷環(huán)境下的使用，達到延長使用壽命的目的。溫拌橡膠瀝青混合料在加熱、拌合、攤鋪過程中，避免了傳統(tǒng)高溫施工，使有機膠結料和橡膠粉更好的粘結骨料，減少高溫對有機材料的老化作用。摻入橡膠粉能夠使瀝青彈性恢復變大，老化前后的彈性恢復穩(wěn)定，使改性后的瀝青有抗老化的性能[7]。

表7 瀝青混合料浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗結果對比

5.5 推動綠色公路建設

綠色公路注重公路建設的全過程統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，堅持可持續(xù)發(fā)展、統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、創(chuàng)新驅動、因地制宜[8]。目前國內(nèi)施工現(xiàn)場大多使用燃油加熱，溫拌橡膠瀝青混合料在拌合、攤鋪、碾壓過程均比熱拌瀝青混合料溫度低，降低施工溫度，可節(jié)省燃油使用，減少對不可再生資源的利用，降低實際運營成本?？蓽p少CO，CO2,NOX等溫室氣體以及致癌煙氣，不僅能夠保障施工工人身體健康，還能減少對大氣環(huán)境的污染。其中橡膠粉外加劑可以通過回收廢舊橡膠輪胎獲得，形成資源循環(huán)利用，減少了對有機資源的浪費。使用溫拌橡膠瀝青混合料建設公路，路面穩(wěn)定性強、路用性能好都為后續(xù)的養(yǎng)護工作減少了大量的成本和工作。

6 結語

溫拌橡膠瀝青混合料將溫拌技術和橡膠技術相結合，平衡兩者使用關系，最大限度發(fā)揮兩者優(yōu)點，在低溫環(huán)境下發(fā)揮優(yōu)越性能，適合黑龍江等寒區(qū)地區(qū)積極推廣使用。施工過程能夠有效控制有害氣體排放，建成通車后路面具有降噪的效果，整個建造過程發(fā)揮了資源利用、節(jié)能減排等優(yōu)勢，切實推行了我國綠色公路發(fā)展政策。相比于國外發(fā)達國家，我國綠色公路建設仍存在差距，要吸取國外先進經(jīng)驗，結合我國實情進行新技術、新材料的推廣。