2.公路建设与养护技术、材料及装备行业研发中心 成都 611130
3.四川省路面结构材料及养护工程实验室 成都 611130
摘要：为在成都市政道路中积极推广橡胶沥青路面，依托生物城一、二期路面工程，首先对橡胶沥青ARAC-13混合料配合比、路用性能进行了研究，结果表明其具有较好的高、低温性能与抗水损性能；其次对橡胶沥青的加工与储存、橡胶沥青混合料施工的各个关键环节提出了控制要点；最后对橡胶沥青路面的社会经济效益进行了分析，认为使用橡胶沥青路面不仅节省工程造价，还能有效消除“黑色污染”，具有较大的推广价值。
关键词：橡胶沥青；ARAC-13；配合比设计；路用性能；加工与储存，控制要点
20世纪40年代，美国橡胶回收公司采用干法工艺生产了最早的橡胶沥青混合料，20世纪60年代，Charles MacDonald首次采用湿法工艺生产了橡胶沥青混合料,此后不久，橡胶沥青开始用于公路建设，并最早在美国修建了试验路[1]。20世纪80年代末，在美国亚利桑那州成功将橡胶沥青应用于间断级配，标志着橡胶沥青路用技术走向成熟[1]。
我国对于橡胶沥青技术的研究起步较晚，直至20世纪80年代才开展了少量的试验室研究，受限于当时的生产条件，并未大面积推广应用。直至2000年以后，全国范围内才展开大规模的应用研究，先后在四川、北京、辽宁等地铺筑试验路段[2]。其中，2006年在四川宜宾蜀南竹海景区铺筑了当时国内建设里程最长（25.1km），铺筑面积最大（186000m2），建设效果最好的橡胶沥青ARAC-13路面。
橡胶沥青是将一定量的废旧橡胶粉，投入到加热的基质沥青中，经充分搅拌发育后得到的一种具有改性沥青特性的结合料。橡胶沥青路面具有以下特点：有更好的低温抗开裂性能，并可以延缓反射裂缝的发展，防止水过早进入路面，提高了路面的使用寿命；冬季路面不易结冰，提高了车辆行驶的安全性；可以降低噪音50%～70%，提高了城市道路行驶的舒适性；利用废旧橡胶粉替代价格昂贵的SBS改性剂，节省了工程造价；大规模的使用橡胶沥青，可以消耗大量的废旧汽车轮胎，充分利用资源，变废为宝，一定程度上解决环保问题[2~4]。
成都自2004年引入橡胶沥青技术以来，已在多条道路上铺筑了橡胶沥青路面，初期使用效果良好，但铺筑1～3年后，路面逐渐出现了较多的以泛油、推移、拥抱、车辙、剥落、反射裂缝为主的早期病害，主要原因有以下几方面：一是橡胶沥青生产质量不稳定；二是按一般沥青混合料的级配进行橡胶沥青混合料的配合比设计；三是粗放式的生产管理，没有对橡胶沥青储存、混合料生产以及施工过程中各关键环节控制到位；四是对原路面病害处理不彻底。为此，本文以成都天府国际生物城一、二期路面工程为依托，通过橡胶沥青路面实体工程找出合理的配合比设计、关键控制因素，以防止橡胶沥青路面早期病害的发生。
成都天府国际生物城位于成都市双流区的西南部，占地面积44平方公里，目前启动的道路工程共有两期，均为新建或改扩建，路面总面积达18万平米，设计路面结构均为4cm橡胶沥青ARAC-13+6cm普通沥青AC-20+6cm普通沥青AC-20，其中表面层全部使用橡胶沥青。通过该项目探究橡胶沥青的配合比设计、路用性能、施工工艺控制要点等，为生物城后续道路建设，乃至成都其它市政道路橡胶沥青路面的应用提供基础。
1原材料
1.1橡胶沥青
根据成都的气候特点，本项目橡胶沥青采用70#金陵石化沥青作为基质沥青，选择四川金摩尔生产的30～40目橡胶粉作为改性剂，橡胶粉的掺量为20%±2%，进行剪切发育制备而成；本研究同时采用SBS改性沥青混合料进行对比分析。橡胶沥青和SBS改性沥青的各项检测结果见表1。
表1 沥青检测结果
2配合比设计
2.1级配设计
考虑到本项目周边处于大规模建设初期，重载车辆多，对路面的抗车辙能力要求高，选择抗车辙能力较强的ARAC-13间断级配。根据提供的级配范围，初选三组级配，最终选定的混合料级配见表3。
表3橡胶沥青ARAC-13混合料级配
注：最大理论相对密度采用计算法，毛体积相对密度采用表干法实测。
根据马歇尔试验结果，确定的最佳油石比为7.2%，对应空隙率为4.0%,矿料间隙率为18.4%。
2.3橡胶沥青混合料路用性能研究
采用相同集料、填料条件下使用SBS改性沥青（检测结果见表1）进行SMA-13、AC-13混合料（矿料级配见表4）设计，在采用基本相同的空隙条件下，与橡胶沥青ARAC-13混合料进行路用性能比较。三种沥青混合料性能检测结果见表6。
表6沥青混合料性能检测结果
从表6可知：设计的橡胶沥青ARAC-13混合料具有较好的高、低温性能与抗水损性能，其高温性能与SBS改性沥青AC-13混合料相当，稍逊于SMA-13混合料，低温性能则要明显好于其它两种SBS改性沥青混合料，抗水损性能与其它两种混合料相当。
3施工工艺与质量控制
3.1橡胶沥青的加工与储存
根据施工计划进行橡胶沥青的批量化生产，检测合格后应及时发往沥青拌和站，遇到下雨或交通管制不能进行施工时，需提前停止橡胶沥青的生产。橡胶沥青的储存时间一般不超过48h，长时间高温储存过程中橡胶沥青内部会发生裂解反应，导致沥青粘度降低，使用前需对沥青进行检测。拌合站的沥青储存罐为立式时，因其加热效率低，储存橡胶沥青时仅能起到保温作用，要求橡胶沥青装车时的温度必须大于180℃，卸入立式储存罐的橡胶沥青须在当天被完全使用。
3.2橡胶沥青混合料的生产
1）采用间歇式4000型拌合楼，每盘混合料设置3t，考虑到橡胶沥青粘度大，为确保沥青与矿料充分拌合均匀，需要延长拌合时间，时间设定为：干拌5s，添加沥青14s，湿拌42s，放料与开关拌缸门时间12s，一个生产周期为73s。
2）开机生产橡胶沥青混合料时，因沥青储存罐至拌合楼沥青称的管道中约有200kg其它沥青，需要将生产的前2～3盘混合料先放置在干净的铲车斗，观察混合料色泽是否正常，混合料明显发亮，骨料间粘聚力差的混合料应予废弃。
3）生产过程中，需要随时关注混合料的均匀性，并对每车混合料的温度进行检测；混合料生产完以后，或需要长时间停机时，需用普通沥青对管道进行及时清洗。
4）为确保连续生产与橡胶沥青混合料的质量稳定，应严格控制生产过程中各个环节的温度（见表7）。
表7拌合温度参数（℃）
3.3橡胶沥青混合料的运输
橡胶沥青混合料沥青用量高、粘度大，骨料间粘聚力好，运料车装料前需清洁货厢，并在货厢内壁喷洒隔离剂；装料时，从前往后慢慢移动车辆，一次装满，以减少混合料的温度离析；运料车运输过程中，用完整无损的双层蓬布覆盖，卸料过程中继续覆盖，直到卸料结束后方可取走，以最大限度减少混合料的温度损失和老化。
3.4橡胶沥青混合料的现场摊铺与碾压
不得在气温低于10℃，以及雨天、路面潮湿的情况下施工，同时，摊铺、碾压过程中应注意“五个度”的控制：
摊铺、碾压的温度控制；
摊铺机、压路机的速度控制；
摊铺厚度的控制；
压实度的控制；
平整度的控制。
摊铺使用福格勒1900-3L摊铺机，至少提前1h加热熨平板，摊铺前熨平板的温度不低于110℃，起步时由于机体较凉，容易出现拉痕，应加大夯锤，放缓摊铺速度，宜控制在1m/min，待摊铺稳定后，现场摊铺速度控制在每分钟1.5m～3m。
压实使用5台10t以上悍马双钢轮压路机（振幅和频率可根据需要调整），初压使用2台前静后振压实2遍，复压使用2台振动压实4遍，终压使用1台静压1遍。
待压实完成12h后，方可允许施工车辆通行。
3.5路面现场检测
在试验段上面层橡胶沥青ARAC-13施工完后，对路面压实度、渗水、构造深度、平整度四个指标进行了检测，以检验混合料及施工工艺能否满足设计要求，检测结果见表8。
现场检测结果表明：试验段的橡胶沥青ARAC-13混合料性能满足相关技术要求，路面状况良好，剩余路段可按照试验段的配合比及施工工艺进行施工。
4橡胶沥青路面的社会经济效益分析
在采用相同集料、填料、拌合工艺及混合料空隙率条件下，计算橡胶沥青ARAC-13、SBS改性沥青SMA-13、SBS改性沥青AC-13混合料的出厂价格（见表9），发现采用橡胶沥青ARAC-13混合料比SBS改性沥青SMA-13降低13元/t，比SBS改性沥青AC-13贵49元/t。
本项目共使用橡胶沥青ARAC-13混合料18000吨，生产控制油石比为7.1%，使用橡胶沥青1193吨，按平均20%橡胶粉掺量计算，共使用橡胶粉239吨，平均每平米橡胶沥青路面（4cm厚）使用1.3kg橡胶粉。经调查，本项目使用橡胶粉的生产厂家收购的废旧载重轮胎质量一般在47kg-83kg每条，其中每条载重轮胎的胶粉产量约占其质量的2/3，平均每条载重轮胎质量按65kg计，本项目消耗废旧载重轮胎5500余条。
综上，使用橡胶沥青路面比使用SBS改性沥青具有一定的成本优势，同时，通过将废旧载重轮胎用于路面施工，不仅改善了路面性能，更有效的减少了“黑色”污染，对社会的可持续发展具有重要意义。
表9混合料出厂价格
5结语
本研究依托成都天府国际生物城一、二期路面工程，对橡胶沥青混合料的配合比、路用性能、施工工艺及社会经济效益进行了研究，得出以下结论：
（1）与成都市常用的SBS改性沥青SMA-13、AC-13混合料相比，橡胶沥青混合料ARAC-13具有较好的高、低温性能与抗水损性能，其整体路用性能优于SBS改性沥青AC-13混合料，与SBS改性沥青SMA-13混合料相当。
（2）提出了橡胶沥青加工与储存、橡胶沥青混合料的生产、运输、摊铺及碾压过程中的控制要点，为后续橡胶沥青路面施工提供了宝贵的经验。
（3）橡胶沥青路面比成都市政道路建设中常用的SBS改性沥青路面具有一定的成本优势，同时，使用橡胶沥青路面可消耗大量废旧汽车轮胎，是消除“黑色污染”的有效途径之一，具有较大的推广价值。
参考文献：
[1]孙大权,金福根,徐晓亮,吕伟民.橡胶沥青路面湿法和干法技术研究进展[J].石油沥青,2008,22(6): 1～5.
[2]白国涛.橡胶沥青技术概述[J].北方交通,2018,(9):14～17.
[3]谭忆秋,周纯秀.橡胶颗粒路面抑制路面结冰技术[M].北京:科学出版社,2012.
[4]孟琳.橡胶沥青应用的若干问题研究[J].西安文理学院学报:自然科学版,2011,14(1): 70～72.
论文作者:孟良1,2,3,王海朋1,2,3,张凌波1,2,3,周
论文发表刊物:《防护工程》2019年第4期
论文发表时间:2019/5/28
标签：沥青论文; 橡胶论文; 路面论文; 性能论文; 沥青路面论文; 成都论文; 改性沥青论文; 《防护工程》2019年第4期论文;