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摘要:自改革开放以来,经济的发展带动了各项技术的提升,我国作为交通强国,沥青路面自然是最为普遍和常见的。经过多年的实践经验与课题研究,我国在沥青路面技术方面获得了巨大提升,橡胶粉作为一种改性复合添加剂,用于沥青路面中可以使路面的各项机理获得大幅度提升,但由于添加橡胶粉后的改性沥青组成及结构非常复杂,影响因素太多,所以此次研究对我国高速公路建设意义重大。
关键词:胶粉改性沥青混合料;抗结冰性;反射裂缝;社会经济效益
1引言
苏张高速苏化公路乌市段主线全长36.926km;全线根据业内标准,采用标准化施工,化德东连接线全长7.73km,采用一级路建设标准,水泥稳定级配碎石底基层124.73万㎡,水泥稳定级配碎石基层127.93万㎡,沥青上、中、下面层329.44万㎡,交通运输部全面推行现代工程管理,以人为本、专业化、精细化的发展 ,加强工程质量和施工安全监管,大力推行实施专业化管理、标准化设计、信息化监管,从而提高项目施工整体形象,实现质量溯源,打造品质工程。
2背景材料
在我国已建成的高速道路中,沥青路面高达百分之90以上,随着行车压力的激增,沥青路面出现了各种破坏,如坑洞、泛油、车辙拥包,每年需要维修保养的费用高达上
亿元,如此庞大的数据让我们深思,如何研制更加高效能的沥青路面,如何让沥青路面使用时间更长,耐久性能更好。经过长期的调查和研究,在改善沥青路面高低温性能的多种方案中,改性沥青脱颖而出。
近几年来,改性沥青得到了广泛应用,综合可持续发展与环保问题,以及对废弃材料的合理利用,经过多种复合材料实验,胶粉改性沥青符合所有要求。
3胶粉改性沥青混合料
胶粉改性沥青作为新型沥青材料,虽然研发的施工方法很多,但最为常用的就是干法和湿法。干法是在干拌时,先将胶粉加入干拌锅搅拌,再加入热沥青搅拌,充分搅拌均匀,形成胶粉改性沥青混合料。湿法是指沥青拌和时把废橡胶粉加入到拌锅中,充分搅拌2小时以上加工成改性沥青。干法制成的改性沥青只适用于摊铺公路的下面层和中面层,不适用于公路的上面层。而湿法就截然不同,在温度效应方面反应较为强烈,适用于公路上面层的改性道路沥青混凝土施工。因此在实际应用中,湿法比干法更为实用。在湿法加工中,除了将废橡胶粉与沥青进行机械混合外,还要通过胶体磨、高速剪切乳化机进行加工,充分粉碎废橡胶粉,使得橡胶粉与沥青之间充分的融合,达到更好的改性效果。原材料进行检测,试验仪器设备配套,试样制作,胶粉参量对改性沥青性能的影响研究,随着胶粉参量的增加,改性沥青的各项技术指标均发生变化。
在断级配和开级配中,热拌混合料效果最好,特别是用于表面层,厚度小于等于6cm,喷洒方法与碎石封层相似,适用普通沥青混凝土和表处的地方都能用胶粉改性沥青,经过改性以后的沥青混合料,比普通沥青混合料抗裂性能、抗疲劳性能强,粘度更大,不过在施工过程中,对摊铺温度和压实温度的要求更高,在摊铺时,应选择晴朗天气、潮湿环境不易施工,所有施工尽量避免在早春或晚秋季节施工,施工现场距离拌和站距离较远时,不能确保沥青混合料摊铺及碾压温度时,这种情况不适宜用胶粉改性沥青,应考虑优化场站位置,缩短沥青混合料的运距,确保现场混合料的摊铺、碾压温度满足规范要求。
4抗结冰性改性剂原理
抗结冰沥青混合料是在普通沥青混合料中掺和抗结冰剂,达到自动融雪的目的,其主要成分包括沥青、纤维稳定剂、集料、矿粉以及抗结冰改性剂。抗结冰沥青混凝土通过改性剂的缓释释放达到除冰的目的,添加改性剂的沥青混凝土路用性能并不发生改变。本文依托苏张高速公路乌市段施工的抗结冰沥青路面为研究依据,通过室内试验(浸水)马歇尔稳定度、冻融劈裂、车辙试验,室外试验通过制动法测路面刹车距离试验、摆式仪测路面抗滑值等进行抗结冰路面路用性能的验证。
所谓抗结冰沥青路面,其实是指常规沥青混合料中加入了抗结冰改性剂,形成具有抑制冻结效果的路面。其有效抗结冰成分为盐化物,通过盐化物主动析出达到自动融雪化冰的目的。在气温降低时,添加在沥青混凝土中的盐化物开始起作用,在冻雨或降雪时,盐化物的有效成分溶出,经过离子交换作用释放热量,降低了冰点。使冰在较低的温度下融化以便于清除。
5反射裂缝
沥青的组成包括四大部分,饱和分、芳香分、沥青质和胶质,其中饱和分和芳香分含量与相容性密切相关。从分子结构上讲,沥青与胶粉之间存在相对差异,在热力学中属于不相容体系,即使采用了剪切搅拌等机械方法将其混合,在热力学中也是属于不稳定体系,多方专家各自持有不同意见,有人认为橡胶粉改性过的沥青只有相融才能发挥更大作用,经过充分研磨的橡胶粉即使分布在沥青中,也达不到完全结合。也有人说,在橡胶共混改性沥青中,橡胶硫化对储存稳定性的改善不大。经过胶粉改性后的沥青针入度明显减小,软化点得到提高,黏度增大,高温稳定性提高,由此可知在夏天行车中,路面车辙、推挤的现象将大幅度减少。温度敏感性降低。低温状态下沥青会受温度影响变脆,从而发生应力开裂; 高温状态下沥青会受温度影响变软,从而发生变形。沥青加入胶粉后感温性得到改善,抗流动性提高,抗变形能力提高,低温性能得到改善,增加了沥青的柔韧性。此外还有黏附性增强,噪声污染降低,增加车辆轮胎与路面的抓着性等优点。
6经济效益
由于胶粉改性沥青添加的是废旧轮胎研磨料,大大减轻轮胎堆放压力,节约了石油资源。早期我国处理废旧轮胎的方法是将废轮胎作为燃料燃烧,虽然能够节省其他能源,燃烧产生的灰烬废物、产生的烟尘严重影响空气质量。胶粉改性沥青断级配混合料每25mm厚度每车道每公里用掉620个轮胎,100公里的胶粉改性沥青路面约可消耗75万条飞起轮胎,节约沥青4000吨,是根治黑色污染的最有效方法。
7社会效益
废旧轮胎处理一直是环境治理的一大难题,将废旧轮胎研磨为胶粉加入到沥青,减少了能源消耗,废物得到了利用,不污染环境,同时新型改性沥青的使用,带给我们的除了施工的便利,节省成本之外,对路面的使用寿命也有了大幅度延长,维修次数减少,间接的节省了国家财政支出,社会效益显著。胶粉作为新型材料,比其他外加剂拥有更好的高温稳定性和低温抗裂性,施工工艺简单。本文对胶粉改性沥青降低路面开裂及提高抗结冰性技术研究,通过对废胶粉改性沥青性能的研究来探求减少其建设成本和改善其路用性能的手段,与此同时,还能从根本上很大程度上解决废旧轮胎造成的环境问题。
8技术效益
经过了多年的试验积累,改性沥青的技术逐步成熟,本次胶粉改性沥青的研究,为沥青路面开裂及提高抗结冰性技术提供了重要依据,奠定了优质路面施工的基础。
9结论
经过了胶粉改性沥青的研究与使用,沥青路面施工质量大幅提升,反射裂缝明显减少,并达到了废物利用,促进了可持续绿色发展。
参考文献
[1]陈钏.废轮胎胶粉改性沥青应用的探讨[J].中国新产品新技术,2010
[2]肖敏敏.废胶粉改性沥青性能及机理研究[D].南京航空航天大学,2005