胶粉改性沥青知识.doc

1、废橡胶粉改性沥青应用与设计作者： 发布于：2012-6-27 12:35:59 点击量： 15一、名词解释1、胶粉沥青国际材料与测试协会标准ASTM D8-88 中定义为采用15%以上橡胶粉粒的沥青改性材料，在美国一般比例为1822%，橡胶粉粒能全部通过10#筛，180200温度下至少反应45min分钟；在沥青与橡胶充分熔胀，同时硫化橡胶粉粒还没有大面积降解前使用，改性后的胶结料还能显著体现硫化橡胶的特性。2、橡胶粉(CRM)指轮胎橡胶经过粉碎形成的粉末，用于沥青改性的材料。3、小汽车轮胎小汽车、敞篷小车和轻型卡车的外直径小于660毫米的轮胎。4、卡车轮胎 卡车和公交车上用的外径大于660mm

2、、小于1520mm的轮胎。5、常温粉碎法将废橡胶轮胎在室温下或略高于室温的环境下进行粉碎的方法。常温粉碎法一般能够产生形状不规则的、表面积较大的颗粒，有利于和沥青的相互作用。6、冷冻粉碎法使用液氮来冷冻废橡胶轮胎，使得废轮胎变得易碎，然后用锤磨机来打碎这些冷冻橡胶的方法，这种方法能够生成表面积较小的光滑颗粒。7、脱硫橡胶粉碎后经过加温加压，或者掺加软化剂改变了橡胶材料性质。8、稀释剂轻质石油产品，做碎石封层时，在喷洒之前添加到橡胶沥青中，使橡胶沥青容易喷洒均匀，在没有引起橡胶沥青的性质较大改变之前挥发掉。因为轻质成分要挥发，所以稀释剂不用于拌制混合料的橡胶沥青中，也不推荐用于90天内铺筑罩面的

3、夹层中。9、废轮胎橡胶用过的汽车、卡车或者公交车的轮胎经加工得到的橡胶。生产过程中应排除不当轮胎料源，如实心轮胎、铲车轮胎、飞机轮胎和挖土机轮胎以及其他非汽车轮胎，这些材料的成分不适合橡胶沥青反应。10、应力吸收层(SAMI)一种碎石封层，用热橡胶沥青喷洒在现有的路表面，然后立即撒布单一粒级的封层集料，再进行碾压，将集料嵌入沥青膜。其厚度通常介于5到15毫米之间，取决于覆盖骨料的尺寸。应力吸收层是一种表面处治，主要是用于恢复表层抗滑性能，封住裂缝，形成防水膜来减少表层的水渗入路面结构中。应力吸收层可用于路面保存、养护和局部维修。胶粉改性沥青应力吸收层可以有效防止下层开裂的路基或路面的反射裂缝扩

4、展至表面层，对于新建或改建的路面大大延长路面使用性能。11、粘度流体或者半流体抵抗流动的性质(剪切力)，是橡胶沥青现场质量控制的指标。二、废胶粉改性沥青综述1、废胶粉改性沥青的发展废胶粉改性沥青从19世纪30年代就开始用作接缝填缝料、补丁和薄膜。在19世纪50年代，美国的刘易斯和博恩等进行了大规模的实验室研究评估。一些研究成果与雷克斯和帕克合作的“橡胶沥青材料试验室研究”一起发表在1954年10月的“公路”刊物上。1960年三月，在芝加哥举办了首届橡胶沥青研讨会。60年代和70年代，亚利桑那州查尔斯麦克唐纳在橡胶和沥青材料上做了大量的工作，开发了胶粉沥青的“湿法”生产(也称为麦克唐纳法)，开始

5、将胶粉改性沥青用于填补坑洞和表面处冶等，并作为常用养护方法，特别是胶粉沥青碎石封层作为凤凰城道路的主要养护方案有效地使用了将近20年，直到交通量过大才改为薄层沥青混凝土罩面，后来又开发了胶粉沥青断级配混合料成功地替代了碎石封层。1975年加州运输部开始进行胶粉沥青碎石封层试验，取得很好的效果。1980年在加州斯托贝城用“湿法”生产的胶粉沥青和密级配集料建设的路面建成，该项目是对一条极差的路面进行紧急维修，采用了路面加筋网和60毫米的密级配沥青混凝土以恢复结构承载力，其上为薄层(30mm)橡胶沥青混合料磨耗层。最早的三个项目都位于在冬天使用轮胎防滑链的高海拔的“冰冻区”，证明胶粉改性沥青混凝土路

6、面有很好的抗磨耗和抗低温开裂性能。1983年瑞文多城建成的项目大大推动了应用粉胶改性沥青的进程，因采用沥青混凝土改造成本太高不能接受，所以采用了薄层橡胶沥青路面，这个项目设计了一系列13个试验段。试验段一直在进行跟踪监测，清楚地表明薄层胶粉改性沥青路面性能比普通沥青好，随后加州又建造了更多的胶粉改性沥青路面项目，继续研究比其他沥青路面薄的胶粉改性沥青路面性能。从1987年以后，加州每年新建一两个胶粉改性沥青路面项目，用于作路面表层，既有密级配也有开级配混合料，厚度范围从开级配最薄24mm到密级配最厚76mm。1992年3月加州运输部在这些研究项目的基础上发布了“橡胶沥青断级配混合料设计指南”，

7、指南介绍了断级配橡胶沥青混合料相对于沥青混凝土在延缓结构裂缝和反射裂缝方面的等价关系，包括设置SAMI层和不设SAMI层的结构。这些等价关系经过证实后，收编在加州运输部柔性路面改建手册中，橡胶沥青断级配混合料在取代沥青混凝土时通常采用沥青混凝土厚度的一半。到了1995年，加州运输部建成的胶粉改性沥青路面项目超过100个，加州的市县建成了超过400个胶粉改性沥青路面项目。在设计和施工良好的情况下橡胶沥青材料能够表现出良好的性能，橡胶沥青路面与结构等价的普通路面相比，后续的损坏发展缓慢，所以在一些出现早期病害的路面中需要的养护费用大大降低。2、胶粉改性沥青的使用胶粉改性沥青可在各种沥青路面结构中作

8、为胶结料。对于热拌混合料，用于断级配和开级配混合料效果最好，特别是用于薄层表面(60 mm)。最常用的喷洒方法是碎石封层，也称为应力吸收层，碎石封层主要用于养护和路面保存。胶粉沥青碎石封层也可以作为夹层使用，上面再用混合料罩面。适用普通沥青混凝土和表处的地方都能用胶粉改性沥青，而且抗裂性能、抗疲劳性能比普通沥青更好。在旧水泥路面或者旧沥青路面上做胶粉改性沥青薄层罩面效果更突出。断级配橡胶沥青混合料相对于普通沥青混凝土在延缓结构裂缝和反射裂缝方面有一定的等价关系，允许用一半厚度的断级配橡胶沥青混合料代替普通沥青混凝土。厚度减薄使得断级配橡胶沥青混合料可以用于垂直空间受限制的地方。温度对于橡胶沥青

9、混合料的压实很重要，因为橡胶沥青比普通沥青粘稠，一般需要较高的摊铺和压实温度。因为橡胶沥青断级配混合料一般用于铺筑薄层罩面，环境温度、下承层表面温度、风速对压实过程中罩面的温度有很大的影响，所以橡胶沥青摊铺应选择良好天气、干燥的环境，尽量避免在早春或者晚秋季节，另外雨天、环境温度或地表温度50mm厚)比薄层更容易压实，压实层厚应至少是集料最大粒径的两倍，或者是集料最大公称粒径的三倍。否则就可能会出现压实问题，因为石料容易堆叠，容易卡在熨平板下在铺面上拖划。如果石料堆叠，在压路机通过时就会错动或者压碎。铺筑橡胶沥青混合料时，最重要的是初压要紧跟摊铺机，在混合料温度较高时振动碾压，达到95%的压实

10、度。摊铺过程中混合料和现场情况影响到需要的振动遍数的变化，根据温度和风速调整预先设定的碾压遍数。所以，明智的方法是采用两台压路机紧跟摊铺机初压，以达到充分压实。复压对于橡胶沥青混合料密度增长贡献较小。5.3试验段和压实工艺：美国规范普通沥青要求铺筑厚度60mm的试验段，以便设备和压实工艺得到工程师认可，试验段压实度应能达到设计值的95%以上，但60mm是橡胶沥青厚度的上限，所以对于橡胶沥青不能安该要求，虽然可能很有用。建议采用较薄层的橡胶沥青试验段，以确定达到恰当的现场压实密度所需要的压实功，如果要用60mm，橡胶沥青断级配混合料的温度就要调整。在试验段压实过程中，承包人和业主代表应在试验段上

11、建立核子密度仪的关系。通过核子密度得到铺筑过程质量控制的准确数据。6、碎石封层施工碎石封层对于施工操作和现场状况特别敏感，包括气温、碎石温度、下承层温度。橡胶沥青碎石封层与普通沥青碎石封层施工只有少量差异，主要差异是橡胶沥青膜较厚，碎石要大些，不能被沥青膜“吞掉”，另一个差异是因为有橡胶颗粒存在，喷嘴很容易堵塞，采用适当大小的喷嘴可以解决这个问题。不论是橡胶沥青还是普通沥青，温度对于碎石封层施工都特别关键，清洁的或者预裹的(更好)热碎石也很关键，在橡胶沥青膜还热的时候，碎石就要嵌进去、粘附住。6.1 碎石封层设备：带有排气罩的洒布车碎石撒布机碎石运输车胶轮压路机，由于碎石封层表面是集料，采用胶

12、轮压路机可使集料嵌入，揉搓在一起。?手工工具(扫帚、铲子等).动力扫帚喷洒磨耗层的洒布车(一般用稀释的乳化沥青)6.2橡胶沥青喷洒：洒布车要适当地调整和操作，在路面上均匀地洒布适量的橡胶沥青。喷洒粘层时应洒开，搭接。喷嘴大小、间距、相对于洒布杆的角度决定了洒布杆的高度。喷洒出现条带可能是橡胶沥青温度太低、粘度过高、或者洒布杆过低。洒布均匀情况、喷嘴情况要有人监控，洒布杆上方要设排气罩以保护监控人员。一般要求的洒布量为2.5 3.0L/m2，驻地工程师决定准确的洒布量。为了保证整个喷洒均匀，应在纸上开始和结束(油纸或者防水油毡)，适当调整喷洒宽度，以便纵缝(搭接线)不在轮迹上，而是在行车道中间或

13、者边缘。每次洒布后应检测距离、宽度、橡胶沥青总量，以检验单位洒布量。6.3碎石撒布橡胶沥青喷洒后，应立即撒热的预裹碎石，碎石撒布机应接着跟上，最大距离2030米，橡胶沥青应处于流动状态，碎石才能嵌入沥青，最好能嵌入碎石高度的5070%。标准的碎石撒布量为1522 kg/m2，准确值由工程师确定。卡车应倒入撒布机料斗，不应该压到暴露的橡胶沥青膜上，碎石卡车的速度、载重应受到限制，以防损坏新做的封层，尽量少在新封层上转弯。要控制碎石撒布机的速度，避免轮子压到正在撒布的位置，注意集料供应控制，保证整个箱子均匀撒布，如果某些部位多撒了集料，应将这些集料撒在周围路上或者收起来，多撒碎石会妨碍碎石嵌入和粘

14、结，以后还会引起碎石散失，碎石覆盖不足的地方(覆盖85%的沥青膜面积是理想目标)一般用手工再加些集料。6.4橡胶沥青碎石封层的碾压：一般采用胶轮压路机进行碎石封层的碾压，因为胶轮的搓揉作用能增进集料嵌入，轮胎不会越过不规则的表面和凹陷部位，但是钢轮会出现这种情况。在轮胎周围加上裙子，有助于轮胎保持较高温度，利于碾压。碎石封层的碾压使碎石就位、嵌入沥青(平面向下)，压路机应采用慢速，每小时大约610公里，这样碎石能就位而不是推移，压路机数量决定于施工速度，碎石就位需要压24遍。6.5清扫：清扫应在碎石封层完成后进行，从新的封层上除去多余的碎石，减少飞石。撒铺完成后不久一般30分钟之内就能清扫。最

15、理想的是在一天中凉爽的时段用动力旋转扫帚扫除。6.6磨耗层：磨耗层包括在新的碎石封层上喷洒雾化封层，然后再撒些砂。雾化封层洒在碎石封层上，保留住封层集料，形成更一致的外观，雾化封层不能用于橡胶沥青应力吸收中间层上，因为其上还要罩面，雾化封层一般采用CSS-1、CSS-1h或者CQS-1乳化沥青，外加50%的水稀释，橡胶沥青碎石封层上标准用量是0.140.27 L/m2 或者由工程师确定。雾化封层之后马上撒砂层，防止车轮粘起材料或者形成印迹，砂必须干净(没有泥和有机物)，单层撒布用量约为12 kg/m2，或者由工程师确定。6.7交通控制：需要采取一些交通控制措施，使初期的车速控制在每小时40公里

16、以下，用人指挥或者信号都有用，但是最有效的方法是用引领车，引领车的主要作用是控制通过碎石封层的车辆速度，车辆通行能够进一步地对碎石封层碾压和搓揉。序号优点缺点1有较高粘度，混合料油膜较厚而不会析漏或泛油温度要求更严，同时由于断级配混合料集料结构较粗，石料与石料接触，难以压实2在高温下有较大的弹性恢复性能有产生一些较难闻气味和空气质量问题3提高耐久性由于级配较粗、胶结料较稠，胶粉沥青混合料很难进行手工作业4提高路面对裂缝发生、疲劳裂缝?反射裂缝抵抗能力生产后超过6小时未用，有可能使粘度不能满足要求而不能使用，需另加胶粉5降低温度敏感性对于碎石封层，可能需预先加热集料或预裹6胶结料含量高、油膜厚、

17、轮胎橡胶中含有抗氧化剂，从而?提高抗老化、抗氧化能力7提高抗车辙?永久变形?能力8更低的路面养护费用9因为层厚减薄?，缩短施工时间10因为沥青膜较普通沥青厚，碎石封层中碎石粘结更牢固11使用废料，节约了能源和自然资源12橡胶中的炭黑能够使路面长期保持黑色，与标线对比度高，提高了安全性4、使用费用比较胶粉改性沥青材料成本中废轮胎胶粉约占20%的含量，而胶粉价格仅为基质的一半，与SBS相比，其价格仅为SBS的十分之一，因此胶粉改性沥青成本远远低于其它沥青，价格比SBS改性沥青低约20%。实践证明，用3060 mm薄层断级配或者开级配表面罩面是胶粉改性沥青最经济实用的方法之一，特别是重交通下路面损坏

18、较严重但结构完整性较好的路面，胶粉改性沥青是改建这种路面最有用的方式。很多情况下，橡胶沥青薄层罩面可减薄至其它沥青路面一半厚度，最小可达到30mm，使初期建设费用大大降低，铺设100公里路面，若中上面层全部采用胶粉改性沥青，可节约投资约2500万元。而且路面养护费用减少、寿命延长，更进一步提高了经济效益。5、环境保护5.1 减轻轮胎堆放压力，节约石油资源。将产生的废轮胎进行第二次应用，而不是放到废轮胎堆场上，据估算，橡胶沥青断级配混合料每25mm厚度每车道公里用掉大约620个轮胎，或者说每吨断级配混合料消耗大约2个轮胎。100公里的胶粉改性沥青路面约可消耗掉75万条废弃轮胎，节约沥青4000吨

19、。是根冶“黑色污染”最有效的方法。5.2 废旧轮胎增值应用。较早的处理废轮胎的方法是将废轮胎作为燃料燃烧，虽然能够节省其他能源，但是橡胶的价值消失了，燃烧产生的灰烬废物还是个问题，而且产生的烟尘严重影响空气质量。用橡胶沥青铺筑路面提供了一种利用最有效的增值方法，橡胶增强了路面全寿命的性能，可延长公路寿命5-10年。5.3降低噪音。降低交通噪音是应用橡胶沥青材料的另一个重要优点，在欧洲(比利时,法国,德国,奥地利,荷兰)、加拿大和美国都有记载，可以达到4088%，不仅包括胶粉沥青开级配也包括断级配。美国环境评价部门和专门研究噪音控制的机构对橡胶沥青路面进行研究得出，橡胶沥青路面能够保持降噪效果六

20、年，而普通路面只能保持四年。6、胶粉改性沥青使用中的健康问题：6.1 由于胶粉改性沥青和混合料生产温度较高，有时生产时还添加芳烃油类，胶粉改性沥青生产和施工中可能会生成一些挥发物，因为人们很自然地认为强烈的气味意味着危险，所以会引起对于挥发物的担忧。美国多个洲对胶粉沥青混合料生产过程中进行过拌和站“排烟测试”，结果显示在胶粉沥青混合料生产过程中测到的挥发物与普通沥青一样，有害物含量和烟尘含量低于美国环保署EPA的AP-42普通沥青混合料拌合站挥发物因素要求。有些情况下，由于采用添加剂等油分，会引起油烟较多。另外，提高拌和温度也会加重挥发，拌合站和改性沥青生产厂的挥发现象更多地受到温度、燃烧器燃

21、料和基质沥青等因素影响，受胶粉影响较少。胶粉本身并不含有对健康有害的化学物质，它主要由各种类型的橡胶和其他碳氢化合物、炭黑、油、和惰性填料，胶粉中的大部分化学物质在沥青中也有，只是比例可能不一样。6.2 皮肤接触影响。南非较早就已开始大量使用胶粉沥青，曾于1989年开始作过一个为期两年半的研究，以评价胶粉沥青混合料对摊铺工人的影响，那时的摊铺设备上没有通风设施和过滤装置，这项研究监控了混合料摊铺和沥青洒布过程中直接接触烟气的施工工人，结果研究表明“应用橡胶沥青可能引起的危险几乎没有”，“橡胶沥青挥发物与普通沥青挥发物没有什么不同”。美国国家职业安全与健康研究院与联邦公路局合作进行职业接触潜在健

22、康影响的评价，评估橡胶沥青混合料与普通沥青混合料相比可能的差异，评价在七个路面项目上进行，时间从1994到1997年。报告显示拌合温度的提高是影响挥发量增加的主要因素，而不是胶粉。报告并不建议修改1977年NIOSH标准，这些标准可以从NIOSH和OSHA网站上获取。三、橡胶沥青产品设计、选择和应用1、胶粉沥青生产胶粉改性沥青中胶粉含量我国目前还没有统一规定，美国加洲特别条款要求胶粉含量要达到成品总重量的202%，胶粉必须含有252%富含天然橡胶的胶粉和752%废轮胎胶粉，并须符合规定的物理化学要求，包括粒度、纤维含量和金属丝含量。芳香油和富含天然胶的胶粉用于增强橡胶和沥青的相互反应，芳香油作为胶粉和沥青的相容剂，使橡胶颗粒膨胀，帮助胶粉颗粒分散在沥青中。富含天然胶的胶粉能够在碎石封层中减少碎石散失，采用天然橡胶粉能够提高集料与橡胶沥青膜的结合。最重要的一点是要理解仅仅将任意选取的符合规范的沥青、胶粉和添加油按比例混合在一起未必能够产生符合规范的胶粉改性沥青。胶粉改性沥青性质取决于沥青、胶粉、添加剂的材料性能、相容性和相对比例，也取决于反应温度和反应时间。胶粉沥青生产第一步是得到要用的基质沥