橡膠瀝青混凝土的應(yīng)用技術(shù)研究探討

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，汽車行業(yè)也迅速成長(zhǎng)起來(lái)，但隨之而來(lái)的也有一些問(wèn)題，長(zhǎng)久以來(lái)的廢舊輪胎處理成為了環(huán)境保護(hù)的重大問(wèn)題。廢舊輪胎被稱為“黑色污染”，可想而知污染的嚴(yán)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(guò)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(shí)，也解決廢舊輪胎的污染問(wèn)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(jì)和技術(shù)要求。橡膠瀝青的結(jié)合料設(shè)計(jì)要根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境和路面情況等來(lái)合理的選擇基質(zhì)瀝青，然后加入比例適當(dāng)?shù)南鹉z粉，以此來(lái)提高結(jié)合料的穩(wěn)定性和粘稠度。在生產(chǎn)過(guò)程中的溫度控制、攪動(dòng)均勻和反映時(shí)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(jì)要求

橡膠瀝青混合料的設(shè)計(jì)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(jì)。由于橡膠瀝青混合料最常用的是間斷級(jí)配，礦料級(jí)配設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是:(1)一定要保持間斷級(jí)配特征;(2)含量0.075mm以下要少;(3)斷點(diǎn)一般設(shè)計(jì)在4.75mm-2.36mm處。配級(jí)這樣的設(shè)計(jì)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(jí)配范圍表

3 橡膠瀝青機(jī)理分析

橡膠屬于高分子聚合物，本身具有很強(qiáng)的彈性和韌性，分子結(jié)構(gòu)一般為線性、交鏈型等，處理時(shí)一般要將原生膠進(jìn)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(qiáng)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(fù)雜，目前的觀點(diǎn)主要有以下幾種:

(1)物力作用。橡膠粉加入瀝青后，經(jīng)過(guò)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(dāng)中，形成了混合體系，這種不發(fā)生化學(xué)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(guò)程，然后是擴(kuò)散和溶脹膠團(tuán)粒的分散過(guò)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(xué)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(jī)能團(tuán)，它們可以與許多物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生新的化學(xué)鍵的結(jié)合。

(4)溶脹降解。溶脹降解說(shuō)認(rèn)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(jí)瀝青路面的各個(gè)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(xì)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(shí)要一邊添加一邊攪拌，30到60分鐘后，再進(jìn)入高速剪切乳化機(jī)中進(jìn)行加工，知道質(zhì)量滿足標(biāo)準(zhǔn)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(shí)，膠粉量可達(dá)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(dāng)粒徑越小時(shí)，其分布的就越均勻，性能也就越高，對(duì)泵送產(chǎn)生有利影響[3]。橡膠粉粒徑的分類如下表:

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

(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(duì)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(duì)于干拌法來(lái)說(shuō)膠粉則是起到填充的作用。這種認(rèn)識(shí)其實(shí)是不夠全面的，當(dāng)濕拌混合料運(yùn)送到施工的現(xiàn)場(chǎng)，在進(jìn)行攤鋪碾壓時(shí)，雖然膠粉和瀝青會(huì)在高溫下產(chǎn)生一定的反應(yīng)，但也會(huì)有單獨(dú)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(huì)起到填充的作用，只不過(guò)填充的效果不如干拌法明顯。

綜合看來(lái)，無(wú)論是干拌工藝還是濕拌工藝，膠粉都會(huì)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(dāng)超過(guò)彈性界限時(shí)就會(huì)出現(xiàn)混合料碾壓不實(shí)或容易松散等問(wèn)題，所以對(duì)費(fèi)膠粉摻加的量要進(jìn)行嚴(yán)格的控制。

5 對(duì)橡膠瀝青的性能測(cè)試

(1)軟化點(diǎn)分析。在適當(dāng)?shù)臏囟认逻M(jìn)行攪拌，隨著橡膠粉數(shù)量的不斷增加，瀝青的軟化點(diǎn)呈現(xiàn)遞增的關(guān)系，而且與基質(zhì)瀝青相比較，軟化點(diǎn)有所升高，這說(shuō)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(diǎn)提高的趨勢(shì)有所下降，其實(shí)是因?yàn)椋呀?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(shí)，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(méi)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(diǎn)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(shuō)明瀝青的高溫性能得到了提高。當(dāng)橡膠粉增加到一定程度時(shí)，體系中的低分子油分已經(jīng)沒(méi)有了，這時(shí)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(dāng)中蠟的含量有關(guān)，也與瀝青的分組有關(guān)。通過(guò)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(jì)初，交通部研究院結(jié)合某實(shí)體工程，對(duì)橡膠瀝青混合料的高溫性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。在試驗(yàn)中表明，橡膠瀝青的動(dòng)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(shuō)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(guó)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(jìn)行廢胎粉的改性實(shí)驗(yàn)。在工程完成后十年后，經(jīng)過(guò)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(lái)說(shuō)橡膠瀝青的抗彎拉強(qiáng)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(duì)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(shuō)明了膠粉的摻入對(duì)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(xué)家專門進(jìn)行了足尺實(shí)驗(yàn)路的加速實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)證明橡膠瀝青混凝土的抗疲勞性對(duì)于普通的瀝青混合料來(lái)說(shuō)，有極大的提升，在一定程度上好過(guò)SBS改性瀝青。

我國(guó)也曾將橡膠瀝青混凝土與SBS改性瀝青混凝土進(jìn)行行車的噪聲對(duì)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(yǔ)

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(wèn)題，同時(shí)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(huì)效益和經(jīng)濟(jì)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(shū)晨.瀝青混凝土路面裂縫成因及預(yù)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.