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        橡膠粉在瀝青混凝土路面中的應用

        2021-01-07 01:16:23于殿斌
        黑龍江交通科技 2021年8期
        關鍵詞:橡膠粉攤鋪橡膠

        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黑龍江的高寒地區(qū)氣候更為適合,此時基質(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)代公路建設中較為典型的路面形式,常見于城市快速干道、一級以下公路等工程場景中。近十年來,人們對環(huán)境保護和資源循環(huán)利用有了進一步的認識提高,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用,從而給橡膠瀝青混凝土路面的應用創(chuàng)設了良好契機。

        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,并按特定的級配關系加以組合,在190~200 ℃的高溫環(huán)境中拌和,在與機制瀝青接觸后發(fā)生反應后制得,其粘附性較佳,遇高溫環(huán)境時具有良好的彈性恢復性能,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,其在拌和時間、溫度控制、攤鋪碾壓工藝等方面均有獨特性,需差異化對待。

        4 施工流程及操作要點

        4.1 橡膠瀝青制備工藝

        橡膠瀝青對溫度較為敏感,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,需對基質(zhì)瀝青加熱(溫度以204~226 ℃為宜),給予持續(xù)的攪動,約45 min后方可取得較良好的反應效果。期間加強對橡膠瀝青質(zhì)量的檢查,重點考慮粘度指標,應當滿足要求。此后,全面檢驗橡膠瀝青,若達標則用于施工,否則則需根據(jù)實際情況合理優(yōu)化配比,直至滿足要求為止。產(chǎn)出的橡膠瀝青需在相對穩(wěn)定的溫度環(huán)境中得到保存,儲罐的溫度以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

        (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,其應用效果優(yōu)于子午輪胎(具有合成膠含量高的特點)。因此,在工程實踐中,應優(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集料需具有堅硬、潔凈的特點,由反擊式破碎機軋制而得。在選用粗集料時,若粒徑超4.75 mm,則應優(yōu)先使用玄武巖,或是其它質(zhì)量指標達標的石料。

        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,在與瀝青和骨料接觸后,攪拌過程中可自由流動且無泡沫等雜物??紤]到橡膠粉顆粒易結塊的情況,可適量加入碳酸鈣,但需嚴格控制其用量,原則上不宜超過橡膠粉的3%(按重量計)。此外,隨著橡膠粉目數(shù)的變化,其對瀝青性能的影響程度也不盡相同,原則上,橡膠粉越細,與瀝青的混合效果越好,同時也更有利于后續(xù)壓實作業(yè)的高效開展。

        (3)橡膠瀝青的制備

        橡膠瀝青生產(chǎn)前應根據(jù)要求加熱溫度,以204~226 ℃為宜,并在該溫度條件下攪動,持續(xù)時間至少需達到45 min,此時的反應效果較為良好。加強對溫度的控制,使其穩(wěn)定在190~218 ℃區(qū)間內(nèi),重點監(jiān)測瀝青的粘度,待完全反應后,根據(jù)所得數(shù)據(jù)對其質(zhì)量情況作出判斷,若滿足要求則轉至保溫裝置中儲藏,期間需持續(xù)運轉攪動裝置,以免出現(xiàn)顆粒不均勻分布的情況。

        橡膠瀝青在反應之后,要及時使用,若橡膠瀝青已經(jīng)冷卻,后續(xù)使用時需對其加熱,直至其溫度達到190~218 ℃為止。,從冷卻到加熱,這就是一個加熱循環(huán)。理論上,加熱循環(huán)不可超過2次,否則將嚴重影響瀝青的質(zhì)量,例如出現(xiàn)粘度不合理的情況。在延遲時間過長時,橡膠將與瀝青發(fā)生持續(xù)的反應,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45 min(此階段的溫度應達到190~218 ℃),最終得到質(zhì)量達標的橡膠瀝青。

        (4)瀝青混凝土的拌制

        通過馬歇爾試驗的方法確定橡膠瀝青的配比。根據(jù)工程經(jīng)驗,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,溫度控制為重點內(nèi)容,以170~185 ℃為宜,但不宜超過195 ℃,否則反而會影響混合料的質(zhì)量。各集料顆粒的分布應具有均勻性,即能夠有效裹覆瀝青結合料,拌制階段可先添加水泥,在與礦料干拌約10 s后(應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)關系,避免停機等料或材料供應量過剩。攤鋪過程中加強防護,任何無關人員均不可進入施工現(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。攤鋪機運行期間,操作人員及時糾偏,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,進入碾壓環(huán)節(jié),以減小混合料內(nèi)部的空隙量,提高密實性與平整性。合理配套碾壓施工機械設備,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重要,應在攤鋪后溫度較高的時段及時攤鋪。橡膠瀝青混凝土的粘性較強,若采用的壓路機帶有膠輪,則容易出現(xiàn)粘輪的情況,不宜采用此類設備。通常,可采取多臺鋼輪壓路機組合運行的方式,根據(jù)攤鋪機的運行速度合理碾壓路面,確保初壓、復壓及終壓的施工質(zhì)量均可滿足要求。

        5 應用優(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,從而保證了結構的完整性。

        (2)抗車轍。橡膠瀝青具有較強的彈性恢復能力,即便受到持續(xù)性的行車荷載作用,結構也不會形成永久性的車轍,在短時間內(nèi)能恢復原狀,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性,因此即便是在低溫環(huán)境下也能夠維持原狀,同時低溫對橡膠瀝青混合料的影響甚微,可延緩老化的發(fā)生時間,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。既有研究結果表明,較之于普通瀝青材料的路面,通過橡膠瀝青的應用,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要求,又避免了廢舊輪胎浪費的問題,可實現(xiàn)集約化發(fā)展,契合于節(jié)能環(huán)保的理念。

        6 結 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)瀝青等相關材料的拌和,構成優(yōu)質(zhì)的橡膠瀝青混合料,其在剪切強度、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,達到筑安全、保質(zhì)量、提效益的多重應用效果。

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