據(jù)統(tǒng)計(jì),我國2002年的廢舊輪胎達(dá)到8000萬條,并將以每年12%的速度增加,到2005年將達(dá)到1.2億條,到2010年將達(dá)到2億條。這樣大規(guī)模的廢舊輪胎將會(huì)帶來巨大的社會(huì)環(huán)保問題。將廢舊輪胎加工成橡膠粉是國際上通用的廢舊輪胎再生利用方式,其中廢舊膠粉在公路行業(yè)中的使用是廢舊輪胎處理的主要途徑之一。同時(shí),這還是改善路面使用性能,延長路面使用壽命,節(jié)約建設(shè)投資等的有效方式。
一、橡膠粉在瀝青混合料中的作用機(jī)理
橡膠粉來自汽車的廢舊輪胎,而輪胎在加工過程中為了滿足其使用性能的要求摻加了多種成分,如:合成橡膠、天然橡膠、碳黑、硫、硫磺等等。這些成分對于瀝青來說每種都可以看成一種改性劑,因此,橡膠粉摻加到瀝青中可以看成是一種復(fù)合改性作用。
從試驗(yàn)結(jié)果可知,橡膠粉在瀝青混合料中的填充作用是不可忽視的,一方面從孔隙率角度會(huì)使混合料更加密實(shí),但另一方面會(huì)增加混合料的礦料間隙率。特別對于后者,由于橡膠粉顆粒本身具有良好的回彈性能,如果混合料中橡膠粉添加不當(dāng),會(huì)導(dǎo)致混合料碾壓不實(shí),嚴(yán)重的導(dǎo)致松散。為了避免這種現(xiàn)象的產(chǎn)生,橡膠粉顆粒的摻加需要進(jìn)行選擇,對于橡膠粉混合料的級(jí)配應(yīng)選擇斷級(jí)配,而不宜選擇連續(xù)級(jí)配,其間斷程度與橡膠粉的目數(shù)和劑量有關(guān)。
二、橡膠粉對瀝青混合料技術(shù)性能的影響
1.對高溫性能的改善。從橡膠粉混合料車轍試驗(yàn)的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),隨著橡膠粉摻量的增加混合料的高溫抗車轍能力逐漸提高。在試驗(yàn)溫度為70℃時(shí),當(dāng)僅使用SBS改性瀝青,混合料的動(dòng)穩(wěn)定度為1468次mm;當(dāng)再摻加10%的80目橡膠粉后混合料的動(dòng)穩(wěn)定度提高到2795次mm;當(dāng)摻量為20%時(shí)DS達(dá)到了3407次mm;當(dāng)摻量為30%時(shí)DS為3870次mm。
2.對低溫性能的改善。從低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果可知,隨著橡膠粉摻量的增加,混合料的低溫勁度模量逐漸減小,低溫的極限彎拉應(yīng)變逐漸增加,這些都表現(xiàn)出混合料中摻加橡膠粉后低溫性能的明顯改善。從低溫約束試驗(yàn)結(jié)果看出,混合料中摻加橡膠粉后,其低溫的破斷溫度明顯低于一般SBS改性瀝青混合料,而破斷應(yīng)力又明顯大于SBS混合料。以上試驗(yàn)結(jié)果表明,橡膠粉對改善混合料的低溫性能是有利的。
3.對疲勞性能的改善。從橡膠粉混合料小梁的疲勞試驗(yàn)結(jié)果曲線(三分點(diǎn)加載,試驗(yàn)頻率10Hz)可以看出,隨著橡膠粉摻量的增加,混合料的疲勞壽命逐漸增加。這是由于混合料中摻加橡膠粉后,混合料的彈性明顯增加,這樣在動(dòng)態(tài)荷載作用下,混合料的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力增加,因此使動(dòng)態(tài)的疲勞壽命增加。
4.對混合料水穩(wěn)定性能的影響。橡膠粉對混合料水穩(wěn)定性的影響分為動(dòng)態(tài)荷載和靜態(tài)荷載兩個(gè)方面。當(dāng)采用靜態(tài)荷載時(shí)常用的試驗(yàn)方法有殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂試驗(yàn),這些試驗(yàn)盡管加載速率采用快速加載,但試驗(yàn)荷載與汽車的動(dòng)態(tài)荷載相比還是很慢的,因此歸結(jié)為靜態(tài)試驗(yàn)。從數(shù)據(jù)看,隨著橡膠粉摻加劑量的增加混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比TSR逐漸降低,說明這種試驗(yàn)方法測定的混合料水穩(wěn)定性出現(xiàn)衰減。為了解決這個(gè)問題,國內(nèi)外常用的方法是在橡膠瀝青混合料中采用水泥或消石灰代替礦粉。
三、橡膠粉瀝青混合料應(yīng)用前景
廢舊輪胎橡膠粉應(yīng)用于瀝青及混合料對于環(huán)境保護(hù)、資源再生利用,以及解決當(dāng)前公路行業(yè)面臨的一些緊迫問題有著重要作用。
1.解決重載交通環(huán)境下高溫抗車轍能力。如何改善瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性就成為一個(gè)重要課題,使用橡膠瀝青混合料是一個(gè)經(jīng)濟(jì)有效的技術(shù)措施。比如,廣東肇慶馬房大橋鋼橋面鋪裝,瀝青混合料中摻加了30%的80目橡膠粉,在三年多,2000多萬次的交通荷載作用下,鋪裝結(jié)構(gòu)層沒有產(chǎn)生明顯的車轍,這是目前國內(nèi)橋面鋪裝層使用中所少見的。
2.路面的防水與層間粘結(jié)。近些年通過對瀝青路面早期損壞的調(diào)查發(fā)現(xiàn),瀝青路面的水損壞和瀝青面層與半剛性基層(包括剛性基層)之間的層間粘結(jié)狀態(tài)不理想,是其中兩個(gè)主要的病因,在瀝青路面中增設(shè)改性瀝青防水粘結(jié)功能層是一個(gè)一舉兩得的技術(shù)措施,而橡膠瀝青又是這種功能層優(yōu)選的材料。
1988年,河北京石高速公路正定試驗(yàn)路上鋪設(shè)了一段采用澳大利亞橡膠瀝青的應(yīng)力吸收層(防水粘結(jié)層)試驗(yàn)路段,其上僅鋪設(shè)了5cm的瀝青混凝土,使用8年后與周邊的9-15cm瀝青混凝土面層試驗(yàn)路段相比不論從裂縫率還是修補(bǔ)率來看都明顯減少?梢,使用橡膠瀝青防水粘結(jié)層對于改善路面層間粘結(jié)、減少水損壞十分有效。
3.舊路改造延長瀝青路面使用壽命。研究發(fā)現(xiàn),在舊路改造、罩面中使用橡膠瀝青對延長路面使用壽命、減少裂縫的產(chǎn)生十分有利。而且當(dāng)使用橡膠瀝青混合料時(shí)在相同的使用要求前提下,可比一般瀝青混凝土減薄瀝青面層厚度20%~30%,當(dāng)再增加橡膠瀝青防水粘結(jié)層(又稱應(yīng)力吸收層)可減薄厚度50%以上。
4.低噪音瀝青路面。橡膠粉在瀝青混合料中的使用,是目前國際上降低路面噪音的三大技術(shù)措施之一。其與另外一種小粒徑瀝青混合料的技術(shù)措施結(jié)合使用,是適合我國絕大部分地區(qū)低噪音路面的使用方案,適用于城市及周邊的快速路、風(fēng)景名勝的旅游公路。
此外,橡膠粉在瀝青和混合料中的使用還有許多方面,如:路面的灌縫材料、修建低造價(jià)路面的橡膠瀝青的碎石縫層等?梢,橡膠粉在公路行業(yè)中的應(yīng)用是十分廣泛的。