废旧橡胶粉改性沥青研究进展

王传强

摘要：应用旧轮胎胶粉铺筑橡胶沥青路面，可实现废旧轮胎资源化利用，又能提高沥青路面的使用性能。废旧橡胶粉在沥青路面中的应用主要有湿法和干法工艺。针对干法橡胶沥青路面性能不稳定、易出现早期病害的问题，提出了采用间断级配、选用较高粘度结合料、控制橡胶粉粒径等干法橡胶沥青路面铺装关键技术。

关键词：废旧橡胶粉；沥青路面；干法橡胶沥青混合料

引言

废旧轮胎被称为“黑色污染”，属于国际上公认的工业有害固体废物。随着汽车工业的发展，我国每年都有大量的以废旧轮胎为主的废旧橡胶制品被遗弃。废旧轮胎的妥善处理与合理利用愈来愈得到全球关注。

采用废橡胶粉改性沥青不但可以改善沥青的高低温性，减少沥青路面的龟裂和老化，提高车辆的行驶安全和路面使用寿命，而且不增加改性沥青的成本并可为废旧橡胶的回收利用，保护环境做出贡献。将废旧轮胎磨细成橡胶粉应用于道路工程建设得到了广泛的关注，这也是大量处理废旧轮胎、使其资源化循环利用的较佳途径之一。

1 橡胶沥青路面研究進展

橡胶沥青的研究开发己经有50余年的历史[1]，用磨细的废旧轮胎胶粉作为改性剂来改善沥青材料的技术性能，统称为“胶粉改性沥青”。在上世纪50年代，美国公路局进行了项研究工作通过大量的实验室试验结果来分析不同的橡胶材料对道路石油沥青性能的影响。20世纪60年代，瑞典开发了掺加橡胶颗粒的沥青混凝土的干法生产工艺。1966年，Charles Mae Donald开始开发废胶粉改性沥青。20世纪70年代，橡胶粉改性沥青被用于应力吸收层、开级配热拌沥青混合料等。在20世纪后期，应用废旧轮胎粉铺筑沥青路面技术得到了快速发展。目前，美国亚利桑那、佛罗里达等州已经提出了橡胶沥青路面的技术标准，美国联邦公路管理局也颁布了橡胶沥青技术标准。

2 橡胶沥青改性方法

经过半个多世纪的发展，目前橡胶沥青路面技术已经形成较为完善的湿法和干法[2]-[3]两大工艺。

湿法工艺是指将较细的废轮胎橡胶粉加入沥青中，在高温条件下搅拌均匀形成具有改性沥青特性的橡胶沥青。按照ASTMD 6114的定义，橡胶沥青是指含量15%以上的橡胶粉在高温条件下（180度以上）与沥青均匀拌和而得到的改性沥青结合料。在高温条件下，橡胶粉在沥青中充分溶胀并发生较为复杂的物质交换与化学反应。

干法工艺是指将相对颗粒较粗废胎橡胶粉直接加入集料中，然后喷入热沥青拌制成橡胶沥青混凝土。干法工艺将废旧橡胶颗粒充当集料使用，可应用较粗的橡胶颗粒并能大量耗废旧胶粉，但对沥青路面性能改善效果不明显。高弹性废旧橡胶颗粒的加入，增加路面的弹性和阻尼性能，可降低轮胎路面噪声和减小轮胎振动噪声。

3 橡胶沥青改性机理

3.1 溶胀性

橡胶粉与沥青充分混容是改性沥青的前提条件，在此基础上，胶粉吸收沥青中的轻质组分而发生“溶胀”，与沥青的其他组分相互作用，从而形成部分相容体系，有利于提高沥青的理化性能，其改性机理[4]是胶粉加入沥青后不发生化学反应，只是胶粉在沥青的轻组分作用下发生部分溶解和体积上的溶胀，从而改善沥青性能。影响胶粉与沥青溶胀性的因素主要有胶粉的种类和粒径。

3.2 相容性

沥青由饱和分、芳香分、沥青质和胶质组成。聚合物能吸收沥青中的饱和分和芳香分而溶胀，饱和分和芳香分含量与相容性密切相关。沥青与胶粉之间存在着相对分子质量及分子结构上的差异，属于热力学上的不相容体系。温贵安] 5 [等认为，在橡胶共混改性沥青中，橡胶硫化对贮存稳定性的改善不大，橡胶与沥青之间必定存在某种化学作用，这是橡胶简单改性沥青中所没有的。Maccarrone]6[认为相容才能发挥对沥青的改性作用，橡胶分布在沥青中的理想状态是细分布而不是完全的相容，即处于微观不相容而宏观均匀状态，这时，橡胶粒子细而均匀地分布于沥青中。相容性太差时，橡胶粒子会呈絮状、粒状或发生分层等现象。

4 干法橡胶沥青路面关键技术

俄勒冈州在1985一1994年期间，采用湿法和干法工艺铺筑了17条橡胶沥青路面，并对这些试验路进行了监测和评估。在这些试验路中，性能最差的为干法工艺铺筑的道路；安达略州评估了11条橡胶沥青路面工程的性能，其中8项工程采用干法工艺。短期性能表明干法工艺橡胶沥青路面性能较差，路面出现剥落、推挤和少量裂缝。国外研究资料表明，采用干法工艺铺筑的橡胶沥青路面性能不稳定，容易出现剥落、松散早期病害。其原因主要是橡胶颗粒吸收沥青中油分将发生膨胀。

采用2.36一4.75mm完全间断的SMA一13级配，并采用SBS改性沥青作为结合料，可获得强度较高、体积不膨胀的沥青混凝土。干法工艺采用的橡胶颗粒一般应小于4.75mm，即充当沥青混凝土中填充材料使用，过粗的橡胶颗粒可能影响混合料的强度。另外由于橡胶颗粒的密度仅为集料的30%～50%，同时具有吸油性，干法橡胶沥青混合料的最佳沥青含量要比一般沥青混合料高。

5 结束语

废旧橡胶粉改性沥青既能提高沥青的性能，又能使废旧橡胶得以循环利用，减少环境污染，因此有着良好的发展前景。我国应尽快制定出相应的废旧橡胶粉改性沥青的行业标准规范，以便有效、合理地利用废旧橡胶，并能使胶粉改性沥青满足不同的使用要求。并且，橡胶改性沥青还要针对不同的气候条件、交通条件、经济实力等方面进行综合考虑。

参考文献

[1]杨志峰，李美江，王旭东.废旧橡胶粉在道路工程中应用的历史和现状.公路交通科技，2005，22（7）：19～22

[2]吕伟民，孙大权.沥青混合料设计手册.北京：人民交通出版社，2010.5

[3]孙祖望，陈奴.橡胶沥青技术应用指南.北京：人民交通出版社，2007.8

[4]曹卫东，周海生，吕伟民.废旧橡胶颗粒改性沥青混合料的设计与性能.建筑材料学报，2005.8

[5]温贵安，张勇，张隐西.橡胶反应共混改性沥青的机理[J].合成橡胶工业，2004，27（4）：221—224

[6] Labib M，Mohamed E，Chollar B，et al.Compatibilizer for crumb rubber modified asphalt[P].us 647895l，2002