廢舊橡膠粉改性瀝青研究進展

王傳強

摘要：應用舊輪胎膠粉鋪筑橡膠瀝青路面，可實現廢舊輪胎資源化利用，又能提高瀝青路面的使用性能。廢舊橡膠粉在瀝青路面中的應用主要有濕法和干法工藝。針對干法橡膠瀝青路面性能不穩(wěn)定、易出現早期病害的問題，提出了采用間斷級配、選用較高粘度結合料、控制橡膠粉粒徑等干法橡膠瀝青路面鋪裝關鍵技術。

關鍵詞：廢舊橡膠粉；瀝青路面；干法橡膠瀝青混合料

引言

廢舊輪胎被稱為“黑色污染”，屬于國際上公認的工業(yè)有害固體廢物。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，我國每年都有大量的以廢舊輪胎為主的廢舊橡膠制品被遺棄。廢舊輪胎的妥善處理與合理利用愈來愈得到全球關注。

采用廢橡膠粉改性瀝青不但可以改善瀝青的高低溫性，減少瀝青路面的龜裂和老化，提高車輛的行駛安全和路面使用壽命，而且不增加改性瀝青的成本并可為廢舊橡膠的回收利用，保護環(huán)境做出貢獻。將廢舊輪胎磨細成橡膠粉應用于道路工程建設得到了廣泛的關注，這也是大量處理廢舊輪胎、使其資源化循環(huán)利用的較佳途徑之一。

1 橡膠瀝青路面研究進展

橡膠瀝青的研究開發(fā)己經有50余年的歷史[1]，用磨細的廢舊輪胎膠粉作為改性劑來改善瀝青材料的技術性能，統(tǒng)稱為“膠粉改性瀝青”。在上世紀50年代，美國公路局進行了項研究工作通過大量的實驗室試驗結果來分析不同的橡膠材料對道路石油瀝青性能的影響。20世紀60年代，瑞典開發(fā)了摻加橡膠顆粒的瀝青混凝土的干法生產工藝。1966年，Charles Mae Donald開始開發(fā)廢膠粉改性瀝青。20世紀70年代，橡膠粉改性瀝青被用于應力吸收層、開級配熱拌瀝青混合料等。在20世紀后期，應用廢舊輪胎粉鋪筑瀝青路面技術得到了快速發(fā)展。目前，美國亞利桑那、佛羅里達等州已經提出了橡膠瀝青路面的技術標準，美國聯邦公路管理局也頒布了橡膠瀝青技術標準。

2 橡膠瀝青改性方法

經過半個多世紀的發(fā)展，目前橡膠瀝青路面技術已經形成較為完善的濕法和干法[2]-[3]兩大工藝。

濕法工藝是指將較細的廢輪胎橡膠粉加入瀝青中，在高溫條件下攪拌均勻形成具有改性瀝青特性的橡膠瀝青。按照ASTMD 6114的定義，橡膠瀝青是指含量15%以上的橡膠粉在高溫條件下（180度以上）與瀝青均勻拌和而得到的改性瀝青結合料。在高溫條件下，橡膠粉在瀝青中充分溶脹并發(fā)生較為復雜的物質交換與化學反應。

干法工藝是指將相對顆粒較粗廢胎橡膠粉直接加入集料中，然后噴入熱瀝青拌制成橡膠瀝青混凝土。干法工藝將廢舊橡膠顆粒充當集料使用，可應用較粗的橡膠顆粒并能大量耗廢舊膠粉，但對瀝青路面性能改善效果不明顯。高彈性廢舊橡膠顆粒的加入，增加路面的彈性和阻尼性能，可降低輪胎路面噪聲和減小輪胎振動噪聲。

3 橡膠瀝青改性機理

3.1 溶脹性

橡膠粉與瀝青充分混容是改性瀝青的前提條件，在此基礎上，膠粉吸收瀝青中的輕質組分而發(fā)生“溶脹”，與瀝青的其他組分相互作用，從而形成部分相容體系，有利于提高瀝青的理化性能，其改性機理[4]是膠粉加入瀝青后不發(fā)生化學反應，只是膠粉在瀝青的輕組分作用下發(fā)生部分溶解和體積上的溶脹，從而改善瀝青性能。影響膠粉與瀝青溶脹性的因素主要有膠粉的種類和粒徑。

3.2 相容性

瀝青由飽和分、芳香分、瀝青質和膠質組成。聚合物能吸收瀝青中的飽和分和芳香分而溶脹，飽和分和芳香分含量與相容性密切相關。瀝青與膠粉之間存在著相對分子質量及分子結構上的差異，屬于熱力學上的不相容體系。溫貴安] 5 [等認為，在橡膠共混改性瀝青中，橡膠硫化對貯存穩(wěn)定性的改善不大，橡膠與瀝青之間必定存在某種化學作用，這是橡膠簡單改性瀝青中所沒有的。Maccarrone]6[認為相容才能發(fā)揮對瀝青的改性作用，橡膠分布在瀝青中的理想狀態(tài)是細分布而不是完全的相容，即處于微觀不相容而宏觀均勻狀態(tài)，這時，橡膠粒子細而均勻地分布于瀝青中。相容性太差時，橡膠粒子會呈絮狀、粒狀或發(fā)生分層等現象。

4 干法橡膠瀝青路面關鍵技術

俄勒岡州在1985一1994年期間，采用濕法和干法工藝鋪筑了17條橡膠瀝青路面，并對這些試驗路進行了監(jiān)測和評估。在這些試驗路中，性能最差的為干法工藝鋪筑的道路；安達略州評估了11條橡膠瀝青路面工程的性能，其中8項工程采用干法工藝。短期性能表明干法工藝橡膠瀝青路面性能較差，路面出現剝落、推擠和少量裂縫。國外研究資料表明，采用干法工藝鋪筑的橡膠瀝青路面性能不穩(wěn)定，容易出現剝落、松散早期病害。其原因主要是橡膠顆粒吸收瀝青中油分將發(fā)生膨脹。

采用2.36一4.75mm完全間斷的SMA一13級配，并采用SBS改性瀝青作為結合料，可獲得強度較高、體積不膨脹的瀝青混凝土。干法工藝采用的橡膠顆粒一般應小于4.75mm，即充當瀝青混凝土中填充材料使用，過粗的橡膠顆?？赡苡绊懟旌狭系膹姸?。另外由于橡膠顆粒的密度僅為集料的30%～50%，同時具有吸油性，干法橡膠瀝青混合料的最佳瀝青含量要比一般瀝青混合料高。

5 結束語

廢舊橡膠粉改性瀝青既能提高瀝青的性能，又能使廢舊橡膠得以循環(huán)利用，減少環(huán)境污染，因此有著良好的發(fā)展前景。我國應盡快制定出相應的廢舊橡膠粉改性瀝青的行業(yè)標準規(guī)范，以便有效、合理地利用廢舊橡膠，并能使膠粉改性瀝青滿足不同的使用要求。并且，橡膠改性瀝青還要針對不同的氣候條件、交通條件、經濟實力等方面進行綜合考慮。

參考文獻

[1]楊志峰，李美江，王旭東.廢舊橡膠粉在道路工程中應用的歷史和現狀.公路交通科技，2005，22（7）：19～22

[2]呂偉民，孫大權.瀝青混合料設計手冊.北京：人民交通出版社，2010.5

[3]孫祖望，陳奴.橡膠瀝青技術應用指南.北京：人民交通出版社，2007.8

[4]曹衛(wèi)東，周海生，呂偉民.廢舊橡膠顆粒改性瀝青混合料的設計與性能.建筑材料學報，2005.8

[5]溫貴安，張勇，張隱西.橡膠反應共混改性瀝青的機理[J].合成橡膠工業(yè)，2004，27（4）：221—224

[6] Labib M，Mohamed E，Chollar B，et al.Compatibilizer for crumb rubber modified asphalt[P].us 647895l，2002