橡膠改性瀝青的國內(nèi)外應用及研究現(xiàn)狀

陳爽

摘 要：應用廢舊輪胎制備橡膠粉，再將制備好的橡膠粉應用在瀝青混合料中，改善瀝青混合料的路用性能。對于廢舊輪胎的再利用，有利于解決環(huán)境污染和廢物再利用問題，在國內(nèi)外引起廣泛關(guān)注。其不僅可以解決廢舊輪胎廢棄問題，還可解決改性瀝青造價高問題，同時有效提高瀝青混合料的各方面性能，目前國內(nèi)外研究及應用得到廣泛重視。

關(guān)鍵詞：改性瀝青 橡膠粉 廢舊輪胎 再利用

中圖分類號：U414 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）06（b）-0050-02

從20世紀80年代開始，我們國家的公路就進入了高速發(fā)展的階段，而近些年瀝青路面以養(yǎng)護維修方便、開放交通早、行車舒適性好、經(jīng)濟性好等優(yōu)點廣泛應用在路面施工中。但瀝青混合料的缺點也很明顯，主要有冬季易出現(xiàn)脆裂、瀝青混合料的水穩(wěn)定性較差、瀝青混合料的使用年限較水泥混凝土也差很多。這些問題，嚴重影響了瀝青路面的使用性能，制約了公路建設的發(fā)展。

對于提高瀝青混合料，應主要從瀝青混合料的材料、路面的結(jié)構(gòu)、施工工藝上著手。本文主要從改性瀝青著手，通過在瀝青中加入輪胎橡膠粉，在特定的拌和溫度、拌和時間、拌和速度情況下，制備改性瀝青。將廢舊輪胎制成橡膠粉摻加到基質(zhì)瀝青中，可以有效地提高瀝青的高低溫性能和抗老化性能，并且對廢舊輪胎實施了資源再利用，最大程度地發(fā)揮廢舊輪胎橡膠的作用。

1 橡膠改性瀝青的國內(nèi)外應用

1.1 橡膠改性瀝青在國外的應用情況

橡膠瀝青較基質(zhì)瀝青添加到混合料中，明顯改善了瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫脆裂性能、抗疲勞特性、老化特性及水穩(wěn)定性。將廢舊橡膠粉添加到瀝青中，主要改善了瀝青混合料的以下性能：（1）有利于提高瀝青的粘性。（2）大量實驗表明，橡膠改性瀝青的低溫模量僅僅是基質(zhì)瀝青的50%，在低溫情況下，橡膠瀝青的低溫斷裂變形較基質(zhì)瀝青小大約4倍左右，這可以看出橡膠瀝青大大改善了瀝青混合料的低溫穩(wěn)定性。（3）通過加入橡膠，改性瀝青的抗老化性能、高溫穩(wěn)定性、抗疲勞特性及抗氧化性能明顯提高。（4）經(jīng)大量數(shù)據(jù)表明，橡膠瀝青混合料的水穩(wěn)定性較基質(zhì)瀝青混合料要好很多，主要通過凍融劈裂強度比、殘留穩(wěn)定度等性能要求。

近些年，由于汽車行業(yè)的迅速崛起，廢舊輪胎的產(chǎn)生成為了亟待解決的問題，美國和歐洲每年都會產(chǎn)生大量的廢舊輪胎，這些廢舊輪胎會帶來嚴重的環(huán)保問題，特別是對大氣污染和土污染。

據(jù)不完全統(tǒng)計，每年新增的輪胎僅在加州一地就達到3500萬條，這些輪胎在得到足夠的重視前所有的廢舊輪胎都堆積在垃圾場中等待掩埋。隨著橡膠在瀝青混合料中的廣泛應用，現(xiàn)如今廢舊輪胎有70%被用于制備橡膠瀝青，應用于道路建設，僅有30%被儲存在垃圾成等待掩埋。這些廢舊輪胎的再利用，有效地解決了環(huán)境污染的問題，同時也節(jié)省了道路建設中改性瀝青的費用。而且橡膠改性瀝青也提高了瀝青混合料的低溫抗裂性、高溫穩(wěn)定性、抗疲勞特性，改善了瀝青路面的抗老化性和耐久性。這不僅降低了瀝青路面的后期養(yǎng)護維修費用，同時延長了瀝青路面的使用壽命?；趶U舊輪胎制備成橡膠改性瀝青路面的這些優(yōu)點，使得橡膠改性瀝青混合料在許多的國家和地區(qū)得到廣泛研究和迅速推廣。

1.2 橡膠改性瀝青在國內(nèi)的應用情況

根據(jù)有關(guān)資料顯示，隨著我國汽車的迅速發(fā)展，我國每年的廢舊輪胎淘汰量每年以10%以上的速度持續(xù)增長。據(jù)不完全統(tǒng)計，從2010年至今，我國每年廢舊輪胎的淘汰量已經(jīng)超過2億條，已經(jīng)位居世界第一。我國每年公路建設增加超過12萬km，如果能在基質(zhì)瀝青中加入廢舊輪胎膠粉對瀝青進行改性，一般在瀝青中加入20%的膠粉，每年可以消耗掉的膠粉大約45萬～60萬t，假設輪胎每條8kg，廢舊輪胎出粉率約70%計算，每年可以處理廢汽車輪胎1億～1.2億條，這對于我國廢舊輪胎的回收再利用及環(huán)境保護起到了至關(guān)重要的作用。

目前我國修建高速公路廣泛采用SBS改性瀝青，由于SBS是石油產(chǎn)品，價格很高，目前，SBS的價格已經(jīng)高達18000～20000元/t。然而廢舊輪胎膠粉價格相對便宜。假設每年修筑公路時，能用100萬t橡膠粉改性瀝青替代100萬tSBS改性瀝青，就可降低經(jīng)濟成本7億多元，計算廢舊輪胎橡膠瀝青的直接經(jīng)濟效益，如果按橡膠瀝青加添20%橡膠粉，并以廢舊輪胎橡膠粉3000元/t來計算，每噸橡膠瀝青需投入橡膠粉費用600.00元，而基質(zhì)瀝青是80%的比例，按市價以4800元/t計，每噸橡膠瀝青需投入基質(zhì)瀝青費用3800.00元，則每噸橡膠瀝青總投入費用為4400.00元。我國每年修筑路面大約需要瀝青3000萬t，以每噸節(jié)省400元來算，每年只修筑瀝青路面這一項就節(jié)省12億元人民幣，由于改性瀝青路面較基質(zhì)瀝青路面道路使用效果好，所以在后期養(yǎng)護費用上還可節(jié)省很多費用。

2 橡膠改性瀝青的研究情況

瀝青路面在世界范圍內(nèi)廣泛應用已經(jīng)有80年的歷史了，從20世紀六七十年代開始，改性瀝青的研究就廣泛在美國、澳大利亞、英國、瑞典、法國、日本、印度、比利時、南非等國家展開，橡膠瀝青更是受到各國專家的重視。有些國家通過立法，促進技術(shù)推廣， 有效地促進了廢舊輪胎橡膠粉在瀝青公路建設中的應用。從世界各國的應用情況上看，橡膠粉應用于瀝青公路，其技術(shù)領域主要有橡膠瀝青、橡膠粉改性瀝青混凝土、橡膠粉改性乳化瀝青3種形式。在正在加熱到一定程度的基質(zhì)瀝青混合料中噴入2%～3%的橡膠粉，再將拌入橡膠粉的瀝青混合料繼續(xù)加熱攪拌20min后即成為膠粉改性瀝青混凝土，該種方法稱為干拌法；將基質(zhì)瀝青中加入其質(zhì)量20%的橡膠粉，在特定溫度下將其攪拌45min使瀝青和膠粉充分溶脹，形成改性瀝青，再將改性瀝青加入混合料中的方法稱為濕拌法。不論是干拌還是濕拌，橡膠瀝青是否能充分發(fā)揮優(yōu)良的路用性能的關(guān)鍵技術(shù)是橡膠粉與瀝青是否能拌和均勻，充分溶脹、性能穩(wěn)定，不發(fā)生離析、沉淀現(xiàn)象。CordonAirey[1]等人對橡膠瀝青加工前后的組分變化狀態(tài)進行了認真研究，發(fā)現(xiàn)橡膠粉加入后對瀝青的作用既有物理作用又有化學作用，在反應過程中瀝青質(zhì)的含量有顯著增加， 尤其對于軟瀝青其瀝青質(zhì)最多增加了一倍以上。橡膠瀝青的流變性是荷載與響應的函數(shù)，與溫度、時間和頻率有關(guān)[2]。1960年Charles McDonald在美國第一次將橡膠粉改性瀝青應用于路面面層，并進行了大量的現(xiàn)場測試和路面實驗研究。結(jié)果表明，橡膠粉瀝青可以有效提高瀝青混合料的抗車轍、疲勞和溫度裂縫的性能[3]。

我國瀝青路面的使用相對較晚，但近幾年對于橡膠改性瀝青的研究也越來越廣泛，近些年大量的研究人員對其進行廣泛研究，交通運輸部公路科學研究院汪水銀等人系統(tǒng)地研究了廢胎膠粉瀝青的改性機理；西安公路研究院彌海晨等人做了橡膠瀝青結(jié)合料對混合料高溫抗車轍性能的影響等，都取得了較好的成果。

廢舊輪胎橡膠粉改性瀝青混合料可以很好的改善混合料的低溫開裂性能、高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性及抗老化性能，其經(jīng)濟效益也十分可觀。

參考文獻

[1] 李廷剛，李金鐘，李偉.橡膠瀝青微觀機理研究及其公路工程應用[J].公路交通科技，2011，28（1）：25-30.

[2] Ruth，B.E.and Roque，R.Crumb Rubber Modifier（CRM）in asphalt pavements[A].Proceedings of the Transportation Congress[C].1995：768-785.

[3] 陳子建.橡膠瀝青低溫性能研究[J].公路，2010，6（6）：185-187.