橡膠瀝青混凝土的應(yīng)用技術(shù)研究探討

隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，汽車行業(yè)也迅速成長起來，但隨之而來的也有一些問題，長久以來的廢舊輪胎處理成為了環(huán)境保護的重大問題。廢舊輪胎被稱為“黑色污染”，可想而知污染的嚴重性。橡膠瀝青是目前解決“黑色污染”的有效辦法，主要是通過一種現(xiàn)代工藝將橡膠粉按照一定的比例融入瀝青，改善其性質(zhì)，在提高道路質(zhì)量的同時，也解決廢舊輪胎的污染問題。

1 橡膠瀝青的概念、技術(shù)要求

(1)概念。橡膠瀝青是由基質(zhì)瀝青和廢舊輪胎橡膠粉按照一定的比例混合而成的混合物，是在高溫條件下混溶而形成的一種改良性瀝青，由于橡膠粉的加入有效的改善了瀝青的高低溫性能，提高了瀝青的路用性能[1]。

(2)生產(chǎn)設(shè)計和技術(shù)要求。橡膠瀝青的結(jié)合料設(shè)計要根據(jù)當?shù)氐臍夂颦h(huán)境和路面情況等來合理的選擇基質(zhì)瀝青，然后加入比例適當?shù)南鹉z粉，以此來提高結(jié)合料的穩(wěn)定性和粘稠度。在生產(chǎn)過程中的溫度控制、攪動均勻和反映時間是很重要的，它們將影響著橡膠瀝青的質(zhì)量。

2 橡膠瀝青混合料的設(shè)計要求

橡膠瀝青混合料的設(shè)計與其他瀝青的混合料是一樣的，都需要使用馬歇爾法設(shè)計。由于橡膠瀝青混合料最常用的是間斷級配，礦料級配設(shè)計的特點是:(1)一定要保持間斷級配特征;(2)含量0.075mm以下要少;(3)斷點一般設(shè)計在4.75mm-2.36mm處。配級這樣的設(shè)計思路使礦料間的孔隙率增大，便于瀝青結(jié)合料發(fā)揮粘結(jié)力的作用。

橡膠瀝青的結(jié)合料礦料級配范圍表

3 橡膠瀝青機理分析

橡膠屬于高分子聚合物，本身具有很強的彈性和韌性，分子結(jié)構(gòu)一般為線性、交鏈型等，處理時一般要將原生膠進行硫化處理，使得橡膠分子產(chǎn)生大量的交聯(lián)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此橡膠在強度、韌性等方面都得到顯著的提升。橡膠粉和瀝青之間的相互作用關(guān)系十分復雜，目前的觀點主要有以下幾種:

(1)物力作用。橡膠粉加入瀝青后，經(jīng)過高溫的加工，使橡膠粉的分子受到瀝青的作用而產(chǎn)生了溶脹和溶解，橡膠粉均勻的分散在瀝青當中，形成了混合體系，這種不發(fā)生化學作用的混合，只是物力作用[2]。

(2)瀝青基體填充。橡膠粉在加入到瀝青中后，產(chǎn)生溶脹過程，然后是擴散和溶脹膠團粒的分散過程，橡膠粉以絲網(wǎng)狀或顆粒狀等形式分布在瀝青的基體中。

(3)化學混合。瀝青中含有一定的及性和非極性化合物，存在著羥基和酯基等有機能團，它們可以與許多物質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng)，從而產(chǎn)生新的化學鍵的結(jié)合。

(4)溶脹降解。溶脹降解說認為，溫度低的情況下橡膠粉在瀝青中溶脹，在較高的溫度下，橡膠分子間的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)被破壞，產(chǎn)生脫硫或降解的反應(yīng)。

4 橡膠瀝青制造工藝

橡膠瀝青混凝土可用于各等級瀝青路面的各個結(jié)構(gòu)層位，一般有兩種施工工藝，分別是濕拌法的橡膠瀝青混合料和干拌法的橡膠瀝青混合料。

(1)濕拌法。把精細膠粉或活化膠粉按照一定的比例添加到瀝青中，瀝青溫度為180—200℃之間，添加時要一邊添加一邊攪拌，30到60分鐘后，再進入高速剪切乳化機中進行加工，知道質(zhì)量滿足標準為止。在濕法中膠粉的用量一般是總量的兩到三成，在應(yīng)力吸收膜時，膠粉量可達到兩成半到三成半。橡膠瀝青的性能與膠粉的粒徑之間有著密切的關(guān)系，當粒徑越小時，其分布的就越均勻，性能也就越高，對泵送產(chǎn)生有利影響[3]。橡膠粉粒徑的分類如下表:

序號 類別 粒徑/μm 制造設(shè)備1 粗膠粉 380-1400 細碎機、回轉(zhuǎn)破碎機2 細膠粉 180-425 細碎機、回轉(zhuǎn)破碎機3 微細膠粉 75-180深冷粉碎裝置4 超微細膠粉 ＜75膠體研磨機

(2)干拌法。干拌法是指，將混合瀝青總量2%—3%的膠粉直接噴入正在攪拌的熱瀝青的拌和鍋中，攪拌20分鐘左右即可。這種方法所制成的橡膠瀝青只能用在路面的底層和中層，對于路面的表面是不適宜攤鋪的。

(3)綜合分析。在濕拌工藝中橡膠粉為主要的膠結(jié)材料，對于干拌法來說膠粉則是起到填充的作用。這種認識其實是不夠全面的，當濕拌混合料運送到施工的現(xiàn)場，在進行攤鋪碾壓時，雖然膠粉和瀝青會在高溫下產(chǎn)生一定的反應(yīng)，但也會有單獨存在的現(xiàn)象，而不僅是結(jié)合料，膠粉在混凝土的結(jié)構(gòu)中仍然會起到填充的作用，只不過填充的效果不如干拌法明顯。

綜合看來，無論是干拌工藝還是濕拌工藝，膠粉都會在高溫下與瀝青產(chǎn)生一定的反應(yīng)。膠粉和瀝青之間發(fā)生溶脹反應(yīng)，使瀝青變得粘稠，混凝土的彈性得到增加，但并不是彈性越大就越好，當超過彈性界限時就會出現(xiàn)混合料碾壓不實或容易松散等問題，所以對費膠粉摻加的量要進行嚴格的控制。

5 對橡膠瀝青的性能測試

(1)軟化點分析。在適當?shù)臏囟认逻M行攪拌，隨著橡膠粉數(shù)量的不斷增加，瀝青的軟化點呈現(xiàn)遞增的關(guān)系，而且與基質(zhì)瀝青相比較，軟化點有所升高，這說明了橡膠瀝青的高溫性能得到了改善。橡膠粉的數(shù)量不斷增加，軟化點提高的趨勢有所下降，其實是因為，已經(jīng)硫化的橡膠粉粒子的分子結(jié)構(gòu)呈交聯(lián)結(jié)構(gòu)，在各種助劑的幫助配合下，將老化性能和熱穩(wěn)定性能都有所提高，耐熱性也變得更加優(yōu)越。橡膠粉的數(shù)量增加時，一方面瀝青中的分子和膠粉中的橡膠結(jié)構(gòu)在數(shù)量上有所增加;另一方面瀝青中的分散橡膠質(zhì)與沒有溶解的橡膠力之間的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)相互親和和結(jié)塊的幾率變大，所以，橡膠瀝青的軟化點應(yīng)該提高。

(2)針入度分析。針入度隨著橡膠粉的摻和數(shù)量的增加而有所降低，說明瀝青的高溫性能得到了提高。當橡膠粉增加到一定程度時，體系中的低分子油分已經(jīng)沒有了，這時溫度變化也變得較緩慢。

(3)延度分析。瀝青的延度和它本身的粘度有很大的關(guān)系，延度在一定程度上反應(yīng)了瀝青的柔韌度除了與當中蠟的含量有關(guān)，也與瀝青的分組有關(guān)。通過橡膠粉的摻加，使瀝青的低溫延度得到了良好的改善。

6 橡膠瀝青混凝土道路應(yīng)用性能

(1)高溫性能。本世紀初，交通部研究院結(jié)合某實體工程，對橡膠瀝青混合料的高溫性能進行了評價。在試驗中表明，橡膠瀝青的動穩(wěn)定度與普通瀝青相比較有大幅的提高，變形上有明顯的減小。這也說明了摻入廢舊膠粉的瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性有明顯的改善，特別是在溫度超高的情況下，橡膠瀝青具有很好的抗車轍能力。

(2)低溫性能。美國曾在俄勒岡州采用干拌法和濕法兩種工藝制成的橡膠瀝青混凝土，進行廢胎粉的改性實驗。在工程完成后十年后，經(jīng)過分析總結(jié)出:由于廢胎粉的加入明顯的改良了路面的耐寒性能和抗裂縫性能。與普通瀝青相比較來說橡膠瀝青的抗彎拉強度和破壞彎拉應(yīng)變都有明顯的提高，主要變形溫度區(qū)域逐漸變少，對改善混合料的低溫性能有重要的影響。

(3)水性能。橡膠瀝青的殘留穩(wěn)定度與普通的瀝青混合料相比較有所提高，這就說明了膠粉的摻入對提高瀝青混合料的水穩(wěn)定性有所幫助。

(4)抗疲勞性能和低噪音性能。曾有科學家專門進行了足尺實驗路的加速實驗，實驗證明橡膠瀝青混凝土的抗疲勞性對于普通的瀝青混合料來說，有極大的提升，在一定程度上好過SBS改性瀝青。

我國也曾將橡膠瀝青混凝土與SBS改性瀝青混凝土進行行車的噪聲對比。結(jié)果顯示，橡膠混凝土的噪聲比SBS改性瀝青混凝土要低很多，車速越快，二者的差異就越明顯。

7 結(jié)語

在瀝青混合料中摻入一定的橡膠，不僅能解決廢舊輪胎的回收問題，同時也可以提高瀝青混合料的多種性能，保障路面的質(zhì)量，具有良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

[1]王旭東，李美江.橡膠瀝青及混凝土應(yīng)用成套技術(shù)[M].北京人民交通出版社，2010.

[2]王書晨.瀝青混凝土路面裂縫成因及預防措施[J].黑龍江交通科技，2010，2(6):20-26.

[3]趙雄偉.瀝青路面車轍病害成因與防治措施[J].地球與環(huán)境，2011，1(33):314-316.