橡膠瀝青技術(shù)研究進展與應用

丁健財

(成都城建投資管理集團有限責任公司，四川 成都 610015)

橡膠粉改性瀝青是指采用廢舊輪胎經(jīng)粉碎后制成的膠粉作為改性劑，通過特殊的生產(chǎn)工藝得到的能夠改善混合料性能的瀝青結(jié)合料。橡膠瀝青的生產(chǎn)方法有濕法、干法、瀝青庫混合法。濕法制備橡膠改性瀝青的工藝簡單，對現(xiàn)有聚合物改性瀝青設備進行一定改造即可進行。但是，其改性效果卻與許多因素有關(guān)，如:瀝青品種、膠粉來源、生產(chǎn)方法、相溶劑、填加劑和穩(wěn)定劑含量、品種、填加方式以及改性瀝青混合設備類型、剪切速度、混合時間、溫度等等，因此，要生產(chǎn)出合格的橡膠粉改性瀝青還需要進行系統(tǒng)的理論與實踐的研究。干法是將廢膠粉直接噴入瀝青混合料拌和鼓中拌和，膠粉的添加量一般為混合料的2%～3%，所得到的混合料稱為橡膠改性瀝青混合料。由于膠粉僅作為填料，對瀝青改性效果只能通過瀝青混合料性能的改變來反映，其均勻性控制和改性效果檢驗較困難，另外，存在膠粉損失和環(huán)境污染等問題，故使用范圍受到限制。瀝青庫混合法是指廢膠粉在煉油廠或瀝青庫與熱瀝青進行混融，然后配送到瀝青混凝土攪拌站或施工現(xiàn)場。“瀝青庫混合法”其實也可作為“濕法”生產(chǎn)的一種，但其廢橡膠粉用量一般都不超過10%，橡膠粉用量較低，與橡膠瀝青(“濕法”生產(chǎn))相比粘度較低，拌和的混合料達不到橡膠瀝青混合料相同的性能。

1 橡膠瀝青的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

(1)國外:廢膠粉改性瀝青發(fā)達國家早在上世紀六十年代就已開始研究和應用，最早將廢膠粉與瀝青混合并用于修補公路，稱之為橡膠瀝青，經(jīng)過幾十年的研究和發(fā)展國外發(fā)達國家積累了非常豐富的經(jīng)驗，其中以美國最具代表性。在70年代美國只有2家公司生產(chǎn)膠粉改性瀝青，至1999年已有30多家，現(xiàn)在數(shù)量還在增長。穩(wěn)定的廢膠粉改性瀝青的市場已形成。日本、加拿大、瑞典、英國、比利時、俄羅斯等國也已成功地將廢膠粉改性瀝青用于修建高等級公路。目前美國采用膠粉改性瀝青鋪設的公路達到1.1×104km。

(2)國內(nèi):我國對橡膠(改性)瀝青的研究主要在上世紀八十年代，對廢膠粉改性瀝青的混合方法和性能進行了實驗室研究，在江西、湖北、四川、北京、遼寧等地也相繼鋪設了試驗路段。實踐證明:用膠粉改性瀝青鋪設的公路，可以減少路面龜裂和軟化，使路面不易結(jié)冰和打滑，提高了行駛安全性、使用壽命，比一般瀝青路面的使用壽命至少提高了1倍，但由于一些關(guān)鍵問題并未解決，因此，僅僅停留在試驗路階段，未有工業(yè)化生產(chǎn)和應用。主要原因包括:①當時精細膠粉品種和產(chǎn)量有限，主要采用引進冷凍技術(shù)生產(chǎn)精細膠粉，價格昂貴。②由于膠粉粒子較粗，易使噴霧孔堵塞，再加上混合設備不適合、拌合溫度低(只用160℃)，導致熱拌合料不易壓實，實際上廢膠粉只起填充作用，并未起到改性作用。③生產(chǎn)設備和工藝均不成熟，未解決膠粉降解這一關(guān)鍵問題，因此，很難得到均勻穩(wěn)定分散的改性瀝青。④對廢膠粉改性瀝青認識有限，未有深入系統(tǒng)的基礎(chǔ)和實驗研究，也未形成有效的理論。

經(jīng)過多年的努力，近年來我國在廢橡膠粉碎技術(shù)、設備和工藝上都取得了重大突破。常溫粉碎法、低溫冷凍法、化學法粉碎等新技術(shù)相繼誕生，并可大規(guī)模生產(chǎn)價格低廉的、膠粉粒子尺寸為80～200目的精細膠粉。據(jù)不完全統(tǒng)計，到2000年底，全國有膠粉生產(chǎn)企業(yè)43家，生產(chǎn)能力已達15×104t，其中生產(chǎn)規(guī)模超萬噸的企業(yè)有5家，膠粉產(chǎn)量由1995年的6000 t，到2000年發(fā)展到5×104t。從原材料上保證了改性瀝青研究工作的開展，加之我國經(jīng)濟的高速增長，公路建設的快速發(fā)展，一方面，對高性能的瀝青的需求日益增加，另一方面，廢棄的橡膠作為一大公害，如何處置已成為急待解決的問題，因此，為膠粉改性瀝青的研究和應用提供了條件。應用比較好的地區(qū)有四川、江蘇、天津及黑龍江等地，累計應用橡膠(改性)瀝青約為 20000 t，應用里程超過200 km。

2 橡膠瀝青的主要特性

與普通瀝青相比，橡膠瀝青具有以下優(yōu)點。

2.1 提高瀝青的黏度

黏性是瀝青高溫穩(wěn)定性的重要指標，黏性高的瀝青不僅抗變形能力增強，而且加強了瀝青與碎石的黏結(jié)力，具有更好的封水性能。有資料顯示，20%膠粉含量的橡膠瀝青，在190℃時的動力黏度與4%SBS含量的改性瀝青在135℃時的動力黏度值相當，約3Pa·s;橡膠瀝青的軟化點較基質(zhì)瀝青提高約10℃(＞55℃)。

2.2 改善瀝青的低溫性能

瀝青的低溫性能是指低溫的脆性和抗裂性。據(jù)南非某公司試驗比較，橡膠瀝青的弗拉氏脆點與4%SBS改性瀝青比較，降低約9℃，達－17℃至－19℃。橡膠瀝青良好的低溫性能，在寒冷地區(qū)將會明顯減少路面開裂，延長路面使用壽命。

2.3 抗老化、抗疲勞性能明顯提高

大量廢輪胎膠粉的加入，不僅為瀝青增加了抗老化、防氧化和熱穩(wěn)定性，而且由于輪胎橡膠優(yōu)異的彈性也在較大的溫度區(qū)間為瀝青路面提供了柔性以及耐疲勞和抗裂紋能力，從而延長路面的使用壽命。有資料顯示，橡膠瀝青路面可提高路面使用壽命1～3倍。

2.4 提高行車的舒適性和安全性

由于橡膠瀝青路面的柔性，將緩沖路面局部不平整引起車輛的震動，改善輪胎與地面的附著性能，縮短制動距離，從而使車輛的舒適性和安全性都得到改善。

2.5 降低行車噪音

隨著公路建設和汽車工業(yè)的發(fā)展，道路噪音已成為城市居民的一大公害，因此降低道路噪音成了人們關(guān)心的重要社會問題。根據(jù)一些學者分析，橡膠瀝青的彈性加上級配混合料和平整的路面可有效地降低車輪在路面上行駛的噪音。于是橡膠瀝青的應用為城市道路建設點燃了一大亮點，被譽為“消音瀝青”，它已列入一些城市的市政建設規(guī)劃。有資料顯示，橡膠瀝青路面車速在50～100 km/h，噪音將降低3～8 dB。

2.6 降低道路修建費用

為對橡膠瀝青的應用作出全面的評價，不僅要看它的技術(shù)可行性，還要看它的使用經(jīng)濟性。1t 5%的SBS改性瀝青與20%的橡膠瀝青(未計其他瀝青添加劑價格)參考價格如下:基質(zhì)瀝青3500元/t，SBS改性劑13000元/t，而橡膠粉為2000元/t，可以看出，使用橡膠瀝青可以大大降低工程成本。

3 橡膠瀝青膠結(jié)料的延遲使用和再加熱

(1)橡膠瀝青在45 min的反應之后，如果4h內(nèi)不使用，應停止加熱。保溫罐里的橡膠瀝青的降溫速度是不一樣的，但是如果在使用前，溫度低于190℃就需要再加熱。橡膠瀝青冷卻后再加熱到190℃ ～218℃稱為一個加熱循環(huán)。橡膠瀝青再加熱的循環(huán)次數(shù)不能超過兩次。

(2)如果橡膠瀝青延遲時間過長，但只要橡膠瀝青仍處于液態(tài)，橡膠和瀝青就會反應，在這個過程中橡膠就會降解(融化)。為了使粘度恢復到規(guī)定的水平，一般需要再添加膠粉(添加量一般不超過瀝青的10%)，在190℃ ～218℃混合反應至少45 min以生成滿足要求的橡膠瀝青。廢橡膠可用于水泥混凝土。

(3)廢輪胎膠粉可以作為高強混凝土的改性材料。試驗研究結(jié)果表明，隨著橡膠粉摻入量增大，高強混凝土的強度有所下降，而膠粉細度的影響則不明顯;增大了高強混凝土的能量吸收能力，使其高脆性的缺點得到了改善，延性得到了提高。

4 結(jié)束語

正因為橡膠瀝青有上述諸多優(yōu)點，如:膠粉與瀝青混融性好;原料來源豐富、價格低廉;施工工藝與普通瀝青相同，不需要特殊設備;鋪設的路面具有良好的高低溫性能、不易產(chǎn)生裂縫、不易老化、降噪、防滑和維修費用低等等，因此得到了廣泛應用。目前主要應用范圍如下:

(1)應用于公路路面封層養(yǎng)護，如應用于稀漿封層，將廢橡膠粉加入稀漿封層混合料中可延長使用壽命，有效降低養(yǎng)護費用。

(2)應用于各等級瀝青路面的中、上面層，既可做成密級配、斷級配等不透水路面，又可做開級配的透水路面。

(3)應用于新舊橋面及水泥混凝土路面改造:在橋面應用橡膠粉改性瀝青做應力吸收層，并在應力吸收層上加鋪橡膠粉改性瀝青罩面，可降低反射裂紋產(chǎn)生，避免發(fā)生水損害現(xiàn)象。

(4)應用于鄉(xiāng)村公路簡易路面:在鄉(xiāng)村公路的建設中，在半剛性基層上采用橡膠粉改性瀝青技術(shù)做簡易瀝青罩面，如采用應力吸收層或微表處、開普封層等做簡易瀝青路面。

(5)應用于高等級永久性路面，即與應力吸收層、水泥混凝土路面、防水層、半剛性基層等組合而成的新型路面。

(6)應用于其他工程。如:在保證路用性能的前提下，設法降低工程造價的工程;減少環(huán)境污染，充分利用再生資源的工程等等。

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