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橡胶沥青在道路工程中的应用综述

文章出处:未知人气:发表时间:2022-01-26 11:21
摘 要
 
橡胶沥青由于其优异的环保性能,降噪效果和路面性能而广泛应用于美国、南非等国家。中国的一些省市也对橡胶沥青的路用性能进行了大量的研究,同时进行了试验路的铺筑。国内外的工程实践表明:废旧轮胎橡胶粉对基质沥青的改性有显著影响。鉴于环保稳定型橡胶沥青有着优越的路面使用性能和存储稳定性,对促进橡胶沥青在沥青路面中的应用起到了积极的作用。
 

关键词
 
橡胶沥青 | 发展历程 | 制备工艺 | 制备原理 | 环保稳定型
 
轮胎是一种难以降解的聚合物材料,若采用露天堆放,必然会污染土壤,影响植被生长,同时夏季易产生蚊虫病害及火灾隐患。若采用燃烧处理,必将产生大量废气污染,降低附近空气质量,影响人民生活水平的同时造成大量资源浪费。


随着中国汽车社会的到来,截至2010年底,中国旧轮胎数量已突破2.2亿条,并以每年13%的速度增加。从2001年9月开始,国家领导人就废旧轮胎的回收做出了八次重要指示,并颁布《废轮胎回收管理条例》。


发达国家生产的橡胶粉用于改性沥青已经有多年历史。美国使用橡胶改性沥青铺设沥青路面已近30年。继美国之后,英国,法国,加拿大,德国和韩国也相继颁布立法,开始大面积铺设橡胶改性沥青路面。

 
随着我国基建的不断扩张,可用资源逐渐减少,环保压力逐年增大,废旧资源的合理再利用成为了当今工程建设中的主流方向之一。橡胶沥青的出现,将废旧轮胎变废为宝,减小了环保压力,同时提高了路用性能。采用特殊工艺制成的环保稳定型橡胶沥青,优化了橡胶沥青在沥青路面施工过程中应用的缺点,具有更高的推广价值。

 
2002年,交通部将橡胶粉改性沥青的研发任务列入了西部交通建设科技项目,先后在河北,广东,山东,四川,贵州等地进行了几十条试验路的施工。天津市公路局于2003年开始在城市道路建设上使用橡胶粉改性沥青,其在1998年铺筑的宁汉大桥试验路至今状况良好。

 
2007年06月,交通部将“废旧橡胶粉筑路应用技术”作为六大重点研究和推广应用之一,计划实施60km示范工程,编制橡胶沥青路面设计、施工技术指南,举办技术交流会,制作技术宣传片,以促进材料节约、环保、循环利用的有效推广和应用,并取得示范效果。

 
2009年底,沪蓉高速公路采用的橡胶粉改性沥青路面被交通部评选为资源节约型和环境友好型示范项目,总应用里程为22km。

 
忻阜高速公路于2010年9月30日开通,作为交通运输部的橡胶沥青科技示范项目之一,全段废旧轮胎橡胶粉改性沥青应用达80多km,共使用约60万条废旧轮胎,示范工程实施效果显著。

 
2014年12月份经过拓宽改造的京港澳高速河北段实现通车,该项目作为交通运输部绿色科技示范工程,在建设过程中全线采用橡胶改性沥青技术,共计使用橡胶改性沥青11万t,利用废旧轮胎336万条,该项目采用橡胶改性沥青技术施工规模全国第一。

 
2016年10月27日,鹤大高速全线建成通车。鹤大高速公路(吉林段)被交通部列为“长白山区鹤大高速公路资源节约循环利用科技示范工程”及“绿色循环低碳主题项目”,是集循环利用、抗冻耐久、低碳节能、生态环保于一体的“双示范”工程,在该工程项目中,橡胶改性沥青也作为“双示范”工程的重要支撑部分。
 
由此可见在交通运输部的绿色科技示范工程项目中推广应用橡胶改性沥青更能突出其“绿色”和“科技”两大主题,具有十分重要的意义。


 
橡胶沥青发展历程
 
纵观橡胶沥青在路面工程中的应用发展历程,根据不同时期其应用方式方法的不同可以将整个发展过程分为4个阶段:
 
 
 
第一阶段:干法,将橡胶粉与骨料拌和,然后加入沥青,生产橡胶改性沥青混合料。
 
 
 
第二阶段:现场湿法,沥青+橡胶粉+橡胶油混合,在温度180℃~200℃的罐中搅拌约40~60min,然后与骨料拌和,生产橡胶改性沥青混合料。
 
 
 
第三阶段:工厂化稳定型橡胶沥青,沥青+胶粉,在规定温度和时间内搅拌,达到产品标准时进入产品罐,热储存不分层,性质不衰减,可用于多种混合料结构。
 
 
 
第四阶段:胶粉环保化处理后与沥青混合,在规定温度和时间内搅拌,达到产品标准时进入产品罐,封罐取样检验,合格后出厂。适用于所有类型的混合料,使用方法、环境近似于SBS改性沥青。
 


橡胶沥青的制备工艺与原理
 
橡胶沥青的制备分为干法和湿法两种。干法是先将骨料与橡胶粉进行拌和,再加入沥青进行湿拌。在该方法中,橡胶粉末和沥青的接触面积和有效反应时间不足,并且根本不能通过吸附轻组分来改善基质沥青的性能。因此,干法实际上改善了沥青混合物的性能,并不能算作真正意义上的改性沥青。
 
 
湿法生产橡胶沥青的工艺是先将基质沥青加热到一定温度,然后加入橡胶粉搅拌至完全溶胀,通过高速搅拌,剪切或研磨等手段实现均匀分散。目前,诸如SBS和SIS的热塑性橡胶,以及诸如EVA和PE的热塑性树脂改性剂与沥青的相容性差,使用简单的机械搅拌必然需要很长时间,且效果并不好。此类改性剂必须要使用胶体磨或者专用的剪切设备,才能使得改性剂充分分散在基质沥青中。
 
 
在橡胶沥青的制备过程中,橡胶粉与基质沥青的完全混溶是保证改性沥青性能的基本前提。在充分混合的基础上,橡胶粉末吸附沥青中的芳香族组分和饱和分等轻组分并充分膨胀。溶胀后的橡胶粉末颗粒的体积变大,并且橡胶粉末颗粒彼此接触的机会增大,逐渐形成连续相的半固态。同时,结构紧凑的废橡胶粉末吸收了轻组分的吸收,呈现出松散和絮凝的结构形式。这种结构形式的橡胶颗粒均匀分散在沥青中,从而形成稳定的悬浮液。溶胀的橡胶粉末与沥青中的沥青质、轻质组分和胶质形成新的结构体系。也就是说,废橡胶粉需要在沥青中充分溶胀,以对沥青起到改性和结构强化的作用,该过程一般需要30~40min;同时,废橡胶粉末在膨胀时连续经历脱硫反应。
 


橡胶沥青技术特点
 
橡胶沥青在沥青路面施工应用中的优势:符合国家提倡的循环经济、节能减排政策;减少固体废物的环境污染;资源优化利用,节约了高分子材料;释放轮胎中的功能性组分,提升了改性沥青的路面使用性能。
 
传统型橡胶沥青
 
目前,传统的橡胶沥青在使用过程中存在以下缺点:
 
 
(1)高温下易降解,不可长期储存。现场生产的橡胶沥青使用有时限限制,否则性能会大大降低。
 
 
(2)施工环境差。橡胶沥青的制造过程大多是现场生产,必须在施工现场增加足够的工作面,以完成橡胶沥青的生产。如果项目工程量不大,必然是一个很大的浪费,这也是橡胶沥青推广的障碍。
 
 
(3)施工和易性差。由于橡胶改性沥青的粘度太大,因此施工和易性偏差。
 

环保稳定型橡胶沥青
 
环保稳定型的橡胶沥青改性剂是一种新型复合材料,它基于适当品级的工业和回收高分子作为主辅材,采用自主研发的橡胶分子链整理,精确的分子量控制和稳定的复合反应技术,其主要作用机理是脱硫降低了橡胶粉的分子量。因此,它可以更彻底地与基质沥青融合,但由于脱硫完全性和其他助剂添加量的不同,致使分子量不同,因而性能也不一致。这种改性剂制备的改性沥青不易产生离析,其性能接近于SBS改性沥青的性能。把其运用到路面工程,可以改变橡胶粉与基质沥青相容性差,易产生离析的特性。稳定的橡胶改性沥青继承了橡胶沥青的优越特性,大大提高了施工的和易性和路用性能,大大提升了储存稳定性。
 
 
环保橡胶沥青的技术特点:
 
(1)废胶粉经环保化处理,用于工厂化生产或现场湿法生产时,均可得到环保稳定型橡胶沥青。
 
 
(2)环保处理后的胶粉与沥青的相容性好,生产效率大幅度提高,易于满足不同规模拌合站的需求。
 
 
(3)环保处理后的胶粉与沥青混合生产改性沥青时,操作条件缓和,易于实现产品的精准控制。
 
 
(4)环保处理后的胶粉与其他高分子材料复合,可以满足不同功能沥青混合料力学特性要求。
 


结语
 
新一代环保稳定型橡胶改性沥青可实现工厂化生产且存储性能稳定,能够满足不同路面结构、不同环境和荷载条件的需要,且具有良好的施工和易性。该产品在江苏、贵州、上海等省市高速公路、干线公路、桥面铺装等工程成功应用,经过多年跟踪调查,路用效果良好。
 
 
环保稳定型橡胶改性沥青的研制成功,对推动橡胶改性沥青在工程建设中的大规模应用具有重大意义。
 
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