论文部分内容阅读
摘 要：大量的废旧轮胎不但污染环境而且占用土地，将废胶粉应用于改性沥青行业，不仅能够提高沥青的品质和路用性能，而且可实现废轮胎的大量消耗，是实现废轮胎资源化和无害化利用的有效途径，解决“黑色污染”这一世界性环保难题。本文结合废橡胶粉复合改性沥青在广昌至吉安高速公路K1+567～K70+993段新建路面工程（以下简称本项目）的应用，重点从性能指标控制、配合比设计、施工工艺及效益分析等几方面总结橡胶粉复合改性沥青的应用技术，以实现废轮胎的循环综合利用、绿色低碳公路发展，同时也为橡胶粉复合改性沥青的大规模推广应用提供技术支撑。
关键词：橡胶粉复合改性沥青;配合比设计、施工工艺;废轮胎胶粉的综合利用;绿色低碳公路
中图分类号：U414 文献标识码：A
0 引言
我国是世界上最大的橡胶消费国，也是第一大轮胎生产国，同时也是世界上废旧橡胶产生量最大的国家。据中国橡胶工业协会统计;2017年废轮胎产生量为1 300万吨，至2020年将达2 200万吨。预计2025年可达到近3 000万吨，总量超过9.8亿条废轮胎。
科学有效利用废旧轮胎资源，对于我国75%天然橡胶、60%石油和40%合成橡胶需要进口的国家，其战略意义非同一般。
1 橡胶粉复合改性沥青技术
将废轮胎胶粉应用于改性沥青，不仅能够提高沥青的品质和路用性能，而且可实现废轮胎的大量消耗，减少废轮胎的占地以及避免废轮胎的堆积而带来的细菌灾害等，具有重要的环保意义。已有研究表明[3-4]，废轮胎胶粉与SBS复合改性技术利用胶粉与SBS对沥青高、低温性能的不同改性效果进行复合，充分发挥各胶粉与SBS改性剂各自的优势，进而提高沥青混合料的高、低温路用性能、抗疲劳性能、抗车辙、抗水损害、延长道路使用寿命。是有效解决沥青路面早期病害发生的主要途径，同时，能够降低建设成本、节约资源和保护环境。
本文重点介绍橡胶粉复合改性沥青在广吉高速路面工程中的应用，总结橡胶粉复合改性沥青路面应用技术。
2 工程概况
本项目是交通运输部《国家公路网规划（2013年-2030年）》规划的沈海国家高速公路第七条联络线福建莆田至湖南炎陵（G1517）中的一段，也是《江西省高速公路网规划（2013-2030年）》所规划的江西“四纵、六横、八射、十七联络线”高速公路网中第三横的路段之一。2016年5月，被交通运输部列入首批绿色公路建设典型示范工程。
本项目工程进行了中上面层橡胶粉复合改性沥青铺筑的试验和研究。中面层为（RAC-20C）6 cm橡胶粉复合改性沥青混凝土，上面层为（RAC-13C）4 cm橡胶粉复合改性沥青混凝土。
3 橡胶粉复合改性沥青性能指标控制
试验工程采用江西高泰环保新材料有限公司生产的橡胶粉复合改性沥青，基质沥青为东海牌70#，胶粉细度为40目，胶粉掺量为19%，SBS掺量为1.5%。
橡胶粉复合改性沥青的性能直接关系到橡胶粉复合改性沥青混合料的路用性能，因此，在施工过程中对表征橡胶粉复合改性沥青的关键指标包括软化点、延度、针入度、旋转粘度、弹性恢复、离析进行了检验，结果见表1。
公路运输网络正在向大流量、重轴载、渠化交通的方向发展，对现有沥青路面结构来说，交通量和轴载组成的变化引起路面服务功能的衰退，路面病害过早发生，严重的影响了行车质量，浪费了大量的维修费用。而在整个沥青路面破坏形式中，最为严重的则是由沥青混合料在高温状态下由于本身的抗变型能力不足，产生较大的剪切变形、压缩变形导致车辙而产生的破坏。因此，橡胶粉复合改性沥青的高温软化点指标就更加重要。
其中，旋转粘度是橡胶粉复合改性沥青最为重要的控制指标之一，旋转粘度的大小直接关系到混合料拌合、施工温度的控制以及沥青泵的泵送能力要求，因此，生产过程中要严格控制橡胶粉复合改性沥青的粘度，当粘度太低时，表明废轮胎胶粉掺量不够，则不能较好的发挥胶粉的作用，粘附性较差、耐高温性能衰减、行车舒适度变差，此时改性沥青的流动性变好，其混合料的拌合、施工温度均应按设计温度下限进行控制，反之，当粘度较高时，表明废轮胎胶粉掺量较大，此时改性沥青的流动性较差，其混合料的拌合、施工温度均应按设计温度上限进行控制，否则将导致沥青混合料流动性差，影响沥青路面的成型质量。
4 生產配合比设计
4.1 材料
中面层工程采用的材料为南城县迎福新型建材有限公司提供的石灰岩粗集料、细集料、矿粉、江西高泰环保新材料有限公司生产的橡胶粉复合改性沥青，其物理、力学性能指标见表1～4。
4.2 配合比设计
沥青混合料矿料配合比例与生产路段相同。
下面层采用RAC-20C型级配，其目标配合比为：9.5 mm
～19 mm碎石：4.75 mm～9.5 mm碎石：2.36 mm～4.75 mm碎石：机制砂：矿粉=45：22：5：26：2（%）矿料设计级配曲线见图1。
5 橡胶粉复合改性沥青混合料的施工
橡胶粉复合改性沥青混合料施工工艺与SBS改性沥青混合料的工艺基本相同，但由于橡胶粉复合改性沥青粘度较高，因此，橡胶粉复合改性沥青混凝土的拌合、摊铺、碾压的温度需要做适当的提高。
拌合：橡胶粉复合改性沥青混合料拌合时温度控制如下：石料的加热温度为185℃～195℃，沥青的加热温度为175℃～180℃，混合料的拌合时间不应低于50 s（包括湿拌和干拌时间），出料料车温度为175℃～185℃。
运输：采用载重量不低于16 t的自卸汽车运输，运输过程尽量覆盖保温，保证运输到现场温度符合规范要求，温度过高或过低将做弃料处理。
摊铺：橡胶粉复合改性沥青粘度大，在摊铺过程为保证路面的压实效果，需适当提高沥青混合料的最低摊铺温度，对应规范要求的不同摊铺层的最低摊铺温度，一般提高3℃～5℃，最低摊铺温度不低于165℃。 压实：橡胶粉复合改性沥青粘稠度和胶粉的弹性特性使得沥青混合料难以碾压密实成型，压实是施工的关键，对橡胶粉复合改性沥青混凝土，压实宜用大吨位压路机，将胶轮碾压、振动压路机结合起来，以达到最佳压实效果，保证压实度。采用胶轮初压2遍，速度2 km/h～3 km/h，双钢轮压路机高频低振复压4遍，速度3 km/h～4.5 km/h，双钢轮压路机静压终压2遍，速度3 km/h～6 km/h;初压温度不宜低于165℃，复压温度不宜低于135℃，终压的结束温度不宜低于90℃。
检测：采用抽提筛分试验、马歇尔试验、冻融劈裂试验、车辙试验等控制橡胶粉复合改性沥青混合料质量;检测压实度、厚度、回弹弯沉、路表渗水系数等指标控制橡胶粉复合改性沥青混凝土施工质量。压实度、厚度、回弹弯沉和路表渗水系数检测结果均达到设计要求，表明橡胶粉复合改性沥青混凝土铺筑是成功的。
6 效益分析
降低工程造价。橡胶粉复合改性沥青比SBS改性沥青每吨价格降低700元左右，因此将橡胶粉与SBS复合改性沥青应用于高速公路中上面层中，按中、上面层的厚度分别为6 cm和4 cm，油石比分别为5.4%和5.0%，双向四车道计算，则每公里大概需要250噸胶粉复合改性沥青，节约造价17.5万元，如果推广应用1 000 km，则共可节约1.75亿元的材料费用。同时可节约道路石油沥青3.75万吨，节约道路石油沥青费用约1.24亿元。
7 结语
本文通过对橡胶粉复合改性沥青混合料在江西省广吉高速公路新建工程的应用，从橡胶粉复合改性沥青性能指标控制、配合比设计、施工工艺及效益分析几方面进行了全面介绍。主要结论如下：
根据橡胶粉复合改性沥青改性机理，提出了其生产控制指标。
结合广吉高速公路实体工程，总结了橡胶粉复合改性沥青混凝土的施工关键技术，提出了施工控制要求，为橡胶粉复合改性沥青混合料大规模推广应用提供了借鉴。
从经济效益和社会效益两方面分析橡胶粉复合改性沥青混合料的效益，结果表明，采用橡胶粉复合改性沥青混合料可以产生显著的经济效益，同时，也具有显著的社会环保效益。
参考文献：
[1]陈丽.废塑料-橡胶粉复合改性沥青混合料试验研究[D].重庆交通大学，2011.
[2]周孔，叶奋.橡胶粉改性沥青混合料的高温性能影响因素分析[J].公路交通科技（应用技术版），2008（S1）：
46-49+64.
[3]韦大川，王云鹏，等.橡胶粉与SBS复合改性沥青路用性能与微观结构[J].吉林大学学报（工学版），2008（5）：3.
[4]刘红平.SBS-橡胶粉复合改性沥青混合料应用研究[J].筑路机械与施工机械化，2010（6）：55-57.
[5]李关龙，王枫，匡民明，等.SBS/废胶粉复合改性沥青的性能[J].华东理工大学学报（自然科学版），2016（1）：
21-27.
[6]中华人民共和国行业标准.JTGF40-2004，公路沥青路面施工技术规范[S].2005年01月01日.
[7]乔钧.橡胶沥青同步碎石封层施工方案探讨[J].山西建筑，2013（6）：118-120.
关键词：橡胶粉复合改性沥青;配合比设计、施工工艺;废轮胎胶粉的综合利用;绿色低碳公路
中图分类号：U414 文献标识码：A
0 引言
我国是世界上最大的橡胶消费国，也是第一大轮胎生产国，同时也是世界上废旧橡胶产生量最大的国家。据中国橡胶工业协会统计;2017年废轮胎产生量为1 300万吨，至2020年将达2 200万吨。预计2025年可达到近3 000万吨，总量超过9.8亿条废轮胎。
科学有效利用废旧轮胎资源，对于我国75%天然橡胶、60%石油和40%合成橡胶需要进口的国家，其战略意义非同一般。
1 橡胶粉复合改性沥青技术
将废轮胎胶粉应用于改性沥青，不仅能够提高沥青的品质和路用性能，而且可实现废轮胎的大量消耗，减少废轮胎的占地以及避免废轮胎的堆积而带来的细菌灾害等，具有重要的环保意义。已有研究表明[3-4]，废轮胎胶粉与SBS复合改性技术利用胶粉与SBS对沥青高、低温性能的不同改性效果进行复合，充分发挥各胶粉与SBS改性剂各自的优势，进而提高沥青混合料的高、低温路用性能、抗疲劳性能、抗车辙、抗水损害、延长道路使用寿命。是有效解决沥青路面早期病害发生的主要途径，同时，能够降低建设成本、节约资源和保护环境。
本文重点介绍橡胶粉复合改性沥青在广吉高速路面工程中的应用，总结橡胶粉复合改性沥青路面应用技术。
2 工程概况
本项目是交通运输部《国家公路网规划（2013年-2030年）》规划的沈海国家高速公路第七条联络线福建莆田至湖南炎陵（G1517）中的一段，也是《江西省高速公路网规划（2013-2030年）》所规划的江西“四纵、六横、八射、十七联络线”高速公路网中第三横的路段之一。2016年5月，被交通运输部列入首批绿色公路建设典型示范工程。
本项目工程进行了中上面层橡胶粉复合改性沥青铺筑的试验和研究。中面层为（RAC-20C）6 cm橡胶粉复合改性沥青混凝土，上面层为（RAC-13C）4 cm橡胶粉复合改性沥青混凝土。
3 橡胶粉复合改性沥青性能指标控制
试验工程采用江西高泰环保新材料有限公司生产的橡胶粉复合改性沥青，基质沥青为东海牌70#，胶粉细度为40目，胶粉掺量为19%，SBS掺量为1.5%。
橡胶粉复合改性沥青的性能直接关系到橡胶粉复合改性沥青混合料的路用性能，因此，在施工过程中对表征橡胶粉复合改性沥青的关键指标包括软化点、延度、针入度、旋转粘度、弹性恢复、离析进行了检验，结果见表1。
公路运输网络正在向大流量、重轴载、渠化交通的方向发展，对现有沥青路面结构来说，交通量和轴载组成的变化引起路面服务功能的衰退，路面病害过早发生，严重的影响了行车质量，浪费了大量的维修费用。而在整个沥青路面破坏形式中，最为严重的则是由沥青混合料在高温状态下由于本身的抗变型能力不足，产生较大的剪切变形、压缩变形导致车辙而产生的破坏。因此，橡胶粉复合改性沥青的高温软化点指标就更加重要。
其中，旋转粘度是橡胶粉复合改性沥青最为重要的控制指标之一，旋转粘度的大小直接关系到混合料拌合、施工温度的控制以及沥青泵的泵送能力要求，因此，生产过程中要严格控制橡胶粉复合改性沥青的粘度，当粘度太低时，表明废轮胎胶粉掺量不够，则不能较好的发挥胶粉的作用，粘附性较差、耐高温性能衰减、行车舒适度变差，此时改性沥青的流动性变好，其混合料的拌合、施工温度均应按设计温度下限进行控制，反之，当粘度较高时，表明废轮胎胶粉掺量较大，此时改性沥青的流动性较差，其混合料的拌合、施工温度均应按设计温度上限进行控制，否则将导致沥青混合料流动性差，影响沥青路面的成型质量。
4 生產配合比设计
4.1 材料
中面层工程采用的材料为南城县迎福新型建材有限公司提供的石灰岩粗集料、细集料、矿粉、江西高泰环保新材料有限公司生产的橡胶粉复合改性沥青，其物理、力学性能指标见表1～4。
4.2 配合比设计
沥青混合料矿料配合比例与生产路段相同。
下面层采用RAC-20C型级配，其目标配合比为：9.5 mm
～19 mm碎石：4.75 mm～9.5 mm碎石：2.36 mm～4.75 mm碎石：机制砂：矿粉=45：22：5：26：2（%）矿料设计级配曲线见图1。
5 橡胶粉复合改性沥青混合料的施工
橡胶粉复合改性沥青混合料施工工艺与SBS改性沥青混合料的工艺基本相同，但由于橡胶粉复合改性沥青粘度较高，因此，橡胶粉复合改性沥青混凝土的拌合、摊铺、碾压的温度需要做适当的提高。
拌合：橡胶粉复合改性沥青混合料拌合时温度控制如下：石料的加热温度为185℃～195℃，沥青的加热温度为175℃～180℃，混合料的拌合时间不应低于50 s（包括湿拌和干拌时间），出料料车温度为175℃～185℃。
运输：采用载重量不低于16 t的自卸汽车运输，运输过程尽量覆盖保温，保证运输到现场温度符合规范要求，温度过高或过低将做弃料处理。
摊铺：橡胶粉复合改性沥青粘度大，在摊铺过程为保证路面的压实效果，需适当提高沥青混合料的最低摊铺温度，对应规范要求的不同摊铺层的最低摊铺温度，一般提高3℃～5℃，最低摊铺温度不低于165℃。 压实：橡胶粉复合改性沥青粘稠度和胶粉的弹性特性使得沥青混合料难以碾压密实成型，压实是施工的关键，对橡胶粉复合改性沥青混凝土，压实宜用大吨位压路机，将胶轮碾压、振动压路机结合起来，以达到最佳压实效果，保证压实度。采用胶轮初压2遍，速度2 km/h～3 km/h，双钢轮压路机高频低振复压4遍，速度3 km/h～4.5 km/h，双钢轮压路机静压终压2遍，速度3 km/h～6 km/h;初压温度不宜低于165℃，复压温度不宜低于135℃，终压的结束温度不宜低于90℃。
检测：采用抽提筛分试验、马歇尔试验、冻融劈裂试验、车辙试验等控制橡胶粉复合改性沥青混合料质量;检测压实度、厚度、回弹弯沉、路表渗水系数等指标控制橡胶粉复合改性沥青混凝土施工质量。压实度、厚度、回弹弯沉和路表渗水系数检测结果均达到设计要求，表明橡胶粉复合改性沥青混凝土铺筑是成功的。
6 效益分析
降低工程造价。橡胶粉复合改性沥青比SBS改性沥青每吨价格降低700元左右，因此将橡胶粉与SBS复合改性沥青应用于高速公路中上面层中，按中、上面层的厚度分别为6 cm和4 cm，油石比分别为5.4%和5.0%，双向四车道计算，则每公里大概需要250噸胶粉复合改性沥青，节约造价17.5万元，如果推广应用1 000 km，则共可节约1.75亿元的材料费用。同时可节约道路石油沥青3.75万吨，节约道路石油沥青费用约1.24亿元。
7 结语
本文通过对橡胶粉复合改性沥青混合料在江西省广吉高速公路新建工程的应用，从橡胶粉复合改性沥青性能指标控制、配合比设计、施工工艺及效益分析几方面进行了全面介绍。主要结论如下：
根据橡胶粉复合改性沥青改性机理，提出了其生产控制指标。
结合广吉高速公路实体工程，总结了橡胶粉复合改性沥青混凝土的施工关键技术，提出了施工控制要求，为橡胶粉复合改性沥青混合料大规模推广应用提供了借鉴。
从经济效益和社会效益两方面分析橡胶粉复合改性沥青混合料的效益，结果表明，采用橡胶粉复合改性沥青混合料可以产生显著的经济效益，同时，也具有显著的社会环保效益。
参考文献：
[1]陈丽.废塑料-橡胶粉复合改性沥青混合料试验研究[D].重庆交通大学，2011.
[2]周孔，叶奋.橡胶粉改性沥青混合料的高温性能影响因素分析[J].公路交通科技（应用技术版），2008（S1）：
46-49+64.
[3]韦大川，王云鹏，等.橡胶粉与SBS复合改性沥青路用性能与微观结构[J].吉林大学学报（工学版），2008（5）：3.
[4]刘红平.SBS-橡胶粉复合改性沥青混合料应用研究[J].筑路机械与施工机械化，2010（6）：55-57.
[5]李关龙，王枫，匡民明，等.SBS/废胶粉复合改性沥青的性能[J].华东理工大学学报（自然科学版），2016（1）：
21-27.
[6]中华人民共和国行业标准.JTGF40-2004，公路沥青路面施工技术规范[S].2005年01月01日.
[7]乔钧.橡胶沥青同步碎石封层施工方案探讨[J].山西建筑，2013（6）：118-120.