废胶粉改性沥青在西部山区道路应用现状及前景

2015-12-23于文慧王文奇

纺织科学与工程学报 2015年2期

关键词：橡胶粉胶粉车辙

李　良，于文慧，王文奇，3，王　泽，熊　朕

(1.四川省林业调查规划院，四川成都 610081；　　2.西华大学建筑与土木工程学院，四川成都 610039；3.西南交通大学土木工程学院，四川成都 610031；　4.西华大学西华学院，四川成都610039)

废胶粉改性沥青在西部山区道路应用现状及前景

李良1，于文慧2，王文奇2，3，王泽2，熊朕4

(1.四川省林业调查规划院，四川成都 610081；2.西华大学建筑与土木工程学院，四川成都 610039；3.西南交通大学土木工程学院，四川成都 610031；4.西华大学西华学院，四川成都610039)

摘要西部山区地形和气候的对道路沥青路面材料有特殊要求，经济和社会发展水平有限，需要性能优良又经济的沥青路面材料。通过项目组研究与调研，发现废胶粉改性沥青路面性能优越，增强抗车辙能力，提高路面的耐热、耐寒性，增强防滑性，提高了安全系数，特别适用于建造西部山区道路。西部山区道路推广废胶粉改性沥青的技术可行、经济和环保意义突出。目前西部山区道路推广废胶粉改性沥青的条件已经成熟，推广胶粉改性沥青的前景良好。

关键词西部山区道路推广废胶粉改性沥青

0引言

近二十年来,随着公路交通事业的发展,特别是现代高等级路面的修建,世界各国对石油沥青的需求量逐年上升,同时对沥青的路用性能提出更高的要求[1]。由于采用天然原油以传统工艺生产的沥青存在低温易脆裂、高温易流淌等缺点,已经不能满足现代高等级路面的要求[1]。因此有必要对路用沥青进行改性。

但是目前我国高等级路面大多采用进口的改性沥青材料，这不但花费了国家大量外汇，而且直接大大增加了道路的建设成本[2]。公路交通量增大、车速高、轴载日趋重型化等现象的出现，导致普通沥青路面出现了开裂、松散等病害，这严重影响了现代公路交通建设的发展[3]。由于我国西部山区当地社会、经济发展水平有限，寻求一种价格相对便宜、性能优良同时还可以摆脱进口的道路沥青就成了当务之急[2]。

西部山区长大纵坡多、地形条件恶劣；年温差大、紫外线强，气候条件恶劣；病害不容易得到及时养护，养护条件差，寻求路用性能卓越的改性沥青是现实迫切需求。

废旧橡胶是固体废物的主要来源之一[3]。大量废橡胶的产生不仅造成橡胶资源的严重浪费，而且还可能引发火灾、传播疾病，为生态环境和人体健康带来许多危害和隐患[1]。废旧废胶粉改性沥青用于道路建设是解决目前面临问题的有效途径之一[4]。

目前中国是世界上最大的橡胶消费国，也是世界上最大的废旧橡胶生产国之一[3]。据统计，我国每年产生的废旧橡胶超过100万吨[3]。废橡胶是一种具有抗热、抗机械和抗降解性的聚合材料，可以应用于路面施工。

废橡胶应用于改性沥青，不仅能改善沥青路用性能性能，而且能够充分的利用再生资源，具有重要环保意义[3]。

1西部山区对沥青路面的特殊要求

我国西部部分山区如四川川南夏季高温多雨；还有部分山区则冬季气温低、积雪时间长，如四川省甘孜州和阿坝州的北部，最低气温在-32℃以下。这对于道路的路面材料的高温稳定性、低温抗裂性都是严峻考验，并且冬季路面结冰对行车安全是巨大威胁[2]。

青藏高原整体属于高原大陆性气候，其气候特征除了寒冷、日温差大、紫外线辐射强等特点之外，更为明显的是高原气候的地域性差异较大[5]。对于高原地区，无论是新建工程还是改建工程均面临严重的早期损坏问题，很多路段在建成通车后还未完成交工验收就开始出现沥青路面早期损坏，甚至有些路段未能进行竣工验收就转而投入病害整治[5]。我国西部山区沥青路面病害多，急需高品质的沥青路面材料。

根据相关的调查数据显示，长大纵坡路段中，最为常见的沥青路面破坏形式为车辙破坏，而且陡坡上坡位置中的车辙与下坡相比，要更加严重，超载车数量过多的方向，出现的车辙状况较为严重[6]。很多高速公路的早期车辙破坏和水损坏(坑槽)情况普遍存在。车辙已成为沥青路面的主要病害之一。车辙使路面变形，破坏路面的平整度，轮迹处沥青面层减薄，削弱了面层及路面结构的整体强度，易于诱发其他病害。在一些干道、转弯车道、上下坡路段出现了推挤、拥包现象，长大纵坡路段出现的车辙更严重,反复维修不能彻底处理[7]。需要对路面沥青进行改性，增强其抗车辙能力。

还有个问题是由于山区道路路面湿滑造成的车祸数量居高不下。这对路面材料的抗滑性能提出了更高的要求。

放眼整个西部山区，沥青路面的高温稳定性与低温抗裂性不能兼顾，防滑性与防渗性不能兼顾的问题普遍存在。

2废胶粉改性沥青技术的应用现状

废胶粉改性沥青在中国并不是新鲜事物，我国自上世纪80年代开始对橡胶粉改性沥青进行研究。1982-1986年，用废胶粉改性沥青修筑公路在江西省和四川省开始，经过十多年高负荷运行的考验，对于减小光线的反射和路面裂缝及提高路面的热稳定性能等均有良好的效果[4]。1993年沈阳市在交通量较大的繁华道路上用废胶粉改性沥青试铺了1万平方米的路面，经过一个冬季和夏季的考验，效果良好。在冬季和夏季路面表层温差有100℃以上的东北地区，废旧橡胶粉改性沥青有如此好的效果，那么可以在全国推广应用。从1994年起，我国先后在首都机场高速公路、广佛高速公路、成渝高速公路和上海虹桥机场跑道等工程中应用了引进的废胶粉改性沥青专利技术，取得了较好的效果[4]。

2009年建国60周年国庆大阅兵经过的长安街人民大会堂北侧5000平方米的道路面层采用废胎橡胶粉改性沥青混合料，顺利接受千军万马和武器装备车辆通过的考验，让承载大型武器装备的车辆稳稳地顺利通过，并且更平坦。

国内废胶粉改性沥青技术，也从最初借鉴国外成果和引进设备，到如今已经实现了自主研发，不仅生产技术领先，而且沥青性能也优于国外产品。一些企业甚至已经开始向国外成套出口废胶沥青技术及设备。上海威宇公路技术股份有限公司生产的三级胶体磨一次剪切过程中通过三组转、定子的同时剪切作用,使胶粉颗粒剪切得更细，生产的废胶粉性能优良，胶体磨如1图所示。

图1　胶体磨

在西部山区道路推广废胶粉改性沥青的技术已经成熟。

3西部山区道路推广废胶粉改性沥青技术的意义

3.1技术意义

废胶粉改性沥青可以增强路面韧性。在沥青中掺加橡胶粉，会提高沥青粘度，加强沥青与碎石的粘结力，增强沥青抗变形能力；能明显提高路面的抗车辙性能(普通沥青混合料筑成的路面被碾轧3000次就能形成的凹槽，橡胶沥青混合料路面可以经受5000次)[8]。

废胶粉改性沥青还能增加路面的抗老化防氧化和热稳定性能，能明显减少路面开裂，延长了路面的使用寿命1-3倍[8]。

废胶粉改性沥青提高行车的舒适性和安全性[8]。在沥青中掺加橡胶粉，可缓和路面局部不平引起车辆的振动，从而改善行车的舒适性和安全性[8]。俄罗斯有关交通部门采取在路面加入废轮胎胶粒，可防因路面结冰造成车轮打滑，降低交通事故概率[9]。废胶粉改性沥青改善轮胎与地面的附着性能，缩短制动距离，提高了安全系数，并具有更好的防水性能。

废胶粉改性沥青路面性能比普通沥青路面提高许多。用废胶粉改性沥青铺设的公路，与普通路面相比，降低噪音50%-70%，提高路面的耐热、耐寒性(80℃高温不软，-35℃低温不裂)，特别适用于建造西部山区道路。

3.2经济意义

从经济角度看，推广废胶粉改性沥青是可行的。由于废胶粉改性沥青优异的工程性质，用其铺筑的路面厚度可较普通沥青混凝土路面大大减小。废胶粉改性沥青(AR HMA)和普通热拌沥青混凝土(HMA)的比较如表1所示。

表1[4]　AR HMA和HMA的比较

由上表可得出结论：尽管每吨沥青混合料的单价，废胶粉改性沥青混凝土高于普通沥青混凝土，但由于废胶粉改性沥青混凝土每公里用量可以减少2/3以上，因此废胶粉改性沥青混凝土每公里的建设成本低于普通沥青混凝土。再加上废胶粉改性沥青混凝土的耐久性大大好于普通沥青混凝土，因此从全寿命成本角度看使用期每年的成本，废胶粉改性沥青经济性更是大大好于普通沥青。

目前使用的进口每吨SBS改性沥青需2万多元，而废轮胎生产的胶粉SBS在3000元以内[8]。

总体上说，胶粉改性沥青在成本上比SBS改性沥青要低20%左右，胶粉改性沥青所铺设的路面比SBS改性沥青要薄，后期维修费用低，路面寿命长，因此在成本上比SBS更具竞争力[8]。废胶粉改性沥青具有非常好的经济效益。

3.3社会意义

我国每年产生大量废轮胎急需回收利用。大规模的废旧轮胎带来巨大的环保问题。废旧轮胎的大量堆积恶化环境、破坏植被，而且经过日晒雨淋，极易滋生蚊蝇，传播疾病，影响人类健康。此外还容易自燃、引发火灾，且燃烧时释放大量的苯、丁二烯、一氧化碳等有毒气体和碳粉尘，并且向地表径流系统排放了大量的油类物质[4]。

掩埋处理费用昂贵，占用大量土地，造成土地资源和成本浪费。因此处理好废旧轮胎，减少环境污染，充分利用再生资源，已成为亟待解决的问题[4]。掩埋和焚烧方式处理废轮胎方式与采用废旧橡胶改性沥青方式的比较如表2所示。

利用废旧轮胎橡胶粉末改性沥青符合建设资源节约型、环境友好型社会的现实需要。废胶粉改性沥青路面使数以万计的废轮胎得以再生利用，减少了环境污染，节约了宝贵的资源，在可持续发展方面的社会效益显而易见。每公里橡胶沥青道路可以消耗4000条轮胎，保守估计假如我国每年有1%的公路铺筑橡胶沥青罩面就可以完全消耗目前每年产生的1亿条废旧轮胎[4]。

从技术角度和经济角度，西部山区道路推广废胶粉改性沥青都是可行的。