CN103803859A - 一种反应型橡胶沥青密级配混凝土及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反应型橡胶沥青密级配混凝土及其设计方法，所述反应型橡胶沥青密级配混凝土，包括以下组份且各组份的质量份数为：集料：100份；矿粉：4～8份；反应型橡胶沥青：4～6份；所述集料最大公称粒径为16mm，反应型橡胶沥青采用不超过40cm废胎橡胶块与基质沥青在反应助剂作用下直接溶胀、发育而成，粘度达到3.5～4.5Pa.s，混合料设计空隙率为3.5～4.5%。本发明提供的反应型橡胶沥青密级配混凝土可应用于路面、机场道面、桥面铺装层表面层，既能大幅度提高废旧轮胎利用率，又能够保证沥青混合料的路用性能得到改善。

Description

一种反应型橡胶沥青密级配混凝土及其设计方法

技术领域

本发明涉及一种反应型橡胶沥青密级配混凝土及其设计方法，属于公路、城市道路、隧道道面、机场道面等道路铺设用热拌、热铺沥青混凝土技术。

背景技术

随着汽车工业的快速发展，世界各国废旧汽车轮胎正以惊人的速度在增长，继白色塑料之后形成了又一种严重污染，即“黑色污染”。目前，国际上对废旧汽车轮胎首先处理措施是翻新，而对于那些翻新后难以满足使用要求的废胎则通过加工成不同颗粒粒径的橡胶粉再加工成轮胎橡胶。当然，随着沥青路面的快速发展，废橡胶粉也在道路建设领域也得到了一定程度的应用，也就是首先将废旧轮胎通过低温撕裂等方式将其加工为不同粒径的胶粉，然后再与基质沥青在190～210℃下溶胀发育为橡胶沥青，最后与集料拌合、摊铺、碾压为橡胶沥青混凝土路面。

但是，目前这种传统的橡胶沥青的应用受到橡胶沥青内部结构组成、加工工艺、运输距离等条件的约束，在道路上的应用仍处于探索阶段。由于传统的橡胶沥青为了保持橡胶粉在沥青中一定的粒度，所以在储存、加工、运输、拌合上都受到了极大的制约，并且由此加工而成的橡胶沥青混凝土的路用性能也难与SBS等改性沥青混凝土相媲美。

发明内容

发明目的：为了减少目前橡胶粉生产中的重污染、高耗能，提高橡胶含量，并改善橡胶沥青组成微观结构及路用性能，本发明提供一种反应型橡胶沥青密级配混凝土及其设计方法，将反应型橡胶沥青与一定级配要求的集料拌合成满足路用性能要求的密级配混合料，用于桥面铺装层、隧道道面、机场道面、各等级路面的沥青混凝土面层中，既能确保沥青材料的路用性能不受影响，又能够对沥青混合料的降噪能力有着显著改善。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种反应型橡胶沥青密级配混凝土，该混凝土的混合料包括以下组份且各组份的质量份数为：

集料：              100份；

矿粉：              4～8份；

反应型橡胶沥青：    4～6份。

优选的，所述集料包括以下组份且各组份的质量份数为：

优选的，所述反应型橡胶沥青包括以下组份且各组份的质量份数为：

基质沥青      100份；

废胎橡胶块    50～75份；

反应助剂      1.5～3.5份。

优选的，所述废胎橡胶块的等效直径不大于40cm。

一般来说，所述废胎橡胶块的轮胎种类为非工程车类子午胎，废胎橡胶块的最长边≦40cm，废胎橡胶块的天然橡胶含量≧30%，废胎橡胶块的丙酮抽出物≦22%，废胎橡胶块的炭黑含量≧28%，废胎橡胶块的橡胶烃含量≧42%。

优选的，所述反应型橡胶沥青的粘度为3.5～4.5Pa.s，混合料的空隙率为3.5～4.5%。

一种反应型橡胶沥青密级配混凝土的设计方法，除了增加反应型橡胶沥青的技术指标检测外，无需对集料、混合料试验设备进行改变，具体来说，该方法包括如下步骤：

（1）制备反应型橡胶沥青，将废旧轮胎切割为等效直径不大于40cm的废胎橡胶块，废胎橡胶块在反应釜中与基质沥青直接在反应助剂的作用下溶胀、发育为反应型橡胶沥青；检测反应型橡胶沥青是否满足技术指标，以满足技术指标的反应型橡胶沥青作为步骤（3）和步骤（5）中使用的反应型橡胶沥青；所述技术指标如下：

基本指标：180℃旋转粘度/Pa.s：1.0～4.0；25℃针入度/0.1mm：40～80；软化点/℃：>47；弹性恢复/%：>55；5℃延度/cm：>10；

薄膜烘箱老化后指标：质量损失/%：<0.4；25℃针入度比/%：>80；5℃延度比/%：>40；

（2）以<0.075mm粒径的集料作为矿粉，按照质量配比要求筛分集料，以筛分出的集料作为步骤（3）和步骤（5）中使用的集料；

（3）将反应型橡胶沥青和集料在180～220℃进行拌合，并采用马歇尔击实仪进行双面75次击实成型标准马歇尔试件；

（4）检测马歇尔试件的马歇尔稳定度、流值、空隙率、矿料间隙率，由此确定最佳反应型橡胶沥青用量；

（5）基于步骤（4）中确定出的最佳反应型橡胶沥青用量，再次成型标准马歇尔试件和标准车辙板试件；

（6）以步骤（5）中成型的标准马歇尔试件和标准车辙板试件作为反应型橡胶沥青密级配混凝土试件，对反应型橡胶沥青密级配混凝土试件进行技术性能评价，包括高温性能、低温性能、抗滑性能、渗透性、线膨胀量。本发明提出的反应型密级配橡胶沥青混凝土采用了反应型橡胶沥青，与传统的橡胶粉改性沥青相比，不需要将废旧轮胎加工为胶粉后再与基质沥青溶胀、发育为橡胶改性沥青，而是直接将废旧轮胎切割为不超过40cm的橡胶块，然后在反应釜中与基质沥青在230℃左右直接在反应助剂的作用下溶胀、发育为反应型橡胶沥青，并可以像其它改性沥青一样重复加热。切割橡胶块相比胶粉生产从工艺上说极为简单，节约能源95%以上。

有益效果：本发明提供的反应型橡胶沥青密级配混凝土及其设计方法，生产工艺简单，且能够节约能源95%以上；将本发明的反应型橡胶沥青密级配混合料摊铺到道面、路面、桥面铺装层表面，既能确保沥青材料的路用性能得到改善，又减少了传统橡胶沥青中胶粉生产中的重污染、高耗能。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。

一种反应型橡胶沥青密级配混凝土的设计方法，除了增加反应型橡胶沥青的技术指标检测外，无需对集料、混合料试验设备进行改变，具体来说，该方法包括如下步骤：

（1）制备反应型橡胶沥青，将废旧轮胎切割为等效直径不大于40cm的废胎橡胶块，废胎橡胶块在反应釜中与基质沥青直接在反应助剂的作用下溶胀、发育为反应型橡胶沥青；检测反应型橡胶沥青是否满足技术指标，以满足技术指标的反应型橡胶沥青作为步骤（3）和步骤（5）中使用的反应型橡胶沥青。

在反应型橡胶沥青的制备过程中，基质沥青、废胎橡胶块和反应助剂的质量份数满足下述要求：

基质沥青      100份；

废胎橡胶块    50～75份；

反应助剂      1.5～3.5份。

所述反应型橡胶沥青的技术指标如下：

基本指标：180℃旋转粘度/Pa.s：1.0～4.0；25℃针入度/0.1mm：40～80；软化点/℃：>47；弹性恢复/%：>55；5℃延度/cm：>10；

薄膜烘箱老化后指标：质量损失/%：<0.4；25℃针入度比/%：>80；5℃延度比/%：>40。

将反应型橡胶沥青技术指标汇集为表1为：

表1 反应型橡胶沥青技术指标

（2）以<0.075mm粒径的集料作为矿粉，按照质量配比要求筛分集料，以筛分出的集料作为步骤（3）和步骤（5）中使用的集料。

除<0.075mm粒径的集料外，其余集料包括以下组份且各组份的质量份数为（考虑与集料的配伍性）：

<0.075mm粒径的集料占所述其余集料质量的4～8%。

经实际筛分选料，上述集料的质量配比要求可以近似等效为这样的筛分要求：19mm筛孔的通过率为100%，16mm筛孔的通过率为90～100%，13.2mm筛孔的通过率为76～92%，9.5mm筛孔的通过率为60～80%，4.75mm筛孔的通过率为34～62%，2.36mm筛孔的通过率为20～48%，1.18mm筛孔的通过率为13～36%，0.6mm筛孔的通过率为9～26%，0.3mm筛孔的通过率为7～18%，0.15mm筛孔的通过率为5～14%，0.075mm筛孔的通过率为4～8；该筛分要求可以汇集为表2：

表2 反应型橡胶沥青密级配混凝土集料通过率

（3）将反应型橡胶沥青和集料在180～220℃进行拌合，并采用马歇尔击实仪进行双面75次击实成型标准马歇尔试件。反应型橡胶沥青和集料的质量份数配比为：

集料（<0.075mm粒径的集料以外的其余集料）：    100份；

矿粉（<0.075mm粒径的集料）：                  4～8份；

反应型橡胶沥青：                              4～6份。

（4）检测马歇尔试件的马歇尔稳定度、流值、空隙率、矿料间隙率，由此确定最佳反应型橡胶沥青用量。

（5）基于步骤（4）中确定出的最佳反应型橡胶沥青用量，再次成型标准马歇尔试件和标准车辙板试件。

（6）以步骤（5）中成型的标准马歇尔试件和标准车辙板试件作为反应型橡胶沥青密级配混凝土试件，对反应型橡胶沥青密级配混凝土试件进行技术性能评价，包括高温性能、低温性能、抗滑性能、渗透性、线膨胀量。

该方法制备出的反应型橡胶沥青的粘度为3.5～4.5Pa.s，设计混合料的空隙率为3.5～4.5%。

在反应型橡胶沥青密级配混合料过程中，还需要进行原材料选择、集料级配确定、最佳沥青用量确定、性能指标评价试验。

下面集合实施例对本发明做出进一步的说明。

采用步骤（1）的步骤方法，按照表3配比制备反应型橡胶沥青，并对制备出的反应型橡胶沥青进行技术指标的检测，检测结果如表4所示。

表3 反应型橡胶沥青各组份的配比

范围（质量份数）

反应型橡胶沥青a

反应型橡胶沥青b

反应型橡胶沥青c

基质沥青	100份	100份	100份	100份
					废胎橡胶块	50～75份	50份	60份	75份
反应助剂	1.5～3.5份	1.5份	2.5份	3.5份

表4 反应型橡胶沥青的技术指标检测结果

选择玄武岩，根据步骤（2）的质量配比要求，按照表5进行集料的集配。

表5 集料集配

表5中，集配集料的各个实施例，使用通过率进行筛分，筛分的结果如表6所示。

表6 不同实施例中集料的通过率

由表5和表6的对照，可以看出，混合后的集料的通过率和集料的质量配比之间存在着近似关系，因此可以使用集料的筛分通过率来估量集料的质量配比，以简化在实际操作过程中的工作量。

设计混合料空隙率为4.0%，根据步骤（3）的质量配比要求，按照表7的质量配比进行反应型橡胶沥青密级配混凝土试件制备，检测反应型橡胶沥青密级配混凝土试件的技术性能评价如表8所示。

表7 反应型橡胶沥青密级配混凝土试件各组份的配比

表7中，各个实施例中使用的集料与表5中的实施例对应，其中实施例1和实施例2使用反应型橡胶沥青a，实施例3和实施例4使用反应型橡胶沥青b，实施例5和实施例6使用反应型橡胶沥青c。

表8 反应型橡胶沥青密级配混凝土试件的技术性能

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种反应型橡胶沥青密级配混凝土，其特征在于：该混凝土的混合料包括以下组份且各组份的质量份数为：

集料：              100份；

矿粉：              4～8份；

反应型橡胶沥青：    4～6份。

2.根据权利要求1所述的反应型橡胶沥青密级配混凝土，其特征在于：所述集料包括以下组份且各组份的质量份数为：

3.根据权利要求1所述的反应型橡胶沥青密级配混凝土，其特征在于：所述反应型橡胶沥青包括以下组份且各组份的质量份数为：

基质沥青      100份；

废胎橡胶块    50～75份；

反应助剂      1.5～3.5份。

4.根据权利要求3所述的反应型橡胶沥青密级配混凝土，其特征在于：所述废胎橡胶块的等效直径不大于40cm。

5.根据权利要求1所述的反应型橡胶沥青密级配混凝土，其特征在于：所述反应型橡胶沥青的粘度为3.5～4.5Pa.s，混合料的空隙率为3.5～4.5%。

6.一种反应型橡胶沥青密级配混凝土的设计方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）制备反应型橡胶沥青，将废旧轮胎切割为等效直径不大于40cm的废胎橡胶块，废胎橡胶块在反应釜中与基质沥青直接在反应助剂的作用下溶胀、发育为反应型橡胶沥青；检测反应型橡胶沥青是否满足技术指标，以满足技术指标的反应型橡胶沥青作为步骤（3）和步骤（5）中使用的反应型橡胶沥青；所述技术指标如下：

基本指标：180℃旋转粘度/Pa.s：1.0～4.0；25℃针入度/0.1mm：40～80；软化点/℃：>47；弹性恢复/%：>55；5℃延度/cm：>10；

薄膜烘箱老化后指标：质量损失/%：<0.4；25℃针入度比/%：>80；5℃延度比/%：>40；

（2）以<0.075mm粒径的集料作为矿粉，按照质量配比要求筛分集料，以筛分出的集料作为步骤（3）和步骤（5）中使用的集料；

（3）将反应型橡胶沥青和集料在180～220℃进行拌合，并采用马歇尔击实仪进行双面75次击实成型标准马歇尔试件；

（4）检测马歇尔试件的马歇尔稳定度、流值、空隙率、矿料间隙率，由此确定最佳反应型橡胶沥青用量；

（5）基于步骤（4）中确定出的最佳反应型橡胶沥青用量，再次成型标准马歇尔试件和标准车辙板试件；

（6）以步骤（5）中成型的标准马歇尔试件和标准车辙板试件作为反应型橡胶沥青密级配混凝土试件，对反应型橡胶沥青密级配混凝土试件进行技术性能评价，包括高温性能、低温性能、抗滑性能、渗透性、线膨胀量。