公路沥青路面采用橡胶改性沥青的建议

关于霍介一级公路沥青路面采用橡胶改性沥青的建议

一． 橡胶改性沥青的定义

橡胶沥青是先将废旧轮胎原质加工成为橡胶粉粒，再按一定的粗细级配比例进行组合，同时添加多种高聚合物改性剂，并在充分拌合的高温条件下（180℃以上），与基质沥青充分熔胀后形成的改性沥青胶结材料。橡胶沥青具有高温稳定性、低温柔韧性、抗老化性、抗疲劳性、抗水损坏性等性能，是较为理想的环保型路面材料，目前主要应用于道路结构中的应力吸收层和表面层中。

二、橡胶沥青技术指标

参照美国亚力桑那州的技术规范，橡胶沥青符合以下技术栺标： 表1

三、沥青橡胶的主要特性

国内外研究表明，橡胶沥青有如下特性：

1.提高沥青的黏度

黏性是沥青高温稳定性的重要指标，黏性高的沥青不仅抗变形能力增强，而且加强了沥青与碎石的黏结力，具有更好的封水性能。有资料显示，20%胶粉含量的橡胶沥青，在190℃时的动力黏度与4%SBS含量的改性沥青在135℃时的动力黏度值相当，约3Pa.s；橡胶沥青的软化点较基质沥青提高约10℃，>55℃。

2.改善沥青的低温性能

沥青的低温性能是指低温的脆性和抗裂性。据南非某公司试验比较，橡胶沥青的弗拉氏脆点与4%SBS改性沥青比较，降低约9℃，达-17℃至-19℃。橡胶沥青良好的低温性能，在寒冷地区将会明显减少路面开裂，延长路面使用寿命。

3.抗老化、抗疲劳性能明显提高

大量废轮胎胶粉的加入，不仅为沥青增加了抗老化、防氧化和热稳定性，而且由于轮胎橡胶优异的弹性也在较大的温度区间为沥青路面提供了柔性以及耐疲劳和抗裂纹能力，从而延长路面的使用寿命。有资料显示，橡胶沥青路面可提高路面使用寿命1~3倍。

4.提高行车的舒适性和安全性

由于橡胶路面的柔性，将缓冲路面局部不平整引起车辆的震动，改善轮胎与地面的附着性能，缩短制动距离，从而使车辆的舒适性和安全性都得到改善。

5.降低行车噪音

随着公路建设和汽车工业的发展，道路噪音已成为城市居民的一大公害，因此降低道路噪音成了人们关心的重要社会问题。根据一些学者分析，橡胶沥青的弹性加上级配混合料和平整的路面可有效地降低车轮在路面上行驶的噪音。于是橡胶沥青的应用为城市道路建设点燃了一大亮点，被誉为“消音沥青”，它已列入一些城市的市政建设规划。有资料显示，橡胶沥青路面车速在50-100公里/小时，噪音将降低3-8分贝。

6.降低道路修建费用

为对橡胶沥青的应用作出全面的评价，不仅要看它的技术可行性，还要看它的使用经济性，并与其他沥青使用价格相比较。

1）基本材料费

根据最近的材料价格：SBS20000元/吨，40目的废旧橡胶粉2600元/吨（40目以下价格更低），基质沥青3500元/吨。计算常用配比：SBS添加5%、胶粉添加20%时，一吨SBS改性沥青与橡胶沥青的价格.

1吨5%的SBS改性沥青与20%的橡胶沥青的价格（未计其他沥青添加剂价格）参考价格：基质沥青3500元/吨，SBS改性剂13000元/吨，橡胶粉2000元/吨（40目以下价格更低）

从表可见，胶粉改性沥青的材料费不仅低于SBS改性沥青1005元/吨，而且低于基质沥青。

2）橡胶沥青加工费

从改性工艺看，胶粉改性与SBS改性沥青除填充材料与工艺参数有一定的变动外。 加工价格差别不大。

3）综合使用经济性分析

橡胶沥青用于路面的经济性还在于提高路面的使用寿命，或在相同使用条件下可降低路面铺筑厚度，从而省工省料降低路面施工费用。

四、橡胶沥青的制作工艺

橡胶沥青是通过一定的工艺设备制作出来的，其工艺过程随生产规模、工艺条件和设计思想不同而有所差别，但制作过程的基本原理是一致的。其主要工艺流程见图

将计量的热沥青和按比例计量的胶粉同时加入掺配反应罐内，而后加入添加剂

1、添加剂2等，在这里混和溶胀，并进行搅拌、剪切和进一步加热。当这一混和物——橡胶沥青反应到一定时间后即可通过剪切泵打入成品存储发育罐内。

橡胶沥青在发育罐内将继续搅拌、保温和进一步反应，并等待使用。成品橡胶沥青应符合一定的标准。

橡胶沥青的制作和使用过程还要特别注意以下环节：

1.温度

温度是橡胶沥青制作过程控制的重要参数之一。温度对橡胶沥青反应时间有较大影响，因此，反应温度不能太低。试验表明，胶粉改性沥青反应温度应较制

作SBS改性沥青提高10℃~30℃，达190℃~210℃。

提高掺配罐的温度不是一件容易的事，一方面是加入20%常温胶粉对基质沥青降温过多，计算表明200℃的基质沥青加入20%常温胶粉，平均温度将降至约163℃；另一方面是短时间补充过多热能有一定的困难，这不仅需要较大热源，而且传热系统也变得复杂。

高温下制作的橡胶沥青不宜长时间存放，以防止材料特性发生变化，降低使用性能。为此，橡胶沥青宜采用现场改性，就地使用，这不仅是为了防止材料降低性能，而且减少再次升温需要消耗的热量。如果橡胶沥青需要储存的话，应降低储存温度。

2.原料

橡胶沥青的原料包括基质沥青、胶粉、添加剂等填料，它们的特性与配伍十分重要，决定着制作和使用的时间框架，这和一种改性的机理相联系。据此原理，高温下的橡胶颗粒随着时间的推移，会使橡胶沥青失去弹性。产品的反应时间还与橡胶粉颗粒大小有关，一般胶粉颗粒越细，越容易在沥青中混合分散，反应时间缩短。但过细的胶粉在沥青中容易被“消化”或“油化”，使橡胶沥青过早失去弹性，缩短了保持特性的时间窗口，为操作增加了困难。一般认为橡胶沥青保持特性的时间历程应大于4-6小时，时间过短不利于使用。

胶粉的粒度以20-40目为宜，胶粉的质量应符合标准，其天然胶碳氢化合物含量应大于30%。

3.计量

橡胶沥青的原料及其各成分的比例一般由实验室配置、试验并通过现场使用进行调整后确定下来，其试验依据是橡胶沥青技术规范。目前我国尚无这一规范，如果制定还需要一定的实践程序，待积累经验后进行。为便于当前推广橡胶沥青并形成一定的规模，不妨可暂时借用国外有关标准，如表1所示。

橡胶沥青原料配比，国内有两种说法。一种是以沥青质量为计量基准，把沥青作为100，其他材料是沥青质量的百分之几；另一种说法是以组合料的总质量为基准，作为100，其他材料是组合料质量的百分之几。这两种方法有较大的差别，我国在使用中应达成共识并与国际上统一。这是两种不同配比概念，名义上相同的添加比例，实际添加数量相差很大。以胶粉为例，用沥青基准法计算添加20%胶粉，转变为组合料基准法配料，实际只添加了15.7%。

4.剪切

橡胶沥青制作需要有一个剪切过程，这是国内外一致公认的。剪切分高速剪切和低速剪切，所谓低速剪切实际就是搅拌作用，在搅拌器的作用下可加速胶粉在沥青中分散、溶胀。

五、橡胶沥青的生产设备

橡胶沥青根据其产品的原料、生产率和制作工艺以及设计者的见解不同，可以制造出不同的生产设备，但基本组成应包括供热装置、配料装置、预混反应罐、成品储罐和电控系统等。

六、橡胶沥青应力吸收层

将单一粒径的石料均匀的满铺在橡胶沥青层上，用胶轮压路机进行嵌挤碾压，橡胶沥青被挤压到石料高度的约3/4，石料嵌锁形成后将构成结构性支撑，这时所形成碎石封层模式

的路面即为橡胶沥青应力吸收层。

（1） 、橡胶沥青应力吸收层功能特点

1、抗反射裂缝

在橡胶沥青应力吸收层中，高用量的橡胶沥青与单一粒径的碎石强力粘结，形成约1cm厚的裂缝反射层（如下图），水稳层或旧水泥路面的各种裂缝将很难穿透该层，可以有效遏制裂缝的反射。

（橡胶沥青应力吸收层 示意图）

2、抗水损坏

橡胶沥青用量较大（2.3kg/m²），在路面上会形成约3mm厚度的沥青膜，完全可以防止雨水的向下渗透，对路基起到保护作用。其次，在上面摊铺沥青混合料面层时，橡胶沥青应力吸收层顶部的橡胶沥青会二次熔化，经路面压实后会充分填充其面层混合料底部的缝隙，从而排除了层间存水的可能，起到防水损坏的作用。

3、粘结作用

橡胶沥青拥有超强的粘性，它可以非常劳固的吸附粘结在水稳层或旧水泥路面上，从而起到与路面的粘结作用。

注：从上图中可以看出橡胶沥青应力吸收层与水泥路面的粘结力度完全超过了沥青混合料。

（2）、施工机械：橡胶沥青洒布车、碎石撒铺车、胶轮压路机

七、橡胶沥青路面的综合特点：

· 优异的抗疲劳性提高路面的耐久性能；

· 由于胶结料含量高、弹性好，提高了路面对疲劳裂缝、反射裂缝的抵抗能力； · 较强的低温柔韧性减轻了路面的温度敏感性；

· 因为胶结料含量高、油膜厚以及轮胎中含有抗氧化剂，故提高了道路抗老化、抗氧化能力；

· 优异的抗车辙、抗永久变形能力；

· 由于道路的耐久性和性能得到提高，使得道路的养护费用显著降低； · 大量使用废旧轮胎，既节约了能源，也有利于环境保护；

· 橡胶中的炭黑能够使路面黑色长期保存，与标线的对比度高，提高了道路的安全性

八．建议

考虑到霍介一级公路是一个改扩建工程以及超载的特点，建议该段沥青路面采用橡胶改性沥青应力吸收层和橡胶改性沥青表面层。

对于橡胶应力吸收层，采用掺加20％左右的橡胶粉（20目），按1.8-2.2KG/m2,洒布，同时洒13.2-9.5mm 的单一碎石，按80％洒。以提高抗基层开裂的能力。 对于表面层，建议采用橡胶改性沥青混合料，来提高沥青混合料的抗疲劳性能和抗老化耐久性能。

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