郝晗森

（石家莊市公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司，河北 石家莊 050000）

0 引言

我國交通運(yùn)輸業(yè)飛速發(fā)展，不同城市和地區(qū)的汽車保有量不斷增加，隨之出現(xiàn)廢舊輪胎數(shù)量急劇增加的問題。如果大量廢舊輪胎集中堆積，將造成嚴(yán)重環(huán)境問題。因此，對廢舊輪胎進(jìn)行資源化處理，解決由廢舊輪胎造成的環(huán)境問題極為必要。現(xiàn)階段針對廢舊輪胎提出了很多處理方法，如熱能利用、再生膠和制造膠粉。其中，前兩種方法依然會造成不同程度的環(huán)境污染，而后者則屬于無害化處理，由廢舊輪胎制備的膠粉可以用于瀝青的改性。采用廢舊輪胎制備的膠粉改性而成的瀝青主要可用在以下兩個方面：其一，在碎石封層及應(yīng)力吸收層中使用，用于減緩或避免裂縫的反射；其二，直接在瀝青混合料的生產(chǎn)拌制中使用，用于上面層等路面結(jié)構(gòu)層的施工。

1 橡膠粉對混合料性能的影響

1.1 改善混合料高溫性能

對摻入橡膠粉的混合料進(jìn)行車轍試驗可知，當(dāng)橡膠粉摻入量不斷增加時，混合料在高溫條件下抵抗車轍能力顯著增強(qiáng)。在70℃的溫度條件下進(jìn)行試驗時，對于未摻入橡膠粉的混合料，其動穩(wěn)定度試驗結(jié)果為1 468次/mm，而在混合料中按照10%的摻量摻入橡膠粉以后，動穩(wěn)定度從1 468次/mm增加到2 795次/mm；在混合料中按照20%的摻量摻入橡膠粉以后，動穩(wěn)定度從2 795次/mm增加至3 407次/mm；繼續(xù)按照30%的摻量摻入橡膠粉以后，可使動穩(wěn)定度進(jìn)一步增加至3 870次/mm。

1.2 改善混合料低溫性能

根據(jù)低溫條件下的彎曲試驗結(jié)果，當(dāng)橡膠粉實際摻入量不斷增加時，混合料在低溫條件下的勁度模量持續(xù)減小，但低溫條件下的極限彎拉應(yīng)變卻明顯增大，說明橡膠粉的摻加可以提高混合料低溫性能。通過低溫約束試驗可知，在混合料中摻入適量橡膠粉，低溫條件下的破斷溫度比未摻入橡膠粉改性瀝青混凝土低很多，但破斷應(yīng)力卻比未摻入橡膠粉的改性瀝青混凝土高，這在很大程度上說明摻加橡膠粉能改善混合料的低溫性能。

1.3 改善混合料疲勞性能

通過疲勞試驗可知，在混合料中適量摻入橡膠粉后，可起到延長其疲勞壽命的作用。其原理為橡膠粉的摻入會使混合料彈性提高，此時受動態(tài)荷載作用后，表現(xiàn)出更強(qiáng)的動態(tài)響應(yīng)，進(jìn)而延長動態(tài)疲勞壽命，防止早期破壞現(xiàn)象的發(fā)生。

1.4 影響混合料水穩(wěn)定性

橡膠粉的摻入對混合料水穩(wěn)定性造成的影響可分成兩個方面，即動態(tài)荷載與靜態(tài)荷載。對于靜態(tài)荷載，常用試驗方法包括殘留穩(wěn)定度試驗與凍融劈裂試驗。雖然這些試驗的加載速率均為快速加載，但相比于動態(tài)荷載仍慢很多，可將其歸為靜態(tài)試驗范疇。根據(jù)試驗結(jié)果，在混合料中摻入橡膠粉后，隨摻量的增加，混合料TSR值明顯降低（即凍融劈裂強(qiáng)度比），這說明在混合料中摻入橡膠粉后會使其水穩(wěn)定性出現(xiàn)一定程度的衰減。為避免這一問題影響橡膠粉在瀝青路面施工中的應(yīng)用，可將礦粉替換為水泥或者是消石灰。

2 原材料要求

2.1 廢舊輪胎膠粉改性瀝青

對于瀝青混合料或應(yīng)力吸收層，都可采用廢舊輪胎膠粉改性瀝青，其質(zhì)量好壞決定了混合料各項性能。廢舊輪胎膠粉實際摻量多采用18%[1]。該改性瀝青及其加工所用基質(zhì)瀝青各項技術(shù)指標(biāo)的實測結(jié)果為：①針入度：基質(zhì)瀝青實測結(jié)果為60.0（10-1mm），該改性瀝青為34.8（10-1mm）；②15℃溫度條件下的延度：基質(zhì)瀝青實測結(jié)果為大于150cm；③基于環(huán)球法的軟化點試驗：基質(zhì)瀝青實測結(jié)果為48.0℃，該改性瀝青為68.9℃；④閃點：基質(zhì)瀝青實測結(jié)果為298℃；⑤60℃條件下的動力黏度：基質(zhì)瀝青實測結(jié)果為208Pa·s；⑥177℃條件下的旋轉(zhuǎn)黏度：該改性瀝青的實測結(jié)果為2.525Pa·s；⑦彈性恢復(fù)：該改性瀝青的實測結(jié)果為81%；⑧15℃溫度條件下的密度：基質(zhì)瀝青實測結(jié)果為1.033g×cm-3，該改性瀝青為1.058g×cm-3。上述各項指標(biāo)均能達(dá)到規(guī)范要求。

2.2 粗、細(xì)集料

試驗以石灰?guī)r為主，其各項性能指標(biāo)如表1所示。

表1 集料性能指標(biāo)

3 配合比設(shè)計

3.1 集料級配

選定原材料之后，混合料各項技術(shù)性能將由集料級配決定，采用不同級配可形成結(jié)構(gòu)不同的混合料。通過借鑒現(xiàn)階段國內(nèi)外關(guān)于該改性瀝青混合料的成功應(yīng)用經(jīng)驗，將集料級配確定如下：19mm方孔篩通過率為100%，16mm方孔篩通過率為99.9%，13.2mm方孔篩通過率為85.4%，9.5mm方孔篩通過率為65.6%，4.75mm方孔篩通過率為27.4%，2.36mm方孔篩通過率為17.2%，0.075mm方孔篩通過率為3.0%。以上設(shè)計級配與SMA混合料所用礦料級配相似，骨料間的空隙由膠粉改性瀝青和細(xì)骨料形成的瀝青瑪蹄脂填充，以增加瀝青用量，提高抗裂性能[2]。

3.2 最佳油石比

配合比設(shè)計通過馬歇爾擊實試驗完成，將擊實次數(shù)確定為雙面分別擊實75次，將空隙率的設(shè)計值確定為5.5%，以0.5%的間隔使油石比發(fā)生變化，選取5種瀝青用量制備試件，然后以空隙率的設(shè)計值為依據(jù)，并結(jié)合其他現(xiàn)有指標(biāo)得出最終的油石比，相關(guān)試驗結(jié)果如表2所示。

表2 試驗結(jié)果

根據(jù)以上試驗結(jié)果，在空隙率設(shè)計值為5.5%這一條件下，以7.6%的油石比為宜。

3.3 性能檢驗

在室內(nèi)條件下還需完成以下試驗，以確定采用該改性瀝青拌和而成的混合料的水穩(wěn)性和高、低溫條件下的抗裂性，具體試驗結(jié)果為：①凍融劈裂殘留強(qiáng)度比：實測結(jié)果（平均值）為83.9%，相關(guān)規(guī)范要求不低于80.0%，符合要求；②動穩(wěn)定度：實測結(jié)果（平均值）為2 507次×mm-1，相關(guān)規(guī)范要求不低于2 800次×mm-1，符合要求；③低溫彎曲破壞應(yīng)變：實測結(jié)果（平均值）為3 585με，相關(guān)規(guī)范要求不低于2 500με，符合要求。

經(jīng)以上試驗驗證，采用該改性瀝青拌和的混合料，在水穩(wěn)性及高低溫條件下的抗裂性均能達(dá)到要求，說明所確定的油石比是合理的，可在施工中使用。

4 施工工藝

4.1 路段概況

以某高速改造路段為例，為避免直接在原路面上進(jìn)行加鋪產(chǎn)生的反射裂縫，并對采用該改性瀝青拌和而成的混合料的抗裂能力進(jìn)行檢驗，制定了如下三套方案：方案一：膠粉改性AC-13（6cm）+膠粉改性瀝青應(yīng)力吸收層+舊路面（修復(fù)）；方案二：膠粉改性AC-13（5cm）+膠粉改性瀝青應(yīng)力吸收層+水穩(wěn)碎石基層（16cm）+舊路面（碎石化）；方案三：膠粉改性AC-13（4cm）+普通瀝青混合料AC-10（3cm）+水穩(wěn)碎石基層（16cm）+舊路面（碎石化）。其中，方案一主要在原路面狀況相對良好的段落中使用，而方案二、三則主要在病害較多的段落中使用。

4.2 工藝方法

4.2.1 應(yīng)力吸收層

應(yīng)力吸收層材料以石灰?guī)r碎石為主，由反擊式破碎機(jī)通過軋制而成，顆粒粒徑在9.5～13.2mm范圍內(nèi)。具體工藝方法如下：

（1）由人工對基層表面做全面清掃，將附著的泥漿及浮灰清除干凈，使基層表面顆粒盡可能外露。

（2）按照2.4kg/m2的用量灑布膠粉改性瀝青，期間需注意縱向銜接和完成灑布的部分要有10cm寬的重疊[3]。完成灑布后，應(yīng)臨時封閉交通，禁止車輛及行人進(jìn)入。

（3）按照14kg/m2的用量撒布碎石，要求達(dá)到滿鋪，若發(fā)現(xiàn)局部缺料，應(yīng)立即組織人工將其補(bǔ)全。

（4）將碎石撒布完成并檢查合格后，采用不小于25t的輪胎式壓路機(jī)開始碾壓，一般需連續(xù)碾壓3遍[4]。

4.2.2 瀝青混合料

4.2.2.1 混合料生產(chǎn)

本次施工的段落工程量不大，可借助QLB-1000型間歇式拌和樓進(jìn)行混合料生產(chǎn)，其設(shè)計產(chǎn)量為1.0t/盤。拌和時先干拌15s、再濕拌30s，總周期不超過60s，按設(shè)計產(chǎn)量每小時可生產(chǎn)60t混合料?；旌狭仙a(chǎn)前，需對瀝青與集料進(jìn)行加熱，其中，前者需加熱至190℃，后者需加熱至180℃，使出廠時的混合料溫度不低于170℃，以滿足攤鋪與碾壓施工要求[5]。

4.2.2.2 混合料攤鋪

混合料的攤鋪由2LTLZ45B型攤鋪機(jī)完成，每次攤鋪半幅，開始前先將攤鋪機(jī)調(diào)整至標(biāo)準(zhǔn)工作狀態(tài)，確保料門開度與送料器速度都能與布料器實際轉(zhuǎn)速達(dá)到良好匹配。攤鋪時，布料器內(nèi)料位應(yīng)始終比布料器自身高度的一半高，同時還要確保熨平板擋板之前的混合料，其料位高度在整個攤鋪寬度內(nèi)達(dá)到相同，這樣能有效防止離析現(xiàn)象的發(fā)生。

4.2.2.3 混合料碾壓

碾壓是使攤鋪后的混合料達(dá)到預(yù)期強(qiáng)度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)?？紤]到此次使用的改性瀝青比普通瀝青油石比大，施工中除了要保證整體外觀質(zhì)量和壓實度，還要防止由于過壓產(chǎn)生的泛油。結(jié)合以往的成功案例，將本次混合料碾壓方案確定如下：初壓采用1臺XD120型壓路機(jī)，先靜后振1遍，全幅碾壓；復(fù)壓采用1臺XD120型壓路機(jī)進(jìn)行，連續(xù)振壓5～6遍，全幅碾壓；終壓采用1臺LT200型壓路機(jī)進(jìn)行，靜壓2遍，全幅碾壓。

4.3 現(xiàn)場實測

新路面施工結(jié)束后，對其主要技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行檢測：①構(gòu)造深度：現(xiàn)場實測結(jié)果為1.2mm，構(gòu)造深度的最大值和平均值之比約等于1.0；②滲水系數(shù)：現(xiàn)場實測結(jié)果為74mL/min，在所有測點中，有85%以上的測點實測結(jié)果在100mL/min以內(nèi)；③壓實度：現(xiàn)場實測結(jié)果為93.6%。從以上現(xiàn)場實測結(jié)果可以看出，本次鋪筑效果良好。截至目前，該路段已經(jīng)通車近1年的時間，其間僅發(fā)現(xiàn)一條細(xì)小裂縫，可見其使用效果很好。

5 橡膠粉瀝青混合料應(yīng)用前景

橡膠粉瀝青混合料應(yīng)用前景主要包括以下方面：

（1）提高重載交通條件下的抗車轍能力。

（2）改善路面防水能力，并提高層間黏結(jié)力。

（3）無論是在舊路改造，還是在罩面施工中使用摻入橡膠粉的瀝青混合料，都能起到延長路面壽命和減少裂縫的作用。

6 結(jié)語

綜上所述，將廢舊輪胎通過研磨等方法處理制得的膠粉添加到普通瀝青中形成改性瀝青，除了能改善瀝青各項技術(shù)性能，還能實現(xiàn)對廢棄輪胎的資源化利用，減少占地、處理成本和對環(huán)境造成的影響及破壞。通過對采用廢舊輪胎膠粉完成改性的瀝青混合料科學(xué)調(diào)試，可以使該改性瀝青具有的各項性能得以充分發(fā)揮。經(jīng)過在試驗路段中的應(yīng)用可知，基于廢舊輪胎膠粉改性的瀝青混合料各項指標(biāo)可以達(dá)到要求；現(xiàn)有的施工條件，如施工機(jī)械設(shè)備及工藝方法等，均可滿足該混合料的大規(guī)模使用要求。