橡胶改性沥青QC成果发布419

景鹰公司第一QC小组二OO八年四月研究橡胶粉改性沥青在江西(高温多雨地区)高速公路中的应用景鹰高速公路是国家高速公路“7918”网规划中的“纵4线”——济南至广州公路在江西省境内的北段，全长202.633公里。橡胶粉改性沥青是利用汽车废弃的旧轮胎，经过加工成为一定粒度的粉料，直接添加到道路石油沥青（湿法）或添加到集料中（干法）对沥青进行改性的一种方法。一.概况二、小组简介小组名称景鹰公司第一QC小组小组类型创新型成立时间2007年1月活动时间2007年2月-2007年9月小组成员姓名性别年龄文化程度职称小组分工QC教育时间组长旷小林男46本科高级工程师制定方案＞100h副组长姚文清男42本科高级工程师工作协调＞100h组员赵宝山男51本科高级工程师对策实施＞60h组员肖新春男30本科助理工程师对策实施,总结成果＞60h组员刘军男27研究生助理工程师试验检测＞40h组员张克武男27本科助理工程师现场管理＞40h三、选择课题据统计，我国2005年的废旧轮胎达到1.2亿条，并将以每年12%的速度增加，到2010年将达到2亿条，这样大规模的废旧轮胎将会带来巨大的社会环保问题。环境保护需要节约成本需要现状选定课题由于国际原油价格的大幅度上涨，高速公路建设用沥青（特别是SBS、EVA、PE等聚合物改性沥青）成本大幅度提高。交通部办公厅《关于组织实施材料节约和循环利用专项行动计划的通知》(厅科教字［2007］141号文件中的重要内容为“重点研究和推广高等级路面再生资源、废旧橡胶轮胎筑路应用技术、聚合物改性水泥混凝土技术、机制砂混凝土技术”。江西及江西同纬度的地区(高温多雨气候)还未进行橡胶粉改性沥青试验路的铺筑及相关研究总公司指令对橡胶粉改性沥青在江西（高温多雨地区）高速公路中的应用进行研究四.设定课题目标在景鹰高速公路铺筑橡胶粉改性沥青上面层试验路，在各项路用性能指标满足规范要求的前提下达到节约改性沥青成本、消耗废旧轮胎的目的。五.提出并选择方案1、提出各种方案由于在江西还未进行橡胶粉改性沥青试验路的铺筑及相关研究，于是小组针对景鹰高速公路的实际情况，提出以下三个方案：方案一：在隧道内铺筑试验路方案二：在特大桥上铺筑试验路方案三：在普通路基上铺筑试验路2、各种方案的可行性及评估我们对三种方案进行了可行性分析和评估（见表1）。表1各种方案的可行性分析及评估表方案可行性分析评价综合得分选定方案项目评分一在隧道内铺筑试验路1.隧道内风大,潮湿,所处环境与外界不同2.隧道内的路面结构设计与普通路基上的不同,不具代表性3.隧道内空间小,不利于施工4.受隧道施工的工期制约所处环境代表性可实施性工期影响○○◎○6不选二在特大桥上铺筑试验路1.在桥面上受环境影响大,在严热和寒冷季节与周围温差大2.桥面上的路面结构设计与普通路基不同,不具代表性3.大量的机械设备和人员集中在桥面上作业,容易引起特大桥的共振,对特大桥的结构安全存在一定的影响,且对施工安全也不利4.特大桥的施工工期制约了试验路的铺筑所处环境代表性可实施性工期影响◎○◎○8不选三在普通路基上铺筑试验路1.在严热和寒冷季节路基温度与周围温度无太大的变化2.景鹰高速公路全长202公里,路基长160多公里,占总长69%,具有很强的代表性3.在路基上施工方便,不受其它条件限制4.大部分路基已具备路面面层施工条件,不影响工期所处环境代表性可实施性工期影响●●●●20选定表中：●5分◎3分○1分经过方案的评估打分，方案一综合评分为6分；方案二综合评分为8分；方案三综合评分为20分。因此，确定方案三为实施方案，即在普通路基上铺筑橡胶粉改性沥青试验路。六、根据方案三制定对策表小组成员经过进一步的讨论，认为要使橡胶粉改性沥青在江西高速公路中应用，必须研究并掌握橡胶粉改性沥青的生产工艺、橡胶粉的掺量、橡胶粉改性沥青混合料的路用性能。根据以上要素我们制定了对策表（见表2）。序号对策目标措施责任人完成时间1橡胶粉的生产工艺掌握橡胶粉的生产工艺1.确定一家具有丰富经验的橡胶粉改性沥青生产厂商展开合作2.通过试验对比确定最佳的生产工艺旷小林姚文清2007.2～2007.32橡胶粉掺配量确定最佳掺配用量1.采取不同的掺量进行对比试验2.根据试验结果确定最佳掺配用量肖新春刘军2007.3～2007.43橡胶粉改性沥青的路用性能研究混合料高温、低温及抗水损害性能满足规范要求与权威性的试验室展开合作，进行相关的室内试验研究工作。肖新春刘军2007.4～2007.74铺筑试验路实体工程试验路的各项性能指标满足规范要求现场指导进行生产配合比，按照生产配合比设计，铺筑试验路实体工程赵宝山张克武2007.95经费申请上述预算62万元向总公司申请旷小林2007.1表2对策表七.方案实施过程▲实施一1、通过多家比选，最后确定与国内实力较强的北京温格汉氏资源再利用技术有限公司和天津海泰环保科技发展有限公司展开合作，分别负责橡胶粉的生产和橡胶粉改性沥青的生产，确保了橡胶粉的及时供应和橡胶粉改性沥青的质量。2、通过试验对比，最终确定的生产工艺是：采用常温粉碎法粉碎废旧轮胎将粉碎后废旧轮胎橡胶粉直接添加到普通道路石油沥青内（湿法）180℃下简单机械搅拌60分钟。▲实施二我们分别按10%、18%、26%的橡胶粉掺量进行了沥青的高温性能、低温性能和老化性能试验（基质沥青采用设计的壳牌公司的Shell70#）。试验数据见表3：表3不同掺量的橡胶粉改性沥青性能指标汇总表试验项目单位规范要求橡胶粉掺量普通沥青改性沥青10%18%26%25℃针入度0.1mm60～8060～8063.064.764.35℃延度,不小于cm/3036.832.224.2软化点,不小于℃465551.4559.560.2135℃粘度,不大于Pa.s/31.62.13.5TFOT后质量变化,不大于%±0.8±1.0±0.02±0.3±0.525℃残留针入度比,不小于%616084.394.074.55℃延度,不小于cm/2026.826.224.2试验结果表明：10%和26%的橡胶粉掺量其各项性能指标虽然都能满足普通沥青的规范要求，但分别有1项和2项指标不符合改性沥青的规范要求，改性效果不明显。18%的掺量各项指标均符合改性沥青的规范要求，且对于沥青的改性非常明显。首先，能够提高沥青的高温性能，主要表现在针入度降低、软化点升高和粘度提高。其次，能够提高沥青的老化性能，表现为残留针入度比的提高和质量损失的减小。因此确定橡胶粉的掺量为18%。▲实施三1、为了掌握橡胶粉改性沥青混合料的路用性能，QC小组与国内土木工程研究领域处于领先地位的同济大学进行合作，由同济大学负责部分试验研究，确保了试验精度及结果的权威性。2、本次试验进行了AC-13细型（设计规定）混合料设计，并采用SBS改性沥青进行同种级配的混合料设计，以比较橡胶粉改性沥青混合料的实际性能，其试验结果见表4：表4混合料高温、低温及抗水损害性能试验项目单位规范要求AC-13普通沥青混合料改性沥青混合料SHELL+18%SBS6O℃车辙试验动稳定度指标，不小于次/mm1000280033404636冻融劈裂试验冻融劈裂比指标，不小于%758080.3185.82浸水马歇尔试验残留稳定度指标，不小于%808590.4386.52通过车辙试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验，发现橡胶粉改性沥青混合料的动稳定次数在3300次左右，虽然比SBS改性沥青要低，但已达到我国对改性沥青动稳定度2800次以上的要求，相对于普通基质沥青，其性能有了很大提高。橡胶粉改性沥青混合料的残留稳定度要比SBS改性沥青混合料高5%左右，体现了橡胶粉改性沥青较好的水稳定性。同时我们对橡胶粉改性沥青混合料在不同温度条件下的弹性恢复进行了试验，研究发现，橡胶粉改性沥青混合料的体积膨胀主要来自于混合料内橡胶粉颗粒的弹性恢复，从下表可以看到70%以上的弹性恢复在12小时内就已完成，在36小时后基本上体积已不再发生变化。这种弹性恢复的特性能够提供更舒适的驾车环境，并在一定程度上减少行驶过程中的噪音（见表5及图1）。表5橡胶粉改性沥青混合料弹性恢复试验条件级配0h12h24h36h最终变化比15℃AC-1364.265.265.465.41.87%AC-2063.864.364.864.81.57%15℃水浴AC-1362.463.463.663.61.92%AC-2063.564.564.864.82.06%60℃水浴AC-1362.763.563.9642.07%AC-2062.26363.263.21.61%图1橡胶粉改性混合料高度变化图高度变化率0.00%0.50%1.00%1.50%2.00%2.50%AC-13AC-20AC-13AC-20AC-13AC-2015℃15℃水浴60℃水浴▲实施四QC小组在掌握了橡胶粉改性沥青的生产工艺、橡胶粉的掺量、橡胶粉改性沥青混合料的路用性能的基础上，现场指导进行生产配合比，按照生产配合比设计，于2007年9月份完成在景鹰高速公路K130～K135右幅5km上面层的橡胶粉改性沥青试验路的铺筑。1、路用性能效果我们对试验路现场各项性能进行了检测，并将检测结果进行了汇总,见表6。表6橡胶粉改性沥青路面现场试验汇总表八.效果检查项目检测值规范标准检测点数合格点数合格率（%）渗水系数平均值(ml/min)22≤1201515100压实度平均值(%)94.4≥9255100构造深度平均值(mm)0.83≥0.551515100摆值平均值（BPN）54≥451515100试验表明，橡胶粉改性沥青路面表面渗水试验、钻芯试验、面层构造深度试验、面层抗滑性能试验等各项现场试验指标均符合规范要求，合格率达100%。同时我们对橡胶粉改性沥青混合料的路面噪声进行了测定,经过测定发现，橡胶粉改性沥青对降低行车噪音有一定作用，相对于SBS改改沥青可以降低大约4dB(见表7及图2)。表7路面噪声测定小车卡车15t橡胶改性沥青6080120607080右幅分贝77.680.386.788.191.894.2距离8.277.380.88690.19292.1背景49.3平均77.4580.5586.3589.191.993.15SBS改性沥青左幅分贝76.780.885.990.892.793.3距离8.275.580.785.29091.593.2背景45.2平均76.180.7585.5590.492.193.25图2路面噪声测定噪音试验01020304050606080120607080行车速度噪声橡胶改性沥青SBS改性沥青名称SBS改性沥青橡胶粉沥青材料名称70#SBS70#橡胶粉单位（吨）10.0510.2单价（元）29502000029503300材料价格295010002950660材料重量（吨）1.051.2材料价格合计（元）39503610每吨材料价格（元）37623008节约比例17%表8两种材料价格比较2、经济效益按目前重交沥青、改性沥青和橡胶粉的市场价计算，我们对橡胶粉改性沥青与SBS改性沥青材料价格进行了比较，见表8：从表中可以看出使用橡胶粉改性沥青混凝土代替传统的SBS改性沥青混凝土每吨材料可节约654元，节约比例达17%。按照景鹰高速公路4cm壳牌改性沥青上面层的结构形式及最佳油石比5%计算，采用橡胶粉改性沥青后每公里节约沥青成本7.01万元。计算过程如下：▲每公里沥青用量=(22.5×1000×0.04)m3×2500kg/m3×(0.05÷1.05)=107.14(吨)▲每公里节约沥青成本=107.14×654=7.01(万元)3、环保效果按实际生产时每吨橡胶粉消耗240条废轮胎的生产消耗量及18%的掺量计算，则每公里还可消耗废轮胎4629条。计算过程如下：▲每公里消耗废轮胎=107.14×0.18×240=4629(条)4、通车后的效果景鹰高速公路通车近5个月，目前橡胶粉改性沥青试验段没有出现一个坑槽、一条裂隙等路面常见病害，试验路取得了圆满的成功。5、效果确认通过对橡胶粉改性沥青混合料各项性能的研究及试验路的检测