1、1橡胶沥青在山区公路的应用研究杨 华（恩施州公路局恒通工贸有限公司）摘 要：本文介绍了利用废旧轮胎胶粉再生配制生产橡胶沥青、橡胶沥青混凝土的各项性能指标，应用橡胶改性沥青混凝土铺筑山区道路的结构方案、施工工艺。并对其进行了与普通 AH70#沥青混凝土路面在特殊气候条件下,路用检测指标比较及成本分析。关键词：废胎胶粉 橡胶沥青 山区道路 路用性能1、前 言橡胶沥青在欧美发达国家应用已超过 40 年，本世纪来随着石油资源日渐匮乏，国际油价不断攀升。在建设“资源节约，环境友好型社会”的大背景下，橡胶沥青作为一种新型筑路材料，不仅能再生利用社会上日益增多的废旧轮胎资源，而且还能降低道路建设和养护成本，
2、同时又具有良好的路用性能，越来越受到我国公路交通部门及公路建设者的重视和青睐。2001 年，中国交通部公路科学研究院将“废旧轮胎橡胶粉用于筑路技术”列入研究课题，并首次在钢桥桥面铺装中应用，近年来各省（市）公路交通部门积极地开展了对橡胶粉沥青的研究应用，河北、广东、北京、四川等省（市）在各等级道路上进行了不同程度的应用试验；江苏、北京还相继制定了江苏橡胶沥青路面技术规程 、 北京市废胎胶粉沥青及混合料设计施工技术指南等地方性标准，提出了适合我国国情的废胎胶粉橡胶沥青及混凝土应用技术。我省在沪蓉西高速公路建设中已成功完成试验段 20 公里，取得了良好的效果。国内外大量研究成果证明，橡胶沥青混凝土
3、具有温感低、柔韧性强、弹性恢复高、抗变形抗疲劳能力、强噪音、低抗抗滑安全等特性。为此，将其研究应用于山2区道路建设，满足山区道路的一些特殊要求，提高公路的建、养技术水平，是值得探索研究的。2、橡胶改性沥青在 G209 恩施段 K1971-K1981 路面大修工程中的应用。2.1 G209 恩施柳树沟段大修工程简介G209 恩施段 K1971-K1976 位于恩施市西侧，海拔高度 700m-800m、极端最高气温 41、极端最高低气温-12、年降水量 1500mm。原道路为山区二级路设计；路基宽 9m，路面宽 8m，纵坡度 7%，交通量 3000 车次/日。道路服役期满后，路面损坏严重，2007
4、 年 6 月恩施州公路局对其实施大修，大修整体设计方案为：柔性基层+乳化沥青透油层+4cm AC20 沥青混凝土+乳化沥青粘层+3cm AC10 沥青混凝土；其中K1971-K1971+500 作橡胶沥青混凝土试验路段。本试验段主要研究以下几个方面问题：1、研究橡胶沥青应用于山区道路路面，以满足山区道路地质结构复杂、温差大、雨季漫长等特殊要求，改善沥青路面抗推移、抗变形的能力和抗疲劳性能；2、通过橡胶改性沥青在沥青路面结构层与基层之间的应用，提高道路抗反射裂缝能力，减缓高山冰冻地区路面裂缝的产生，提高路面抗冰雪的能力。3.比较分析橡胶沥青混凝土路面与普通 70#重交沥青混凝土路面的成本及各项路
5、用性能指标。橡胶沥青路面试验段设计方案为：柔性基层+乳化沥青透油层（低含油量）+1cm橡胶沥青应力吸收层（SAM）+5cmARAC16 橡胶沥青混凝土（如图 2-1） 。设计厚度比普通 70#重交沥青混凝土减薄 30%。原路面柔性基层5cmARAC165cmSAM乳化沥青透油层 (低含量)3图 2-1：试验段生产方案结构示意图试验段方案说明：1）试验段路基为原半刚性路面破碎、碾压、调形后单点弯沉值 40 以下的“柔性基层” ；2）基层上采用低含油量乳化沥青透油层（洒布量为 0.8kg/m2）设计，其目的是稳定固化柔性基层表面层，同时对路基起到防水粘结作用。3）基层与上面层之间设置 1cm 橡胶
6、沥青应力吸收层（SAM） （其洒铺量为 1.5-2.0 kg/m2，封层碎石为 0.95cm 单一粒径） ，形成一个有效抵抗反射裂缝的富油层，同时能起到很好的路面防水作用，提高基层与路面整体结构的稳定性和耐久性。4）上面层采用黏度较高的橡胶沥青混凝土，提高混合料的粘结力，增强混合料的抗剥落能力，改善路面的高温稳定性和低温抗裂性能。2.2 橡胶沥青混合料的目标配合设计（1）橡胶改性沥青性能检测本次试验基质沥青采用的是佛山中油高富石油有限公司生产的高富 70#重交通沥青.a、废胎胶粉，选择国内某厂生产的以子午胶胎为主要原料的 40 目废胎胶粉，其物理技术指标如表 2-1：表 2-1 橡胶粉物理技术
7、指标项目 相对密度 水分（%） 金属含量（%） 纤维含量检测结果 1.2606 0.8 0.01 0.9技术指标 1.3 1 0.03 1废胎橡胶粉出厂前已做脱硫、降解处理。b、橡胶改性沥青的生产：由于本次试验段沥青拌合站与恩施州恒通公司沥青配置中心距离很近（500M） ，处于生产专用设备和检测的方便，选择了工厂化加工，橡胶改性沥青组成成份为：废胎胶粉（20%）+AH70#重交沥青（80%）+添加剂（一定量）。其反应机理如图 2-2。反应时间为 4560min，反应温度为 180190。4图 2-2加工出厂使用的橡胶改性沥青主要技术指标为表 2-2表 2-2 试 验 结 果材料来源技术指标 技
8、术要求 恩施州恒通工贸有限公司针入性（25，100g，5s） （0.1mm） 4080 69延度（5cm/min，5） (cm) 10 16软化点（环球法） () 55 55.5布氏旋转粘度（180、保温 2h） (Pa.s) 1.04.0 1.4闪点 () - 229燃点 () - 317弹性恢复（25） ( % ) 60 80橡胶改性后沥青软化点增加，粘度增大，弹性恢复增高。（2）橡胶沥青混凝土混合料级配比设计a.级配设计 5由于橡胶沥青是高黏度,高弹性的混合料粘合剂, 一般油石比较高;为了保证混合料的压实密度, 橡胶沥青混凝土混合料级配采用间断级配设计. 图 2-3 沥青混合料合成级配曲
9、线按照 JTGF40-2004公路沥青路面施工技术规范AC-16 级配区间要求, 在混合料配比中减少了筛孔尺寸 2.36mm-1.18mm 石料比例形成间断级配.如图 2-3。b.最佳油石比确定本次生产配合比设计严格按照 JTGF40-2004公路沥青路面施工技术规范进行，马歇尔试验时选取 6.0%、6.5%、7.0%、7.5%、8.0%五个油石比，每组四个试件，试件双面分别各击实 75 次，混合料搅拌温度 190，试件击实成型温度 185，尺寸均为 101.6mmh(63.51.3)mm。测定各油石比条件下马歇尔试件的体积性能、马歇尔稳定度、流值及沥青饱和度。试验结果如表 2-3 所示。表
10、2-3 AC-16 马歇尔试件性能试验6油石比%试件毛体积相对密度理论最大相对密度空隙度%马歇尔稳定度 kN流值0.1mm沥青饱和度%矿料间隙率%6.0 2.208 2.432 9.2 3.8 1.3 55.3 20.66.5 2.245 2.416 7.1 4.6 1.9 63.7 19.57.0 2.278 2.401 5.1 5.8 2.6 72.6 18.77.5 2.304 2.386 3.4 6.2 2.9 80.9 18.18.0 2.293 2.372 3.3 5.5 3.5 82.3 18.8按照要求，AC-16 的空隙率在 3%6%，稳定度8KN，沥青饱和度在 55%70%
11、，而根据西部交通科技建设项目薄层沥青混凝土面层技术研究中有关公称粒径，空隙率渗水系数及水稳定性的相关研究结论，对 ARAC-16 可以适当提高设计空隙率到 7%8%;参考美国 ARIZ 815（Marshall Mix Design Method for Asphaltic Concrete(Asphalt-Rubber Gap Graded Mix)）, 应符合表 2-4 规定的马歇尔试验技术标准。表 2-4 热拌橡胶沥青混凝土马歇尔试验技术标准试验项目 沥青混凝土类型 技术标准击实次数（次） 两面各 75 次稳定度（kN） 不小于 3.6 kN流值（0.1mm） 2050空隙率（%） 5.
12、51.0矿料间隙率 VMA (%)ARAC-1619.0因此，选择橡胶改性沥青油石比为 6.2%。2. 3 橡胶沥青应力吸收层的铺筑。橡胶沥青应力吸收层洒布采用专用橡胶沥青洒布车洒布，洒布前全面清扫路面，考虑到道路纵坡大的原因，为防止高温流淌，洒布量控制在 1.62.0kg，洒布时沥青温度控制在 185190进行，洒布后及时采用 2 台碎石撒布车进行碎石撒布（撒布量为 78kg,覆盖率 60%70%） ，撒布完成后，采用 10-16 吨胶轮压路机紧跟碎石撒布车碾压成型。胶轮压路机来回碾压 12 遍，碾压时不得在作业面上急刹车或调头。碾压成型后快速进行沥青混合料摊铺，在不能及时摊铺时，其间临时封
13、闭交通，4h 后开放交通，摊铺沥青混合料前再次进行面层清扫。2.4 橡胶沥青混合料施工7本次试验采用 1000 型拌和楼，采用高温拌和、高温摊铺、高温碾压；施工前将拌和站沥青加热贮存罐上加装 2 台立式搅拌器，罐内设置内循环泵一台，以防止橡胶沥青离析或沉淀，拌合料出料温度为 180185。生产停止间隔时间长时，将拌合楼沥青输油泵反转 30s，清空输油管道，防止阻塞。为了防止运输途中拌和料降温过快,混合料运输车辆运料时进行了保温覆盖。初压采取静压，压实温度为 170，复压采用振动碾压温度为 130左右 ；掌握不稳定不开振的原则，路面摊铺碾压结束 24 小时后开放交通。3、路面及路用性能检测试验后
14、铺筑完成 3 个月后，进行了油层芯样、压实密度、密度检测，其指标如下：检 验 结 果沥青混合料种类：沥青混凝土试 样 编 号 1 2 3干燥试件的空中质量 （g） 1016.1 1303.2 1341.6试件的水中质量 （g） 560.6 724.9 752.6试件的表干质量 （g） 1019.5 1306.4 1345.4试件的吸水率试件的吸水率 （%） 0.74 0.55 0.64干燥试件的空中质量 （g） 1016.1 1303.2 1341.6试件的水中质量 （g） 560.6 724.9 752.6试件的表干质量 （g） 1019.5 1306.4 1345.4常温下水的密度 （g/
15、m 3） 1.00 1.00 1.00试件的毛体积密度 （g/m 3） 2.214 2.241 2.263毛体积相对密度 （g/m 3） 2.282 2.282 2.2821345.4 试件毛体积1.00 密度压实度 （%） 97.0 98.2 99.2经过近两年的使用观测，橡胶沥青试验段路面无反射裂缝，无车辙、拥包、网裂、坑槽。2008 年春季该路段冰冻期达数十天，虽经大量车辆带链行驶，路面仍无麻面、骨料外露、松散和磨光现象，各项路用性能明显优于同期同路段采用 AH70#重交沥青施工的混凝土路面指标。两路段同经雨水过后，试验段干澡速度早于采用8AH70#重交沥青路面 5-6 小时。分析其原因
16、 ： 1.由于橡胶沥青软化点较高、黏度高,因此橡胶沥青路面具有较好的稳定性,抗推移、抗永久变形的能力强;更适合于弯道多、纵坡大的道路;2. 由于橡胶沥青具有较好的柔韧性和温域区,而且其黏合料比普通 AH70#重交沥青黏合料有更大的油石比和更好地黏结力,因此能更好的适应山区高、低山温差大、抗雪地磨损性能要求;3. 由于橡胶沥青弹性恢复率高, 因此橡胶沥青铺筑的路面和应力吸收层,具有良好的抗反射裂缝、抗龟裂、抗疲劳的性能, 适合于山区多雨的气候条件和复杂的地质结构.2008 年 7 月恩施市公路段在 G209K1976+100-K1980+900，柳树沟段再次采用橡胶沥青混凝土的结构方案进行了 4
17、.8km 试验段铺筑，同样获得了成功。4、成本比较分析1）普通 AH70#重交沥青混凝土路面成本。4cmAC 沥青混凝土费用： 40 元/m 23cmAC10 沥青混凝土费用： 39 元/m 2乳化沥青透油层： 2.8 元/m 2乳化沥青粘层： 2.5 元/m 2合计费用：84.3 元/m 22）橡胶沥青混凝土路面成本：5cmARAC16 沥青混凝土费用： 65 元/m 21cmSAM 应力吸收层费用： 12.5 元/m 2乳化沥青透油层费用： 2.8 元/m 2合计费用：80.3 元/m 2以上计算费用的材料单价为 2007 年 9 月当地材料价格，其中：AH70#重交沥青95000 元/吨
18、；橡胶沥青 5600 元/吨，碎石 44 元/吨，乳化沥青 3200 元/吨。根据以上比较分析看出采用橡胶沥青混凝土路面比普通 AH70#重交沥青混凝土路面工程成本节约 4 元/m 2，按此计算每公里可节约修建费用 3.2 万元。5、结语（1）试验研究表明：橡胶改性沥青软化点较高、低温延度好，黏度高等优点，在特殊气候环境下的山区道路使用效果突出，能有效提高山区公路的使用寿命。（2）G209 试验段表明：橡胶沥青混合料配合比设计具有断级配、高油石比、大空隙率的特点，橡胶沥青混合料施工工艺具有高温拌和、高温摊铺、高温碾压、只用钢轮不用胶轮碾压的特点。（3）橡胶改性沥青弹性回复高，柔韧性好，因此橡胶
19、沥青应力吸收层能有效解决反射裂缝，防止水分侵入，起到保护路面和基层的作用，延长道路的使用周期。（4）橡胶沥青混凝土无论是承载能力标准还是减少反射裂缝标准都高于普通沥青混凝土，因此设计厚度可减薄 30%70%；能有效地降低成本，部分弥补公路建养经费的不足；同时橡胶改性沥青是废胎胶粉再生利用，能有效地节约资源。6、建议（1）在“柔性基层”与橡胶沥青混凝土路面之间，增加一层 6cm8cm 厚嵌锁性沥青碎石垫层,以保证基层强度和路面施工的平整度。（2）将应力吸收层（SAM）改为中间应力吸收层（SAMI） ，采用同步碎石封层车施工，确保应力吸收层施工质量。（3）橡胶沥青路面符合“资源节约，环境友好型社会” ，公路部门应大力推广，并举办相应设计和施工方面的培训。10参考文献：1、王旭东、李美江 橡胶沥青及混凝土应用成套技术 北京人民交通出版社 2008 年 3 月2、沪蓉西高速公路建设指挥部、交通部公路科学院 沪蓉西高速公路橡胶沥青示范工程实施细则 2008 年3、北京市路政局 北京市废胎胶粉沥青及混合料设计施工技术指南 2004 年4、江苏省交通科学研究院 橡胶沥青产品建议技术标准 2005 年11 月
