胶粉改性沥青是大比例掺加废旧轮胎粉末用于沥青改性的产物,胶粉改性沥青用于路面材料,具有形成油膜厚度大、耐久性优异、抵抗疲劳和低温裂缝能力强等特点,大量用于薄层罩面、应力吸收层和减薄路面结构层设计。但是,有胶粉改性沥青的粘度大(177℃粘度达到1.5-5Pa.s,是SBS改性沥青的3-10倍),为了实现混合料有效的拌合、摊铺和压实,通常操作温度比SBS改性沥青提高10℃,出料温度普遍在180℃以上。在这样的料温条件下,沥青老化较为严重、施工和拌合现场
本技术结合表面活性原理的温拌技术,在不影响胶结料粘度的前提下(不影响油膜厚度、混合料最终性能),将胶粉改性沥青的混合料温度降低40℃以上,沥青烟排放下降60%以上,苯可溶物下降80%以上,显著消除传统胶粉改性沥青热拌工艺下烟、味浓重的状况。同时,使得胶粉改性沥青施工操作性显著改善,可施工季节延长至少3个月。所得的胶粉改性沥青混合料,达到全部胶粉改性沥青路面施工规范的技术要求。
废旧橡胶粉改性沥青(胶粉改性沥青/Asphalt Rubber),上世纪60年代由Charles H. McDonald发明。伴随着橡胶粉工业和道路铺面技术的发展,先后被应用在应力吸收层、应力吸收中间层、开级配表层、密级配混合料。经过20多年的技术摸索,一直到1988年前后,胶粉改性沥青在亚利桑纳成功地应用在间断级配沥青混合料中,标志着胶粉改性沥青路用技术的全面成熟。之后的十多年时间内,胶粉改性沥青被越来越多的国家和地区所接受。其中,在美国的加州、德州、佛州和南非等国家和地区,胶粉改性沥青已经成为最常用的沥青罩面材料。在葡萄牙、西班牙、澳洲、法国、巴西等地,胶粉改性沥青技术也已经蓬勃发展起来了。
胶粉改性沥青的发展动力,主要有以下两个方面:一是,汽车保有量快速增长后带来的废弃轮胎大量堆积,路面中使用能够提供大量消耗的途径;二是,轮胎橡胶设计和制造的标准,远远高于沥青胶结料的路用技术标准,各方面路用性能全面优于沥青,因而是非常有应用前景的沥青改性剂。
目前大家所熟悉的用于沥青路面建设、养护的沥青混合料主要有两种:热拌沥青混合料和冷拌(常温)沥青混合料。热拌沥青混合料占绝对多数。随着人们认识水平的不断提高,热拌沥青混合料在拌和、运输以及摊铺的过程中出现的有害气体排放、过多能耗以及热老化等问题,逐步为各界所关注。而冷拌沥青混合料,尽管在环保、能耗等方面有很大优势,但由于路用性能相对较差,通常只用于沥青路面的修补、低交通量路面、中重交通量路面的下面层和基层等。鉴于此,开发兼有热拌沥青混合料性能优势,以及冷拌沥青混合料在环保、节能等方面特点的沥青混合料技术,成为了当今世界道路研究的重要课题。
温拌技术是近些年因应节能、环保等社会需求快速发展的路面材料工艺,其代表性的乳化平台温拌技术,已经发展到第二代,其技术特征是,将极小剂量的化学添加剂浓缩液与热沥青同时喷注,在不降低沥青混合料路用的前提下,通过形成内部水膜润滑结构,使得混合料出料和压实温度比热拌技术下降30-60℃以上。
将表面活性类温拌添加剂与胶粉改性沥青进行工艺性结合,在不影响胶粉改性沥青混合料材料配比和使用性能的前提下,使得生产和摊铺温度下降40℃以上,胶粉改性沥青路面施工现场主要烟气污染物排放下降60%-90%。
(一)拌和试验
胶粉改性沥青加热温度为175°C,石料加热温度140°C,出料温度130°C,和易性良好。
(二)成型试验
混合料120°C恒温2小时,旋转压实仪进行压实,压实次数为100次。
采用马歇尔稳定度试验仪对温拌胶粉改性沥青混合料马歇尔稳定度,流值进行测试,空隙率测试采用水中重法,最大理论密度测试采用理论计算法。测试结果如表2.5所示。
表2.5 温拌胶粉改性沥青强度测试结果
DAT类型 |
毛体积密度(kg/m3) |
最大理论密度(kg/m3) |
空隙率(%) |
VMA(%) |
VFA(%) |
稳定度 |
流值 |
A1 |
2.48 |
2.57 |
3.2 |
16.9 |
84.0 |
9.3 |
41.9 |
2.47 |
2.57 |
3.9 |
17.5 |
81.9 |
8.7 |
47.0 |
2.47 |
2.57 |
3.7 |
17.3 |
82.5 |
8.4 |
45.7 |
F6 |
2.46 |
2.57 |
4.2 |
17.8 |
80.9 |
8.0 |
44.5 |
2.44 |
2.57 |
4.8 |
18.3 |
79.2 |
7.8 |
50.8 |
2.46 |
2.57 |
4.0 |
17.6 |
81.3 |
8.7 |
47.0 |
从以上结果可以看出,温拌胶粉改性沥青稳定度达到规范要求。
AC-13的级配接近中值,采用旋转压实仪成型,最佳油石比为6%,马歇尔试块的空隙率为4.8%,进行冻融劈裂试验,测试结果如表2.6所示。
表2.6 TSR测试结果
DAT类型 |
空隙率(%) |
VMA(%) |
VFA(%) |
劈裂强度(Mpa) |
TSR(%) |
F6 |
4.81 |
18.3 |
79.2 |
1.12 |
90 |
4.76 |
18.3 |
79.3 |
1.03 |
4.87 |
18.4 |
79.0 |
0.97 |
4.85 |
18.34 |
79.1 |
1.14 |
4.72 |
18.22 |
79.4 |
1.14 |
4.54 |
18.06 |
79.9 |
1.19 |
从以上结果可以看出,温拌胶粉改性沥青的TSR超过规范要求。