QC成果研究橡膠粉改性瀝青在高溫多雨地區(qū)高速公路中的應(yīng)用

景鷹公司第一QC小組

二OO八年七月研究橡膠粉改性瀝青在高溫多雨地區(qū)高速公路中的應(yīng)用

景鷹高速公路是國(guó)家高速公路“7918”網(wǎng)規(guī)劃中的“縱4線”—濟(jì)南至廣州高速公路在江西省境內(nèi)的北段，全長(zhǎng)202.633公里。由江西公路開(kāi)發(fā)總公司籌資建設(shè)，并成立景鷹高速公路公司進(jìn)行運(yùn)營(yíng)管理。

橡膠粉改性瀝青是利用汽車(chē)廢棄的舊輪胎，經(jīng)過(guò)加工成為一定粒度的粉料，直接添加到道路石油瀝青（濕法）或添加到集料中（干法）對(duì)瀝青進(jìn)行改性的一種方法。一.前言二.小組簡(jiǎn)介課題名稱研究橡膠粉改性瀝青在高溫多雨地區(qū)高速公路中的應(yīng)用小組名稱景鷹公司第一QC小組小組類型創(chuàng)新型人數(shù)7人活動(dòng)頻率2~3次/月QC人均教育時(shí)間70小時(shí)以上出勤率98%成立時(shí)間2007年1月活動(dòng)時(shí)間2007年2月-2008年3月小組成員姓名性別年齡文化程度職務(wù)/職稱小組分工QC教育時(shí)間總協(xié)調(diào)陳立新男37本科總經(jīng)理總協(xié)調(diào)成果推廣＞60h組長(zhǎng)曠小林男46本科副總經(jīng)理/高工制定方案＞100h副組長(zhǎng)姚文清男42本科養(yǎng)護(hù)處長(zhǎng)/高工工作協(xié)調(diào)＞100h組員趙寶山男51本科高工對(duì)策實(shí)施＞60h組員肖新春男30本科助理工程師對(duì)策實(shí)施總結(jié)成果＞100h組員劉軍男27研究生助理工程師試驗(yàn)檢測(cè)總結(jié)成果＞60h組員王健男26本科助理工程師現(xiàn)場(chǎng)管理＞40h

三.選擇課題據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)2007年的廢舊輪胎達(dá)到1.5億條，并以每年12%速度在增加，預(yù)計(jì)到2010年將達(dá)到2億條，這樣大規(guī)模的廢舊輪胎將會(huì)帶來(lái)巨大的社會(huì)環(huán)保問(wèn)題。環(huán)境保護(hù)需要

節(jié)約成本需要

應(yīng)用現(xiàn)狀

選定課題

一方面由于高速公路建設(shè)需要大量改性瀝青，另一方面高速公路建設(shè)用改性瀝青(特別是SBS聚合物改性瀝青)成本大幅提高.交通部于2007年下發(fā)的《關(guān)于組織實(shí)施材料節(jié)約和循環(huán)利用專項(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃的通知》(廳科教字【2007】141號(hào))把“廢舊橡膠輪胎筑路應(yīng)用技術(shù)”做為重點(diǎn)推廣項(xiàng)目之一.江西及江西同緯度地區(qū)(高溫多雨氣候)還未進(jìn)行橡膠粉改性瀝青試驗(yàn)路的鋪筑及相關(guān)研究.江西公路開(kāi)發(fā)總公司指令對(duì)橡膠粉改性瀝青在江西景鷹高速公路中應(yīng)用進(jìn)行研究.四.設(shè)定目標(biāo)在景鷹高速公路鋪筑橡膠粉改性瀝青上面層試驗(yàn)路，在各項(xiàng)路用性能指標(biāo)滿足規(guī)范要求的前提下，達(dá)到①利用廢舊輪胎;②節(jié)約改性瀝青成本的目的。

五.提出并選擇方案

1.提出各種方案小組成員運(yùn)用頭腦風(fēng)暴法，根據(jù)景鷹高速公路的實(shí)際情況，提出以下三種試驗(yàn)路鋪筑方案：方案一：在隧道內(nèi)鋪筑試驗(yàn)路方案二：在特大橋上鋪筑試驗(yàn)路方案三：在普通路基上鋪筑試驗(yàn)路2.各種方案的可行性及評(píng)估

經(jīng)過(guò)可行性分析，每個(gè)小組成員都對(duì)三種方案進(jìn)行評(píng)估打分（見(jiàn)表1）。表1各種方案的可行性分析及評(píng)估表方案可行性分析評(píng)價(jià)綜合得分選定方案項(xiàng)目陳曠姚趙肖劉王立小文寶新新林清山春軍健一隧道內(nèi)鋪筑試驗(yàn)路1.隧道內(nèi)通風(fēng)不暢,潮濕,環(huán)境與外界不同2.隧道內(nèi)的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與普通路基上的不同,不具代表性3.隧道內(nèi)空間小,不利于施工4.受隧道施工的工期制約所處環(huán)境代表性可實(shí)施性工期影響○○○○○◎◎○○○○○○○◎○◎◎○○◎○◎○●○○●50不選二在特大橋上鋪筑試驗(yàn)路1.在橋面上受環(huán)境影響大,在嚴(yán)熱和寒冷季節(jié)與周?chē)鷾夭畲?.橋面上的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與普通路基不同,不具代表性3.大量的機(jī)械設(shè)備和人員集中在橋面上作業(yè),容易引起特大橋的共振,對(duì)特大橋的結(jié)構(gòu)安全存在一定的影響,且對(duì)施工安全也不利4.特大橋的施工工期制約了試驗(yàn)路的鋪筑○○○◎○◎◎◎○○○○○○○◎◎◎●●○○◎◎○◎○●60不選三普通路基上鋪筑試驗(yàn)路1.在嚴(yán)熱和寒冷季節(jié)路基溫度與周?chē)鷾囟葻o(wú)太大的變化2.景鷹高速公路全長(zhǎng)202公里,路基長(zhǎng)160多公里,占總長(zhǎng)69%,具有很強(qiáng)的代表性3.在路基上施工方便,不受其它條件限制4.大部分路基已具備路面施工條件,不影響工期●●●◎●◎●●●●●●●●◎◎●◎●○◎●◎◎●●●●120選定表中：●5分◎3分○1分經(jīng)過(guò)上述三個(gè)方案的評(píng)估打分，我們可以看出:方案一:綜合評(píng)分為50分；方案二:綜合評(píng)分為60分；方案三:綜合評(píng)分為120分.因此，確定方案三為實(shí)施方案，即在普通路基上鋪筑橡膠粉改性瀝青試驗(yàn)路.六.制定對(duì)策表

小組成員經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的討論，認(rèn)為要使橡膠粉改性瀝青在景鷹高速公路中應(yīng)用，首先必須研究并掌握橡膠粉改性瀝青的生產(chǎn)工藝、橡膠粉的摻量、橡膠粉改性瀝青混合料的路用性能.根據(jù)以上要素和QC活動(dòng)“5W1H”原則我們制定了對(duì)策表2.序號(hào)對(duì)策目標(biāo)措施完成地點(diǎn)責(zé)任人完成時(shí)間1經(jīng)費(fèi)申請(qǐng)預(yù)算62萬(wàn)向總公司申請(qǐng)專項(xiàng)研究經(jīng)費(fèi)總公司陳立新曠小林2007.12橡膠粉的生產(chǎn)工藝掌握橡膠粉的生產(chǎn)工藝1.與具有橡膠粉改性瀝青生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)廠商展開(kāi)合作2.廠家通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比確定最佳的生產(chǎn)工藝改性瀝青生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)曠小林姚文清2007.2～2007.33橡膠粉摻配量確定最佳摻配用量1.采取不同摻量進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)2.根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定最佳摻配用量總公司試驗(yàn)室同濟(jì)大學(xué)試驗(yàn)室肖新春劉軍2007.3

～2007.44橡膠粉改性瀝青路用性能研究混合料高低溫及水穩(wěn)性能滿足規(guī)范要求與權(quán)威性的試驗(yàn)室展開(kāi)合作，進(jìn)行相關(guān)的室內(nèi)試驗(yàn)研究工作。肖新春劉軍2007.4～2007.75鋪筑試驗(yàn)路實(shí)體工程試驗(yàn)路的各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足規(guī)范要求現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)進(jìn)行生產(chǎn)配合比，按照生產(chǎn)配合比，鋪筑試驗(yàn)路實(shí)體工程.景鷹公司施工現(xiàn)場(chǎng)趙寶山王健2007.9表2對(duì)策表七.方案實(shí)施▲實(shí)施一1．通過(guò)多家比選選，最后確定定與國(guó)內(nèi)實(shí)力力較強(qiáng)的北京京溫格漢氏資資源再利用技技術(shù)有限公司司和天津海泰泰環(huán)保科技發(fā)發(fā)展有限公司司展開(kāi)合作，，分別負(fù)責(zé)橡橡膠粉的生產(chǎn)產(chǎn)和橡膠粉改改性瀝青的生生產(chǎn)，確保了了橡膠粉的及及時(shí)供應(yīng)和橡橡膠粉改性瀝瀝青的質(zhì)量。。2．通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比比，最終確定定的生產(chǎn)工藝藝是:采用常溫粉碎碎法粉碎廢舊舊輪胎將將粉碎后廢廢舊輪胎橡膠膠粉直接添加加到普通道路路石油瀝青內(nèi)內(nèi)（濕法）180℃下機(jī)械攪拌60分鐘。橡膠粉改性瀝瀝青(濕法)加工設(shè)備圖▲實(shí)施二我們分別按10%、14%、18%、22%和26%的橡膠粉摻量量進(jìn)行了瀝青青的高溫性能能、低溫性能能和老化性能能試驗(yàn)（基質(zhì)質(zhì)瀝青采用設(shè)設(shè)計(jì)的殼牌公公司的Shell70#）。詳細(xì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)據(jù)見(jiàn)下表3：表3不同摻量的橡橡膠粉改性瀝瀝青性能指標(biāo)標(biāo)匯總表試驗(yàn)項(xiàng)目單位規(guī)范要求橡膠粉摻量普通瀝青改性瀝青10%14%18%22%26%25℃針入度0.1mm60～8060～8073.069.767.766.765.3軟化點(diǎn),不小于℃465551.4554.858.559.960.2135℃粘度,不大于Pa.s/31.61.82.54.18.55℃延度,不小于cm/3036.834.333.227.224.2TFOT后(老化性能)質(zhì)量變化,不大于%±0.8±1.0±0.27±0.4±0.46±0.58±0.525℃殘留針入度比,不小于%616084.386.994.080.574.55℃殘留延度比,不小于%/66.794.290.188.681.480.7備注:紅色數(shù)據(jù)表示示不符合《公路瀝青路面面施工技術(shù)規(guī)規(guī)范》要求.試驗(yàn)結(jié)結(jié)果表表明：：10%、14%、22%和26%的橡膠膠粉摻摻量其其各項(xiàng)項(xiàng)性能能指標(biāo)標(biāo)雖然然都能能滿足足普通通瀝青青的規(guī)規(guī)范要要求，，但分分別有有1~2項(xiàng)指標(biāo)不不符合合改性性瀝青青的規(guī)規(guī)范要要求，，改性性效果果不明明顯。。而18%的摻量量各項(xiàng)項(xiàng)指標(biāo)標(biāo)均符符合改改性瀝瀝青的的規(guī)范范要求求，且且對(duì)于于瀝青青的改改性非非常明明顯。首先先，能能夠改改善瀝瀝青的的高溫溫性能能，主主要表表現(xiàn)在在針入入度降低,軟化點(diǎn)點(diǎn)提高高和粘粘度提高高上。。其次次，能能夠改改善瀝瀝青的的老化化性能能，表表現(xiàn)為為質(zhì)量量損失失減小小，殘殘留針針入度度比提提高和和殘留留延度度比提提高。。根據(jù)據(jù)上述述試驗(yàn)驗(yàn)結(jié)果果，確確定橡橡膠粉粉的摻摻量為為18%。1．為了了掌握握橡膠膠粉改改性瀝瀝青混混合料料的路路用性性能，，通過(guò)過(guò)比選選，我我們確確定了了與國(guó)國(guó)內(nèi)土土木工工程研研究領(lǐng)領(lǐng)域處處于領(lǐng)領(lǐng)先地地位的的同濟(jì)濟(jì)大學(xué)學(xué)進(jìn)行行合作作，由由同濟(jì)濟(jì)大學(xué)學(xué)負(fù)責(zé)責(zé)部分分試驗(yàn)驗(yàn)研究究，確確保了了試驗(yàn)驗(yàn)精度度及結(jié)結(jié)果的的權(quán)威威性。。2．本次次試驗(yàn)驗(yàn)同時(shí)時(shí)進(jìn)行行了AC-13（設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)規(guī)規(guī)定定））橡橡膠膠粉粉改改性性瀝瀝青青混混合合料料和和SBS改性性瀝瀝青青混混合合料料設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)，，通通過(guò)過(guò)試試驗(yàn)驗(yàn)，，以以比比較較兩兩者者之之間間的的性性能能差差異異。。▲實(shí)實(shí)施施三三表4混合料高高低溫及及水穩(wěn)性性能試驗(yàn)驗(yàn)結(jié)果項(xiàng)目單位規(guī)范要求AC-13普通瀝青混合料改性瀝青混合料SHELL+18%SBS6O℃車(chē)轍試驗(yàn)次/mm≥1000≥2800334046367O℃浸水車(chē)轍試驗(yàn)次/mm//14121280劈裂疲勞試驗(yàn)指標(biāo)(應(yīng)力比0.4)次≥2000≥250033303007凍融劈裂試驗(yàn)凍融劈裂比指標(biāo)%≥75≥8086.3885.82浸水馬歇爾試驗(yàn)殘留穩(wěn)定度指標(biāo)%≥80≥8590.4386.52低溫彎曲試驗(yàn)(破壞應(yīng)變)με≥2000≥250034612527通過(guò)上述述六個(gè)試試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)橡膠膠粉改性性瀝青混混合料的的車(chē)轍試試驗(yàn)結(jié)果果為3340次/mm，雖然比比SBS改性瀝青青要低，，但已達(dá)達(dá)到規(guī)范范要求的的2800次以上要要求。同時(shí),橡膠粉改改性瀝青青混合料的的70℃浸水車(chē)轍轍、劈裂疲勞勞、凍融融劈裂比比、殘留留穩(wěn)定度度和破壞壞應(yīng)變?cè)囋囼?yàn)結(jié)果果要比SBS改性瀝青青混合料料高，反反映了橡橡膠粉改改性瀝青青混合料料具有較較好的高高溫性能能、疲勞性能能、水穩(wěn)穩(wěn)性能和低溫抗抗裂性能能?！鴮?shí)施四四QC小組在掌掌握了橡橡膠粉改改性瀝青青的生產(chǎn)產(chǎn)工藝、、橡膠粉粉的摻量量、橡膠膠粉改性性瀝青混混合料的的路用性性能的基基礎(chǔ)上，，現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)導(dǎo)進(jìn)行生生產(chǎn)配合合比，按按照生產(chǎn)產(chǎn)配合比比進(jìn)行實(shí)實(shí)驗(yàn)路鋪鋪筑，并并于2007年9月完成景景鷹高速速公路K130～K135右幅5km上面層橡橡膠粉改改性瀝青青試驗(yàn)路路的鋪筑筑。1．路用性性能效果果我們對(duì)試試驗(yàn)路各各項(xiàng)性能能進(jìn)行了了檢測(cè)，，檢測(cè)結(jié)果果表，橡橡膠粉改改性瀝青青路面表表面滲水水試驗(yàn)、、鉆芯試試驗(yàn)、面面層抗滑滑性能試試驗(yàn)等各各項(xiàng)試驗(yàn)驗(yàn)指標(biāo)均均符合規(guī)規(guī)范要求求，合格格率達(dá)100%(見(jiàn)表5).表5橡膠粉改改性瀝青青路面現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)匯總表表八.效果檢查查項(xiàng)目檢測(cè)平均值規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)點(diǎn)數(shù)合格點(diǎn)數(shù)合格率（%）滲水系數(shù)平均值(ml/min)22≤1201515100壓實(shí)度平均值(%)94.4≥9255100構(gòu)造深度平均值(mm)0.83≥0.551515100擺值平均值（BPN）54≥451515100同時(shí)我們們對(duì)試驗(yàn)驗(yàn)路的路路面噪聲聲進(jìn)行了了測(cè)定,經(jīng)過(guò)測(cè)定定發(fā)現(xiàn)，，橡膠粉粉改性瀝瀝青對(duì)降降低行車(chē)車(chē)噪音有有一定作作用，相相對(duì)于SBS改性瀝青青可以降低大約約4分貝(見(jiàn)圖2)。圖2路面噪聲聲測(cè)定2．經(jīng)濟(jì)效效益按目前重重交瀝青青、改性性瀝青和和橡膠粉粉的市場(chǎng)場(chǎng)價(jià)計(jì)算算,表7兩種材料價(jià)價(jià)格比較表表名稱SBS改性瀝青橡膠粉瀝青材料名稱70#SBS70#橡膠粉單位（噸）10.0510.18單價(jià)（元）29502000029503300材料價(jià)格295010002950594材料重量（噸）1.051.18材料價(jià)格合計(jì)（元）39503544每噸材料價(jià)格（元）37623003每噸節(jié)約成本（元）759節(jié)約比例20%我們可以看出使使用橡膠粉粉改性瀝青青混凝土代代替?zhèn)鹘y(tǒng)的的SBS改性瀝青混混凝土每噸噸材料可節(jié)節(jié)約759元,節(jié)約比例達(dá)達(dá)20%.按照景鷹高高速公路4cm殼牌改性瀝瀝青上面層層的結(jié)構(gòu)形形式及最佳佳油石比5%計(jì)算，采用用橡膠粉改改性瀝青后后每公里節(jié)節(jié)約瀝青成成本8.13萬(wàn)元。計(jì)算算過(guò)程如下下：▲每公里瀝青青用量=(22.5×1000×0.04)m3×2500kg/m3×(0.05÷1.05)=107.14(噸)▲每公里節(jié)約約瀝青成本本=107.14×759=８.13(萬(wàn)元)3．環(huán)保效益益按生產(chǎn)每噸噸橡膠粉需需要240條廢輪胎的的生產(chǎn)消耗耗量及18%的橡膠粉摻摻量計(jì)算，，則每公里里還可消耗耗廢輪胎4628條。計(jì)算過(guò)過(guò)程如下：：▲每公里消耗耗廢輪胎=107.14×0.18××240=4628(條)同時(shí),采用橡膠粉粉改性瀝青可以以降低噪音音,從而提高行行車(chē)舒適度度,降低行車(chē)對(duì)對(duì)公路沿線線群眾生活活的干擾。。5．通車(chē)后的的效果景鷹高速公公路通車(chē)近八個(gè)月，，目前橡膠膠粉改性瀝青青試驗(yàn)路沒(méi)