QC成果研究橡胶粉改性沥青在高温多雨地区高速公路中的应用

景鹰公司第一QC小组

二OO八年七月研究橡胶粉改性沥青在高温多雨地区高速公路中的应用

景鹰高速公路是国家高速公路“7918”网规划中的“纵4线”—济南至广州高速公路在江西省境内的北段，全长202.633公里。由江西公路开发总公司筹资建设，并成立景鹰高速公路公司进行运营管理。

橡胶粉改性沥青是利用汽车废弃的旧轮胎，经过加工成为一定粒度的粉料，直接添加到道路石油沥青（湿法）或添加到集料中（干法）对沥青进行改性的一种方法。一.前言二.小组简介课题名称研究橡胶粉改性沥青在高温多雨地区高速公路中的应用小组名称景鹰公司第一QC小组小组类型创新型人数7人活动频率2~3次/月QC人均教育时间70小时以上出勤率98%成立时间2007年1月活动时间2007年2月-2008年3月小组成员姓名性别年龄文化程度职务/职称小组分工QC教育时间总协调陈立新男37本科总经理总协调成果推广＞60h组长旷小林男46本科副总经理/高工制定方案＞100h副组长姚文清男42本科养护处长/高工工作协调＞100h组员赵宝山男51本科高工对策实施＞60h组员肖新春男30本科助理工程师对策实施总结成果＞100h组员刘军男27研究生助理工程师试验检测总结成果＞60h组员王健男26本科助理工程师现场管理＞40h

三.选择课题据统计，我国2007年的废旧轮胎达到1.5亿条，并以每年12%速度在增加，预计到2010年将达到2亿条，这样大规模的废旧轮胎将会带来巨大的社会环保问题。环境保护需要

节约成本需要

应用现状

选定课题

一方面由于高速公路建设需要大量改性沥青，另一方面高速公路建设用改性沥青(特别是SBS聚合物改性沥青)成本大幅提高.交通部于2007年下发的《关于组织实施材料节约和循环利用专项行动计划的通知》(厅科教字【2007】141号)把“废旧橡胶轮胎筑路应用技术”做为重点推广项目之一.江西及江西同纬度地区(高温多雨气候)还未进行橡胶粉改性沥青试验路的铺筑及相关研究.江西公路开发总公司指令对橡胶粉改性沥青在江西景鹰高速公路中应用进行研究.四.设定目标在景鹰高速公路铺筑橡胶粉改性沥青上面层试验路，在各项路用性能指标满足规范要求的前提下，达到①利用废旧轮胎;②节约改性沥青成本的目的。

五.提出并选择方案

1.提出各种方案小组成员运用头脑风暴法，根据景鹰高速公路的实际情况，提出以下三种试验路铺筑方案：方案一：在隧道内铺筑试验路方案二：在特大桥上铺筑试验路方案三：在普通路基上铺筑试验路2.各种方案的可行性及评估

经过可行性分析，每个小组成员都对三种方案进行评估打分（见表1）。表1各种方案的可行性分析及评估表方案可行性分析评价综合得分选定方案项目陈旷姚赵肖刘王立小文宝新新林清山春军健一隧道内铺筑试验路1.隧道内通风不畅,潮湿,环境与外界不同2.隧道内的路面结构设计与普通路基上的不同,不具代表性3.隧道内空间小,不利于施工4.受隧道施工的工期制约所处环境代表性可实施性工期影响○○○○○◎◎○○○○○○○◎○◎◎○○◎○◎○●○○●50不选二在特大桥上铺筑试验路1.在桥面上受环境影响大,在严热和寒冷季节与周围温差大2.桥面上的路面结构设计与普通路基不同,不具代表性3.大量的机械设备和人员集中在桥面上作业,容易引起特大桥的共振,对特大桥的结构安全存在一定的影响,且对施工安全也不利4.特大桥的施工工期制约了试验路的铺筑○○○◎○◎◎◎○○○○○○○◎◎◎●●○○◎◎○◎○●60不选三普通路基上铺筑试验路1.在严热和寒冷季节路基温度与周围温度无太大的变化2.景鹰高速公路全长202公里,路基长160多公里,占总长69%,具有很强的代表性3.在路基上施工方便,不受其它条件限制4.大部分路基已具备路面施工条件,不影响工期●●●◎●◎●●●●●●●●◎◎●◎●○◎●◎◎●●●●120选定表中：●5分◎3分○1分经过上述三个方案的评估打分，我们可以看出:方案一:综合评分为50分；方案二:综合评分为60分；方案三:综合评分为120分.因此，确定方案三为实施方案，即在普通路基上铺筑橡胶粉改性沥青试验路.六.制定对策表

小组成员经过进一步的讨论，认为要使橡胶粉改性沥青在景鹰高速公路中应用，首先必须研究并掌握橡胶粉改性沥青的生产工艺、橡胶粉的掺量、橡胶粉改性沥青混合料的路用性能.根据以上要素和QC活动“5W1H”原则我们制定了对策表2.序号对策目标措施完成地点责任人完成时间1经费申请预算62万向总公司申请专项研究经费总公司陈立新旷小林2007.12橡胶粉的生产工艺掌握橡胶粉的生产工艺1.与具有橡胶粉改性沥青生产经验厂商展开合作2.厂家通过试验对比确定最佳的生产工艺改性沥青生产现场旷小林姚文清2007.2～2007.33橡胶粉掺配量确定最佳掺配用量1.采取不同掺量进行对比试验2.根据试验结果确定最佳掺配用量总公司试验室同济大学试验室肖新春刘军2007.3

～2007.44橡胶粉改性沥青路用性能研究混合料高低温及水稳性能满足规范要求与权威性的试验室展开合作，进行相关的室内试验研究工作。肖新春刘军2007.4～2007.75铺筑试验路实体工程试验路的各项性能指标满足规范要求现场指导进行生产配合比，按照生产配合比，铺筑试验路实体工程.景鹰公司施工现场赵宝山王健2007.9表2对策表七.方案实施▲实施一1．通过多家比选选，最后确定定与国内实力力较强的北京京温格汉氏资资源再利用技技术有限公司司和天津海泰泰环保科技发发展有限公司司展开合作，，分别负责橡橡胶粉的生产产和橡胶粉改改性沥青的生生产，确保了了橡胶粉的及及时供应和橡橡胶粉改性沥沥青的质量。。2．通过试验对比比，最终确定定的生产工艺艺是:采用常温粉碎碎法粉碎废旧旧轮胎将将粉碎后废废旧轮胎橡胶胶粉直接添加加到普通道路路石油沥青内内（湿法）180℃下机械搅拌60分钟。橡胶粉改性沥沥青(湿法)加工设备图▲实施二我们分别按10%、14%、18%、22%和26%的橡胶粉掺量量进行了沥青青的高温性能能、低温性能能和老化性能能试验（基质质沥青采用设设计的壳牌公公司的Shell70#）。详细试验数据据见下表3：表3不同掺量的橡橡胶粉改性沥沥青性能指标标汇总表试验项目单位规范要求橡胶粉掺量普通沥青改性沥青10%14%18%22%26%25℃针入度0.1mm60～8060～8073.069.767.766.765.3软化点,不小于℃465551.4554.858.559.960.2135℃粘度,不大于Pa.s/31.61.82.54.18.55℃延度,不小于cm/3036.834.333.227.224.2TFOT后(老化性能)质量变化,不大于%±0.8±1.0±0.27±0.4±0.46±0.58±0.525℃残留针入度比,不小于%616084.386.994.080.574.55℃残留延度比,不小于%/66.794.290.188.681.480.7备注:红色数据表示示不符合《公路沥青路面面施工技术规规范》要求.试验结结果表表明：：10%、14%、22%和26%的橡胶胶粉掺掺量其其各项项性能能指标标虽然然都能能满足足普通通沥青青的规规范要要求，，但分分别有有1~2项指标不不符合合改性性沥青青的规规范要要求，，改性性效果果不明明显。。而18%的掺量量各项项指标标均符符合改改性沥沥青的的规范范要求求，且且对于于沥青青的改改性非非常明明显。首先先，能能够改改善沥沥青的的高温温性能能，主主要表表现在在针入入度降低,软化点点提高高和粘粘度提高高上。。其次次，能能够改改善沥沥青的的老化化性能能，表表现为为质量量损失失减小小，残残留针针入度度比提提高和和残留留延度度比提提高。。根据据上述述试验验结果果，确确定橡橡胶粉粉的掺掺量为为18%。1．为了了掌握握橡胶胶粉改改性沥沥青混混合料料的路路用性性能，，通过过比选选，我我们确确定了了与国国内土土木工工程研研究领领域处处于领领先地地位的的同济济大学学进行行合作作，由由同济济大学学负责责部分分试验验研究究，确确保了了试验验精度度及结结果的的权威威性。。2．本次次试验验同时时进行行了AC-13（设设计计规规定定））橡橡胶胶粉粉改改性性沥沥青青混混合合料料和和SBS改性性沥沥青青混混合合料料设设计计，，通通过过试试验验，，以以比比较较两两者者之之间间的的性性能能差差异异。。▲实实施施三三表4混合料高高低温及及水稳性性能试验验结果项目单位规范要求AC-13普通沥青混合料改性沥青混合料SHELL+18%SBS6O℃车辙试验次/mm≥1000≥2800334046367O℃浸水车辙试验次/mm//14121280劈裂疲劳试验指标(应力比0.4)次≥2000≥250033303007冻融劈裂试验冻融劈裂比指标%≥75≥8086.3885.82浸水马歇尔试验残留稳定度指标%≥80≥8590.4386.52低温弯曲试验(破坏应变)με≥2000≥250034612527通过上述述六个试试验，发现橡胶胶粉改性性沥青混混合料的的车辙试试验结果果为3340次/mm，虽然比比SBS改性沥青青要低，，但已达达到规范范要求的的2800次以上要要求。同时,橡胶粉改改性沥青青混合料的的70℃浸水车辙辙、劈裂疲劳劳、冻融融劈裂比比、残留留稳定度度和破坏坏应变试试验结果果要比SBS改性沥青青混合料料高，反反映了橡橡胶粉改改性沥青青混合料料具有较较好的高高温性能能、疲劳性能能、水稳稳性能和低温抗抗裂性能能。▲实施四四QC小组在掌掌握了橡橡胶粉改改性沥青青的生产产工艺、、橡胶粉粉的掺量量、橡胶胶粉改性性沥青混混合料的的路用性性能的基基础上，，现场指导导进行生生产配合合比，按按照生产产配合比比进行实实验路铺铺筑，并并于2007年9月完成景景鹰高速速公路K130～K135右幅5km上面层橡橡胶粉改改性沥青青试验路路的铺筑筑。1．路用性性能效果果我们对试试验路各各项性能能进行了了检测，，检测结果果表，橡橡胶粉改改性沥青青路面表表面渗水水试验、、钻芯试试验、面面层抗滑滑性能试试验等各各项试验验指标均均符合规规范要求求，合格格率达100%(见表5).表5橡胶粉改改性沥青青路面现现场试验验汇总表表八.效果检查查项目检测平均值规范标准检测点数合格点数合格率（%）渗水系数平均值(ml/min)22≤1201515100压实度平均值(%)94.4≥9255100构造深度平均值(mm)0.83≥0.551515100摆值平均值（BPN）54≥451515100同时我们们对试验验路的路路面噪声声进行了了测定,经过测定定发现，，橡胶粉粉改性沥沥青对降降低行车车噪音有有一定作作用，相相对于SBS改性沥青青可以降低大约约4分贝(见图2)。图2路面噪声声测定2．经济效效益按目前重重交沥青青、改性性沥青和和橡胶粉粉的市场场价计算算,表7两种材料价价格比较表表名称SBS改性沥青橡胶粉沥青材料名称70#SBS70#橡胶粉单位（吨）10.0510.18单价（元）29502000029503300材料价格295010002950594材料重量（吨）1.051.18材料价格合计（元）39503544每吨材料价格（元）37623003每吨节约成本（元）759节约比例20%我们可以看出使使用橡胶粉粉改性沥青青混凝土代代替传统的的SBS改性沥青混混凝土每吨吨材料可节节约759元,节约比例达达20%.按照景鹰高高速公路4cm壳牌改性沥沥青上面层层的结构形形式及最佳佳油石比5%计算，采用用橡胶粉改改性沥青后后每公里节节约沥青成成本8.13万元。计算算过程如下下：▲每公里沥青青用量=(22.5×1000×0.04)m3×2500kg/m3×(0.05÷1.05)=107.14(吨)▲每公里节约约沥青成本本=107.14×759=８.13(万元)3．环保效益益按生产每吨吨橡胶粉需需要240条废轮胎的的生产消耗耗量及18%的橡胶粉掺掺量计算，，则每公里里还可消耗耗废轮胎4628条。计算过过程如下：：▲每公里消耗耗废轮胎=107.14×0.18××240=4628(条)同时,采用橡胶粉粉改性沥青可以以降低噪音音,从而提高行行车舒适度度,降低行车对对公路沿线线群众生活活的干扰。。5．通车后的的效果景鹰高速公公路通车近八个月，，目前橡胶胶粉改性沥青青试验路没