膠粉改性瀝青知識.doc

1、廢橡膠粉改性瀝青應(yīng)用與設(shè)計作者： 發(fā)布于：2012-6-27 12:35:59 點擊量： 15一、名詞解釋1、膠粉瀝青國際材料與測試協(xié)會標準ASTM D8-88 中定義為采用15%以上橡膠粉粒的瀝青改性材料，在美國一般比例為1822%，橡膠粉粒能全部通過10#篩，180200溫度下至少反應(yīng)45min分鐘；在瀝青與橡膠充分熔脹，同時硫化橡膠粉粒還沒有大面積降解前使用，改性后的膠結(jié)料還能顯著體現(xiàn)硫化橡膠的特性。2、橡膠粉(CRM)指輪胎橡膠經(jīng)過粉碎形成的粉末，用于瀝青改性的材料。3、小汽車輪胎小汽車、敞篷小車和輕型卡車的外直徑小于660毫米的輪胎。4、卡車輪胎 卡車和公交車上用的外徑大于660mm

2、、小于1520mm的輪胎。5、常溫粉碎法將廢橡膠輪胎在室溫下或略高于室溫的環(huán)境下進行粉碎的方法。常溫粉碎法一般能夠產(chǎn)生形狀不規(guī)則的、表面積較大的顆粒，有利于和瀝青的相互作用。6、冷凍粉碎法使用液氮來冷凍廢橡膠輪胎，使得廢輪胎變得易碎，然后用錘磨機來打碎這些冷凍橡膠的方法，這種方法能夠生成表面積較小的光滑顆粒。7、脫硫橡膠粉碎后經(jīng)過加溫加壓，或者摻加軟化劑改變了橡膠材料性質(zhì)。8、稀釋劑輕質(zhì)石油產(chǎn)品，做碎石封層時，在噴灑之前添加到橡膠瀝青中，使橡膠瀝青容易噴灑均勻，在沒有引起橡膠瀝青的性質(zhì)較大改變之前揮發(fā)掉。因為輕質(zhì)成分要揮發(fā)，所以稀釋劑不用于拌制混合料的橡膠瀝青中，也不推薦用于90天內(nèi)鋪筑罩面的

3、夾層中。9、廢輪胎橡膠用過的汽車、卡車或者公交車的輪胎經(jīng)加工得到的橡膠。生產(chǎn)過程中應(yīng)排除不當輪胎料源，如實心輪胎、鏟車輪胎、飛機輪胎和挖土機輪胎以及其他非汽車輪胎，這些材料的成分不適合橡膠瀝青反應(yīng)。10、應(yīng)力吸收層(SAMI)一種碎石封層，用熱橡膠瀝青噴灑在現(xiàn)有的路表面，然后立即撒布單一粒級的封層集料，再進行碾壓，將集料嵌入瀝青膜。其厚度通常介于5到15毫米之間，取決于覆蓋骨料的尺寸。應(yīng)力吸收層是一種表面處治，主要是用于恢復(fù)表層抗滑性能，封住裂縫，形成防水膜來減少表層的水滲入路面結(jié)構(gòu)中。應(yīng)力吸收層可用于路面保存、養(yǎng)護和局部維修。膠粉改性瀝青應(yīng)力吸收層可以有效防止下層開裂的路基或路面的反射裂縫擴

4、展至表面層，對于新建或改建的路面大大延長路面使用性能。11、粘度流體或者半流體抵抗流動的性質(zhì)(剪切力)，是橡膠瀝青現(xiàn)場質(zhì)量控制的指標。二、廢膠粉改性瀝青綜述1、廢膠粉改性瀝青的發(fā)展廢膠粉改性瀝青從19世紀30年代就開始用作接縫填縫料、補丁和薄膜。在19世紀50年代，美國的劉易斯和博恩等進行了大規(guī)模的實驗室研究評估。一些研究成果與雷克斯和帕克合作的“橡膠瀝青材料試驗室研究”一起發(fā)表在1954年10月的“公路”刊物上。1960年三月，在芝加哥舉辦了首屆橡膠瀝青研討會。60年代和70年代，亞利桑那州查爾斯麥克唐納在橡膠和瀝青材料上做了大量的工作，開發(fā)了膠粉瀝青的“濕法”生產(chǎn)(也稱為麥克唐納法)，開始

5、將膠粉改性瀝青用于填補坑洞和表面處冶等，并作為常用養(yǎng)護方法，特別是膠粉瀝青碎石封層作為鳳凰城道路的主要養(yǎng)護方案有效地使用了將近20年，直到交通量過大才改為薄層瀝青混凝土罩面，后來又開發(fā)了膠粉瀝青斷級配混合料成功地替代了碎石封層。1975年加州運輸部開始進行膠粉瀝青碎石封層試驗，取得很好的效果。1980年在加州斯托貝城用“濕法”生產(chǎn)的膠粉瀝青和密級配集料建設(shè)的路面建成，該項目是對一條極差的路面進行緊急維修，采用了路面加筋網(wǎng)和60毫米的密級配瀝青混凝土以恢復(fù)結(jié)構(gòu)承載力，其上為薄層(30mm)橡膠瀝青混合料磨耗層。最早的三個項目都位于在冬天使用輪胎防滑鏈的高海拔的“冰凍區(qū)”，證明膠粉改性瀝青混凝土路

6、面有很好的抗磨耗和抗低溫開裂性能。1983年瑞文多城建成的項目大大推動了應(yīng)用粉膠改性瀝青的進程，因采用瀝青混凝土改造成本太高不能接受，所以采用了薄層橡膠瀝青路面，這個項目設(shè)計了一系列13個試驗段。試驗段一直在進行跟蹤監(jiān)測，清楚地表明薄層膠粉改性瀝青路面性能比普通瀝青好，隨后加州又建造了更多的膠粉改性瀝青路面項目，繼續(xù)研究比其他瀝青路面薄的膠粉改性瀝青路面性能。從1987年以后，加州每年新建一兩個膠粉改性瀝青路面項目，用于作路面表層，既有密級配也有開級配混合料，厚度范圍從開級配最薄24mm到密級配最厚76mm。1992年3月加州運輸部在這些研究項目的基礎(chǔ)上發(fā)布了“橡膠瀝青斷級配混合料設(shè)計指南”，

7、指南介紹了斷級配橡膠瀝青混合料相對于瀝青混凝土在延緩結(jié)構(gòu)裂縫和反射裂縫方面的等價關(guān)系，包括設(shè)置SAMI層和不設(shè)SAMI層的結(jié)構(gòu)。這些等價關(guān)系經(jīng)過證實后，收編在加州運輸部柔性路面改建手冊中，橡膠瀝青斷級配混合料在取代瀝青混凝土時通常采用瀝青混凝土厚度的一半。到了1995年，加州運輸部建成的膠粉改性瀝青路面項目超過100個，加州的市縣建成了超過400個膠粉改性瀝青路面項目。在設(shè)計和施工良好的情況下橡膠瀝青材料能夠表現(xiàn)出良好的性能，橡膠瀝青路面與結(jié)構(gòu)等價的普通路面相比，后續(xù)的損壞發(fā)展緩慢，所以在一些出現(xiàn)早期病害的路面中需要的養(yǎng)護費用大大降低。2、膠粉改性瀝青的使用膠粉改性瀝青可在各種瀝青路面結(jié)構(gòu)中作

8、為膠結(jié)料。對于熱拌混合料，用于斷級配和開級配混合料效果最好，特別是用于薄層表面(60 mm)。最常用的噴灑方法是碎石封層，也稱為應(yīng)力吸收層，碎石封層主要用于養(yǎng)護和路面保存。膠粉瀝青碎石封層也可以作為夾層使用，上面再用混合料罩面。適用普通瀝青混凝土和表處的地方都能用膠粉改性瀝青，而且抗裂性能、抗疲勞性能比普通瀝青更好。在舊水泥路面或者舊瀝青路面上做膠粉改性瀝青薄層罩面效果更突出。斷級配橡膠瀝青混合料相對于普通瀝青混凝土在延緩結(jié)構(gòu)裂縫和反射裂縫方面有一定的等價關(guān)系，允許用一半厚度的斷級配橡膠瀝青混合料代替普通瀝青混凝土。厚度減薄使得斷級配橡膠瀝青混合料可以用于垂直空間受限制的地方。溫度對于橡膠瀝青

9、混合料的壓實很重要，因為橡膠瀝青比普通瀝青粘稠，一般需要較高的攤鋪和壓實溫度。因為橡膠瀝青斷級配混合料一般用于鋪筑薄層罩面，環(huán)境溫度、下承層表面溫度、風速對壓實過程中罩面的溫度有很大的影響，所以橡膠瀝青攤鋪應(yīng)選擇良好天氣、干燥的環(huán)境，盡量避免在早春或者晚秋季節(jié)，另外雨天、環(huán)境溫度或地表溫度50mm厚)比薄層更容易壓實，壓實層厚應(yīng)至少是集料最大粒徑的兩倍，或者是集料最大公稱粒徑的三倍。否則就可能會出現(xiàn)壓實問題，因為石料容易堆疊，容易卡在熨平板下在鋪面上拖劃。如果石料堆疊，在壓路機通過時就會錯動或者壓碎。鋪筑橡膠瀝青混合料時，最重要的是初壓要緊跟攤鋪機，在混合料溫度較高時振動碾壓，達到95%的壓實

10、度。攤鋪過程中混合料和現(xiàn)場情況影響到需要的振動遍數(shù)的變化，根據(jù)溫度和風速調(diào)整預(yù)先設(shè)定的碾壓遍數(shù)。所以，明智的方法是采用兩臺壓路機緊跟攤鋪機初壓，以達到充分壓實。復(fù)壓對于橡膠瀝青混合料密度增長貢獻較小。5.3試驗段和壓實工藝：美國規(guī)范普通瀝青要求鋪筑厚度60mm的試驗段，以便設(shè)備和壓實工藝得到工程師認可，試驗段壓實度應(yīng)能達到設(shè)計值的95%以上，但60mm是橡膠瀝青厚度的上限，所以對于橡膠瀝青不能安該要求，雖然可能很有用。建議采用較薄層的橡膠瀝青試驗段，以確定達到恰當?shù)默F(xiàn)場壓實密度所需要的壓實功，如果要用60mm，橡膠瀝青斷級配混合料的溫度就要調(diào)整。在試驗段壓實過程中，承包人和業(yè)主代表應(yīng)在試驗段上

11、建立核子密度儀的關(guān)系。通過核子密度得到鋪筑過程質(zhì)量控制的準確數(shù)據(jù)。6、碎石封層施工碎石封層對于施工操作和現(xiàn)場狀況特別敏感，包括氣溫、碎石溫度、下承層溫度。橡膠瀝青碎石封層與普通瀝青碎石封層施工只有少量差異，主要差異是橡膠瀝青膜較厚，碎石要大些，不能被瀝青膜“吞掉”，另一個差異是因為有橡膠顆粒存在，噴嘴很容易堵塞，采用適當大小的噴嘴可以解決這個問題。不論是橡膠瀝青還是普通瀝青，溫度對于碎石封層施工都特別關(guān)鍵，清潔的或者預(yù)裹的(更好)熱碎石也很關(guān)鍵，在橡膠瀝青膜還熱的時候，碎石就要嵌進去、粘附住。6.1 碎石封層設(shè)備：帶有排氣罩的灑布車碎石撒布機碎石運輸車膠輪壓路機，由于碎石封層表面是集料，采用膠

12、輪壓路機可使集料嵌入，揉搓在一起。?手工工具(掃帚、鏟子等).動力掃帚噴灑磨耗層的灑布車(一般用稀釋的乳化瀝青)6.2橡膠瀝青噴灑：灑布車要適當?shù)卣{(diào)整和操作，在路面上均勻地灑布適量的橡膠瀝青。噴灑粘層時應(yīng)灑開，搭接。噴嘴大小、間距、相對于灑布桿的角度決定了灑布桿的高度。噴灑出現(xiàn)條帶可能是橡膠瀝青溫度太低、粘度過高、或者灑布桿過低。灑布均勻情況、噴嘴情況要有人監(jiān)控，灑布桿上方要設(shè)排氣罩以保護監(jiān)控人員。一般要求的灑布量為2.5 3.0L/m2，駐地工程師決定準確的灑布量。為了保證整個噴灑均勻，應(yīng)在紙上開始和結(jié)束(油紙或者防水油氈)，適當調(diào)整噴灑寬度，以便縱縫(搭接線)不在輪跡上，而是在行車道中間或

13、者邊緣。每次灑布后應(yīng)檢測距離、寬度、橡膠瀝青總量，以檢驗單位灑布量。6.3碎石撒布橡膠瀝青噴灑后，應(yīng)立即撒熱的預(yù)裹碎石，碎石撒布機應(yīng)接著跟上，最大距離2030米，橡膠瀝青應(yīng)處于流動狀態(tài)，碎石才能嵌入瀝青，最好能嵌入碎石高度的5070%。標準的碎石撒布量為1522 kg/m2，準確值由工程師確定?？ㄜ噾?yīng)倒入撒布機料斗，不應(yīng)該壓到暴露的橡膠瀝青膜上，碎石卡車的速度、載重應(yīng)受到限制，以防損壞新做的封層，盡量少在新封層上轉(zhuǎn)彎。要控制碎石撒布機的速度，避免輪子壓到正在撒布的位置，注意集料供應(yīng)控制，保證整個箱子均勻撒布，如果某些部位多撒了集料，應(yīng)將這些集料撒在周圍路上或者收起來，多撒碎石會妨礙碎石嵌入和粘

14、結(jié)，以后還會引起碎石散失，碎石覆蓋不足的地方(覆蓋85%的瀝青膜面積是理想目標)一般用手工再加些集料。6.4橡膠瀝青碎石封層的碾壓：一般采用膠輪壓路機進行碎石封層的碾壓，因為膠輪的搓揉作用能增進集料嵌入，輪胎不會越過不規(guī)則的表面和凹陷部位，但是鋼輪會出現(xiàn)這種情況。在輪胎周圍加上裙子，有助于輪胎保持較高溫度，利于碾壓。碎石封層的碾壓使碎石就位、嵌入瀝青(平面向下)，壓路機應(yīng)采用慢速，每小時大約610公里，這樣碎石能就位而不是推移，壓路機數(shù)量決定于施工速度，碎石就位需要壓24遍。6.5清掃：清掃應(yīng)在碎石封層完成后進行，從新的封層上除去多余的碎石，減少飛石。撒鋪完成后不久一般30分鐘之內(nèi)就能清掃。最

15、理想的是在一天中涼爽的時段用動力旋轉(zhuǎn)掃帚掃除。6.6磨耗層：磨耗層包括在新的碎石封層上噴灑霧化封層，然后再撒些砂。霧化封層灑在碎石封層上，保留住封層集料，形成更一致的外觀，霧化封層不能用于橡膠瀝青應(yīng)力吸收中間層上，因為其上還要罩面，霧化封層一般采用CSS-1、CSS-1h或者CQS-1乳化瀝青，外加50%的水稀釋，橡膠瀝青碎石封層上標準用量是0.140.27 L/m2 或者由工程師確定。霧化封層之后馬上撒砂層，防止車輪粘起材料或者形成印跡，砂必須干凈(沒有泥和有機物)，單層撒布用量約為12 kg/m2，或者由工程師確定。6.7交通控制：需要采取一些交通控制措施，使初期的車速控制在每小時40公里

16、以下，用人指揮或者信號都有用，但是最有效的方法是用引領(lǐng)車，引領(lǐng)車的主要作用是控制通過碎石封層的車輛速度，車輛通行能夠進一步地對碎石封層碾壓和搓揉。序號優(yōu)點缺點1有較高粘度，混合料油膜較厚而不會析漏或泛油溫度要求更嚴，同時由于斷級配混合料集料結(jié)構(gòu)較粗，石料與石料接觸，難以壓實2在高溫下有較大的彈性恢復(fù)性能有產(chǎn)生一些較難聞氣味和空氣質(zhì)量問題3提高耐久性由于級配較粗、膠結(jié)料較稠，膠粉瀝青混合料很難進行手工作業(yè)4提高路面對裂縫發(fā)生、疲勞裂縫?反射裂縫抵抗能力生產(chǎn)后超過6小時未用，有可能使粘度不能滿足要求而不能使用，需另加膠粉5降低溫度敏感性對于碎石封層，可能需預(yù)先加熱集料或預(yù)裹6膠結(jié)料含量高、油膜厚、

17、輪胎橡膠中含有抗氧化劑，從而?提高抗老化、抗氧化能力7提高抗車轍?永久變形?能力8更低的路面養(yǎng)護費用9因為層厚減薄?，縮短施工時間10因為瀝青膜較普通瀝青厚，碎石封層中碎石粘結(jié)更牢固11使用廢料，節(jié)約了能源和自然資源12橡膠中的炭黑能夠使路面長期保持黑色，與標線對比度高，提高了安全性4、使用費用比較膠粉改性瀝青材料成本中廢輪胎膠粉約占20%的含量，而膠粉價格僅為基質(zhì)的一半，與SBS相比，其價格僅為SBS的十分之一，因此膠粉改性瀝青成本遠遠低于其它瀝青，價格比SBS改性瀝青低約20%。實踐證明，用3060 mm薄層斷級配或者開級配表面罩面是膠粉改性瀝青最經(jīng)濟實用的方法之一，特別是重交通下路面損壞

18、較嚴重但結(jié)構(gòu)完整性較好的路面，膠粉改性瀝青是改建這種路面最有用的方式。很多情況下，橡膠瀝青薄層罩面可減薄至其它瀝青路面一半厚度，最小可達到30mm，使初期建設(shè)費用大大降低，鋪設(shè)100公里路面，若中上面層全部采用膠粉改性瀝青，可節(jié)約投資約2500萬元。而且路面養(yǎng)護費用減少、壽命延長，更進一步提高了經(jīng)濟效益。5、環(huán)境保護5.1 減輕輪胎堆放壓力，節(jié)約石油資源。將產(chǎn)生的廢輪胎進行第二次應(yīng)用，而不是放到廢輪胎堆場上，據(jù)估算，橡膠瀝青斷級配混合料每25mm厚度每車道公里用掉大約620個輪胎，或者說每噸斷級配混合料消耗大約2個輪胎。100公里的膠粉改性瀝青路面約可消耗掉75萬條廢棄輪胎，節(jié)約瀝青4000噸

19、。是根冶“黑色污染”最有效的方法。5.2 廢舊輪胎增值應(yīng)用。較早的處理廢輪胎的方法是將廢輪胎作為燃料燃燒，雖然能夠節(jié)省其他能源，但是橡膠的價值消失了，燃燒產(chǎn)生的灰燼廢物還是個問題，而且產(chǎn)生的煙塵嚴重影響空氣質(zhì)量。用橡膠瀝青鋪筑路面提供了一種利用最有效的增值方法，橡膠增強了路面全壽命的性能，可延長公路壽命5-10年。5.3降低噪音。降低交通噪音是應(yīng)用橡膠瀝青材料的另一個重要優(yōu)點，在歐洲(比利時,法國,德國,奧地利,荷蘭)、加拿大和美國都有記載，可以達到4088%，不僅包括膠粉瀝青開級配也包括斷級配。美國環(huán)境評價部門和專門研究噪音控制的機構(gòu)對橡膠瀝青路面進行研究得出，橡膠瀝青路面能夠保持降噪效果六

20、年，而普通路面只能保持四年。6、膠粉改性瀝青使用中的健康問題：6.1 由于膠粉改性瀝青和混合料生產(chǎn)溫度較高，有時生產(chǎn)時還添加芳烴油類，膠粉改性瀝青生產(chǎn)和施工中可能會生成一些揮發(fā)物，因為人們很自然地認為強烈的氣味意味著危險，所以會引起對于揮發(fā)物的擔憂。美國多個洲對膠粉瀝青混合料生產(chǎn)過程中進行過拌和站“排煙測試”，結(jié)果顯示在膠粉瀝青混合料生產(chǎn)過程中測到的揮發(fā)物與普通瀝青一樣，有害物含量和煙塵含量低于美國環(huán)保署EPA的AP-42普通瀝青混合料拌合站揮發(fā)物因素要求。有些情況下，由于采用添加劑等油分，會引起油煙較多。另外，提高拌和溫度也會加重揮發(fā)，拌合站和改性瀝青生產(chǎn)廠的揮發(fā)現(xiàn)象更多地受到溫度、燃燒器燃

21、料和基質(zhì)瀝青等因素影響，受膠粉影響較少。膠粉本身并不含有對健康有害的化學物質(zhì)，它主要由各種類型的橡膠和其他碳氫化合物、炭黑、油、和惰性填料，膠粉中的大部分化學物質(zhì)在瀝青中也有，只是比例可能不一樣。6.2 皮膚接觸影響。南非較早就已開始大量使用膠粉瀝青，曾于1989年開始作過一個為期兩年半的研究，以評價膠粉瀝青混合料對攤鋪工人的影響，那時的攤鋪設(shè)備上沒有通風設(shè)施和過濾裝置，這項研究監(jiān)控了混合料攤鋪和瀝青灑布過程中直接接觸煙氣的施工工人，結(jié)果研究表明“應(yīng)用橡膠瀝青可能引起的危險幾乎沒有”，“橡膠瀝青揮發(fā)物與普通瀝青揮發(fā)物沒有什么不同”。美國國家職業(yè)安全與健康研究院與聯(lián)邦公路局合作進行職業(yè)接觸潛在健

22、康影響的評價，評估橡膠瀝青混合料與普通瀝青混合料相比可能的差異，評價在七個路面項目上進行，時間從1994到1997年。報告顯示拌合溫度的提高是影響揮發(fā)量增加的主要因素，而不是膠粉。報告并不建議修改1977年NIOSH標準，這些標準可以從NIOSH和OSHA網(wǎng)站上獲取。三、橡膠瀝青產(chǎn)品設(shè)計、選擇和應(yīng)用1、膠粉瀝青生產(chǎn)膠粉改性瀝青中膠粉含量我國目前還沒有統(tǒng)一規(guī)定，美國加洲特別條款要求膠粉含量要達到成品總重量的202%，膠粉必須含有252%富含天然橡膠的膠粉和752%廢輪胎膠粉，并須符合規(guī)定的物理化學要求，包括粒度、纖維含量和金屬絲含量。芳香油和富含天然膠的膠粉用于增強橡膠和瀝青的相互反應(yīng)，芳香油作為膠粉和瀝青的相容劑，使橡膠顆粒膨脹，幫助膠粉顆粒分散在瀝青中。富含天然膠的膠粉能夠在碎石封層中減少碎石散失，采用天然橡膠粉能夠提高集料與橡膠瀝青膜的結(jié)合。最重要的一點是要理解僅僅將任意選取的符合規(guī)范的瀝青、膠粉和添加油按比例混合在一起未必能夠產(chǎn)生符合規(guī)范的膠粉改性瀝青。膠粉改性瀝青性質(zhì)取決于瀝青、膠粉、添加劑的材料性能、相容性和相對比例，也取決于反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間。膠粉瀝青生產(chǎn)第一步是得到要用的基質(zhì)瀝