橡膠瀝青的設(shè)計(jì)和技術(shù)要求

文 楊志浩 曹東偉 許斌

橡膠瀝青制備需要注意的關(guān)鍵一環(huán)，是橡膠瀝青處理工藝的強(qiáng)度。其并非越強(qiáng)越好，而是應(yīng)當(dāng)根據(jù)橡膠瀝青實(shí)際應(yīng)用的工程需求，通過(guò)專業(yè)的設(shè)計(jì)，形成定制化的制備方案。

在橡膠瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性及其基本的高、中、低溫性能之間，存在多種因素的復(fù)雜影響，因此兩者既相互聯(lián)系又相互制約。

設(shè)計(jì)基本原則

從橡膠瀝青混合料的儲(chǔ)存穩(wěn)定性要求出發(fā)，應(yīng)采用高強(qiáng)度的處理工藝來(lái)強(qiáng)化膠粉的反硫化和解聚合作用，促進(jìn)膠粉盡可能多地消融于瀝青中。但是與常規(guī)SBR、SBS等橡膠類改性瀝青不同的是，在膠粉熔融于熱瀝青的過(guò)程中，存在著粒子作用。

膠粉改善瀝青性能的途徑有兩條，一是熔融于瀝青中發(fā)揮其改性作用，二是懸浮于瀝青中作為固體粒子發(fā)揮作用。該粒子作用將隨著膠粉含量的增大而更明顯地表現(xiàn)出來(lái)。因此，橡膠顆粒完全熔融于瀝青中，就有可能大大降低橡膠瀝青混合料的基本性能，尤其是高溫性能。

隨著處理強(qiáng)度的加大，橡膠瀝青混合料的高溫性能也會(huì)有較大的損失。有關(guān)高強(qiáng)度處理橡膠瀝青的研究反映，采用更高的剪切攪拌程度和更高的處理溫度將進(jìn)一步促發(fā)橡膠的斷裂、聚合物鏈接與交聯(lián)結(jié)構(gòu)的消融。橡膠瀝青混合料的黏度會(huì)隨著更強(qiáng)的處理程度而降低，但仍能高于基質(zhì)瀝青。與低剪切處理相比，雖然高強(qiáng)度處理會(huì)導(dǎo)致熱拌混合料黏度和抗車轍性能下降，但同時(shí)也可使高溫黏度下降至規(guī)范要求，提升其低溫性能。

表1 橡膠瀝青技術(shù)要求

從提高橡膠瀝青混合料基本性能的角度來(lái)看，似乎應(yīng)提高橡膠瀝青中的膠粉用量，但這與改善其儲(chǔ)存穩(wěn)定性之間又存在矛盾。提高膠粉用量將增加懸浮在瀝青中的固體顆粒，這將加劇其與基質(zhì)瀝青的分離趨勢(shì)，顯然不利于改善橡膠瀝青的儲(chǔ)存性能。有關(guān)高強(qiáng)度處理橡膠瀝青現(xiàn)場(chǎng)性能的研究表明，膠粉用量為12%的橡膠瀝青，其48小時(shí)的軟化點(diǎn)差要比膠粉用量為8%的橡膠瀝青高出3.5攝氏度。由此可見，對(duì)于橡膠瀝青來(lái)說(shuō)，也并不是橡膠顆粒消融于瀝青中越徹底越好。因此合理地兼顧和平衡橡膠瀝青混合料儲(chǔ)存穩(wěn)定性及其高、中、低溫性能之間的關(guān)系是橡膠瀝青設(shè)計(jì)中的一條重要原則。

鏈接

橡膠瀝青混合料設(shè)計(jì)要點(diǎn)

宜選擇天然橡膠含量高的廢舊輪胎橡膠作為橡膠瀝青的原材料。必要時(shí)可添加25%左右的高天然橡膠含量的廢舊橡膠，例如廢網(wǎng)球、高性能的橡膠墊、輪胎的打磨廢料，以及大型乘用車和載貨汽車的廢輪胎等制作的膠粉。

膠粉的加工宜達(dá)到50目至100目的細(xì)度，以降低橡膠瀝青混合料的處理溫度并加快橡膠融入瀝青的速度，膠粉的用量占比宜選擇在10%至15%。

基質(zhì)瀝青應(yīng)根據(jù)氣候、溫度、交通量等工程應(yīng)用條件來(lái)選擇。用于寒冷地區(qū)的橡膠瀝青混合料宜選擇較軟的90號(hào)瀝青，必要時(shí)還可添加2%至3%的調(diào)和油。用于炎熱地區(qū)的橡膠瀝青混合料宜選用70號(hào)瀝青。

應(yīng)合理地控制處理強(qiáng)度，處理溫度宜在200攝氏度至220攝氏度。橡膠的脫硫降解程度以滿足工廠化生產(chǎn)為準(zhǔn)，可允許在拌和場(chǎng)通過(guò)循環(huán)流動(dòng)的方式使尚未完全消融的膠粉在瀝青中保持懸浮狀態(tài)。

鑒于在橡膠瀝青混合料的儲(chǔ)存穩(wěn)定性及其高溫、中溫、低溫性能之間存在著矛盾關(guān)系，在設(shè)計(jì)橡膠瀝青混合料時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用條件，合理地兼顧和平衡橡膠瀝青混合料各項(xiàng)性能之間的關(guān)系。

此外，膠粉的成分在平衡橡膠瀝青的各項(xiàng)性能中也發(fā)揮著重要的作用。膠粉中天然橡膠含量高不僅有利于改善膠粉與基質(zhì)瀝青的相容性，同時(shí)也可以提升熔融于瀝青中的橡膠對(duì)瀝青所起的改性作用，從而補(bǔ)償基質(zhì)瀝青由于高強(qiáng)度處理而損失的性能。

基質(zhì)瀝青技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

基質(zhì)瀝青的選擇通常根據(jù)氣候條件及其與膠粉的相容性決定。氣候條件方面，較軟瀝青的延伸、變形能力較高，有利于提高橡膠瀝青的低溫性能；較硬瀝青的抗變形能力較強(qiáng)，有利于提高橡膠瀝青的高溫性能。

相容性方面，較軟瀝青的輕質(zhì)油比例高，有利于膠粉的溶脹反應(yīng)，而硬瀝青的輕質(zhì)油比例低，與膠粉的相容性相對(duì)較差。因此，太硬的瀝青不宜用作橡膠瀝青混合料的基質(zhì)瀝青，通常宜選擇中等或中等偏軟的瀝青。

表2 我國(guó)《橡膠瀝青路面技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（CJJT 273-2019）中基質(zhì)瀝青的技術(shù)要求

檢測(cè)人員使用無(wú)核密度儀檢測(cè)路面。

各式橡膠原料的合成橡膠烴和天然橡膠的含量各不相同。

橡膠技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

由于膠粉中合成橡膠烴與天然橡膠含量對(duì)橡膠瀝青的性能有重要影響，又因各種不同用途輪胎的合成橡膠烴與天然橡膠的含量不同，應(yīng)選用合成橡膠烴和天然橡膠含量高的廢舊輪胎作為制作膠粉的原材料。

在各種用途的輪胎中，大型乘用車輛、載貨汽車，由于重載、行駛速度高、安全性要求高，因而所用輪胎中天然橡膠含量高，通常可占50%至70%。輕型客車和輕型載貨汽車的輪胎，其中合成橡膠的用量占60%至80%，而天然橡膠的含量?jī)H占20%至40%。這兩類廢舊輪胎是生產(chǎn)膠粉的主要來(lái)源，其中載貨汽車和大型乘用車輛輪胎的打磨廢料是生產(chǎn)膠粉的優(yōu)質(zhì)原料。

用于各種低速車輛的輪胎，例如拖拉機(jī)、叉車、土方工程機(jī)械上的輪胎通常會(huì)有很大比重的再生橡膠，其彈性、延展性及其與瀝青的相容性遠(yuǎn)低于天然橡膠，因而不宜作為生產(chǎn)膠粉的原材料。高天然橡膠含量的膠粉還可來(lái)源于廢網(wǎng)球、高品質(zhì)的橡膠墊等含有較多天然橡膠的橡膠制品。我國(guó)制備膠粉的主要方法有常溫粉碎法、低溫粉碎法和濕法粉碎法等，而橡膠瀝青橡膠的制備通常采用常溫粉碎法，該方法制備的膠粉瀝青改性效果好，且生產(chǎn)成本低、環(huán)境污染小。

目前，常用的膠粉主要來(lái)源于廢舊的輪胎和鞋，研究發(fā)現(xiàn)，其瀝青改性效果都較明顯。其中廢舊輪胎制成的膠粉在低溫延度(5攝氏度）和彈性恢復(fù)方面的改性效果略好。國(guó)內(nèi)橡膠輪胎的主要類型有子午胎、斜交胎。天然橡膠含量的不同將影響橡膠瀝青的性質(zhì)，天然橡膠含量高可以加快橡膠瀝青的反應(yīng)速度，增加橡膠瀝青的黏附性。因此，膠粉原料應(yīng)選擇斜交胎。

表3 不同橡膠輪胎類型的化學(xué)組成

建設(shè)人員正在制備橡膠瀝青。

國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中少有專門為改性瀝青生產(chǎn)的精細(xì)膠粉。

我國(guó)根據(jù)國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)得出膠粉的技術(shù)指標(biāo)，膠粉顆粒規(guī)格應(yīng)符合相應(yīng)的通過(guò)率要求。膠粉篩分應(yīng)采用水篩法實(shí)驗(yàn)，橡膠粉密度應(yīng)為每立方厘米1.15±0.05克，應(yīng)無(wú)鐵絲或其他雜質(zhì)，纖維比例應(yīng)不超過(guò)0.5%，橡膠粉顆粒不能相互黏結(jié)成塊。

不同目數(shù)的膠粉對(duì)橡膠瀝青的性能影響不同，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際需要選擇相應(yīng)的目數(shù)。國(guó)內(nèi)用廢舊輪胎生產(chǎn)膠粉的企業(yè)有很多，但是廢品原料各異，生產(chǎn)的膠粉性質(zhì)差別很大，很少有專門為改性瀝青生產(chǎn)的精細(xì)膠粉。所以，在今后產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中需加大對(duì)膠粉質(zhì)量的控制，一是挑選合格生產(chǎn)廠家專門生產(chǎn)斜交輪胎膠粉；二是如果條件允許，可以自己建立膠粉生產(chǎn)線，從源頭控制原料的質(zhì)量。

關(guān)于膠粉化學(xué)成分，主要需關(guān)注橡膠碳?xì)浠衔锟偭?，以及合成橡膠、天然橡膠含量，這些成分對(duì)膠粉在熱瀝青中的熔融過(guò)程有著重要的影響。有關(guān)調(diào)查顯示，美國(guó)大部分承包商都沒(méi)有檢驗(yàn)?zāi)z粉的化學(xué)成分，而主要是依靠膠粉供應(yīng)商提供的實(shí)驗(yàn)資料來(lái)選用膠粉，這種情況可能與膠粉化學(xué)成分的分析需要專門的設(shè)備與技術(shù)有關(guān)，但其依舊對(duì)膠粉的化學(xué)成分有嚴(yán)格的規(guī)定和要求。河北省《廢輪胎橡膠瀝青及混合料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（DB13/T 1013-2009）規(guī)定路用廢胎橡膠宜選用常溫研磨粉碎的輪胎橡膠，且應(yīng)盡量選用較粗的廢胎橡膠。通常情況下，宜選擇20目至80目之間的路用廢胎橡膠。

表4 橡膠的物理技術(shù)指標(biāo)

表5 橡膠的化學(xué)技術(shù)指標(biāo)