论文部分内容阅读
摘要：橡胶沥青混合料具有良好的高温稳定性、低温柔韧性、抗老化性、抗疲劳性、抗水损坏等优越性能，是较为理想的环保型路面材料，随着国内对其研究的不断深入及工程实践的不断增加，配套生产设备也已相当成熟，具备了推广应用的基本条件，2009年7月，山东高速在枣木连接线上成功铺筑了3Km的橡胶沥青试验段，两年来使用效果良好，验证了其优良的路用性能和经济效益。
关键词：高速公路养护，橡胶沥青，性能研究，施工工艺
1、前言
橡胶沥青是改性沥青的一种，它是将回收轮胎加工成的橡胶粉，按一定比例掺加到热沥青中，同时添加维他连接剂，在高温下充分拌合，与基质沥青熔胀反应后形成的改性沥青胶结材料，其中，橡胶成分占混合物总质量15%以上。
维他连接剂（TOR）是一种具有双键结构的聚合物，以化学方式将橡胶和沥青改性，解决了物理改性的困难，它可以与沥青中所含沥青质和石油质的硫交联，也可以和橡胶粉表层的硫交联，形成环状和链状聚合物的结构，解决了混合料过于粘稠影响施工的问题，也将混合料拌合温度降低至170℃，大大改善生产工艺，提升了橡胶沥青的性能。
2、橡胶粉对沥青的改性作用机理
橡胶沥青生产时，橡胶粉与沥青接触，两者之间会发生明显的物质交换，一方面橡胶粉能吸收沥青中的蜡和轻质组份，体积溶胀，部分恢复了生胶的性质，橡胶粉力学特性得到改善，另一方面，沥青中的游离蜡等轻质组分含量有效降低，使沥青胶体向溶凝胶型结构发育，粘度增加，温度敏感性得到改善。同时，溶胀过程中橡胶粉与沥青中活性团发生化学反应，橡胶粉部分氧化解聚，胶粉中的抗老化剂、炭黑等成分进入沥青胶体体系，使沥青温度稳定性、抗老化性能得到改善和提高。
3、橡胶沥青性能的试验研究
试验选用70#基质沥青，用不同目数、不同含量的的废旧橡胶粉以及TOR（维他连接剂）混合发生溶胀反应后进行对比。
首先将基质沥青加热到175℃，倒入搅拌容器内，再将按比例将配好的橡胶屑与TOR连接剂均匀倒入沥青中，移至自动控温的加热源上，用高速剪切机和浆叶式低速搅拌机共同进行搅拌，搅拌时间因搅拌速度不同有差异，应通过试验来确定，试验时可在一定的搅拌速度下用旋转粘度计测定不同搅拌时间下粘结剂的粘度，直到粘度不再上升或很少上升为止，选此时间作为标准的搅拌时间。
搅拌过程中温度控制在170℃±1℃。
3.1橡胶粉对沥青温度性能的改善
沥青中掺入橡胶粉后，沥青的针入度存在不同程度的变化，与基质沥青相比都是明显变硬。橡胶沥青的软化点明显提高，提高幅度在13℃～22℃之间，此外，沥青的粘度也大大提高，由此可见，橡胶沥青能大大改善路面的高温性能，减少路面车辙的出现。采用5℃的延度作为评价橡胶沥青低温性能的一个指标，沥青中掺入橡胶粉后，低温延度明显改善。
3.2橡胶沥青的弹性恢复能力
沥青的弹性恢复能力的提高可以减少荷载作用的弹塑性残余变形，减少路面的损坏。
橡胶粉的掺入大大改善了沥青的弹性恢复性能，胶粉的粒径越细，掺量越多，橡胶沥青的弹性恢复性能提高越显著。
3.3橡胶沥青的抗老化性能
沥青老化是一个逐渐发展的过程，它的速率直接影响到路面的使用寿命，是影响路面耐久性的主要因素。橡胶沥青短期老化后的针入度比比基质沥青的值小50%之多，说明橡胶沥青短期老化后针入度降低的较少，软化点比比基质沥青的低，说明橡胶沥青的抗老化性能比基质沥青强。
4、橡胶沥青的生产设备
成套橡胶沥青生产设备一般包括：自动化全程控制系统、快速升温系统、高速剪切预拌系统、溶胀搅拌反应储存系统等。
5、试验路段的混合料配合比设计
该项目是山东省首次在高速公路上使用橡胶沥青技术，根据山东省的集料特点和交通、气候条件，同时参考国外的矿料级配的成功经验，利用变i法，在4.75mm處形成折点，大于4.75mm的筛孔i分别取0.45和0.54，小于4.75mm筛孔，i取0.70。经过室内试验证明利用变i法确定的级配范围是合理的，在级配范围内，既可以使粗集料之间形成嵌锁，又能使橡胶沥青和细集料起到填充作用。
橡胶沥青混合料的矿料级配粗集料含量高，大于4.75mm的粗集料含量在70%左右，而AC-13C的级配的粗集料含量较低，大于4.75mm的粗集料含量仅50%左右。
橡胶沥青的油石比比AC-13C的高1.4%，主要是橡胶沥青的粘度高，具有良好的感温性能，可以在集料表面有较厚的沥青膜厚度，从而可以使用较高的沥青用量，而用于AC-13C的SBS改性沥青粘度比橡胶沥青低很多，所以不能使用太多沥青，否则多余的沥青会严重影响混合料的高温稳定性；橡胶沥青的空隙率和AC-13C的都在4.5%±0.5%，可以保证沥青混合料具有良好的耐久性；橡胶沥青矿料的VMA较大，因为橡胶沥青是断级配，4.75mm的通过率低，在保持合适空隙率的前提下，可以容纳更多的橡胶沥青，既能使混合料形成骨架嵌挤结构，又能密实防水，保证其足够的耐久性。
橡胶沥青的稳定度较AC-13C小，主要是间断级配与密实级配两种级配类型不同引起的，就像间断级配的SMA的稳定度也较低；从VCAmix与VCAdrc的大小关系也可以看出，橡胶沥青混合料的是骨架嵌挤密实结构，而AC-13C的级配为悬浮密实结构。
在高温性能上，橡胶沥青AR-AC13动稳定度高于SBS改性沥青AC-13C，前者抗低温开裂性能也好于后者，主要是橡胶沥青的含量高，而且橡胶沥青具有良好的弹性恢复能力，AC-13C的水稳定性较好，其冻融劈裂强度比比橡胶沥青混合料略高，是由于其空隙率比橡胶沥青小造成的。
6、橡胶沥青混合料施工注意事项
6.1混合料的拌和时间
拌和时间由试拌确定，必须使所有集料颗粒全部裹附沥青，并以拌和均匀为度，总拌和时间控制在60～65s。
6.2温度控制
拌和时必须严格控制橡胶沥青和集料的加热温度以及橡胶沥青混合料的出厂温度。
6.3只有在温度高于15℃时才能摊铺橡胶沥青混合料。
7、结语
试验路段在2009年7月铺筑完成后，检测了构造深度、渗水指标，检测结果表明，橡胶沥青路面具有良好的密水性和抗滑性能。2011年3月，再一次对试验路段进行了性能测试，主要检测路面的抗滑性能和抗变形能力，检测结果表明，路面构造深度仍较大，抗滑性能较好，基本没有车辙，抗车辙能力较好。试验路段验证了橡胶沥青具有良好的高低温性能、抗疲劳和抗水损害性能，是一种环保型路面材料，具有广阔的应用前景。
参考文献：
[1] 徐爱华,郭朝阳,卢伟.废胎胶粉橡胶沥青改性机理研究. 交通科技,2010,3.
[2] 孙祖望.橡胶沥青技术应用指南[M].人民交通出版社,2007.
关键词：高速公路养护，橡胶沥青，性能研究，施工工艺
1、前言
橡胶沥青是改性沥青的一种，它是将回收轮胎加工成的橡胶粉，按一定比例掺加到热沥青中，同时添加维他连接剂，在高温下充分拌合，与基质沥青熔胀反应后形成的改性沥青胶结材料，其中，橡胶成分占混合物总质量15%以上。
维他连接剂（TOR）是一种具有双键结构的聚合物，以化学方式将橡胶和沥青改性，解决了物理改性的困难，它可以与沥青中所含沥青质和石油质的硫交联，也可以和橡胶粉表层的硫交联，形成环状和链状聚合物的结构，解决了混合料过于粘稠影响施工的问题，也将混合料拌合温度降低至170℃，大大改善生产工艺，提升了橡胶沥青的性能。
2、橡胶粉对沥青的改性作用机理
橡胶沥青生产时，橡胶粉与沥青接触，两者之间会发生明显的物质交换，一方面橡胶粉能吸收沥青中的蜡和轻质组份，体积溶胀，部分恢复了生胶的性质，橡胶粉力学特性得到改善，另一方面，沥青中的游离蜡等轻质组分含量有效降低，使沥青胶体向溶凝胶型结构发育，粘度增加，温度敏感性得到改善。同时，溶胀过程中橡胶粉与沥青中活性团发生化学反应，橡胶粉部分氧化解聚，胶粉中的抗老化剂、炭黑等成分进入沥青胶体体系，使沥青温度稳定性、抗老化性能得到改善和提高。
3、橡胶沥青性能的试验研究
试验选用70#基质沥青，用不同目数、不同含量的的废旧橡胶粉以及TOR（维他连接剂）混合发生溶胀反应后进行对比。
首先将基质沥青加热到175℃，倒入搅拌容器内，再将按比例将配好的橡胶屑与TOR连接剂均匀倒入沥青中，移至自动控温的加热源上，用高速剪切机和浆叶式低速搅拌机共同进行搅拌，搅拌时间因搅拌速度不同有差异，应通过试验来确定，试验时可在一定的搅拌速度下用旋转粘度计测定不同搅拌时间下粘结剂的粘度，直到粘度不再上升或很少上升为止，选此时间作为标准的搅拌时间。
搅拌过程中温度控制在170℃±1℃。
3.1橡胶粉对沥青温度性能的改善
沥青中掺入橡胶粉后，沥青的针入度存在不同程度的变化，与基质沥青相比都是明显变硬。橡胶沥青的软化点明显提高，提高幅度在13℃～22℃之间，此外，沥青的粘度也大大提高，由此可见，橡胶沥青能大大改善路面的高温性能，减少路面车辙的出现。采用5℃的延度作为评价橡胶沥青低温性能的一个指标，沥青中掺入橡胶粉后，低温延度明显改善。
3.2橡胶沥青的弹性恢复能力
沥青的弹性恢复能力的提高可以减少荷载作用的弹塑性残余变形，减少路面的损坏。
橡胶粉的掺入大大改善了沥青的弹性恢复性能，胶粉的粒径越细，掺量越多，橡胶沥青的弹性恢复性能提高越显著。
3.3橡胶沥青的抗老化性能
沥青老化是一个逐渐发展的过程，它的速率直接影响到路面的使用寿命，是影响路面耐久性的主要因素。橡胶沥青短期老化后的针入度比比基质沥青的值小50%之多，说明橡胶沥青短期老化后针入度降低的较少，软化点比比基质沥青的低，说明橡胶沥青的抗老化性能比基质沥青强。
4、橡胶沥青的生产设备
成套橡胶沥青生产设备一般包括：自动化全程控制系统、快速升温系统、高速剪切预拌系统、溶胀搅拌反应储存系统等。
5、试验路段的混合料配合比设计
该项目是山东省首次在高速公路上使用橡胶沥青技术，根据山东省的集料特点和交通、气候条件，同时参考国外的矿料级配的成功经验，利用变i法，在4.75mm處形成折点，大于4.75mm的筛孔i分别取0.45和0.54，小于4.75mm筛孔，i取0.70。经过室内试验证明利用变i法确定的级配范围是合理的，在级配范围内，既可以使粗集料之间形成嵌锁，又能使橡胶沥青和细集料起到填充作用。
橡胶沥青混合料的矿料级配粗集料含量高，大于4.75mm的粗集料含量在70%左右，而AC-13C的级配的粗集料含量较低，大于4.75mm的粗集料含量仅50%左右。
橡胶沥青的油石比比AC-13C的高1.4%，主要是橡胶沥青的粘度高，具有良好的感温性能，可以在集料表面有较厚的沥青膜厚度，从而可以使用较高的沥青用量，而用于AC-13C的SBS改性沥青粘度比橡胶沥青低很多，所以不能使用太多沥青，否则多余的沥青会严重影响混合料的高温稳定性；橡胶沥青的空隙率和AC-13C的都在4.5%±0.5%，可以保证沥青混合料具有良好的耐久性；橡胶沥青矿料的VMA较大，因为橡胶沥青是断级配，4.75mm的通过率低，在保持合适空隙率的前提下，可以容纳更多的橡胶沥青，既能使混合料形成骨架嵌挤结构，又能密实防水，保证其足够的耐久性。
橡胶沥青的稳定度较AC-13C小，主要是间断级配与密实级配两种级配类型不同引起的，就像间断级配的SMA的稳定度也较低；从VCAmix与VCAdrc的大小关系也可以看出，橡胶沥青混合料的是骨架嵌挤密实结构，而AC-13C的级配为悬浮密实结构。
在高温性能上，橡胶沥青AR-AC13动稳定度高于SBS改性沥青AC-13C，前者抗低温开裂性能也好于后者，主要是橡胶沥青的含量高，而且橡胶沥青具有良好的弹性恢复能力，AC-13C的水稳定性较好，其冻融劈裂强度比比橡胶沥青混合料略高，是由于其空隙率比橡胶沥青小造成的。
6、橡胶沥青混合料施工注意事项
6.1混合料的拌和时间
拌和时间由试拌确定，必须使所有集料颗粒全部裹附沥青，并以拌和均匀为度，总拌和时间控制在60～65s。
6.2温度控制
拌和时必须严格控制橡胶沥青和集料的加热温度以及橡胶沥青混合料的出厂温度。
6.3只有在温度高于15℃时才能摊铺橡胶沥青混合料。
7、结语
试验路段在2009年7月铺筑完成后，检测了构造深度、渗水指标，检测结果表明，橡胶沥青路面具有良好的密水性和抗滑性能。2011年3月，再一次对试验路段进行了性能测试，主要检测路面的抗滑性能和抗变形能力，检测结果表明，路面构造深度仍较大，抗滑性能较好，基本没有车辙，抗车辙能力较好。试验路段验证了橡胶沥青具有良好的高低温性能、抗疲劳和抗水损害性能，是一种环保型路面材料，具有广阔的应用前景。
参考文献：
[1] 徐爱华,郭朝阳,卢伟.废胎胶粉橡胶沥青改性机理研究. 交通科技,2010,3.
[2] 孙祖望.橡胶沥青技术应用指南[M].人民交通出版社,2007.