橡膠瀝青在蘭州新區市政道路中的應用分析

王平

（中國市政工程西北設計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

1 項目背景

蘭州新區祁連山大道是蘭州新區核心區南北向的一條城市主干道，是核心區的中軸線、路網的重要組成部分。現狀設計起點為北繞城快速路，設計終點為南繞城快速路，道路全長11242.592m。設計標準為城市主干路，設計車速主車道V＝60km/h，輔道V=40km/h，紅線寬度80m，采用四幅路斷面，路幅組成為7.0m（人行道）+8.0m（輔道）+3.0m（側分帶）+16.0m（車行道）+12.0（中央分隔帶）+16.0m（車行道）+3.0m（側分帶）+8.0m（輔道）+7.0m（人行道）=80.0m，道路兩側布設20m寬景觀綠化帶。

目前祁連山大道已建成通車，路面結構層只施工到中面層，放置近兩年時間，上面層4cm的SBS改性瀝青尚未鋪筑。經過兩年多的運營，道路已經出現裂縫病害。主要為道路橫向裂縫，約5～10m一道，縫寬約2～3mm，縱向裂縫較少。

針對路面裂縫，相關單位也進行了分析，影響因素很多，橫向裂縫，特別是有規律的橫向裂縫往往與路面材料和施工質量差異有關。特別是半剛性基層，容易由于溫度變化產生低溫收縮開裂，基層材料在養護過程中也會因為水分蒸發產生收縮開裂，在施工過程中，由于攤鋪不連續、養護不到位、低溫季節施工、未充分壓實等因素也是會造成基層開裂。基礎裂縫往往反射到面層。但半剛性基層優越的抗壓強度無可替代，被道路工程廣泛應用。

瀝青混凝土面層材料選擇十分重要，瀝青混合料必須滿足路用材料的各項指標要求，此外路面攤鋪具有很高的技術要求，必須嚴格執行施工要求和技術標準，對攤鋪溫度和連續性十分敏感，攤鋪溫度低會造成路面材料收縮。

通過蘭州新區中心實驗室對道路進行貝克曼梁彎沉檢查，檢查結果表明彎沉滿足要求，裂縫的原因進一步明確：半剛性基層反射裂縫、溫差較大造成面層材料收縮開裂、雨水進入是造成裂縫的主要原因。

在這種情況下，結合新區溫差大的特點，橡膠瀝青的使用被提上日程。近年來，橡膠瀝青憑借其良好的高溫、低溫穩定性、防噪性能，得到越來越廣泛的應用，其對廢舊輪胎的回收利用也切合了當下對環保的要求。但畢竟橡膠瀝青在西北的應用實例較少，而新區市場廣大，如何在新區使用橡膠瀝青還缺乏有效的實例，因此，祁連山大道橡膠瀝青路面改造項目應運而生。

2 橡膠瀝青的原理、特點及應用[1-4]

（1）技術原理

根據美國ASTM的定義，所謂橡膠瀝青是由一般石油瀝青和回收的廢舊輪胎橡膠粉末均勻拌合而成。有時需要另加添加劑，用來作為鋪筑路面的粘結料，粘結料中橡膠粉的含量不低于20%，此種粘結料中的橡膠粉顆粒應與高溫瀝青攪拌混合并使橡膠顆粒的充分溶脹后才可使用。

其施工并不需要增加某些特殊的設備，關鍵是各個施工環節的溫度控制。由于橡膠瀝青混合料溫度高、容許變化的范圍窄，因此對混合料的施工條件、施工工藝和拌和、運輸、碾壓的設備會提出一些特殊的要求，嚴格按照要求進行施工即可。

（2）橡膠瀝青混凝土的技術優勢

a.橡膠瀝青具有較高的強度，可以對破損路面進行罩面，從而減薄路面厚度。

b.橡膠瀝青具有優異的高粘高彈性質，可延緩半剛性基層裂縫的反射、以及溫縮裂縫的發展。

c.由于其膠粉摻量高，混合料溫度敏感性較低，即高溫時具有較高的模量以抵抗車轍，低溫時具有良好的抗裂性能，完全滿足重載交通路段的要求。

d.橡膠瀝青混凝土由于表面構造深度較大，具有優良的抗滑、降噪能力，可降低噪音50%～70%（相當于交通量減小一半，或者離聲源距離變大）；且由于橡膠瀝青具有良好的抗老化性能，使路表顏色不易改變，適合于城市道路建設。

e.橡膠瀝青具有突出的環保意義，有利于資源節約。

（3）核心技術

a.橡膠瀝青生產過程中對加工時間和加工溫度的控制，以及如何減少對基質瀝青的老化是核心。橡膠粉在瀝青中最佳的狀態是部分降解、部分保持彈性，充分發揮橡膠瀝青粘彈性的特征。

b.橡膠粉的摻量直接影響橡膠瀝青的質量，膠粉摻量一般為不低于20%。

c.根據工程、環境特點，選擇適宜的混合料級配。

（4）省內外應用情況

我國已經于2008年頒布了橡膠瀝青應用技術指南，國內各省份也進行大量的工程實踐，實體工程包括了高速公路、國省干線等，已經基本掌握了橡膠瀝青的成套技術。到2013年，我國已在包括湖北滬蓉西高速、京承高速公路等近30條的公路上進行了實際應用，跨越了6個典型氣候分區，取得良好的效果。

從2010年開始，甘肅省在河西地區，針對密集型裂縫病害的路面，甘肅公路養護技術研究院采用橡膠瀝青混合料及應力吸收層，有效提高了路面使用溫度下的彈性、降低了路面的溫度敏感性，在低溫性能不降低的情況下改善了抗變形能力和抗疲勞開裂的性能，見圖1、圖2。

3 改造方案

由于祁連山大道路面結構層只施工到中面層，現將現狀路面瀝青混凝土（中面層）進行銑刨后進行橡膠瀝青應力吸收層及橡膠瀝青混凝土（上面層）的鋪筑，路面結構組合見圖3。

圖1 嘉安高速（左幅鋪筑橡膠瀝青）

圖2 嘉安高速（右幅未鋪筑橡膠瀝青）

圖3 路面改造方案

4 材料要求

4.1 ARHM13（W）橡膠瀝青混凝土

（1）橡膠瀝青

橡膠改性瀝青應采用工廠化生產，能夠長期儲存，不發生離析現象。加工橡膠瀝青的基質瀝青宜選用90號道路石油瀝青，膠粉添加量應占橡膠瀝青總量的20%，橡膠粉中需含有25±2%富含天然膠的成分，其它性能需滿足表1要求。

表1 橡膠瀝青技術指標

（2）斷級配橡膠瀝青混合料ARHM13（W）級配要求

橡膠瀝青混合料礦料級配范圍見表2。

表2 斷級配橡膠瀝青混合料ARHM13（W）級配范圍

（3）斷級配橡膠瀝青混合料設計原則

斷級配橡膠瀝青混合料采用SMA級配構成原理設計。實驗室配合比設計應采用馬歇爾擊實成型，需要適量添加礦粉作為填料，級配采用較多粗集料形成骨架嵌擠結構，通過橡膠瀝青、礦粉及部分細集料形成的瑪蹄脂填充粗集料空隙，從而形成更好的抗車轍能力，同時采用較高用量的橡膠瀝青，其抗疲勞性能、變形適應能力等也會有很大程度提高。斷級配橡膠瀝青混合料設計要求見表3。

表3 橡膠瀝青混合料混合料設計要求

橡膠瀝青混合料配合比設計中需注意的問題有：

a.級配的選擇。應該根據上表所推薦的級配，根據石料規格進行合成級配（至少3組），根據各項指標最終選取推薦級配曲線。

b.橡膠瀝青的密度。由于膠粉與瀝青的作用機理比較復雜，而且不同的膠粉與瀝青摻配，有著不同的密度，建議按照試驗檢測密度。

c.建議選取不少于4檔石料進行合成級配。

4.2 橡膠瀝青應力吸收層

（1）石料選用9.5～13.2mm的單一粒徑，宜采用上面層所用集料（堅硬、耐磨）；石料生產必須經過除塵工藝，使0.075mm顆粒含量不大于0.8%。

（2）橡膠瀝青的灑布必須保證均勻，用量為2.2±0.2kg/m2。

（3）單一粒徑碎石用量為10～12kg/m2，一般為滿鋪面積的60%～70%。

（4）碎石宜通過拌和樓進行預拌，使碎石的撒布溫度不宜低于80℃，預拌瀝青可采用普通石油瀝青，油石比一般為0.5%。

（5）在橡膠瀝青應力吸收層施工前必須采用便攜式空壓機，確保基層表面的浮沉或污染清理干凈后方可施工。

5 施工注意事項

5.1 橡膠瀝青混凝土

5.1.1 橡膠瀝青混合料的拌和

（1）橡膠瀝青混合料的拌和應符合相關環保、安全、排水等要求。橡膠混合料可采用間歇式拌和機或連續式拌和機拌制。

（2）拌和時間由試拌確定，必須使所有集料顆粒全部裹復瀝青結合料。填料加入拌和缸與礦料干拌5～10s，再加入橡膠瀝青濕拌不小于50s，每盤混合料的生產周期不宜小于60s。

（3）要注意目測檢查混合料的均勻性，及時分析異常現象。如混合料有無花白、冒青煙和離析等現象。如確認是質量問題，應作廢料處理并及時予以糾正。在生產開始以前，有關人員要熟悉本項目所用各種混合料的外觀特征，這要通過細致地觀察室內試拌的混合料而取得。

（4）橡膠瀝青混合料的拌和基本參照普通瀝青混合料的拌和工藝，但應嚴格控制各環節溫度。橡膠瀝青混合料的拌和溫度建議參照表4執行，當橡膠瀝青黏度大于2.5Pa.s時，橡膠瀝青的加熱溫度應提高5℃～10℃。

表4 橡膠瀝青混合料的拌和溫度

5.1.2 橡膠瀝青混合料運輸

（1）橡膠瀝青混合料施工前，應根據現場的施工速度確定所需運輸車輛的數量。橡膠瀝青混合料運輸車的運量應較拌和能力和攤鋪速度有所富余，根據工程規模攤鋪機前方應有3～5輛運料車等候卸料。

（2）向運料車卸料時，汽車應前后移動三次裝料，以減少粗集料的離析現象。同時，為了便于橡膠瀝青混合料運料車卸料，運料車的底板和側板應抹一層隔離劑，并排除可見游離余液。溶劑型的隔離劑或者柴油不能用于運輸車廂上，因為會對橡膠瀝青產生不良影響，皂液可以使用，有效而且便宜，稀釋硅樹脂乳液也可以使用。

（3）橡膠瀝青混合料在運輸過程中，運料車應有良好的篷布覆蓋設施，卸料過程中繼續覆蓋，直到卸料結束取走篷布，以資保溫或避免污染環境。

（4）連續攤鋪過程中，運料車在攤鋪機前10～30cm處停住，不得撞擊攤鋪機。卸料過程中運料車應掛空檔，靠攤鋪機推動前進。

5.1.3 橡膠瀝青混合料的施工成型

橡膠瀝青路面的施工成型，在混合料攤鋪及碾壓的程序方面，類似一般瀝青混合料路面的工法。施工設備包括運料車、攤鋪機及壓路機。橡膠瀝青混合料的具體施工過程應該符合《公路瀝青路面施工技術規范》（JTGF40-2004）的有關規定。

（1）橡膠瀝青混合料攤鋪

a.連續穩定地攤鋪，是提高路面平整度最主要措施。對于橡膠瀝青混合料，攤鋪機的攤鋪速度應根據拌和料的產量、施工機械配套情況及攤鋪厚度、攤鋪寬度，按1.5～2.0m/min予以調整選擇，做到緩慢、均勻、不間斷地攤鋪；

b.攤鋪的混合料未壓實前，嚴禁人員在路面上行走，確保路面平整度，一般情況下不得采用人工整修；

c.檢測松鋪厚度是否符合規定，以便隨時進行調整。攤前熨平板應預熱至規定溫度，攤鋪機熨平板必須拼接緊密，不許存有縫隙，防止卡入粒料將鋪面拉出條痕；

d.應采取措施防止混合料在施工中的離析，包括控制布料器中混合料的量、攤鋪速度以及事先加熱熨平板到規定的溫度（不低于120℃）等；

e.攤鋪遇雨時，應立即停止施工，并清除未壓實成型的混合料。遭受雨淋的混合料應廢棄，不得卸入攤鋪機攤鋪。

（2）橡膠瀝青混合料壓實

壓實是對各種瀝青路面最基本要求，雖然橡膠瀝青混合料是一種很寬容的材料，但是對壓實要求更高，以達到理想的性能和耐久性。最好的材料、最好的混合料設計、最好的攤鋪技術都不能補償施工過程中壓實不足帶來的不良影響。橡膠瀝青斷級配混合料采用了粗集料骨架結構和粘稠的橡膠瀝青，這樣就比普通路面壓實功提出了更高的要求。因此我們在壓實過程中應做到：

a.橡膠瀝青混合料的壓實應根據路面寬度、厚度、混合料類型、混合料溫度、氣溫以及拌和、運輸、攤鋪能力等條件綜合確定壓路機數量、質量、類型以及壓路機的組合、編隊等；

b.由于橡膠瀝青黏度較大，為防止橡膠瀝青粘結橡膠輪胎，橡膠瀝青混凝土不宜使用膠輪壓路機進行碾壓，壓路機輪跡的重疊寬度不應少于20cm；碾壓工藝建議參照表5。

表5 橡膠瀝青混合料碾壓

5.1.4 碾壓溫度

橡膠瀝青混凝土碾壓溫度的高低與橡膠瀝青的黏度有關，黏度越大，碾壓溫度越高。橡膠瀝青混凝土的初壓溫度一般不宜低于160℃，復壓溫度不宜低于140℃，終壓的結束溫度不宜低于90℃。

5.2 橡膠瀝青應力吸收層

（1）施工工藝要求

a.清理銑刨后的路面，應平整、干燥、整潔，不得有塵土、雜物或油污；

b.采用瀝青灑布車均勻噴灑橡膠瀝青，噴灑用量為 2.2±0.2kg/m2；

c.路面撒鋪單一粒徑碎石要求在施工前采用瀝青混凝土拌和料進行加熱除塵，使碎石的撒布溫度不宜低于80℃;

d.用輪胎壓路機碾壓一遍，使碎石定位；

e.待橡膠瀝青溫度下降，碎石定位后可當天也可隔2～3d攤鋪面層瀝青混合料。

（2）施工控制要點

橡膠瀝青應力吸收層質量的施工要點為過程控制。在保證使用高品質骨料、優良粘結料的前提下，施工控制的要點為：

a.宜在干燥和較熱的季節施工，并應避開雨季及低溫季節，以便保證熱熔橡膠瀝青應力吸收層與原路面的粘結。施工的最佳地表溫度為18℃及以上，當地表溫度在10℃及以下時，禁止熱熔橡膠瀝青應力吸收層施工。

b.必須對設備進行標定和調試，特別要調整噴油嘴的角度和高度，以確保瀝青用量及碎石撒布量符合要求。

c.現場配備人員，對撒布不勻處進行適當處理。

總體來說，采用NK-T103（快凝型）聚物注漿材料對道路進行注漿加固后，地聚合物注漿材料通過劈裂、擠密、填充、滲透等多種原理來改善路基及基層的密實度,重塑基層結構，降低了道路彎沉值，提高了道路的承載能力，加固效果顯著。

4 結論

（1）采用地聚合物注漿加固技術，注漿材料與基層材料發生化學結晶、離子交換、物理充填、擠密壓密等作用形成一個整體，將原來道路中的土體及基層材料膠結成一個整體，形成新的基層結構，其強度、密實度及整體性能均有明顯改善，加固效果良好。

（2）地聚合物注漿加固技術施工便捷，施工時間短，可以快速恢復交通。且在非開挖條件下，減少了對原路面結構的擾動，施工揚塵和噪音小，在生產和使用過程中綠色、節能、環保，對于城市道路養護與維修具有廣闊的應用前景和社會效益。

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[5]黃曉明.路基路面工程[M].北京:人民交通出版社,2014.而且還緩解了廢舊輪胎帶來的環境壓力，在市政道路建設中具有良好的發展前景。

6 結語

隨著蘭州新區經濟的快速發展，交通量的迅速增加，對道路的要求越來越高。橡膠瀝青作為一種新型道路建筑材料，在高低溫性能、疲勞性能及降噪環保等方面是其他瀝青材料難以媲美的。橡膠瀝青的使用不僅提高了瀝青路面的使用性能，

參考文獻：

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