一种路面封层结构及其施工方法

技术领域

本发明属于道路工程领域，具体涉及一种基于废旧橡胶轮胎再利用的可降噪资源友好型路面封层结构及其施工方法。

背景技术

道路路面的碎石封层主要由沥青黏结剂及嵌入黏结剂上方的骨料两部分组成，广泛应用于美国、加拿大、澳大利亚、南非及欧洲等国家或地区，相较于路面微面处、薄层罩面、薄层热拌沥青混凝土等路面预养护结构，碎石封层更具有耐久、高效、经济的养护特点，同时还可改善已有路面宏观纹理，增强防滑性能，提高驾驶安全性。

目前，全球每年产生上亿条废旧橡胶轮胎，因难以压缩且含有铅、铬、镉等重金属，废旧橡胶轮胎占据大量土地空间资源、不易生物降解，而且燃烧后会释放大量有毒气体，对空气、水源、土壤等造成严重污染，因此加强废旧轮胎的再利用刻不容缓。现有技术所公开的碎石封层路面结构中，人们普遍将橡胶粉作为一种沥青改性剂用于制备橡胶改性沥青黏结剂，从而提高碎石封层路面的减震降噪能力及抵抗车辙等病害的能力。但将橡胶粉作为沥青改性剂，仍存在以下不足：(1)掺量较小，废旧轮胎再利用效率低；(2)没有最大程度地利用和发挥橡胶的高阻尼特性、防水性和低热传导性。因此，非常有必要开发一种结构新颖的碎石封层，既能提高废旧橡胶的再利用效率，又能最大程度发挥橡胶的性能。

发明内容

鉴于此，本发明要解决的技术问题是现有的碎石封层对废旧橡胶的掺量和性能的利用效率低，进而提供一种既能提高废旧橡胶用量，又能最大程度发挥橡胶性能的路面封层结构。该结构采用橡胶颗粒代替部分石料作为骨架结构的一部分，一方面大幅提升了废旧橡胶的用量，另一方面通过对橡胶颗粒进行预裹覆表面处理，有效改善了改性乳化沥青破乳过程中与未处理橡胶颗粒间黏附强度不足的问题，提升了整体路面骨料的保持率、抗水损害以及减震降噪的能力，最大程度地发挥橡胶的性能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种橡胶颗粒的表面处理方法，包括如下步骤：

将待处理的橡胶颗粒置于100～120℃下预热；

以所述待处理的橡胶颗粒等体积的碎石料的质量为基准称取沥青，所述沥青与所述碎石料的质量比为0.01～0.015，将所述沥青置于130～165℃下预热，直至达到液体流动状；

将完成预热的所述待处理的橡胶颗粒和所述沥青混合，搅拌90s～120s，冷却。

可选地，单个所述待处理的橡胶颗粒的粒径为4.75mm～7.1mm。

可选地，所述待处理的橡胶颗粒是以废旧橡胶为原料，经常温法制粒而成，即在常温条件下切割废旧橡胶轮胎而形成的橡胶颗粒。

可选地，所述待处理的橡胶颗粒的预热时间为1～2h。

可选地，所述碎石料为碱性石料，单个所述碎石料的粒径为4.75mm～7.1mm。

第二方面，本发明提供了一种复合橡胶颗粒，由本发明所述的橡胶颗粒的表面处理方法制得。

第三方面，本发明提供了一种路面封层结构，包含沥青黏结层以及嵌设于所述沥青黏结层表面的骨料，所述骨料为碎石和如本发明所述的复合橡胶颗粒。

可选地，所述复合橡胶颗粒与所述碎石的体积比为1：(1～3)。

可选地，所述复合橡胶颗粒均匀分布于所述沥青黏结层的表面。

可选地，所述骨料的平均厚度不超过10mm。

第四方面，本发明提供了一种如上所述的路面封层结构的施工方法，包括如下步骤：

将复合橡胶颗粒与碎石均匀混合形成骨料，将所述骨料和乳化沥青同步铺设在路面上，碾压平整。

可选地，所述乳化沥青为改性阳离子乳化沥青，其洒布量为破乳后沥青残留物爬升至骨料平均粒径60～70％高度时的单位质量。

可选地，所述混合料的撒布量根据《同步碎石封层施工技术规范》(DB61/T914-2014)附录B中的石料用量确定。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：

1、本发明实施例提供的橡胶颗粒的表面处理方法，充分考虑到橡胶颗粒的表面粗糙度较石料小，常态下表面不带电子，毛细作用及静电作用较弱，若直接代替碎石作为路面封层结构骨架时，与沥青间的黏附性不足导致耐久性差，因此本发明采用适量沥青预先对橡胶颗粒进行表面处理，以提升路面封层结构中橡胶颗粒与沥青黏结剂的黏附强度，从而提升路面封层骨料的保持率，延长路面使用寿命，同时经表面处理后的橡胶颗粒对路面封层整体构造深度不会产生不利影响，路面抗滑性能优异。

2、本发明实施例提供的路面封层结构，采用经表面处理后的橡胶颗粒代替部分石料作为路面封层骨架的一部分，一方面大幅提升了废旧橡胶的用量，减少了天然石料资源的消耗，显著降低了工程造价成本，既可用于高等级路面的养护，又可作为一种低等级路面面层结构，具有结构简单、施工便捷的特点，具有显著的经济和社会效益。另一方面，相较于石料材质的路面封层骨料，橡胶颗粒的质地更软且具有较高的阻尼性，当与路面轮胎直接接触时可最大程度降低径向振动和粘滑振动，从而有效降低路面行车产生的噪声，提高行车舒适性的同时降低路面噪音污染。由此可见，本发明既能在提高废旧橡胶用量、减少天然石料资源消耗的同时确保路面封层原本的功效，又能最大程度地发挥橡胶的性能，提升路面的减震降噪能力。

3、本发明实施例提供的路面封层结构的施工方法，只需将复合橡胶颗粒和碎石均匀混合后再与乳化沥青同步铺设在路面上，碾压平整即可，不需要大型施工设备，具有工程造价低、施工方便的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的路面封层结构示意图。

其中，附图标记说明如下：

1-复合橡胶颗粒，2-碎石，3-乳化沥青黏结层，4-已有路面结构。

具体实施方式

提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。

如图1所示，本发明提供了一种路面封层结构，铺筑在已有路面结构4的表面，所述路面封层结构为单层结构，包含乳化沥青黏结层3以及均匀嵌设于所述乳化沥青黏结层表面的骨料，所述骨料为碎石2和复合橡胶颗粒1，二者的体积比为(1～3)：1，所述骨料的平均厚度不超过10mm。

其中，复合橡胶颗粒是由橡胶颗粒经表面处理而成，具体方法包括如下步骤：

以废旧橡胶轮胎为原料，经常温法制粒得到粒径为4.75mm～7.1mm的橡胶颗粒，将橡胶颗粒置于100～120℃的烘箱中预热1-2h；

以橡胶颗粒等体积的碱性石料的质量为基准称取沥青，所述沥青与所述碱性石料的质量比为0.01～0.015，将所述沥青置于130～165℃的烘箱中预热，直至达到液体流动状；

将拌合锅预热至130～165℃，加入完成预热的所述待处理的橡胶颗粒和所述沥青，搅拌90s～120s，冷却即得。

本发明还提供了一种如上所述的路面封层结构的施工方法，包括如下步骤：

将复合橡胶颗粒与碎石均匀混合形成骨料，将所述骨料和改性阳离子乳化沥青同步铺设在路面上，碾压平整。其中，混合料的撒布量根据《同步碎石封层施工技术规范》(DB61/T 914-2014)附录B中的石料用量确定，例如可以是7.91kg/m

需要说明的是，制备复合橡胶颗粒所用的沥青品种，可以与路面封层结构中所用的沥青品种相同或者不同。

为观察橡胶颗粒表面沥青裹覆情况，采用相同粒径石灰岩代替4.75～7.1mm的橡胶颗粒进行表面处理。

实验例1

首先洁净石灰岩石料，将其放入100～120℃烘箱中预热；

以石灰岩石料质量为基准，称取占其质量1.0％的沥青，放入130～165℃烘箱中预热，直至达到液体流动状；

将拌合锅预热至130～165℃，然后加入预热完成的石灰岩石料及沥青，搅拌90s；之后取出待其冷却。

实验例2

除以下内容外，其余与实验例1相同。

沥青的用量为石灰岩石料质量的1.5％。

实验例3

除以下内容外，其余与实验例1相同。

沥青的用量为石灰岩石料质量的0.5％。

实验例4

除以下内容外，其余与实验例1相同。

沥青的用量为石灰岩石料质量的2.0％。

观察实验例1-4冷却后石灰岩表面沥青裹覆情况及团聚流动性情况，结果如表1所示：

表1

由表1可知，当沥青用量为石料质量的1.0％和1.5％时，石料表面无裸漏且无团聚；当沥青用量为石料质量的0.5％时，无团聚且流动性好，但存在较大裸露面积；当沥青用量为石料质量的2.0％时，无裸露，但存在部分团聚，流动性较差。因此，对于同粒径大小的橡胶颗粒而言，选择与其等体积石料质量的1.0％～1.5％作为裹覆沥青用量，对橡胶颗粒进行表面处理为宜。

实施例1

一种橡胶颗粒的表面处理方法，包括如下步骤：

首先洁净橡胶颗粒，粒径为4.75～7.1mm，将其放入100～120℃烘箱中预热1～2h；

以橡胶颗粒等体积的石灰岩的质量为基准，称取占其质量1.0％的沥青，放入130～165℃烘箱中预热直至达到液体流动状；

将拌合锅预热至130～165℃，然后加入预热完成的橡胶颗粒及沥青，搅拌90s；之后取出待其冷却，得到复合橡胶颗粒。

实施例2

一种橡胶颗粒的表面处理方法，包括如下步骤：

首先洁净橡胶颗粒，粒径为4.75～7.1mm，将其放入100～120℃烘箱中预热1～2h；

以橡胶颗粒等体积的石灰岩的质量为基准，称取占其质量1.5％的阳离子SBR改性乳化沥青，放入130～165℃烘箱中预热；

将拌合锅预热至130～165℃，然后加入预热完成的橡胶颗粒及阳离子SBR改性乳化沥青，搅拌90s；之后取出待其冷却，得到复合橡胶颗粒。

实施例3

准备洁净干燥的粒径为4.75～7.1mm的石灰岩和实施例2制备而成的复合橡胶颗粒，在沥青油毛毡上制作碎石封层试件。根据沥青用量2.23kg/m

实施例4

除以下内容外，其余与实施例3相同。

采用复合橡胶颗粒替换50％体积的石灰岩石料。

对比例1

除以下内容外，其余与实施例3相同。

取消对橡胶颗粒的预先裹覆表面处理。

对比例2

除以下内容外，其余与实施例3相同。

采用复合橡胶颗粒替换75％体积的石灰岩石料。

对比例3

除以下内容外，其余与实施例3相同。

骨料全部由石灰岩组成，不含橡胶颗粒。

对实施例3、4和对比例1、2进行骨料脱落率、路面噪声及抗滑性能评价。其中抗滑性能评价参照《公路路基路面现场测试规程》(JTG 3450-2019)中手工铺砂法和摆式摩擦仪法；通过小型加速加载试验测定骨料脱落率，试验轮胎接地压强为0.7MPa，加载频率为7200次/小时，同时试验过程中利用分贝仪测定行车模拟时的路面噪声。结果如下表2所示：

表2

根据表2中实施例3、4及对比例2可知，复合橡胶颗粒替换石料不超过50％时，低温、常温、高温及浸水条件下均表现出较好地骨料保持率，同时随着复合橡胶颗粒替换比率的增加构造深度也相应增加，且与对比例1相比橡胶颗粒的表面处理工艺对其抗滑性能无明显不利影响；由实施例3、对比例1可知，无处理的橡胶颗粒用于碎石封层代替部分石料时，骨料整体脱落率大幅增加，且低温和高温条件下骨料脱落率也增大；由实施例4、对比例2可知，增加橡胶颗粒替换比例至75％时，虽然构造深度具有小幅提升，但碎石封层整体骨料在高温、常温、低温及浸水条件下的骨料保持率有大幅下降的趋势；由实施例3、4和对比例1、2可知，浸水时间对其骨料的保持率影响较小，具有较好地抗水损害性能。由实施例3、4及对比例1-3可知，随着橡胶颗粒替代比的增加，噪音大幅降低。

综上所述，对橡胶颗粒进行表面处理可提升废旧橡胶碎石封层骨料的保持率，当橡胶颗粒替换比例不超过50％时，碎石封层的骨料与沥青黏结剂在不同温度下具有较强黏结力、优异的抗滑性能、抵抗水损害和降低路面噪音的能力。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。