橡胶沥青在兰州新区市政道路中的应用分析

王平

（中国市政工程西北设计研究院有限公司，甘肃 兰州 730000）

1 项目背景

兰州新区祁连山大道是兰州新区核心区南北向的一条城市主干道，是核心区的中轴线、路网的重要组成部分。现状设计起点为北绕城快速路，设计终点为南绕城快速路，道路全长11242.592m。设计标准为城市主干路，设计车速主车道V＝60km/h，辅道V=40km/h，红线宽度80m，采用四幅路断面，路幅组成为7.0m（人行道）+8.0m（辅道）+3.0m（侧分带）+16.0m（车行道）+12.0（中央分隔带）+16.0m（车行道）+3.0m（侧分带）+8.0m（辅道）+7.0m（人行道）=80.0m，道路两侧布设20m宽景观绿化带。

目前祁连山大道已建成通车，路面结构层只施工到中面层，放置近两年时间，上面层4cm的SBS改性沥青尚未铺筑。经过两年多的运营，道路已经出现裂缝病害。主要为道路横向裂缝，约5～10m一道，缝宽约2～3mm，纵向裂缝较少。

针对路面裂缝，相关单位也进行了分析，影响因素很多，横向裂缝，特别是有规律的横向裂缝往往与路面材料和施工质量差异有关。特别是半刚性基层，容易由于温度变化产生低温收缩开裂，基层材料在养护过程中也会因为水分蒸发产生收缩开裂，在施工过程中，由于摊铺不连续、养护不到位、低温季节施工、未充分压实等因素也是会造成基层开裂。基础裂缝往往反射到面层。但半刚性基层优越的抗压强度无可替代，被道路工程广泛应用。

沥青混凝土面层材料选择十分重要，沥青混合料必须满足路用材料的各项指标要求，此外路面摊铺具有很高的技术要求，必须严格执行施工要求和技术标准，对摊铺温度和连续性十分敏感，摊铺温度低会造成路面材料收缩。

通过兰州新区中心实验室对道路进行贝克曼梁弯沉检查，检查结果表明弯沉满足要求，裂缝的原因进一步明确：半刚性基层反射裂缝、温差较大造成面层材料收缩开裂、雨水进入是造成裂缝的主要原因。

在这种情况下，结合新区温差大的特点，橡胶沥青的使用被提上日程。近年来，橡胶沥青凭借其良好的高温、低温稳定性、防噪性能，得到越来越广泛的应用，其对废旧轮胎的回收利用也切合了当下对环保的要求。但毕竟橡胶沥青在西北的应用实例较少，而新区市场广大，如何在新区使用橡胶沥青还缺乏有效的实例，因此，祁连山大道橡胶沥青路面改造项目应运而生。

2 橡胶沥青的原理、特点及应用[1-4]

（1）技术原理

根据美国ASTM的定义，所谓橡胶沥青是由一般石油沥青和回收的废旧轮胎橡胶粉末均匀拌合而成。有时需要另加添加剂，用来作为铺筑路面的粘结料，粘结料中橡胶粉的含量不低于20%，此种粘结料中的橡胶粉颗粒应与高温沥青搅拌混合并使橡胶颗粒的充分溶胀后才可使用。

其施工并不需要增加某些特殊的设备，关键是各个施工环节的温度控制。由于橡胶沥青混合料温度高、容许变化的范围窄，因此对混合料的施工条件、施工工艺和拌和、运输、碾压的设备会提出一些特殊的要求，严格按照要求进行施工即可。

（2）橡胶沥青混凝土的技术优势

a.橡胶沥青具有较高的强度，可以对破损路面进行罩面，从而减薄路面厚度。

b.橡胶沥青具有优异的高粘高弹性质，可延缓半刚性基层裂缝的反射、以及温缩裂缝的发展。

c.由于其胶粉掺量高，混合料温度敏感性较低，即高温时具有较高的模量以抵抗车辙，低温时具有良好的抗裂性能，完全满足重载交通路段的要求。

d.橡胶沥青混凝土由于表面构造深度较大，具有优良的抗滑、降噪能力，可降低噪音50%～70%（相当于交通量减小一半，或者离声源距离变大）；且由于橡胶沥青具有良好的抗老化性能，使路表颜色不易改变，适合于城市道路建设。

e.橡胶沥青具有突出的环保意义，有利于资源节约。

（3）核心技术

a.橡胶沥青生产过程中对加工时间和加工温度的控制，以及如何减少对基质沥青的老化是核心。橡胶粉在沥青中最佳的状态是部分降解、部分保持弹性，充分发挥橡胶沥青粘弹性的特征。

b.橡胶粉的掺量直接影响橡胶沥青的质量，胶粉掺量一般为不低于20%。

c.根据工程、环境特点，选择适宜的混合料级配。

（4）省内外应用情况

我国已经于2008年颁布了橡胶沥青应用技术指南，国内各省份也进行大量的工程实践，实体工程包括了高速公路、国省干线等，已经基本掌握了橡胶沥青的成套技术。到2013年，我国已在包括湖北沪蓉西高速、京承高速公路等近30条的公路上进行了实际应用，跨越了6个典型气候分区，取得良好的效果。

从2010年开始，甘肃省在河西地区，针对密集型裂缝病害的路面，甘肃公路养护技术研究院采用橡胶沥青混合料及应力吸收层，有效提高了路面使用温度下的弹性、降低了路面的温度敏感性，在低温性能不降低的情况下改善了抗变形能力和抗疲劳开裂的性能，见图1、图2。

3 改造方案

由于祁连山大道路面结构层只施工到中面层，现将现状路面沥青混凝土（中面层）进行铣刨后进行橡胶沥青应力吸收层及橡胶沥青混凝土（上面层）的铺筑，路面结构组合见图3。

图1 嘉安高速（左幅铺筑橡胶沥青）

图2 嘉安高速（右幅未铺筑橡胶沥青）

图3 路面改造方案

4 材料要求

4.1 ARHM13（W）橡胶沥青混凝土

（1）橡胶沥青

橡胶改性沥青应采用工厂化生产，能够长期储存，不发生离析现象。加工橡胶沥青的基质沥青宜选用90号道路石油沥青，胶粉添加量应占橡胶沥青总量的20%，橡胶粉中需含有25±2%富含天然胶的成分，其它性能需满足表1要求。

表1 橡胶沥青技术指标

（2）断级配橡胶沥青混合料ARHM13（W）级配要求

橡胶沥青混合料矿料级配范围见表2。

表2 断级配橡胶沥青混合料ARHM13（W）级配范围

（3）断级配橡胶沥青混合料设计原则

断级配橡胶沥青混合料采用SMA级配构成原理设计。实验室配合比设计应采用马歇尔击实成型，需要适量添加矿粉作为填料，级配采用较多粗集料形成骨架嵌挤结构，通过橡胶沥青、矿粉及部分细集料形成的玛蹄脂填充粗集料空隙，从而形成更好的抗车辙能力，同时采用较高用量的橡胶沥青，其抗疲劳性能、变形适应能力等也会有很大程度提高。断级配橡胶沥青混合料设计要求见表3。

表3 橡胶沥青混合料混合料设计要求

橡胶沥青混合料配合比设计中需注意的问题有：

a.级配的选择。应该根据上表所推荐的级配，根据石料规格进行合成级配（至少3组），根据各项指标最终选取推荐级配曲线。

b.橡胶沥青的密度。由于胶粉与沥青的作用机理比较复杂，而且不同的胶粉与沥青掺配，有着不同的密度，建议按照试验检测密度。

c.建议选取不少于4档石料进行合成级配。

4.2 橡胶沥青应力吸收层

（1）石料选用9.5～13.2mm的单一粒径，宜采用上面层所用集料（坚硬、耐磨）；石料生产必须经过除尘工艺，使0.075mm颗粒含量不大于0.8%。

（2）橡胶沥青的洒布必须保证均匀，用量为2.2±0.2kg/m2。

（3）单一粒径碎石用量为10～12kg/m2，一般为满铺面积的60%～70%。

（4）碎石宜通过拌和楼进行预拌，使碎石的撒布温度不宜低于80℃，预拌沥青可采用普通石油沥青，油石比一般为0.5%。

（5）在橡胶沥青应力吸收层施工前必须采用便携式空压机，确保基层表面的浮沉或污染清理干净后方可施工。

5 施工注意事项

5.1 橡胶沥青混凝土

5.1.1 橡胶沥青混合料的拌和

（1）橡胶沥青混合料的拌和应符合相关环保、安全、排水等要求。橡胶混合料可采用间歇式拌和机或连续式拌和机拌制。

（2）拌和时间由试拌确定，必须使所有集料颗粒全部裹复沥青结合料。填料加入拌和缸与矿料干拌5～10s，再加入橡胶沥青湿拌不小于50s，每盘混合料的生产周期不宜小于60s。

（3）要注意目测检查混合料的均匀性，及时分析异常现象。如混合料有无花白、冒青烟和离析等现象。如确认是质量问题，应作废料处理并及时予以纠正。在生产开始以前，有关人员要熟悉本项目所用各种混合料的外观特征，这要通过细致地观察室内试拌的混合料而取得。

（4）橡胶沥青混合料的拌和基本参照普通沥青混合料的拌和工艺，但应严格控制各环节温度。橡胶沥青混合料的拌和温度建议参照表4执行，当橡胶沥青黏度大于2.5Pa.s时，橡胶沥青的加热温度应提高5℃～10℃。

表4 橡胶沥青混合料的拌和温度

5.1.2 橡胶沥青混合料运输

（1）橡胶沥青混合料施工前，应根据现场的施工速度确定所需运输车辆的数量。橡胶沥青混合料运输车的运量应较拌和能力和摊铺速度有所富余，根据工程规模摊铺机前方应有3～5辆运料车等候卸料。

（2）向运料车卸料时，汽车应前后移动三次装料，以减少粗集料的离析现象。同时，为了便于橡胶沥青混合料运料车卸料，运料车的底板和侧板应抹一层隔离剂，并排除可见游离余液。溶剂型的隔离剂或者柴油不能用于运输车厢上，因为会对橡胶沥青产生不良影响，皂液可以使用，有效而且便宜，稀释硅树脂乳液也可以使用。

（3）橡胶沥青混合料在运输过程中，运料车应有良好的篷布覆盖设施，卸料过程中继续覆盖，直到卸料结束取走篷布，以资保温或避免污染环境。

（4）连续摊铺过程中，运料车在摊铺机前10～30cm处停住，不得撞击摊铺机。卸料过程中运料车应挂空档，靠摊铺机推动前进。

5.1.3 橡胶沥青混合料的施工成型

橡胶沥青路面的施工成型，在混合料摊铺及碾压的程序方面，类似一般沥青混合料路面的工法。施工设备包括运料车、摊铺机及压路机。橡胶沥青混合料的具体施工过程应该符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）的有关规定。

（1）橡胶沥青混合料摊铺

a.连续稳定地摊铺，是提高路面平整度最主要措施。对于橡胶沥青混合料，摊铺机的摊铺速度应根据拌和料的产量、施工机械配套情况及摊铺厚度、摊铺宽度，按1.5～2.0m/min予以调整选择，做到缓慢、均匀、不间断地摊铺；

b.摊铺的混合料未压实前，严禁人员在路面上行走，确保路面平整度，一般情况下不得采用人工整修；

c.检测松铺厚度是否符合规定，以便随时进行调整。摊前熨平板应预热至规定温度，摊铺机熨平板必须拼接紧密，不许存有缝隙，防止卡入粒料将铺面拉出条痕；

d.应采取措施防止混合料在施工中的离析，包括控制布料器中混合料的量、摊铺速度以及事先加热熨平板到规定的温度（不低于120℃）等；

e.摊铺遇雨时，应立即停止施工，并清除未压实成型的混合料。遭受雨淋的混合料应废弃，不得卸入摊铺机摊铺。

（2）橡胶沥青混合料压实

压实是对各种沥青路面最基本要求，虽然橡胶沥青混合料是一种很宽容的材料，但是对压实要求更高，以达到理想的性能和耐久性。最好的材料、最好的混合料设计、最好的摊铺技术都不能补偿施工过程中压实不足带来的不良影响。橡胶沥青断级配混合料采用了粗集料骨架结构和粘稠的橡胶沥青，这样就比普通路面压实功提出了更高的要求。因此我们在压实过程中应做到：

a.橡胶沥青混合料的压实应根据路面宽度、厚度、混合料类型、混合料温度、气温以及拌和、运输、摊铺能力等条件综合确定压路机数量、质量、类型以及压路机的组合、编队等；

b.由于橡胶沥青黏度较大，为防止橡胶沥青粘结橡胶轮胎，橡胶沥青混凝土不宜使用胶轮压路机进行碾压，压路机轮迹的重叠宽度不应少于20cm；碾压工艺建议参照表5。

表5 橡胶沥青混合料碾压

5.1.4 碾压温度

橡胶沥青混凝土碾压温度的高低与橡胶沥青的黏度有关，黏度越大，碾压温度越高。橡胶沥青混凝土的初压温度一般不宜低于160℃，复压温度不宜低于140℃，终压的结束温度不宜低于90℃。

5.2 橡胶沥青应力吸收层

（1）施工工艺要求

a.清理铣刨后的路面，应平整、干燥、整洁，不得有尘土、杂物或油污；

b.采用沥青洒布车均匀喷洒橡胶沥青，喷洒用量为 2.2±0.2kg/m2；

c.路面撒铺单一粒径碎石要求在施工前采用沥青混凝土拌和料进行加热除尘，使碎石的撒布温度不宜低于80℃;

d.用轮胎压路机碾压一遍，使碎石定位；

e.待橡胶沥青温度下降，碎石定位后可当天也可隔2～3d摊铺面层沥青混合料。

（2）施工控制要点

橡胶沥青应力吸收层质量的施工要点为过程控制。在保证使用高品质骨料、优良粘结料的前提下，施工控制的要点为：

a.宜在干燥和较热的季节施工，并应避开雨季及低温季节，以便保证热熔橡胶沥青应力吸收层与原路面的粘结。施工的最佳地表温度为18℃及以上，当地表温度在10℃及以下时，禁止热熔橡胶沥青应力吸收层施工。

b.必须对设备进行标定和调试，特别要调整喷油嘴的角度和高度，以确保沥青用量及碎石撒布量符合要求。

c.现场配备人员，对撒布不匀处进行适当处理。

总体来说，采用NK-T103（快凝型）聚物注浆材料对道路进行注浆加固后，地聚合物注浆材料通过劈裂、挤密、填充、渗透等多种原理来改善路基及基层的密实度,重塑基层结构，降低了道路弯沉值，提高了道路的承载能力，加固效果显著。

4 结论

（1）采用地聚合物注浆加固技术，注浆材料与基层材料发生化学结晶、离子交换、物理充填、挤密压密等作用形成一个整体，将原来道路中的土体及基层材料胶结成一个整体，形成新的基层结构，其强度、密实度及整体性能均有明显改善，加固效果良好。

（2）地聚合物注浆加固技术施工便捷，施工时间短，可以快速恢复交通。且在非开挖条件下，减少了对原路面结构的扰动，施工扬尘和噪音小，在生产和使用过程中绿色、节能、环保，对于城市道路养护与维修具有广阔的应用前景和社会效益。

参考文献：

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[3]张书政,龚克成.地聚合物[J].材料科学与工程学报,2003,21(3):431-436.

[4]CJJ36-2006,城镇道路养护技术规范[S].

[5]黄晓明.路基路面工程[M].北京:人民交通出版社,2014.而且还缓解了废旧轮胎带来的环境压力，在市政道路建设中具有良好的发展前景。

6 结语

随着兰州新区经济的快速发展，交通量的迅速增加，对道路的要求越来越高。橡胶沥青作为一种新型道路建筑材料，在高低温性能、疲劳性能及降噪环保等方面是其他沥青材料难以媲美的。橡胶沥青的使用不仅提高了沥青路面的使用性能，

参考文献：

[1]JTGD50-2006,公路沥青路面设计规范[S].

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