廢輪胎橡膠粉(CRM)和SBS復合改性瀝青研究進展★

許志楊 高中洋 沈菊男

(蘇州科技大學道路工程研究中心，江蘇 蘇州 215000)

1 概述

改性瀝青是指摻加了橡膠、樹脂或其他聚合物改性劑，使瀝青及瀝青混合料的性能得以改善而制成的瀝青膠結料。苯乙烯—丁二烯—苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性劑是如今非常成熟也是應用最為廣泛的主導改性劑，SBS改性瀝青可以明顯改善瀝青混合料的高低溫性能、彈性恢復性能和路用性能[1,2]，但SBS作為石油制品，其價格高昂，使用范圍受到了極大地限制。汽車產業的蓬勃發展，提高了人們的工作與出勤效率，也產生了巨量的副產物廢棄輪胎，對環境造成了嚴重污染與破壞，也是資源的浪費。將廢輪胎磨成橡膠粉，作為改性劑加入到瀝青中，一方面可以合理利用廢棄輪胎，緩解其對環境的污染；另一方面CRM可以很好地提高瀝青的物理力學性能，如抗老化、抗車轍、抗疲勞等性能，CRM也可以提高瀝青的低溫性能。因此CRM改性瀝青技術引起了廣泛的關注。

CRM表面呈現為惰性，且CRM與瀝青是熱力學不相容體系，兩種相容性很差，CRM瀝青極易離析。低摻量的CRM改性瀝青的改性效果并不明顯，但高摻量的CRM改性瀝青的粘度大，施工困難[3-5]。若把SBS與CRM復合改性，綜合他們的優點，提高瀝青和瀝青路面的性能。在CRM和SBS復合改性瀝青中，CRM和SBS摻量相對于單改性瀝青都有所降低，盡管兩者摻量都較低，但兩者的復合改性可以彌補低摻量對改性效果的影響，瀝青性能不會降低[5]。SBS與瀝青形成的網狀結構可以阻止CRM與瀝青的離析，提高改性瀝青的穩定性有利于工廠化生產施工。

2 國內外研究現狀

SBS改性瀝青是如今國內應用最廣的一種改性工藝，相關技術及經驗十分成熟。橡膠瀝青也有了很多的研究，在美國等國家大力推廣，但兩者都有著各自的缺陷，近年來國內外研究者開始研究如何將CRM和SBS對瀝青進行復合改性，綜合其優點，進一步提高其改性效果。

國外對于CRM用于瀝青改性已經有了比較成熟的經驗，最初是為了環保考慮。20世紀60年代Charles McDonald首先用了濕法工藝制備了橡膠瀝青，他將橡膠瀝青用在了路面的養護和維修中。1991年，美國通過了“冰茶”法案(ISTEA)，對橡膠瀝青混合料的使用進行了強制的規定，促進了橡膠瀝青的發展。美國的經驗表明濕法工藝更適合CRM瀝青混合料，混合料性能更加穩定，且CRM瀝青混合料間斷級配要優于連續級配[6,7]。但國外對于CRM和SBS的復合改性研究的報導還很少。

Dong等[8]采用流變學、熒光顯微鏡和紅外光譜等方法研究了CRM和SBS復合改性硬瀝青在制備過程中的粘彈性行為、溫度敏感性、相容性、形貌和微觀結構。系統評價了CRM，SBS和硬質瀝青對上述性能的影響。CRM，SBS對復合改性硬瀝青性能的影響存在較大差異,與基質瀝青相比，添加橡膠屑和SBS聚合物對瀝青的粘彈性性能、溫度敏感性有顯著提高。

Liang等[9]用應力控制流變儀測量了未改性瀝青和CRM與SBS復合改性瀝青的線性粘彈性行為和粘滯特性。研究CRM和SBS對瀝青復合改性可以顯著改善瀝青的粘彈特性和粘度。因此CRM和SBS復合改性瀝青在路面上的抗永久變形能力將得到增強。當SBS用量超過1%時，失效溫度、模量和粘度都有明顯的提高，用CRM代替SBS部分生產CRM和SBS復合改性瀝青是可行的，但CRM和SBS復合改性瀝青由于貯存穩定性差，在生產后必須迅速使用。

Xiang等[10]利用RTFOT模擬了基質瀝青、CRM改性瀝青、SBS改性瀝青和CRM與SBS復合改性瀝青的熱氧老化過程。通過對瀝青和改性瀝青老化前后的組成和結構分析，研究了基質瀝青、CRM和SBS對老化性能的影響。在瀝青老化過程中，碳鏈的氧化和斷裂產生羰基，瀝青中的硫在熱氧條件下轉化為亞砜。瀝青向重組分方向發生轉化，改變了瀝青原有的膠體結構，導致瀝青性能下降。在CRM與SBS復合改性瀝青老化過程中，基質瀝青發生硬化，改性劑CRM和SBS發生脫硫和熱氧化降解。因此，基質瀝青的“硬化”與改性劑的“軟化”相互作用和轉移。CRM與SBS復合改性瀝青具有良好的抗老化性能，改性劑CRM和SBS發揮了抗老化劑的作用。

Lin等[11]在CRM瀝青中加入SBS和聚磷酸(PPA)，通過DSR,MSCR和BBR等流變試驗和GPC,ATR-FTIR等化學試驗研究CRM,SBS和PPA在瀝青中的反應機理。在CRM改性瀝青中加入SBS，可以使SBS與CRM形成的網狀交聯結構重建，這個重構可以讓改性瀝青的高溫性能得到明顯改善。CRM改性瀝青通過抑制羰基化合物和亞砜的形成具有抗衰老的優勢。CRM和SBS改性瀝青的混合料具有良好的抗車轍性能和優異的疲勞性能，說明CRM代替SBS是可行的。

韋大川[12]認為SBS物理交聯網絡結構與CRM化學交聯網絡有著相互協調與補充作用，CRM和SBS復合改性瀝青表現出優異的性能，是一種新的改性方法。

程健等[13]認為使用接枝膠粉來制備CRM和SBS復合改性瀝青相對于普通膠粉制備的復合改性瀝青的軟化點與低溫延度性能有顯著提高，更容易形成相界面層從而能夠改善離析效果。復合改性瀝青中接枝膠粉和SBS的總摻量控制在5%以內，膠粉摻量明顯比其他研究低，但在提高瀝青性能的同時能夠很好地解決瀝青儲存穩定性問題。

涂娟等[14]研究了摻入CRM對于SBS改性瀝青的老化性能影響，結果表明添加CRM可以提高瀝青的耐熱老化性能和紫外老化性能，且隨著CRM增多，抗老化性越好，CRM在SBS改性瀝青中起到了抗老化劑的作用。

張宗輝[15]對CRM與SBS復合改性瀝青的制備工藝進行了研究，發現在改性瀝青的制備過程中，瀝青的品種、反應溫度、改性劑摻混量、剪切速率等因素對瀝青配伍性有很大影響。在取得較好改性效果時，CRM和SBS的摻量較高，存在著生產成本過高，粘度較大的問題。

劉貞鵬[16]對CRM與SBS復合改性瀝青混合料的高溫性能進行了研究。提出以針入度、軟化點、177℃布氏旋轉粘度和彈性恢復作為CRM與SBS復合改性瀝青膠結料高溫性能的評價指標，以車轍試驗及浸水車轍試驗作為CRM與SBS復合改性瀝青混合料高溫穩定性的主要研究手段。

楊光等[17]提出采用針入度分級和PG分級評價CRM和SBS復合改性瀝青的性能，并給出性能評價指標和范圍。研究認為CRM和SBS復合改性瀝青混合料比CRM改性瀝青和SBS改性瀝青混合料具有更優的高低溫及疲勞性能，適用于在季凍地區路面工程應用。

3 小結與展望

近10年來，大量的研究者對CRM和SBS復合改性瀝青進行了研究，普遍認為CRM和SBS復合改性瀝青性能比單一的改性瀝青有極大的提高。CRM和SBS能夠提高瀝青的粘彈特性和粘度，CRM和SBS在瀝青中起到了抗老化劑的作用，能夠提高瀝青的抗老化性能，CRM和SBS改性瀝青的混合料具有良好的抗車轍性能和抗疲勞性能，CRM和SBS復合改性瀝青有著優異的路用性能。CRM和SBS摻量的提高，復合改性瀝青的性能會有所改善，CRM摻量的提高可以改善瀝青的軟化點、粘度、彈性恢復、針入度、抗老化等性能指標，SBS對瀝青的耐久性、延度、彈性恢復和彈性形變能力有了明顯提高。

如今CRM和SBS復合改性瀝青還處于一個不成熟的階段，需要研究的內容還有很多。如何使CRM和SBS復合改性瀝青的性能達到最佳，改性劑的投入順序和拌合方式等制備工藝；CRM和SBS的復合改性微觀機理；CRM和SBS復合改性瀝青的儲存穩定性問題；CRM和SBS復合改性瀝青的老化機理等問題還需要進一步的研究。