《橡胶沥青路面技术》PPT课件

橡胶沥青路面技术 应用与发展,同济大学交通运输工程学院 吕伟民 2011年5月,一、 废旧轮胎橡胶的资源化,我国虽然“地大物博，资源丰富”，但是由于人口众多，人均资源并不多。 在橡胶资源方面，我国天然橡胶资源相当匮乏，仅海南、云南等省生产数量不多的天然橡胶。,汽车交通的发展，需要生产大量的轮胎，因而消耗数量可观的橡胶资源。 另一方面，我国每年产生大量的废旧轮胎，2005年废轮胎已达到1.25亿条，约合324万吨； 2010年废旧轮胎达到2亿条，约合520万吨。,橡胶是国家的战略资源，实际上废旧轮胎也是十分重要的资源。如何将废旧轮胎橡胶加以利用就显得具有重要的战略意义。 研究与实践表明，利用轮胎橡胶修建沥青路面，不仅能显著提高路面的性能，而且能有效地延长使用寿命。,二、橡胶沥青路面主要结构类型,采用橡胶沥青铺筑什么样的路面结构，经历了一个认识实践再认识再实践的过程。也就是说，橡胶沥青路面经历了一个发展过程。 橡胶沥青路面从开始在低等级道路上铺筑表面处治类路面，经历了逐渐进步发展到高等级道路铺筑沥青路面的过程。,（1）密级配橡胶沥青薄层 磨耗层的演变,在上世纪90年代初，当时很多二级公路承担着繁重的交通运输任务，路面结构类型主要是表面处治，或下贯上拌沥青路面。 那时主要采用胜利100号沥青，路面裂缝类病害较多，使用寿命一般仅两年时间，养护工作量很大，因此如何减少路面裂缝，延长使用年限，就成为当时研究的重要课题。,（1）密级配橡胶沥青薄层 磨耗层的演变,在杭州通往萧山的二级公路上铺筑橡胶沥青薄层磨耗层，目的是为了减少路面裂缝。 采用100号胜利沥青，掺加30目轮胎胶粉，在170度温度下拌制1小时，制备成橡胶沥青。 碎石级配按照LH-15，为连续密级配，橡胶沥青用量约为6%, 拌和成橡胶沥青混合料，铺筑成厚度为2cm薄层磨耗层,（1）密级配橡胶沥青薄层 磨耗层的演变,根据室内试验，LH-15橡胶沥青混合料的性能有了很大提高，主要表现为： 沥青软化点提高6 粘度提高1.5倍 混合料的劲度模量提高1倍 混合料的疲劳次数提高4-5倍 虽然室内试验性能有所提高，但是路面实际使用效果不够显著，裂缝仍难以避免。,（1）密级配橡胶沥青薄层 磨耗层的演变,为了减少路面裂缝的出现，又对橡胶沥青混合料的组成进行了调整，其中主要包括： （1）调整级配，增加粗集料，减少细料，实际上形成了间断级配。 （2）增加橡胶沥青用量，油石比从6%增加到7.2%。 使用结果表明，路面裂缝大为减少。,（1）密级配橡胶沥青薄层 磨耗层的演变,调整的级配,调整后的级配，实际上成为很典型的间断级配。通过级配调整，油石比增加，路面裂缝大为减少，路况明显改善，使用寿命延长一倍。 杭州萧山区三年累计铺筑面积达20多万平方米。,(2)间断级配橡胶沥青路面,美国是橡胶沥青应用最早，也是最多的国家。他们经过反复的试验研究和实践应用得出结论：橡胶沥青适宜于间断级配混合料，而不适宜于密级配混合料。 采取间断级配主要是获得比较高的矿料间歇率（VMA），以容纳较多的橡胶沥青结合料。,(2)间断级配橡胶沥青路面,美国两个州的间断级配,级配基本上与SMA相似，但是矿粉用量很少或者不用,(2)间断级配橡胶沥青路面,国内橡胶沥青混合料间断级配,实际上细集料很少，主要是粗集料，这就是间断级配的特征,(2)间断级配橡胶沥青路面,江苏交院为了使混合料能容纳更多的橡胶沥青，以获得更好的性能，采取将级配“更间断”，实际上是进一步减少细集料的用量,也就是表中的级配II。 采用级配II，橡胶沥青用量达到近8.6%。他们认为混合料的性能将得到进一步提高。其中尤其对低温性能、耐疲劳、耐老化性能有明显提高。,(2)间断级配橡胶沥青路面,间断级配橡胶沥青混合料性能,(2)间断级配橡胶沥青路面,江苏常州绿杨路改造工程 ,使用三年后看起来仍然象新建路面一样,老成渝路改造成景观道路 路况非常好,（3）橡胶沥青SMA路面,十几年前SMA路面技术传入我国，它以优良的抗车辙性能，良好的抗裂性，耐老化以及低噪声等性能，收到人们的欢迎。现在已在许多高速公路、城市干道得到广泛应用。 SMA路面也是间断级配，但它的矿粉用量很大，一般为10%左右。,（3）橡胶沥青SMA路面,由于使用比较多的矿粉，如是高剂量胶粉的橡胶沥青，则所形成的马蹄脂过于粘稠，以致难以拌和与压实，为此橡胶沥青的胶粉剂量需要适当降低。 研究表明，配制橡胶沥青中胶粉剂量15%已经满足要求。 在很多情况下，不需要添加纤维作稳定剂，因而比采用SBS改性沥青更为经济。,（3）橡胶沥青SMA路面,AR-SMA与AR-AC相比较： 都是间断级配，但AR-SMA使用较多的矿粉； 橡胶沥青SMA混合料的油石比约为6.5%，相对间断级配的AR-AC 混合料油石比低得多，因而成本明显降低。 两者的抗车辙能力、抗滑性基本差不多，但是AR-AC油石比较高，其低温抗裂性、耐久性要优于AR-SMA。,（3）橡胶沥青SMA路面,橡胶沥青SMA的主要性能,（3）橡胶沥青SMA路面,显然，采用橡胶沥青铺筑SMA路面完全可以获得非常好的性能，因而橡胶沥青完全可以取代SBS改性沥青。 同时采用橡胶沥青在某些情况下可以不用纤维，因为在经济上比采用SBS改性沥青具有更大的优势。 从经济和性能出发，值得积极推广应用AR-SMA路面。,（3）橡胶沥青SMA路面,北京首都机场南线高速公路长18.2km铺筑橡胶沥青SMA 路面。 上海浦东新区高科东路也铺筑过一段橡胶沥青SMA路面，至今使用情况良好。,橡胶沥青SMA路面施工摊铺时的情景,（4）干法橡胶沥青路面,采取干法铺装橡胶沥青路面主要有 以下目的： 减少制备橡胶沥青的麻烦 简化施工工艺 大量消耗废旧橡胶 增大混合料阻尼，以降低噪声,（4）干法橡胶沥青路面,当胶粉用量较大时,所铺路面容易出现松散而破坏，使用寿命不及湿法路面。 采取解决的措施主要有： 减少胶粉用量（不可取） 采用较细的胶粉（不可取） 使用较粘稠的沥青（可取） 采用间断级配（可取）,（4）干法橡胶沥青路面,为了降低城市道路交通噪声，我们采用SMA间断级配，在混合料中添加1-3mm粒径橡胶颗粒，剂量分别采用混合料的1%、2%和3%进行试验，以提高路面的阻尼，达到降噪的目的。,级配曲线,（4）干法橡胶沥青路面,不同橡胶颗粒剂量混合料性能,（4）干法橡胶沥青路面,先后在上海青浦、南汇以及浦东新区晨阳路等多条路段上铺筑应用。 经测试可降低轮胎/路面噪声约3-4dB。,三、橡胶沥青路面新技术,（1）维他连接剂,为了提高橡胶沥青的性能，改善可操作性，德国研发了辛烯聚合物橡胶维他连接剂（VESTENAMER),又简称TOR反应剂。 据介绍TOR能够 起到交联作用， 增强沥青的粘附性。,（1）维他连接剂,美国首先试用维他连接剂TOR，以后其他国家也开始应用。据说现在已有150个工程中应用。 美国亚利桑那州立大学、克里门生大学等机构观察认为，这些路段使用状况良好。 近几年在我国也有工程开始应用，如石太高速公路改造工程。,（1）维他连接剂,研究表明，使用维他连接剂主要有以下优点： 1）能够使橡胶沥青的高温与低温性能得到改善； 2）可以降低橡胶沥青的制备温度，提高和易性，以便于施工； 3）减少烟雾和橡胶气味，有利于城市道路使用；,（1）维他连接剂,4）适用于多种类型的沥青路面，如SMA路面、开级配路面，并且不再需要使用纤维； 5）适用于排水性路面； 6）对再生沥青路面也非常适合。,（1）维他连接剂,橡胶沥青粘度随反应时间而增加，到60分钟趋于平缓。 到90分钟反应完成。,复数模量随储存时间的延长而降低。 添加TOR反应剂的橡胶沥青降低较少，表明它具有较好的稳定性,有利于长距离运输。,剪切复数模量随储存时间的变化,（1）维他连接剂,采用干法工艺，添 加适量的TOR，与 湿法相比较，其动 稳定度可得到明显 的提高。 但是干法简化了工 艺， 因而有其可 取之处。,（1）维他连接剂,2007年夏，美国乔治亚州在橡胶粉中添加TOR，然后加入拌缸拌和成 橡胶沥青混合料，摊铺沥青路面,添加TOR后，使施工温度降低，从而减少了橡胶的气味，使得在城市中也可以铺筑橡胶沥青路面。 由于施工温度的降低，有利于节省燃料，减少排放。 即使在较低的气温下也有可能铺筑橡胶沥青路面。,(2)橡胶沥青温拌技术,由于橡胶沥青比较粘，施工温度比较高，通常拌和温度为180以上，因而烟雾、气味比较重，污染环境。 橡胶沥青混合料温度高，在环境温度下降温速度快，不利于施工压实。,橡胶沥青混合料要求高温的施工条件，限制了它的应用，尤其在城镇道路中的应用。,(2)橡胶沥青温拌技术,试验研究表明，近年研究开发的各种温拌技术都适用于橡胶沥青。就目前实践的结果显示，不同温拌技术其降低的温度大体如下： 有机添加剂技术（Sasobit) 降温 20 添加沸石技术 降温20 表面活性技术 降温40,(2)橡胶沥青温拌技术,室内的试验研究表明，在橡胶沥青中添加温拌剂，对其性能一般没有负面影响，相反有利于提高某些性能，如： 有利于降低橡胶沥青温度敏感性。 提高橡胶沥青的高温稳定性。 低温延度没有明显影响。,(2)橡胶沥青温拌技术,温度测试,拌和出料,施工现场,(2)橡胶沥青温拌技术,2009年6月上海市编写了温拌沥青混合料施工技术指南，其中关于橡胶沥青施工温度： 施工环境温度 10 矿料加热温度 130135 橡胶沥青加热温度 170190 混合料出料温度 130150 温拌界定温度 155 混合料摊铺温度 125 混合料初压温度 120,（3）橡胶沥青稳定化技术,橡胶沥青中的胶粉与沥青是两相混合物，长时间储存时会引起相的分离，胶粉发生沉淀，尤其当采用较粗胶粉时。 近年来人们对于如何提高橡胶沥青的稳定性开展了大量研究，提出了许多解决的措施，其中有物理方法，也有化学方法。 其基本原理是提高胶粉与沥青的相容性，增大橡胶沥青的界面层。,（3）橡胶沥青稳定化技术,提高橡胶沥青的稳定性主要技术途径有： 1）胶粉脱硫活化 物理降解法：微波或超声波处理 化学降解发：添加活化剂，如420（多苯酚 二硫化物，烷基苯磺酸等 2）胶粉表面化学改性 机械力学改性、聚合物涂层改性、核壳改 性、接枝改性、磺化改性等,（3）橡胶沥青稳定化技术,3）橡胶沥青反应性改性 在橡胶沥青中加入马来酸亚胺、交联剂 4）改进处理工艺 密炼机处理、挤出造粒处理，使得胶粉 活化降解 5）等密度法 通过在橡胶沥青中加入添加剂，如SBS、PE 等材料，达到改善性能，提高储存性的目的。,（3）橡胶沥青稳定化技术,应当指出，虽然橡胶沥青采取稳定技术能够提高其储存稳定性，但是毕竟增加了工艺和成本，也只适合在某些要求下应用。 如果橡胶沥青采取现场加工，则可以简化工艺，降低成本，只要适时地加以搅拌，可以解决橡胶沥青出现沉淀的问题。因此现场加工也仍然是主要的加工技术。,（4）塑化橡胶沥青技术,塑化橡胶是将轮胎胶粉在高温条件下，添加橡胶软化剂，使橡胶分子链C键和S键打开，橡胶得以恢复一定可塑性，能够替代部分橡胶使用。 将这种塑化了的橡胶再复合其他添加剂，经螺杆机挤压混合，然后造粒成颗粒状产品，成为一种塑化橡胶改性剂。 将这种颗粒状塑化橡胶改性剂直接投入生产沥青混合料的拌缸中拌和，就可以生产出橡胶沥青混合料。,（4）塑化橡胶沥青技术,目前已经有商家利用塑化橡胶沥青技术生产出橡胶颗粒供应市场，并在路面工程中试验应用，初步观测显示出较好的使用效果。 塑化橡胶颗粒的使用，简化了橡胶沥青生产的工艺而且，不存在储存等问题，方便用户使用，尤其适合道路养护部门使用。,塑化橡胶颗粒,结 束 语,近年来橡胶沥青已经得到广泛的研究和应用，在这过程中橡胶沥青路面技术得到很大的发展。 我们相信今后橡胶沥青路面技术必将为我国道路建设做出更大的贡献。,谢谢大家,谢谢大家,