橡膠瀝青技術(shù)研究進(jìn)展與應(yīng)用

丁健財(cái)

(成都城建投資管理集團(tuán)有限責(zé)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(guò)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(kù)混合法。濕法制備橡膠改性瀝青的工藝簡(jiǎn)單，對(duì)現(xiàn)有聚合物改性瀝青設(shè)備進(jìn)行一定改造即可進(jìn)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(lái)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(shè)備類型、剪切速度、混合時(shí)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(jìn)行系統(tǒng)的理論與實(shí)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(duì)瀝青改性效果只能通過(guò)瀝青混合料性能的改變來(lái)反映，其均勻性控制和改性效果檢驗(yàn)較困難，另外，存在膠粉損失和環(huán)境污染等問(wèn)題，故使用范圍受到限制。瀝青庫(kù)混合法是指廢膠粉在煉油廠或?yàn)r青庫(kù)與熱瀝青進(jìn)行混融，然后配送到瀝青混凝土攪拌站或施工現(xiàn)場(chǎng)。“瀝青庫(kù)混合法”其實(shí)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(guò)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(dá)不到橡膠瀝青混合料相同的性能。

1 橡膠瀝青的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

(1)國(guó)外:廢膠粉改性瀝青發(fā)達(dá)國(guó)家早在上世紀(jì)六十年代就已開(kāi)始研究和應(yīng)用，最早將廢膠粉與瀝青混合并用于修補(bǔ)公路，稱之為橡膠瀝青，經(jīng)過(guò)幾十年的研究和發(fā)展國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家積累了非常豐富的經(jīng)驗(yàn)，其中以美國(guó)最具代表性。在70年代美國(guó)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(zhǎng)。穩(wěn)定的廢膠粉改性瀝青的市場(chǎng)已形成。日本、加拿大、瑞典、英國(guó)、比利時(shí)、俄羅斯等國(guó)也已成功地將廢膠粉改性瀝青用于修建高等級(jí)公路。目前美國(guó)采用膠粉改性瀝青鋪設(shè)的公路達(dá)到1.1×104km。

(2)國(guó)內(nèi):我國(guó)對(duì)橡膠(改性)瀝青的研究主要在上世紀(jì)八十年代，對(duì)廢膠粉改性瀝青的混合方法和性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室研究，在江西、湖北、四川、北京、遼寧等地也相繼鋪設(shè)了試驗(yàn)路段。實(shí)踐證明:用膠粉改性瀝青鋪設(shè)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(wèn)題并未解決，因此，僅僅停留在試驗(yàn)路階段，未有工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用。主要原因包括:①當(dāng)時(shí)精細(xì)膠粉品種和產(chǎn)量有限，主要采用引進(jìn)冷凍技術(shù)生產(chǎn)精細(xì)膠粉，價(jià)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(shè)備不適合、拌合溫度低(只用160℃)，導(dǎo)致熱拌合料不易壓實(shí)，實(shí)際上廢膠粉只起填充作用，并未起到改性作用。③生產(chǎn)設(shè)備和工藝均不成熟，未解決膠粉降解這一關(guān)鍵問(wèn)題，因此，很難得到均勻穩(wěn)定分散的改性瀝青。④對(duì)廢膠粉改性瀝青認(rèn)識(shí)有限，未有深入系統(tǒng)的基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)研究，也未形成有效的理論。

經(jīng)過(guò)多年的努力，近年來(lái)我國(guó)在廢橡膠粉碎技術(shù)、設(shè)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(xué)法粉碎等新技術(shù)相繼誕生，并可大規(guī)模生產(chǎn)價(jià)格低廉的、膠粉粒子尺寸為80～200目的精細(xì)膠粉。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，到2000年底，全國(guó)有膠粉生產(chǎn)企業(yè)43家，生產(chǎn)能力已達(dá)15×104t，其中生產(chǎn)規(guī)模超萬(wàn)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(kāi)展，加之我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，公路建設(shè)的快速發(fā)展，一方面，對(duì)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(wèn)題，因此，為膠粉改性瀝青的研究和應(yīng)用提供了條件。應(yīng)用比較好的地區(qū)有四川、江蘇、天津及黑龍江等地，累計(jì)應(yīng)用橡膠(改性)瀝青約為 20000 t，應(yīng)用里程超過(guò)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(diǎn)。

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(biāo)，黏性高的瀝青不僅抗變形能力增強(qiáng)，而且加強(qiáng)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(shí)的動(dòng)力黏度與4%SBS含量的改性瀝青在135℃時(shí)的動(dòng)力黏度值相當(dāng)，約3Pa·s;橡膠瀝青的軟化點(diǎn)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(yàn)比較，橡膠瀝青的弗拉氏脆點(diǎn)與4%SBS改性瀝青比較，降低約9℃，達(dá)－17℃至－19℃。橡膠瀝青良好的低溫性能，在寒冷地區(qū)將會(huì)明顯減少路面開(kāi)裂，延長(zhǎng)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(zhǎng)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(dòng)，改善輪胎與地面的附著性能，縮短制動(dòng)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(shè)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(huì)問(wèn)題。根據(jù)一些學(xué)者分析，橡膠瀝青的彈性加上級(jí)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(yīng)用為城市道路建設(shè)點(diǎn)燃了一大亮點(diǎn)，被譽(yù)為“消音瀝青”，它已列入一些城市的市政建設(shè)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(fèi)用

為對(duì)橡膠瀝青的應(yīng)用作出全面的評(píng)價(jià)，不僅要看它的技術(shù)可行性，還要看它的使用經(jīng)濟(jì)性。1t 5%的SBS改性瀝青與20%的橡膠瀝青(未計(jì)其他瀝青添加劑價(jià)格)參考價(jià)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(yīng)之后，如果4h內(nèi)不使用，應(yīng)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(gè)加熱循環(huán)。橡膠瀝青再加熱的循環(huán)次數(shù)不能超過(guò)兩次。

(2)如果橡膠瀝青延遲時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，但只要橡膠瀝青仍處于液態(tài)，橡膠和瀝青就會(huì)反應(yīng)，在這個(gè)過(guò)程中橡膠就會(huì)降解(融化)。為了使粘度恢復(fù)到規(guī)定的水平，一般需要再添加膠粉(添加量一般不超過(guò)瀝青的10%)，在190℃ ～218℃混合反應(yīng)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(qiáng)混凝土的改性材料。試驗(yàn)研究結(jié)果表明，隨著橡膠粉摻入量增大，高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度有所下降，而膠粉細(xì)度的影響則不明顯;增大了高強(qiáng)混凝土的能量吸收能力，使其高脆性的缺點(diǎn)得到了改善，延性得到了提高。

4 結(jié)束語(yǔ)

正因?yàn)橄鹉z瀝青有上述諸多優(yōu)點(diǎn)，如:膠粉與瀝青混融性好;原料來(lái)源豐富、價(jià)格低廉;施工工藝與普通瀝青相同，不需要特殊設(shè)備;鋪設(shè)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(fèi)用低等等，因此得到了廣泛應(yīng)用。目前主要應(yīng)用范圍如下:

(1)應(yīng)用于公路路面封層養(yǎng)護(hù)，如應(yīng)用于稀漿封層，將廢橡膠粉加入稀漿封層混合料中可延長(zhǎng)使用壽命，有效降低養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。

(2)應(yīng)用于各等級(jí)瀝青路面的中、上面層，既可做成密級(jí)配、斷級(jí)配等不透水路面，又可做開(kāi)級(jí)配的透水路面。

(3)應(yīng)用于新舊橋面及水泥混凝土路面改造:在橋面應(yīng)用橡膠粉改性瀝青做應(yīng)力吸收層，并在應(yīng)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(yīng)用于鄉(xiāng)村公路簡(jiǎn)易路面:在鄉(xiāng)村公路的建設(shè)中，在半剛性基層上采用橡膠粉改性瀝青技術(shù)做簡(jiǎn)易瀝青罩面，如采用應(yīng)力吸收層或微表處、開(kāi)普封層等做簡(jiǎn)易瀝青路面。

(5)應(yīng)用于高等級(jí)永久性路面，即與應(yīng)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(yīng)用于其他工程。如:在保證路用性能的前提下，設(shè)法降低工程造價(jià)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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