橡胶沥青在新疆地区可行性分析

2014-04-16朱苗苗冯立群

交通科技与经济 2014年4期

朱苗苗，冯立群

（1.新疆大学建筑工程学院，新疆乌鲁木齐830047 2.新疆交通科学研究院，新疆乌鲁木齐830000）

自上世纪90年代以来，随着我国对沥青路面认识的深入以及对沥青混合料路用性能的掌握，橡胶沥青技术已日臻成熟，其优异的路用性能也不断地在实践中得到证明，为新疆地区沥青路面所面临的技术难题提供了解决办法。

1 研究背景

在高速公路的路面结构中，沥青路面以行车平稳舒适、连续性好、噪音小、抗震性好、开放交通早及维修方便等优点在我国得到广泛应用。我国沥青路面修筑水平虽然大幅度提高，但是不少高速公路的沥青路面使用不久便出现各类病害，其中气候因素是影响沥青路面使用性能的主要因素。

新疆属于典型的大陆性干旱气候，冬季长而寒冷，夏季短而炎热，春秋季气候变化剧烈，冷热悬殊，最热月和最冷月地面温差相差100℃以上。年温差一般40℃以上，最大日温差20℃～30℃。降水量北多南少，西多东少。新疆地区沥青路面主要病害:夏季温度高、紫外线强易产生车辙；冬季温度低且温差大易产生温缩裂缝。由于新疆冬季时间长降雪量大，当融雪从裂缝处不断进入路面后，破坏路面结构，在行车荷载的作用下，产生纵向裂缝，进而出现龟裂、坑槽和路面沉降等不良现象。橡胶沥青路面具有抗裂性强、耐老化、耐久性优良等特点，同时橡胶沥青路面比普通沥青路面的面层薄，对减少路面车辙有一定的作用，并且橡胶沥青技术有非常好的经济性，适合道路路面施工使用。

新疆地区计划将用15年时间建设“三横二纵二环八通道”干线公路网，预计到2020年，新疆公路网通车总里程将达到15万km，是2000年总里程的近1倍。以此为前提在新疆地区引入橡胶沥青技术具有很大的应用前景。

2 橡胶沥青特点及发展

2.1 橡胶沥青概述

橡胶沥青由普通沥青和废旧轮胎橡胶粉末均匀拌合成粘结料，其中橡胶粉的含量不低于15%，同时橡胶颗粒与高温沥青搅拌混合充分溶胀后方可使用。

2.2 橡胶沥青混合料制备方法

橡胶沥青混合料的常规制备方法分为干法和湿法。干法是将剂量为沥青混合料2%～3%的废橡胶粉喷入正在搅拌的热沥青容器中，搅拌20min即成为橡胶沥青混合料。干法生产的混合料高温稳定性好，适用于摊铺公路的中面层及下面层，提高沥青路面的抗高温变形能力。所谓湿法，是将废橡胶粉按比例（胶粉用量一般是沥青总量的10%～20%）投入到180～200℃的沥青中搅拌1h以上，再进入胶体磨或高速剪切乳化机中加工处理，使废橡胶粉在加工过程中得到进一步的粉碎和溶胀。湿法生产的混合料在低温抗裂、抗水损坏以及降低行车噪声等方面具有明显优势，主要用于上面层沥青混合料、防水粘结层和应力吸收层等。因此，在使用橡胶沥青混合料时，应根据不同的使用目的，采用不同的生产工艺，充分发挥各种材料的优势。

2.3 橡胶沥青混合料的特点

《新疆沥青路面气候分区图》根据气候综合影响系数的数值区间将新疆分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个气候区，即水稳及冻稳区、低温抗裂区、高低温过渡区、高温抗车辙区。经过近三十年的发展，橡胶沥青作为路面材料得到认同和应用，其特性表现在:

1）橡胶沥青混合料优良的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性等特点，弥补普通沥青混合料的不足。

2）在沥青混合料中掺加废胎胶粉后，沥青面层的厚度可减薄30%～70%，当沥青结构层中使用橡胶沥青的应力吸收中间层时，厚度可进一步减薄。

3）在低温高寒地区，橡胶沥青自动除冰路面，能满足新疆大部地区冬季路面除雪需要。

4）采用橡胶沥青后，沥青路面的行车噪声降低3～8dB，相当于交通量减少30%～50%。

5）更鲜明的标线色差，增加行车安全性。

2.4 橡胶沥青发展现状

我国橡胶改性沥青及混合料的研究始于20世纪80年代，经过30年发展，我国橡胶沥青技术逐渐形成，以废胶粉为原材料的橡胶改性沥青在公路和城市道路建设、养护中的应用逐步开展，并在北京市、四川省、江苏省、河北省、广东省等省市开展大规模实体工程。目前，橡胶沥青混合料在新疆地区的使用尚处起步阶段。2009年，在国道216线甘河子收费站段铺筑约3.0km橡胶沥青路面，目前使用性能良好；2013年在国道314线疏附县过境段铺筑约500m“白加黑”橡胶沥青路面等。

3 橡胶沥青应用

1）防水粘结层。橡胶沥青砂胶是一种由橡胶沥青结合料、细集料和矿粉按一定比例配制而成的一种沥青混合料，其沥青含量高、矿粉多、混合料高温时呈流动状态、冷却后非常密实、空隙率极低、变形能力强，因此一般将其用于桥面或者路面的防水粘结。

2）橡胶沥青应力吸收层。橡胶沥青应力吸收层由橡胶沥青胶结料、单粒径集料组成的应力吸收薄膜夹层对减缓反射裂缝的产生与扩展有明显的效果，可使半刚性基层或旧路面裂缝处相对位移产生的应力传到罩面层时大为减少，降低应力强度因子，从而达到延缓反射裂缝产生的目的。

3）低噪音路面。橡胶沥青开级配磨耗层（RAOGFC）和橡胶沥青断级配沥青混凝土（RAC）都具有良好的吸音降噪效果，与普通路面相比，可以显著降低噪音，其中，RA－OGFC比RAC的降噪效果更好。

4）排水路面。橡胶沥青开级配磨耗层（RAOGFC）孔隙率大，利于路面排水，且因其具有较厚的橡胶沥青膜，提高沥青的抗剥落和抗老化能力。

5）高抗裂、抗滑性路面。橡胶沥青断级配混凝土（RAC）能够提供耐久的、柔韧的路面，具有较强的抗反射裂缝、抗车辙、抗老化性能，由断级配形成的构造深度使路面具有良好的抗滑性能，降低噪音，断级配混合料构造深度大，抗疲劳和抗裂性能好。

4 橡胶沥青路面经济性分析

橡胶沥青路面经济性可从两个方面进行分析:一是单纯从橡胶沥青或混合料的材料成本测算，分析混合料的单价；二是经过多年的使用，考虑建设成本、运营成本和养护成本进行全寿命的技术经济分析。

由于橡胶沥青混合料拌和工艺、摊铺碾压工艺与SBS改性SMA基本一致，因此加工成本和施工成本基本相当。但在评估路面综合造价时，应将橡胶沥青混合料的性能效应—减薄厚度考虑在内。美国和南非的研究经验表明，使用橡胶沥青混合料和使用橡胶沥青应力吸收层，从路面结构承载力和抗反射裂缝角度可以减薄路面结构的厚度。

白改黑路面结构中，一般采用下面层6cm＋上面层4cm，而且一般上面层采用改性沥青，水泥混凝土与沥青混合料铺装层之间设置抗反射裂缝层。橡胶沥青路面结构一般采用下面层1cm＋上面层4。5cm橡胶沥青混合料结构的耐久性可以与10 cm改性沥青混合料结构相媲美，甚至耐久性更好。橡胶沥青路面用于新建路面时，其造价比常规路面降低10%；而用于“白改黑”路面时，造价降低至少40%。此外，如果考虑减少一层沥青混合料的摊铺，可缩短沥青面层施工工期近1／3，所带来的社会效益和经济效益将更加显著。