橡胶改性沥青混凝土路用性能及施工工艺

吕重彬

引言

在中国，汽车的数量大幅增加，二手车数量的增加。废旧轮胎橡胶的主要成分是热固性聚合物材料。其性质稳定，在自然环境下不可降解。废旧轮胎的回收利用问题已逐渐成为当前社会可持续发展的问题之一。研究人员发现，将废轮胎打磨成橡胶粉，加入沥青中，制作成改性沥青，同时选用具有足够强度、耐磨耗的粗集料，将大大提高了路面的使用性能，提高了路面的使用寿命。橡胶沥青的出现实现了废旧轮胎的回收利用，橡胶沥青路面材料能够将废弃的轮胎用于道路工程，形成延长道路使用寿命、降低道路工程造价、环保、废物利用的双赢局面，具有重大的现实意义。

为此，本文研制了橡胶改性沥青混凝土，并对橡胶沥青混凝土路用性能进行了研究。在此基础上，对橡胶沥青混凝土的施工工艺进行了探讨，为橡胶沥青的应用和推广提供了良好的基础。

1 废旧轮胎橡胶改性沥青路面应用情况

在中国，旧轮胎橡胶改性沥青用于公路始于20世纪80年代，在江西和四川省进行了道路试验研究。但由于当时橡胶粉生产行业尚未形成，所制胶粉的粒度较粗，相关技术不配套，还未达到实际应用阶段。后来，一些高校和科研机构从废橡胶改性沥青的特性机理到开发应用，做了大量的工作。随着废旧轮胎橡胶改性沥青路面和研究机构的不断应用，废旧轮胎橡胶改性沥青不仅能解决沥青路面早期破坏的问题，而且比其他改性剂更环保、经济。废旧轮胎橡胶改性沥青混合料的使用，由于温度低，既耐低温，又抗车辙变形，防止开裂能力更好，可提高路面使用寿命，节约养护成本，防止路面打滑，减少噪音，提高路面使用性能。

2 废旧轮胎橡胶改性沥青改性机理

2.1 物理溶胀

废橡胶粉吸收沥青中的轻质油，从原来的致密结构膨胀到较为松散的絮凝结构。膨胀后的胶粉能在沥青中均匀分散和分散，从而提高了基质沥青的粘度。废胶粉颗粒通过凝胶膜连接形成粘度大的半固体连续相体系。

2.2 化学降解或脱硫

在废胶粉吸收膨胀时，橡胶分子也在发生的降解的脱硫作用。在高温高剪切的作用下，网状大分子结构的橡胶已被降解，氧化和脱硫，并成了一大批小网格结构和少量的链状分子，其中的一些分子已经失去了原有的橡胶弹性。随着废胶粉在高温沥青中的脱硫和降解，胶粉颗粒与沥青之间的物料交换发生变化，相容性变好，贮存稳定性明显改善。

3 废旧轮胎橡胶改性沥青混合料路用性能研究

3.1 废旧轮胎橡胶改性沥青的制备

3.1.1原材料

本次测试的沥青，完全符合公路沥青路面施工技术规范的要求，符合当前，。废橡胶的主要来源是废轮胎，橡胶粉是经过硫化的细胶粉（活化），产品性能符合要求。

3.1.2 混合料的制备

把橡胶粉按照配方放进的175℃的沥青中（最高温度不能超过180℃），在拌沥青时慢慢加入橡胶粉，搅拌1h，然后要进行高速剪切30～45min，最后还要搅拌45min，最后与石料混合。

3.2 路用性能研究

3.2.1 高温稳定性研究

在动态稳定性方面，使用车辙试验进行了评价。详见表1。随着胶粉用量越高，橡胶粉的动态稳定性也变得越高。可以看出，改性沥青混合料的废旧轮胎橡胶的明显提高，其原因主要有两方面：①膨胀橡胶粉在高温环境下的负载下，提高混合料的内摩擦角，从而提高沥青混合料的高温性能。②橡胶粉吸收沥青轻质油的增加，导致混合沥青的粘度。

表1 不同掺量废旧轮胎橡胶改性沥青混合料的车辙试验结果

3.2.2 低温抗裂性研究

对于低温抗裂性，低温弯曲试验失效应变被用作旧轮胎橡胶改性沥青混合料的评价指标。结果表明，橡胶粉沥青混合料的低温弯曲破坏应变符合现行技术规范的要求，沥青沥青混合料的指标比普通沥青提高得多，表明橡胶的低温抗裂性粉状沥青混合料大大改善提高。

4 废旧轮胎橡胶改性沥青路面施工工艺

4.1 废旧轮胎橡胶改性沥青的生产及储存

将胶粉放在基质沥青中加热到一定温度，然后用高速剪切机加工，然后连续搅拌，制成废旧轮胎橡胶改性沥青。橡胶改性沥青的使用期只有24h，由于客观原因，橡胶改性沥青的温度应暂时降低到145～155℃的范围内进行储存，储存时间为2d，并应在贮存过程中检测橡胶沥青的技术指标。

4.2 施工过程质量控制要点

4.2.1 混合料的拌和

①将搅拌需用的材料放入搅拌筒，混合5～10s，再加入橡胶沥青湿混合料，混合时间由试验混合料确定，不小于1min。所有骨料颗粒必须用沥青粘合剂包合，并与沥青混合料均匀混合。总的来说，混合时间应控制在60～70s之间。当视觉混合混合均匀时，及时发现异常现象，防止混合物出现发灰、冒烟和离析现象。②在搅拌过程中，应严格控制各环节的温度。橡胶沥青材料应采用热油加热，加热温度为180～190℃。混合物的温度控制在180～190℃之间，和到达的温度不低于175℃。为了防止沥青焦化，混合物的温度不应超过200℃。一旦超过，就应该马上降温。

4.2.2 混合料的运输

在作业之前，重新量测作业面的高度，清除全部杂物，以干净的水冲刷底部，应当在干燥的地方进行作业。另外，应当运用和项目规模相一致的各类机器设施。大部分路面的碾压程度和沥青混合料的温度密切相关。为此，老旧轮胎橡胶改性沥青混合料的温度应当在运送过程中进行科学管控。

①为了确保摊铺温度与施工面品质，应当运用吨位高的能够自行卸载的车辆进行废旧轮胎橡胶改性沥青混合料的运送，然而不可过量或者紧急刹车。为了避免混合料和车厢板两者产生粘结，车厢底层与侧板可涂抹避免粘结成分，然而不可过多，剩余的涂料可不堆放在车厢地面。②当气温较低或冬季施工时，应采用棉被、篷布等实用的保温方法，搅拌站应对混合料进行特殊覆盖保温，卸载时可开启。③在运料车进行接料，为减少要离析现象分为三次进行移动装料。货车摊铺机在停车前10～30cm处，应在空档位置卸货，边前进边缓慢卸料应避免摊铺车。每次放电必须清洗。如果有富余，应及时清除，防止板结。卸料完毕后，必须挂车后挡板防止物料泄漏。

4.2.3 混合料的摊铺

废旧轮胎橡胶改性沥青混合料应当在摊铺作业以前，对相关车辆比如摊铺机、碾压机、自卸车、搅拌机等进行全面检查与养护。为了避免废旧轮胎橡胶改性沥青混合料运送过程中温度降低太快，应以帆布覆盖。废旧轮胎橡胶改性沥青混合料的摊铺温度应当在170℃以上。在摊铺时，应当尽量不间断作业，避免滚筒与摊铺机的中间停歇，尽可能避免横缝，进而提升表层的平整水平。为了确保路面平整，和一般混合料比较，该种混合料的摊铺速率要慢。

4.2.4 混合料的碾压

（1）碾压混凝土温度控制

废橡胶改性沥青的突出特点之一是冷却速度快、温度敏感性高、成型温度高。在正常情况下，施工温度应根据路面的粘度、用量、厚度和气候条件来确定。如何更好地控制施工温度，直接影响路面的内在质量、外观质量和使用效果。因此，对碾压温度有严格的要求。初压温度约为165℃，不低于155℃，碾压温度不低于95℃。

（2）碾压混凝土的速度控制

当轧制速度高，减少辊与路面的接触时间，因此主要取决于体重和小型振动压实辊；轧制速度低，每增加滚动振动次数，单位面积的材料较多，所以在低速时通过主机的振动压实，压实效果好。现场使用了两个不同的压路机。首先采用振动压路机对沥青路面下部进行压实。之后采用轮胎压路机压实沥青路面的顶层，取得了较好的压实效果。

5 结束语

本文就橡胶沥青混凝土原材料的选择、橡胶改性沥青混凝土的制备、低温性能、高温性能和橡胶沥青混凝土路用性能的水稳定性能进行了综合评价，在此基础上，探讨了橡胶沥青混凝土施工技术，希望能以此帮助橡胶改性沥青混凝土的推广。

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[2]赵刚，李兴蔚，胡滨，等.橡胶改性沥青混合料路用性能及施工工艺研究[J].山东交通科技，2017（4）：14～16.

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