橡胶沥青技术在路面工程中的应用

1、橡胶沥青技术在路面工程中的应用曾华洋四川新筑道路建设工程有限责任公司博士技术总监橡胶沥青概述废旧轮胎是一种难以降解的高份子材料，这些黑色垃圾无论是采用堆放，填埋还是焚烧的方法处理都将造成新的污染，不但污染环境、占用土地资源，而且容易滋生蚊虫，传播疾病。橡胶沥青是把废旧轮胎磨成粉加入沥青中对基质沥青进行改性，既解决了环保的问题，又改善了路用效果。橡胶沥青技术历经40余年的发展，已在全球多个国家成功应用，其卓越的性能、低廉的成本、战略资源再生效益以及特有的环保价值被国内专家誉为21世纪优秀的道路建设新材料。橡胶沥青技术在发达国家多个著名城市成功应用多年，新筑公司把这一新技术引进中国，已做了不少成功

2、的工程，相信这一技术将来一定会在全国大面积推广应用。目前在中国此项技术却远远落后于发达国家。80年代在道路上用橡胶沥青建造了应力吸收薄膜层和夹层，但由于当时胶源和生产设备缺乏，橡胶沥青技术在中国的发展停顿了下来，取而代之的是各种 SBS、SBR、EVA、PE等改性沥青技术。橡胶沥青的资源节约和再生效应十分显著。橡胶沥青中橡胶屑与基质沥青的配合比达到2:8，同时又可将原路面减薄约一半，这样大大节约资源。另外，橡胶沥青中的橡胶屑，大部份来源于废旧轮胎，通过与基质沥青的反应，能够达到资源循环再生的效应。鉴于此，该项技术应用完全能够体现循环经济与建设节约型社会概念。橡胶沥青的原理橡胶屑加入沥青中对沥青

3、改性有干法和湿法两种。将橡胶屑首先加入到沥青中去拌和，然后作为一种改性的粘结剂来使用叫湿法。根据ASTM的定义，橡胶沥青指的是一种沥青混凝土，回收的轮胎橡胶和一定添加剂的混合。橡胶成分至少占混合物总重的15%，在热沥青中充分反应从而促使橡微粒发生膨胀。根据定义，橡胶沥青是用“湿处理”的方法生产。 美国亚利桑那州凤凰城工程师 Charles.H. McDonald在湿法的基础上发明了McDonald法来生产橡胶沥青。这一方法的最大特点是增加一道高温反应的工序，即将搅拌好的橡胶屑和沥青混合物放入190218的高温反应釜中，使橡胶屑与沥青反应45分钟，所制成的改性粘结剂被称为橡胶沥青。McDonal

4、d 法的优点十分明显，它只要求将废轮胎磨成最大粒径不超过2 mm的碎屑，从而大大降低了原料的成本；它加入沥青的橡胶屑数量可高达1826%，从而大大提高了粘结剂的粘度；它采用高温催化反应，可使废旧橡胶中改性物质与沥青材料进行最大程度的融合，获得更好的材料性能；在工艺上，只要求将废旧废轮胎橡胶磨成最大粒径不超过2 mm的碎屑，与要求必须是80目以上橡胶细粉的干法工艺比较，大大减少了加工难度，可降低原料成本；加入沥青的橡胶屑含量可达1826%，可大幅度提高废旧轮胎利用率（干法拌合最大橡胶粉掺加量为10%）。橡胶沥青生成工艺示意图见图一。图1：橡胶沥青生产工艺示意图橡胶沥青是由基质沥青、轮胎橡胶屑和特

5、种添加剂在专用设备中进行反应，胶粉吸收沥青中的芳香分而膨胀，软化；沥青中的芳香分减少，导致沥青粘度增大 ；沥青和橡胶粉的界面逐渐模糊，生成一种高弹性凝胶状物质，形成整体性能明显优于基质沥青的复合胶结材料。橡胶沥青试验结果伯克莱加州大学和DynaTest咨询研究所对橡胶沥青进行了大型的道路实验。他们使用了重车模拟器，见图2。该车可在实验路上加不同的荷载。从表1可以看出有三段实验路进行比较。一段是75mm普通沥青混凝土，一段是38mm橡胶沥青，一段是25mm橡胶沥青。在40kN的荷载作用下，运行10万次后普通沥青混凝土段开始出现细小裂缝，橡胶沥青段没有裂缝。运行17万5千次后普通沥青混凝土段开始出

6、现大的裂缝，橡胶沥青段没有裂缝。荷载增加到80kN后，运行20万次后普通沥青混凝土段完全碎裂，38mm段橡胶沥青段没有裂缝，25mm段橡胶沥青段出现细小裂缝。运行到23万7千次后普通沥青混凝土段停止测试，38mm段橡胶沥青段没有裂缝，25mm段橡胶沥青段完全碎裂。表面温度降低5C后，运行到25万次后38mm段橡胶沥青段才出现裂缝。该实验表明使用橡胶沥青技术可以厚度减小50%、寿命至少延长一倍以上。图2：重车模拟器表1 重车模拟器试验结果重复次数轮荷重(kN)AC罩面路段(75mm)橡胶沥青路段(38mm)橡胶沥青路段(25mm)0-100,00040kN100,000次时出现细小裂缝_100,

7、000 - 175,00040kN175000次时出现大的裂缝_轮荷重增加到 80 kN175,000 - 200,00080kN完全碎裂_细小裂缝200,000 - 237,00080kN测试停止_完全碎裂表面温度降低到5° C237,000 - 250,00080kN测试停止测段另一半出现裂缝测试停止2002年秋天美国联邦公路局（FHWA）联合16个洲的公路局，30个科研单位在McLean, Virginia 用不同材料（橡胶沥青，普通沥青，SBS，吹氧法，加纤维等）在相同的底层上铺了12条新建试验路面，其中第一条是橡胶沥青AR，第2条是普通沥青AC用来作比较。第4条是SBS，1

8、-7道是100mm厚，8-12道是150mm。年内使用了两台加速荷载设备ALF来碾压（图3） 图3：ALF设备在10万次荷载作用下，第二道普通沥青段出现了裂缝，橡胶沥青和SBS段都没有裂缝，在30万次荷载作用下，第四道SBS段也出现了裂缝，但第一道橡胶沥青段仍然没有裂缝，ALF试验结果见图4。图4：ALF试验结果第一道橡胶沥青段是由50mm普通沥青和50mm橡胶沥青，50mm普通沥青层已断裂，但裂缝不能向上传播。如果在30万次荷载作用下普通沥青不出现裂缝，其厚度应在180mm以上。第一道橡胶沥青段在30万次荷载作用下没有裂缝，也就是说50mm AR + 50mm AC 等效于180mm AC的

9、使用功能，也就是说50mm AR 等效于130mm AC，与普通沥青比较，橡胶沥青可以减薄厚度2.6倍。减薄厚度示意图见图5。图5：橡胶沥青减薄路面厚度原理根据几十年的工程实例，橡胶沥青减薄路面厚度方法总结在表2。表2 橡胶沥青减薄路面厚度方法普通沥青砼AC厚度mm对应的橡胶沥青砼ARC厚度mm用应力吸收层后对应的橡胶沥青砼厚度，mm4530-6030-7545309045301056045120604513545AC + 45ARC6015060AC + 45ARC6016545AC + 60ARC45AC + 45ARC18060AC + 60ARC60AC + 45ARC橡胶沥青在美国的

10、应用实例在美国有许多用橡胶沥青铺的路面，这里介绍作者2005年到美国考察的一条从旧金山到芝加哥的80号洲际公路，交通量非常大，重型卡车比例大，在破损的水泥路面上直接铺筑了6cm橡胶沥青，1995年峻工，设计寿命10年。10年后至今没有车辙，没修补，没有任何路面损害，实地感受到了使用橡胶沥青的优点。厚度薄，只有6cm，抗反射裂纹，寿命长。图6：美国80#州际公路橡胶沥青的应用范围橡胶沥青已使用了大约40年，作为一种黏合剂用于各种类型的沥青路面结构包括表面处理和热拌。它还用于裂缝封堵。应力吸收层SAMI。对于热拌，用于开级配和间断级配橡胶沥青具有最好性能，特别是用于面层厚度小于60mm的罩层。橡胶

11、沥青的优点l 高温稳定性和低温抗裂性好，克服沥青路面夏天高温泛油、鼓包，冬天天气寒冷开裂的缺陷。l 橡胶沥青具有较强的降低路面应力的能力，可以有效地防止反射裂缝，显著延长覆盖层寿命。l 是城市道路降低噪音的新材料，与普通沥青路面相比，可降低噪音。l 路面面层厚度可以减薄，使用寿命比普通沥青延长，从而减少道路维修费用。新筑建设公司引进橡胶沥青技术新筑建设公司2005年从美国加洲的VSS公司引进了橡胶沥青生产设备和橡胶沥青全套技术，包括原材料的选型，橡胶沥青粘结剂设计，橡胶沥青混合料配合比设计，橡胶沥青生产，橡胶沥青混合料拌合，橡胶沥青混合料摊铺，压实及质量控制。新筑建设公司成为目前国内唯一全程掌

12、握全套橡胶沥青技术的企业，通过技术消化提升、原材料本土化以及所有环节设备的配备，致力于将该项技术应用于道路工程，在改变道路品质的同时，通过沥青橡胶砼路面这一科技环保题材来响应国家提出的资源再生，节约型社会，环保的号召。图7：新筑建设橡胶沥青生产基地新筑建设公司橡胶沥青工程案例简介一、八宝街市政工程 八宝街为成都市交通主干道，昼夜车流量超过几万辆，是成都东西南北枢纽路口。橡胶沥青技术首次落户成都便应用于该工程，受到了各级领导、各大媒体以及主管行业部门的广泛关注。原设计方案为2.5cm科氏沥青+6cm普通沥青砼+4cmSBS沥青砼；新筑方案为6cmARC-13橡胶沥青砼。其良好的性价比以及无可比拟

13、的减薄厚度性能得到了各界的一致好评。图8：经历两个夏天的八宝街橡胶沥青路面.二、二环路市政工程红牌楼 二环路为成都市重要环形交通，承担着成都市重要的交通运输任务，昼夜车流量达到4万辆以上，是橡胶沥青技术得到成都市城市建设认可的标志性工程。特别是红牌楼至永丰立交桥外侧一段为二环路大件路段，橡胶沥青砼路面时常要承载德阳运至乐山的超大重型三峡水电站机组（700吨级）。原设计方案为2.5cm科氏沥青+6cmSBS沥青砼+4cmSBS沥青砼；新筑方案为7cmARC-13型橡胶沥青砼。三、大件路新津段公路工程原设计方案：5cmAC-20I，4cmAC-16I，3cmSBSAC-13I现设计方案：6cmAR

14、C-13型橡胶沥青砼大件路为重载交通工程，承担着德阳至乐山重型设备运输，以及其它重型运输车辆交通任务，昼夜车流量3万辆以上，其中重型车辆占35%左右。2006年几台次重达600多吨的大型水电设备通过大件路，橡胶沥青混合料在减薄路面厚度一半的情况下，仍然能够出色的承担重型车辆的荷载。四、二环路立桥桥面铺装工程人南立交、刃具厂立交、双桥子立桥橡胶沥青设计方案：3cmARC-10型橡胶沥青砼二环路立交桥使用时间较长，交通流量巨大，是成都市连接各地的主要枢纽，而橡胶沥青砼仅铺筑3cm，缩减了沥青用量，减少了桥梁自身的恒载力，延长其使用寿命。新筑公司还在全国各地承接了不少橡胶沥青工程，特别值得提到的是承

15、担了交通部沪蓉西高速公路橡胶沥青示范工程。图9：交通部橡胶沥青示范工程新筑建设公司施工的橡胶沥青路面工程和省外橡胶沥青路面工程汇总于表3和表4。橡胶沥青加工设备 在引进，消化外国设备的基础上，新筑公司开发出了自己的橡胶沥青生产设备。其主要特点有：1、连续快速升温及连续搅拌技术。 快速升温装置，可保证基质沥青在流过快速升温装置后从160直接升到210，满足反应温度，提高生产率。 悬浮物下拉技术，使橡胶屑和沥青能充分搅拌混合。2、电子计量技术 应用电子计量技术精确控制各种物料比例3、实时检测及人机接口技术。 温度实时检测，准确调节系统各关键节点的工艺温度 导波雷达实时液位检测实现精确系统物料平衡图10：新筑生产的橡胶沥青加工设备表5：橡胶屑技术指标检测项目单位技术指标相对密度g/cm3水分%<1金属含量%<0.05纤维含量%<1灰分含量%8天然橡胶含量%22-48丙酮抽出物%22碳黑含量%28-38橡胶烃含量%42橡胶沥青工艺 在引进，消化外国橡胶沥其工艺的基础上，新筑公司开发出了自己的橡胶沥青橡胶沥青施工技术规程，胶粉和橡胶沥青指标见表5和表6。表6：橡胶沥青技术指标检测项目单 位技术指标190旋转粘度dPa.S15-40软化点（环球法）52-7425针入度 0.1mm40-8025弹性恢复 %>60