高速公路橡胶粉改性混凝土施工技术分析

时间：2024-04-24

高建华

（宜春市交通公路工程建设有限公司，江西宜春336000）

0 引言

公路橡胶粉改性混凝土技术，主要是利用橡胶改性粉进行拌和，从而得到的一种混凝土材料。橡胶粉的应用能够实现能源环保，且该材料的获取渠道也比较多，所以将该技术应用到公路项目建设中，能够达到生态环保的要求。

1 橡胶粉改性沥青的原理

1.1 改性沥青原理

改性沥青主要是通过加入改性剂材料，让沥青或混合料的性能得到提升，从而形成的一种全新的材料，改性剂的加入量一般不会超过4%。沥青属于聚合物分布在沥青材料内，因为聚合物内吸收了沥青材料的油分，所以会使沥青材料的使用量增加，由此其内部的黏度与弹性也会有所提高。在高温条件下，大约60℃，聚合物的劲度模量会超出连续相的劲度模量参数，从而使沥青材料的力学性能得到改善。目前，所应用的改性剂材料主要是橡胶类、树脂类、热塑性橡胶类等。

1.2 废轮胎胶粉改性沥青

在该类型的改性沥青材料中，主要应用的改性剂是废旧轮胎颗粒、基质沥青等材料，将其加入混合料内进行充分搅拌、研磨、加工处理，形成符合路面施工要求的新型施工材料。橡胶材料主要包括天然橡胶、合成橡胶、再生橡胶等。按照要求选择合适的橡胶材料，保证混合料的性能合格，以达到工程的质量标准要求，确保施工的总体效益。

2 废橡胶粉改性沥青的研究意义

使用废旧轮胎制作而成的橡胶粉材料，是经过硫化处理的橡胶材料，其内部的网状结构，虽然经过机械处理后已经形成粉末状，但是粒子的微观结构仍是网状交联的结构。将该材料和沥青材料联合应用，可提升路面结构的抗病害性能，延长路面的使用寿命。由此可见，进行橡胶改性沥青研究有很重要的现实意义，具体可以从以下几方面进行分析。

2.1 环境保护意义

在第二次工业革命之后，汽车成了人们的重要消费品，汽车保有量呈现出逐年增加的趋势，很多家庭都会优先选择汽车作为交通工具，所以，车辆的生产数量也在不断增加。随着汽车使用量的增加，废旧橡胶汽车轮胎的数量也在逐年的增长，如果不能得到合理的利用或处理，就会严重污染环境。

如果将废旧轮胎用于改性沥青材料的制作，按照加入量为15%的比例计算，每年可以消耗30～45 万t废旧轮胎橡胶粉。要知道，每年需要处理的废旧轮胎高达5400～8100 万t，这样一来，就可以将大量的废旧轮胎重复利用，为橡胶改性沥青提供充足的原材料，同时还能减少对环境的污染，满足施工道路的铺设。20世纪末期，美国铺设的废旧橡胶粉沥青路面的长度就已经超过了1.1 万公里，其他国家也在纷纷效仿，这对于环保意义是非常巨大的[1]。

2.2 巨大的经济效益

当前，在我国的高速公路建设施工中，主要的施工材料就是SBS 改性沥青材料，其在市场中的占比达到98%。该材料的价格比较高，而随着石油价格的不断上涨，其采收价格已经达到20000 元/t。但是，废旧轮胎的成本却非常低，且其存在的数量巨大，供应量充足，各项指标也符合工艺技术标准。经过计算、分析发现，废旧轮胎改性沥青材料的成本仅为SBS 改性沥青成本的70%左右，如果每年的建设施工中，用超过100 万t 橡胶粉取代SBS 改性沥青，那么总成本将会降低7 亿元以上，同时所耗费的废旧轮胎橡胶粉将超过15 万t，约为2500 万条汽车轮胎。如此，不仅可以降低项目建设成本，还能够满足公路建设需要，对于社会发展也是有益的。

2.3 良好的使用性能

2.3.1 降低行车噪声

在汽车工业领域的高速发展之下，道路噪声成了危害人们生命健康的主要原因之一。所以，降低道路噪声也就此成为人们关注的重要问题。研究学者分析发现，橡胶沥青弹性性能较高，可以实现较高的路面平整度，从而不但能够有效降低道路噪声，还能吸收噪声，且符合交通通行量要求，即使是高等级的道路，也能够满足其行驶需要。有资料显示，橡胶沥青在中类型的道路结构中，可降低3～8dB 的噪声。橡胶沥青作为城市道路建设的施工材料，效果良好，完全满足运行标准，所以很多设计人员都会优先选择这种材料。

2.3.2 改善沥青的低温性能

研究人员通常将普通沥青看作第一代沥青，改性沥青则被认为是第二代沥青，橡胶沥青即为第三代沥青。沥青材料的低温特性就是其低温的脆性、抗裂性，我国在生产沥青材料时，主要是通过石蜡基原油炼制的方式。

由于沥青材料的高温敏感性较高，在施工中，如果夏季环境温度较高，沥青就会发软，冬季则会脆性开裂，出现早期损坏严重的问题。在我国的道路建设中，铺设沥青混凝土材料时，要保证夏季与冬季温度都符合运行要求，由此在满足交通通行质量和标准的同时，还能够延长道路的使用寿命[2]。

2.3.3 抗老化、抗疲劳性能明显提高

通过使用较多的轮胎橡胶粉，可以提高沥青路面的抗老化、稳定性的标准，且由于材料的弹性性能较高，能够在比较大的温度变化中保持良好的运行状态，具备较高的抗裂缝性能，从而可以延长道路的使用寿命。技术资料分析结果显示，橡胶沥青路面是普通沥青材料路面寿命的1～3 倍，日本、俄罗斯、瑞典等国家都开始全面应用橡胶沥青建设高速公路及高等级道路，且运行效果良好。

2.3.4 提高沥青的黏度

黏性对于提高沥青材料的高温稳定性有着重要的影响。黏性高，可提高沥青的抗变形能力以及沥青材料与碎石之间的黏结效果，同时封水性能也能达到要求。在沥青材料内加入由废旧沥青材料粉末制作的聚合物，以保证其结构的流动效果满足要求，降低其脆性以及受温度的变化影响，这一方法已经被广泛使用于美国、欧洲等地区，并产生了良好的效果。通过引入这种施工方式，确保了沥青材料的黏度达到合格标准，提高了施工水平。

2.3.5 提高行车的舒适性和安全性

橡胶沥青路面材料为柔性结构，可以及时对道路中局部不平整的位置进行处理，保证车辆行驶的稳定性与安全性，还能提高轮胎的附着力，缩短车辆的制动距离，有效提升车辆运行的舒适性，降低振动对沥青路面产生的不利影响。

总之，应用橡胶粉改性沥青材料，可以更好地利用废旧橡胶轮胎，满足人们的使用需要，同时还能减少资源浪费，对环境保护起到积极的促进作用。但是，目前我国对橡胶粉改性沥青材料的应用还处于初期阶段，很多相应的标准和规范尚不完善，也不能对其进行有效监管，所以还要制定有效的管理规范和要求，才能满足实际的应用需要。

3 橡胶沥青混合料的使用要求

橡胶沥青混合料的使用要求比较多，主要包括以下几个方面。

第一，应用橡胶沥青混合料时，应该做好质量的管理和控制。材料运输到施工现场后，应进行必要的质量检查，达到要求后才能投入使用，否则应该作废。

第二，橡胶沥青路面集料应选择使用各项性能指标完全合格的石料，尽量应用玄武岩材料，且各个粒径必须经过孔筛处理，不能将不同规格、型号的材料混合存放，否则将会出现质量问题。

第三，在应用废旧轮胎制作橡胶沥青混合料的过程中，应尽量选择卡车等大型运载车辆的轮胎，比如斜交胎等，并在常温的条件下进行破碎处理，以保证材料的性能符合使用要求。

第四，橡胶碎屑应该按照干燥、无污染的标准要求进行处理，且和沥青、骨料的混合料流动而不发泡，为了能够避免橡胶屑与沥青材料出现过度黏合的情况，应该在混合料内加入必要的碳酸钙与滑石粉，并且将加入比例控制在3 以内。

第五，除了橡胶屑，加入的沥青材料也必须符合要求，其制作时的温度应该控制在190～218℃之间，其反应的时间控制在45min 以上。

第六，粗细集料应该满足国家标准要求，从而达到石料的性能要求，尽量选择应用玄武岩材料进行制作；而细集料最好是应用石屑或石灰岩材料，用生产机制砂，以确保结构的总体性能合格。

第七，根据需要选择合适的填料形式，以达到技术标准要求，但是不能选择使用粉煤灰或拌和机形成的粉尘材料，可将水泥材料作为矿粉材料使用，但应确保其技术指标和性能满足要求[3]。

4 橡胶沥青混凝土路面的施工管控

4.1 准备工作

4.1.1 监控技术资料

在项目建设施工开始前，准备技术资料是基础。技术人员应进入现场面的勘察，分析、了解工地的具体情况及经济条件，选择应用合适的施工技术，为项目施工方案的确定提供基础。此外，技术人员还应结合现场情况，确定最佳的设计方案，明确技术标准和要求，保证各项指标和参数符合要求，为施工的顺利进行提供基础。

4.1.2 做好图纸审核

在设计方案确定后，应组织专业人员对于图纸进行审核，保证图纸的各个细节符合实际施工的情况及要求，防止因为设计方案的缺陷而影响施工进程，保障施工质量，进而提高工程的总体效益。

4.1.3 做好现场监控

在现场施工环节，很多因素都会对工程质量产生影响，所以做好检查、监控和管理尤为重要。相关人员应做好对现场准备工作的管理，保证设备性能、材料质量符合要求，实施全面管理和控制，确保现场施工作业和具体情况一致，为项目的顺利进行起到积极的促进作用。

4.2 运输混合料

4.2.1 在材料温度较高的情况下进行运输，需要采用必要的覆盖、保温措施，保证材料的温度符合要求，避免运输阶段出现材料性能下降的情况。通常来说，可选择应用具有隔热性能的车厢进行运输。

4.2.2 材料运输过程中，应用苫布进行覆盖处理，做好材料的保护和管理，防止出现温度下降或粉尘污染等问题，确保工程项目总体效果合格，避免出现质量问题。

4.3 摊铺橡胶沥青混合料

摊铺施工作业开始前，为了保证工程质量，应做好以下几方面的工作。

4.3.1 橡胶沥青混合料的摊铺施工环节，应准备好施工机械设备和施工材料，确保其具备较高的专业性能，同时还应采取必要的管控措施，使其温度处于合理范围内。摊铺阶段，熨平板是关键的施工部分，必须进行加热处理，且要做好温度调节，达到施工标准要求。

4.3.2 全面落实料斗的频率和对路面温度的监控。在现场施工环节，摊铺施工的温度和速度都应达到稳定状态，不会给工程质量产生任何的负面影响。

4.3.3 进行摊铺施工作业时，应选择合适的设备，主要是自卸车、摊铺机等，以保证施工顺利的进行。工作人员和设备之间应相互协调配合，提高施工的质量和效率。

4.3.4 在碾压施工阶段，关键是做好对平整度的控制，以保证密实度合格。摊铺环节要做好全面管控，保持缓慢、均匀的状态，一般来说应将速度控制在3～5m/min[4]。

4.4 碾压施工

碾压施工阶段，一旦确定碾压速度，就不能随意更改，也不能中断，如果在施工时突然刹车，会影响平整度乃至工程的整体质量。应用压路机时，要做好对速度的控制，通常来说，碾压施工的速度不应超过4km/h。同时，在碾压环节还要做好对各个部分碾压质量的控制，尤其是边角的位置，应符合公路工程技术标准，规避对工程质量产生任何的影响。

4.5 养护路面

高速公路施工中，路面养护是重要的工序，这对工程质量有着直接的影响。养护路面环节，必须选择合适的养护施工方式，保证养护的时间符合要求，切实提升施工的质量水平和效果，满足现场运行标准。比如，路面施工结束后，在强度达到规定标准后，应直接使用麻袋或塑料布进行覆盖处理，避免出现结构裂缝的问题。此外，如果发现结构表面存在细微的裂缝，应该喷洒一定量的乳化沥青，然后再铺设干燥的粗砂材料，保证其厚度达到2～5mm，并做好碾压控制，避免渗水，从而提高工程的质量水平[5]。