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处昝
5 years ago
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1 直投胶粉复合改性沥青路面技术王笑风河南省交通规划设计研究院股份有限公司

2 1 技术背景 2 湿法橡胶沥青技术特点 3 直投胶粉复合改性技术 4 技术总结

3 第一部分技术背景

4 一技术背景技术背景沥青路面技术要求 : 材料 1 耐久 2 安全 3 环保结构沥青路面施工

5 一技术背景技术背景我国汽车工业发展迅速,2015 年全国汽车保有量为 1.72 亿辆, 废旧轮胎年产生量约 1100 万吨, 并以每年 12% 的速度增加废旧轮胎处理方式传统方式 : 堆放填埋焚烧造成问题 : 污染环境占用土地滋生蚊虫传播疾病目前处理方式 : 生产胶粉再生胎土法炼油

6 一技术背景利国固体废弃物的再生利用利民改善人民生活环境利路改善路面使用性能橡胶改性沥青应用于道路建设领域, 不仅能消耗大量废旧轮胎, 而且路用性能较好, 符合循环经济, 节能减排的要求, 有利于建设生态文明, 具有显著的社会经济效益

7 一技术背景技术优势橡胶沥青技术优势抗反射裂缝提高疲劳寿命厚度更薄降低噪声维护费用低节约资源 40mm 厚橡胶沥青面层每车道公里消耗大约 1000 个轮胎一站式综合利用不产生二次污染

8 一技术背景橡胶沥青在国外的应用橡胶沥青在国外已有几十年的发展历史,20 世纪 90 年代以来, 该技术日趋成熟并得到了日益广泛的应用美国始于 60 年代, 国家推动, 多个州制定了规范, 应用橡胶沥青最多, 橡胶粉的掺量为沥青质量的 5%~25% 南非橡胶沥青应用比较广泛, 拥有一套相对完整的橡胶沥青技术体系, 有 60% 以上的道路沥青使用橡胶沥青, 且认为橡胶沥青路面适用于重载交通瑞典日本瑞典日本等将废旧轮胎橡胶颗粒用于路面工程

9 一技术背景橡胶沥青在国外的应用国外橡胶沥青产品橡胶沥青产品描述 Arm-R-Shield 结合料为 80% 的 AR4000 沥青 +19% 橡胶粉 +1% 扩展油 ( 湿法 ) ISI ARC 基质沥青使用 AC-5 和 PBA-2,77~81% 的沥青 +17~19% 的橡胶粉 +0~6% 的扩展油 ( 湿法 ) PRARC 基质沥青为 PBA-2,79% 沥青 +15% 橡胶粉 +6% 扩展油 ( 湿法 ) PBA-6GR 加 10~12%80 目的橡胶粉 PlusRide12 AC-20 沥青混合料 +1% 的橡胶粉 ( 干法 ) METRO RUMAC 沥青混合料中加入 1%~1.5% 的橡胶粉 ( 干法 ) 国际橡胶沥青联合会成员 : 德国英国墨西哥加拿大美国澳大利亚葡萄牙沙特阿拉伯韩国南非新西兰瑞典

10 一技术背景国内橡胶沥青应用情况始于20世纪80年代 2000年后为响应国家建设生态文明政策建设资源节和环境友好型社会橡胶沥青研究进入快速发展阶段并得到推广应用据不完全统计大约2/3的省份自治区直辖市正在使用或尝试使用橡胶改性沥青使用橡胶改性沥青的省份自治区直辖市

11 一技术背景胶粉改性沥青是国家政策鼓励的资源再生模式资源综合利用产品及劳务增值税优惠政策目录 ( 财税 [2015]78 号 ): 原料 100% 来源于废旧轮胎的橡胶粉, 增值税即征即退 50% 2010~2014 年, 橡胶改性沥青消费量的占比 : 从 3% 上涨到 5.5% 3% 5.5%

12 第二部分普通湿法橡胶沥青改性技术特点

13 二普通湿法橡胶沥青改性技术特点普通湿法橡胶沥青改性技术湿法工艺湿法是将磨细的胶粉按一定比例加入热熔的沥青中, 在一定温度下经过充分搅拌成为橡胶沥青, 作为沥青结合料使用橡胶粉对沥青具有增粘和改性作用改性机理湿法橡胶沥青改性机理为物理化学复合改性作用胶粉在橡胶沥青生产过程中产生互换和传质过程胶粉吸收沥青中的轻质组分发生溶胀, 溶胀后的胶粉构成网络框架体系部分橡胶粉发生降解脱硫反应, 溶于沥青, 改变了沥青的组分构成生产加工方式工厂化加工现场加工

14 二普通湿法橡胶沥青改性技术特点国内橡胶沥青技术标准结合国内橡胶沥青工程应用情况, 道路研究人员开展了一系列橡胶沥青技术研究, 并编制了橡胶沥青施工技术指南, 提出相应的技术标准橡胶沥青及混合料设计施工技术指南橡胶沥青技术标准 ( 交通部 ) 项目寒区温区热区基质沥青 110 号 90 号 90 号 70 号 70 号 50 号 180 旋转黏度 (Pa s) 1.0~ ~ ~ 针入度 (0.01mm) 60~100 40~80 30~70 软化点 ( ) >50 >58 >65 弹性恢复 (%) >50 >55 >60 5 延度 (cm) >10 >10 >5 天津市废旧轮胎胶粉改性沥青路面技术规程胶粉改性沥青项目 CRM-Ⅰ CRM-Ⅱ CRM-Ⅲ 离析软化点差 ( )

二普通湿法橡胶沥青改性技术特点橡胶复合改性沥青在常规橡胶沥青生产加工过程中, 添加一定量的 SBS 等改性剂高粘高弹

1mm ) 30~70 30~70 JTG E20 T0604 软化点 ( 环球法, ) 65 70 JTG E20

15 二普通湿法橡胶沥青改性技术特点橡胶复合改性沥青在常规橡胶沥青生产加工过程中, 添加一定量的 SBS 等改性剂高粘高弹抗拉伸废胎胶粉复合改性沥青路面施工技术规范 ( 河南省地方标准 ) 废胎胶粉复合改性沥青技术要求指标 Ⅰ 类技术要求 Ⅱ 类试验方法 175 旋转黏度 ( Pa s ) 1.0~ ~3.0 JT/T 798 附录 B 针入度 ( 25, 100g, 5s, 0.1mm ) 30~70 30~70 JTG E20 T0604 软化点 ( 环球法, ) JTG E20 T0606 弹性恢复 ( 25 ) ( % ) JTG E20 T0662 延度 ( 5,1cm/min ) ( cm ) JTG E20 T h 软化点差 ( ) 5 5 JTG E20 T0661

二普通湿法橡胶沥青改性技术特点橡胶沥青的评价指标 : 测力延度试验针入度 (25,100g 5s,0.

(J, 力和位移形成的面积 ) 70#A 级沥青 ( 测力延度,5 ) 3.2 85 2.72 69 48.

5%SBS 15% 胶粉 54 58.5 13.2 113 14.92 20% 胶粉 56 60.5 15.

16 二普通湿法橡胶沥青改性技术特点橡胶沥青的评价指标 : 测力延度试验针入度 (25,100g 5s,0.1mm) 软化点 ( 环球法, ) 延度 (1cm/min, 5 ) cm 延度拉伸最大力值 (N) 破坏能量 (J, 力和位移形成的面积 ) 70#A 级沥青 ( 测力延度,5 ) #A 级沥青 ( 测力延度,7 ) 目斜交胎胶粉不加 SBS 1.5%SBS 15% 胶粉 % 胶粉 % 胶粉 % 胶粉

17 二普通湿法橡胶沥青改性技术特点湿法橡胶沥青稳定性问题存储稳定性差, 橡胶颗粒容易发生离析沉淀随着存储时间的延长, 软化点差值逐渐增大, 且变化幅度在增大橡胶沥青离析分层现象越来越明显橡胶沥青的最佳存储时间在初始阶段 (0~6h), 这也是橡胶沥青的最佳施工阶段, 超过这个阶段橡胶沥青开始分层离析

18 二普通湿法橡胶沥青改性技术特点湿法橡胶沥青性能衰减分析橡胶在高温下发生溶胀和部分降解, 并且在使用过程中这种溶胀和降解作用将持续存在, 存储时间过长, 性能存在衰减胶粉分组软化点 ( 环球法, ) 延度 (1cm/min, 5 ) 新鲜 1d 3d 5d 新鲜 1d 3d 5d 备注目斜交胎胶粉 +4% 橡胶油 % 胶粉 % 胶粉 +1.5%SBS 40 目胶粉 % 胶粉新鲜 1d 3d 5d 存放不同时间的橡胶沥青的软化点试验结果新鲜 1d 3d 5d 存放不同时间的橡胶沥青的延度试验结果橡胶沥青试样存放在 160 度的烘箱里, 每天搅拌 2~3 次 20%40 目 + 橡胶油 20%40 目 +1.5%SBS+ 橡胶油 20%40 目胶粉

19 二普通湿法橡胶沥青改性技术特点测力延度对比试验分析保存时间 5 延度 (cm, 1cm/min) 20% 40 目胶粉不加 SBS 4% 橡胶油拉伸最大力值 (N) 破坏能量 (J, 力和位移形成的面积 ) 5 延度 (cm, 1cm/min) 20% 40 目胶粉加 1.5%SBS 4% 橡胶油拉伸最大力值 (N) 破坏能量 (J, 力和位移形成的面积 ) 5 延度 (cm, 1cm/min) 20% 40 目胶粉拉伸最大力值 (N) 破坏能量 (J, 力和位移形成的面积 ) 新鲜 d d d 新鲜 1d 3d 5d 20%40 目 + 橡胶油 20%40 目 +1.5%SBS+ 橡胶油 20%40 目胶粉存放不同时间的橡胶沥青的破坏能量的试验结果

20 二普通湿法橡胶沥青改性技术特点加工方式工厂化加工现场加工优点 1 加工工艺条件稳定 2 成品质量容易控制 3 产能较大 1 加工成品沥青存量小, 基本能够满足即产即用 2 节省运输费用 3 成本相对低缺点 1 储存稳定性差, 高温存储性能存在衰减 2 施工温度较高 3 不适宜长距离运输, 覆盖半径小 4 混合料性能受施工条件的影响 5 加工成本高 1 产能小, 一般单台产量 10-15t/h 2 产品质量稳定性不如工厂化加工 3 现场需要增加加工设备 4 不宜长时间高温储存 5 现场加工的存量成品橡胶沥青性能受施工条件影响

21 第三部分直投胶粉复合改性技术

22 三直投胶粉复合改性技术传统干法工艺工艺特点干法是将橡胶颗粒直接加入拌缸, 与集料混合, 加工成沥青混合料能大量消耗废轮胎, 但对沥青没有改性作用工艺简单设计不当路面易松散, 必须采取针对性设计干法主要用于铺筑除冰雪降噪沥青路面基本思路橡胶颗粒宜粗不宜细, 粗于 20 目掺量宜多不宜少, 占矿料的 2%~4% 橡胶颗粒作为集料空隙的填充料

8% 橡胶颗粒掺量干法橡胶沥青混合料的基本性质油石比 % 空隙率 % VMA % VFA % 稳定度 kn 2%

23 三直投胶粉复合改性技术橡胶颗粒干法工艺橡胶颗粒除冰雪路面 1~5mm 橡胶颗粒, 优选断级配干法骨架降噪 SDQP 设计法 1~3mm 橡胶颗粒, 采用完全的断级配级配曲线 4% 橡胶颗粒掺量, 油石比 6.8% 橡胶颗粒掺量干法橡胶沥青混合料的基本性质油石比 % 空隙率 % VMA % VFA % 稳定度 kn 2% % 增大路面的阻尼性能, 降低噪音 2~3dB

; 干拌时不容易分散 ; 室内试验结果不稳定 ; 大规模生产混合料的质量不稳定 ;

24 三直投胶粉复合改性技术橡胶粉 (40 目 ~100 目 ) 干法工艺美国早期经验, 干法橡胶粉虽然也有成功, 但总体上容易出现松散, 很多州逐渐放弃了干法工艺国内, 部公路院从 2000 年开始进行研究, 但总体上干拌胶粉存在以下问题 : 硫化橡胶粉在高温拌合时, 气味大 ; 细胶粉容易结团 ; 干拌时不容易分散 ; 室内试验结果不稳定 ; 大规模生产混合料的质量不稳定 ; 细胶粉存放浓度较高时, 易燃烧为了提高干拌胶粉与沥青的反应, 国内外开始掺加德国 Degussa 公司研发的维他联结剂 TOR, 但价格昂贵

25 三直投胶粉复合改性技术干法直投胶粉沥青改性技术直投胶粉复合改性剂将废橡胶粉作为原材料, 并辅以一定的加工助剂, 采用一定的加工工艺制备得到的一种热塑性弹性体

26 三直投胶粉复合改性技术干法直投胶粉沥青改性技术改性机理胶粉目数的选择 :60-80 目的常温粉碎回收轮胎粉加工条件 : 在可控的条件下, 提前对胶粉预处理, 添加助剂二次化学反应 : 在拌和施工过程中, 胶粉表面活性剂和沥青发生化学反应, 形成网状结构

27 三直投胶粉复合改性技术制备成热橡胶沥青热橡胶沥青性能指标项目单位干法直投胶粉改性沥青比重 g/cm3 1.0~1.2 软化点 > 60 针入度 0.1mm 30~70 弹性恢复 (25 ) % >50 延度 (5 ) cm > 5(10) 175 粘度 Pa.s 1.0~3.0 A-70 干投胶粉用量 :20-25% 沥青用量

(N) 破坏能量 (J, 力和位移形成的面积 ) 70#A 级沥青 ( 测力延度,5 ) 3.

28 三直投胶粉复合改性技术测力延度试验针入度 (25,100g 5s,0.1mm) 软化点 ( 环球法, ) 延度 (1cm/min, 5 ) cm 延度拉伸最大力值 (N) 破坏能量 (J, 力和位移形成的面积 ) 70#A 级沥青 ( 测力延度,5 ) #A 级沥青 ( 测力延度,7 ) 外掺 15% 胶粉干投胶粉外掺 20% 胶粉外掺 25% 胶粉

29 三直投胶粉复合改性技术配合比设计配合比设计 : 按常规沥青混合料的设计方法设计级配混合料最佳沥青用量注意 :0.075 与 4.75mm 的料比 AC 级配少, 以有足够的空间填充溶胀后的胶粉, 或按橡胶沥青的级配设计 AC-16 通过下列筛孔 (mm) 的质量百分率 (%) 合成级配 AC-16 中值 AC-16 级配范围

30 三直投胶粉复合改性技术沥青混合料组成设计与施工辅助系统油石比 :4.8%

31 三直投胶粉复合改性沥青技术马歇尔试验结果试件编号试件毛体积相对密度理论最大相对密度空隙率 (%) 稳定度 (kn) 流值 (mm) 15% 胶粉掺量 % 胶粉掺量规范要求 / / 3~ ~4.0

三直投胶粉复合改性技术试验项目试验指标检测数据 0% 20% 规范要求试验规范车辙试验动稳定度 ( 次 /mm) 1658 5227 2800 T 0719 冻融劈裂试验劈裂强度比 (%) 77.7 88.

32 三直投胶粉复合改性技术试验项目试验指标检测数据 0% 20% 规范要求试验规范车辙试验动稳定度 ( 次 /mm) T 0719 冻融劈裂试验劈裂强度比 (%) T 0729 浸水马歇尔试验残留稳定度 (%) T 0709 低温弯曲试验破坏应变 (με) T 0715 [ 沥青 : 70#] [ 混合料类型 : AC-16C] [ 干法直投胶粉添加量 : 0% 和 20%] 显著提高和改善了沥青混合料的路用性能

33 三直投胶粉复合改性沥青技术疲劳试验试验方法 : 四点弯曲梁疲劳试验加载控制模式 : 控制应变加载模式加载频率 :10Hz 加载温度 :15 疲劳试验结果级配油石比 /% 应变水平 /με 疲劳寿命 / 次干投胶粉改性沥青混合料 AC SBS 改性沥青混合料 AC

34 三直投胶粉复合改性沥青技术肯塔堡飞散试验成型方法 : 双面击实 50 次, 试件脱模后养生 :20 水中养生 20h 设备 : 洛杉矶磨耗机 ( 不加钢球 ) 旋转方式 : 旋转 300 次 (30~33 r/min) SMA 要求 : 飞散损失 15% 混合料类型养生方式空隙率 /% 飞散损失 /% 空隙率 /% 飞散损失 /% 不闷料干投胶粉改性沥青混合料 AC-16C(4.8% 油石比,20% 胶粉掺量 ) 闷料 40min 闷料 2h 闷料时间增加, 飞散损失减小 ;

35 三直投胶粉复合改性技术干法工艺要取得成功的技术关键橡胶沥青混合料形成骨架密实结构 ; 橡胶颗粒复合预处理干法沥青混合料性能技术性能 (15-25% 沥青用量 ) 序号混合料性能指标单位干法直投胶粉技术标准 1 马歇尔稳定度 KN > 动稳定度 DS 次 /mm > 动稳定度 DS 次 /mm > 浸水马歇尔试验残留稳定度 % >85 5 冻融劈裂试验残留强度比 % >80 6 低温小梁弯曲试验 (-10 ) με >2500

36 三直投胶粉复合改性技术在拌合楼直接添加投放, 直接制成橡胶沥青混合料直投装置集料正常烘干, 要求烘干的集料温度不低于 180 ; 烘干后集料二次筛分与计量, 送入搅拌锅, 进行干拌, 干拌时间 15s; 正常添加矿粉 ; 干拌后喷入沥青, 沥青的温度 ; 正常湿拌 40-50s; 混合料的出料温度 : 正常烘干石料集料送入搅拌桶添加胶粉后干拌 15s 添加矿粉喷入沥青湿拌 40-50s

橡胶沥青混凝土路面性能研究

橡胶沥青混凝土路面性能研究 Advances in Porous Flow 渗流力学进展, 2012, 2, 24-28 http://dx.doi.org/10.12677/apf.2012.22004 Published Online June 2012 (http://www.hanspub.org/journal/apf) Research on the Performance of Road-Use Asphalt