《天津市硫化橡胶粉改性沥青路面技术规程》新旧规程对比分析

文/柏正云 代茂华

2006年，天津市出台DB/T 29-161—2006《天津市废轮胎胶粉改性沥青路面技术规程》，成为国内首部关于胶粉改性沥青的地方标准；截至目前，尚未出台国家级标准。在此规程的指导下，天津市胶粉改性沥青得到了全面的推广应用，津汕高速公路、国道112线、津滨高速公路加宽、唐津高速公路加宽、天津大道、海滨大道、滨海新区西中环等工程全线采用胶粉改性沥青，取得了良好的效果，胶粉改性沥青累计用量4.5万t。工程实践应用表明，胶粉改性沥青黏性、弹性等性能指标较传统SBS改性沥青有明显的优越性。

而DB/T 29-161—2006采用传统沥青的评价标准无法真实地反应胶粉改性沥青的路用性能，因此，天津市对规程重新修订并更名为DB/T 29-161—2018《天津市硫化橡胶粉改性沥青路面技术规程》。本文主要对新规程重点修订部分进行分析。

1 胶粉及其掺量

1）天然橡胶含量由25%提高到26%，橡胶烃含量由42%提高到了48%。DB/T 29-161—2006 采用废轮胎胶粉，专指汽车废轮胎；DB/T 29-161—2018条文说明特别提到优先考虑限定载重汽车斜交胎胶粉。

目前实际工程中，部分胶粉源于小汽车轮胎。结合最新的研究成果，轮胎物理化学指标中最重要的是天然橡胶含量，小汽车的天然胶含量一般为16%左右，载重车天然胶含量为31%左右。天然胶含量越大，胶粉改性沥青黏附性越好。DB/T 29-161—2018提高天然橡胶含量指标较为合理，既能保证大量的废轮胎被利用，又能剔除不合格小汽车废轮胎，从而提高胶粉改性沥青的路用性能。

2）DB/T 29-161—2006 胶粉为30～80 目，DB/T 29-161—2018调整为30～60目。橡胶粉目数越大，胶粉越细，越容易结团，不利于微细胶粉在沥青中的分散，导致改性沥青性能越差[1]。DB/T 29-161—2018对60～80目的胶粉进行了限制，有利于提高改性沥青的性能，采用“宜”，应该是考虑了油膜厚度较大的改性沥青仍然可能用到较小的目数，最小可用到20 目，保证胶粉改性沥青不同的性能需求。

3）废轮胎胶粉改性沥青中废胶粉的掺量一直是争议最大的问题之一。天津市专家建议增大胶粉的掺量，更多的利用废旧轮胎，建议掺量为基质沥青质量的15%～30%并鼓励在黏度符合施工要求的前提下，尽量采用较大的掺量；但国外橡胶粉掺量基本在20%左右[1～2]。综合考虑各国的使用范围及天津本地经验，最终DB/T 29-161—2018 规定15%以上的掺量合理，建议下一步可以研究不同掺量范围，胶粉改性沥青的不同功能用途，例如应力吸收层的掺量范围、上面层的掺量范围、磨耗层的掺量范围等。

2 硫化橡胶粉改性沥青的技术指标

1）将175 ℃运动黏度修改为180 ℃旋转黏度。普通沥青的性能一般以针入度、软化点、延度来评价；而胶粉改性沥青的性能评价国内外均以黏度为核心指标，以针入度、软化点为辅助指标，因此黏度的测量精度格外重要。运动黏度是流体的动力黏度与同温下该流体的密度比值，用重力型毛细管黏度计可以很方便的测得；旋转黏度可以通过黏性力矩及旋转体转速求得，用旋转黏度计可以方便测得。由于胶粉在沥青中会发生溶胀反应，体积变大，局部堵塞毛细管，导致试验结果偏大，同时随着胶粉掺量的增加，胶粉改性沥青的黏度增大，增加测试难度[1]；为了保证试验结果的可行性，减少试验操作带来的误差，在胶粉掺量较低时，可采用运动黏度，当掺量较大且胶粉颗粒较粗时应采用旋转法[3]。天津的地方规程要求胶粉掺量比较高，故DB/T 29-161—2018为旋转黏度非常合理。

2）保留了老化性能指标，降低了延度指标。老化指标包括：质量损失、针入度比、延度。国外标准中，大部分都没有涉及老化指标，主要是因为胶粉沥青的抗老化性能很好，不需要进行控制。北京、天津的地方规程都考虑了老化性能指标，而交通部公路科学研究院的技术指南[4]没有涉及老化指标。据研究[3]：胶粉改性沥青抗老化能力比基质沥青强且由于胶粉改性沥青黏度较大，在163 ℃老化试验条件下，样品很难分散，试验难度大，结果偏差较大。DB/T 29-161—2018要求更为严格，保留了老化性能指标，但既然胶粉改性沥青老化性能确实比较好且测量困难，建议可以取消老化指标。

关于延度指标，研究成果表明：随着胶粉掺量的增加，延度逐渐增大，一般在10～30 cm/min；但粒度较粗的胶粉制备的改性沥青延度并不能反映它的低温性能，只有采用精细胶粉或经过胶体磨反复研磨，胶粉改性沥青的5 ℃延度才能达到比较大的数值，但达到30 cm/min 是非常困难的；而达到30 cm/min 延度的胶粉改性沥青的弹性性质和高温性能反而比较差，甚至不适合应用于胶粉改性沥青路面[4]。因此，DB/T 29-161—2018保留延度指标，但降低至10～20 cm/min，具有一定的合理性，即使删除这一指标对胶粉改性沥青的使用性能也没有影响。

3）将贮存稳定性指标“离析，软化点差(℃)≤2.5”改为“离析，软化点差(℃)≤5.0”。JTGF 40—2004《公路沥青路面施工技术规范》表4.6.2中SBS改性沥青贮存稳定性指标为“离析，软化点差(℃)≤2.5”，DB/T 29-161—2006 照搬了SBS 的指标；国外规程及国内其他地方标准均未提离析指标。由于实际工程中，胶粉改性沥青基本为工厂制作，在运输到现场过程中离析经常发生，这也是胶粉改性沥青应用的最大短板，因此，DB/T 29-161—2018 仍保留这一指标是合理的，有利于控制胶粉改性沥青的质量，保证良好的路用性能。在实际应用中，天津市多家科研和施工单位反映，在试验中离析指标控制在5 ℃比较困难，但通过添加剂还是能够满足的；而DB/T 29-161—2006“离析，软化点差(℃)≤2.5”基本无法实现。因离析指标对胶粉改性沥青的使用性能影响很大，故DB/T 29-161—2018将离析指标控制在≤5 ℃是必要且合理的，既具有可操作性，又有一定的挑战，能够促进胶粉改性技术的进步。

3 硫化橡胶粉改性沥青混合料的技术指标

取消了交通等级划分，增加了不同级配、层位（中下面层）的高温稳定性指标；取消了相对变形指标。

1）从市政和公路行业规范来看：CJJ 169—2012《城镇道路路面设计规范》根据轻、重、特重交通等级，提出了不同的动稳定度指标且上面层指标比下面层指标高；而JTGD 50—2017《公路沥青路面设计规范》根据不同级配，提出了不同的动稳定度指标。

（1）从混合料理论的角度，高温稳定性主要是基于摩尔-库伦理论，与级配形式和胶结料类型相关，JTGF 40—2004也是如此规定，这是材料本身的特性，与交通荷载并没有太大的关系，当采用较好的胶结料时其高温稳定性就应该达到高要求，因此建议考虑材料本身的特点制定技术指标。

（2）从力学分析角度，在重载交通（含特重交通）荷载下，剪应力最大位置一般在表面以下4～5 cm，此处正是中面层。目前工程中，上面层一般采用玄武岩，中下面层采用石灰岩，由于材质特点玄武岩混合料的高温稳定性要高一些，基于这两点不应该降低中面层的高温稳定性指标。

（3）从工程应用的角度，车辙并不仅仅发生在上面层，反而中下面层发生的几率更高，尤其是中面层，也有少量道路发生在下面层。习惯认为下面层的力学要求低而降低了对材料的要求，实际上由于模量及模量比的变化，力学分布也是变化的，不应过多降低下面层的高温稳定性指标。

JTGD 50—2017 符合工程实践，而CJJ 169—2012存在一定问题。

2）将双指标降为单指标，取消了相对变形率。相对变形率是指在规定作用次数、时间内所产生的车辙变形与试件总厚度的比值。同时对几种车辙评价指标进行对比分析，结果表明，动稳定度指标随温度和应力改变存在异常变化，不能够比较全面的评价沥青混合料的车辙性能；综合稳定指数和变形率，在室内车辙试验的基础上，能够更合理地评价沥青混合料的高温车辙性能[5]。因此，综合采用动稳定度及相对变形率双指标，能更合理地评价沥青混合料的高温性能。

4 硫化橡胶粉改性沥青功能层

DB/T 29-161—2006 只简单提出胶粉改性沥青可作为功能层使用，DB/T 29-161—2018 详细提出了作为功能层的技术要求。硫化橡胶粉作为功能层，目前在江苏、福建等地应用已经十分广泛并取得了良好效果，但天津应用还较少。

为改善路面结构的防水、黏结效果，在中面层下面、半刚性基层顶面及桥面铺装中宜设置废轮胎胶粉改性沥青防黏结层。在旧路加铺的旧路表面、半刚性基层顶面可设置胎胶粉改性沥青应力吸收层，减小反射裂缝。近年来研究应用表明[1]：铺设高黏度的胶粉改性沥青应力吸收层，不仅能与上下层形成牢固的黏结，而且能很好地防止出现反射裂缝，尤其是近几年比较成熟的“白改黑”技术，将产生病害的水泥混凝土路面破碎后，加铺胶粉改性沥青应力吸收层，再铺筑面层结构，既能保证良好的路用性能，又能节约成本，降低工程造价。由此看来，胶粉改性沥青防水黏结层和应力吸收层可在天津推广应用。

5 硫化橡胶粉改性沥青混合料的矿料级配

DB/T 29-161—2006 矿料级配包含密级配和开级配，DB/T 29-161—2018主要推荐连续密级配AC和间断密级配SMA，删除了开级配OGFC。由于天津雨水较少，开级配基本没有应用；实际上胶粉改性沥青混合料可以作为开级配抗滑磨耗层使用，这一功能层在欧美国家、我国台湾省应用已经比较广泛，我国上海、浙江等地都曾做过相关研究并在应用中得到了较好评价[2]。

另外，胶粉改性沥青混合料在国内外大部分地区均推荐采用间断密级配SMA，主要是考虑胶粉改性沥青的溶胀反应，废轮胎胶粉与沥青在高温条件下反应会吸收一部分沥青中的轻质组份，导致体积膨胀并在周围形成较厚的凝胶层，最终废轮胎胶粉和沥青的混合料成为分散相共混结构，胶粉为分散相、沥青为分散介质，形成了废轮胎胶粉和沥青连续或相互交错的三维空间结构，废胶粉颗粒仍然存在且以物理反应为主。间断密级配SMA 在天津应用极少，DB/T 29-161—2018认为天津地区硫化橡胶粉改性沥青由于工艺不同，经孕育、剪切、研磨、发育，再辅以化学助剂等连续过程，胶粉与沥青物理、化学反应更充分，存在橡胶颗粒较小，故适合采用连续密级配，因此在名称上也区别于橡胶沥青，本质上属于两种不同机理的胶粉改性沥青。

6 硫化橡胶粉改性沥青混合料的施工温度控制

DB/T 29-161—2018 仍延用DB/T 29-161—2006的拌和温度指标，包括沥青温度、出料温度及废弃温度。DB/T 29-161—2018 的压实温度指标有所提高，复压温度不宜低于150 ℃，终压温度不宜低于120 ℃，均比DB/T 29-161—2006提高了10 ℃。

DB/T 29-161—2006 参考JTGF 40—2004，改性沥青混合料贮存温降≯10 ℃。DB/T 29-161—2018 要求温降≯5 ℃，主要是考虑天津当地硫化橡胶粉改性沥青的黏度大多较高，对施工温度的要求必然高，温度降低过大，施工压实困难；因此提高该指标较为合理。

普通沥青混合料的施工温度一般根据黏温曲线确定，但它对改性沥青并不适用；实践证明，按黏温曲线并采用相同的等黏温度确定改性沥青的施工温度，实际上会偏高，因此改性沥青施工温度可参考黏温曲线并结合实践经验选取。硫化橡胶粉改性沥青混合料的压实温度与基质沥青标号、黏度、环境温度相关，浙江温州地区将环境温度分为10～20 ℃、20～30℃及＞30 ℃三档，分别进行施工温度的指标控制[6]。JTGF 40—2004 表5.2.2-2 分50 号、70 号、90 号、110 号四种不同基质沥青，对施工温度指标进行了分类控制。

硫化橡胶粉改性沥青混合料黏度越大，施工温度越高；但施工温度太高容易导致胶粉改性沥青老化；施工温度过低，混合料黏度大，不利于压实。DB/T 29-161—2018 压实温度指标提高，可能是考虑到天津作为北方城市，气温相对较低，实际施工时，采用了较大黏度的硫化橡胶粉改性沥青混合料，因此提高了压实温度。

7 硫化橡胶粉改性沥青混合料的生产工艺

DB/T 29-161—2006 和DB/T 29-161—2018 均采用湿法生产工艺。

胶粉改性沥青混合料干法和湿法生产工艺各有优缺点。湿法是指废旧胶粉先与沥青拌和，制成胶粉改性沥青，然后再与集料拌和，可用于应力吸收层、水泥路面嵌缝料、碎石封层或作为密级配、间断级配或开级配沥青混凝土的结合料；采用湿法工艺修建的路面一般路用性能较好，病害少，使用寿命比较长；因此国内外湿法应用较为广泛[7]。干法是指将旧胶粉作为一部分细集料先与石料干拌，然后喷入沥青拌制成胶粉改性沥青混合料，采用干法工艺修建的路面性能不稳定,容易出现剥落、松散早期病害；但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消耗废旧胶粉，由于高弹性废旧橡胶颗粒的加入，增加路面的弹性和阻尼性能，可降低行车噪声[8]，目前干法生产的沥青混凝土可用在路面的中下面层，造价相对较低。

从环保的角度来看，采用干法工艺，废轮胎胶粉与矿料短暂地拌和，反应并不充分，混合料的异味和粉尘明显高于湿法；因此国际上大多数国家出于对环境影响的考虑，优先使用湿法工艺，限制干拌工艺，尤其是在城市道路。

8 硫化橡胶粉改性沥青混合料的环保措施

将废旧轮胎加以利用的初衷是走循环经济，绿色环保的道路；但是胶粉改性沥青生产过程中会产生一些污染物，这就背离了初衷。众多研究者只关注性能的好坏，而忽略了环保、经济的因素。

众所周知，废轮胎胶粉与沥青或矿料在高温下拌和时，气味比较重，对周围环境必然会产生一定的影响。国内对这一方面的研究几乎空白，美国1993年、1994年和2000年分别对胶粉改性沥青混凝土生产过程中有害物质进行了监测评估[9]，结果表明：胶粉改性沥青混合料产生的有害物质与普通沥青混合料的大体相当，胶粉的加入并没有增加有害成分；相对于胶粉因素而言，基质沥青的品种、混合料生产的温度对有害物质的散发起关键作用[5]。

9 结论和建议

1）DB/T 29-161—2018 提高了胶粉改性沥青的黏附性及其他综合性能，放宽了高胶粉掺量的改性沥青的应用。

2）DB/T 29-161—2018 采用旋转黏度，与国际指标接轨，也为较为合理；但保留老化性能指标，较为保守，胶粉改性沥青老化性能较好且测量困难，建议可以取消这一技术指标；降低延度指标较合理，即使删除延度指标也不会降低胶粉改性沥青的使用性能；降低了贮存稳定性指标，设定在较为合理的区间，既具有可操作性，又能促进胶粉改性技术的进步。

3）高温稳定性与交通荷载关系不大，主要是材料本身的特性。DB/T 29-161—2018 取消了荷载等级划分，增加级配类型划分较为合理。车辙主要发生在路面中下面层，因此，降低中下面层高温稳定性指标不合理。动稳定度指标随温度和应力改变存在异常变化，因此采用动稳定度及相对变形率双指标，能更合理的评价沥青混合料的高温性能，取消相对变形指标不合理。

4）功能层在天津应用不多，DB/T 29-161—2018提出胶粉改性沥青作为黏层、下封层、应力吸收层及防水黏结层各种功能层的技术要求，有助于推广功能层在天津的应用。

5）DB/T 29-161—2018 推荐连续密级配AC 和间断密级配SMA，删除了开级配OGFC。实际上胶粉改性沥青混合料作为开级配抗滑磨耗层，在国外应用广泛，建议将来可以开展这方面的研究，写入规范。

另外胶粉改性沥青混合料在国外及国内大部分地区均推荐采用间断密级配SMA。DB/T 29-161—2018 认为天津地区硫化橡胶粉改性沥青区别于橡胶沥青，改性机理有别，这需要大量试验数据来进行验证；特别是对溶胀性的研究，对于天津采用连续密级配AC的合理性至关重要。

6）DB/T 29-161—2018 对贮存温度、压实温度指标有所提高。建议在工程技术可行的条件下，从节约能源、保护环境以及避免胶粉改性沥青的老化的角度，尽量降低施工温度，根据沥青标号、环境温度及黏度对施工温度指标进行分类控制更为合理。

7）可以适当考虑干法生产工艺在降噪路面及中下面层的应用，以拓宽胶粉改性沥青的使用功能，提供更多选择，完善胶粉改性沥青的整个技术体系。

8）国内对胶粉改性沥青环保方面的研究基本处于空白。DB/T 29-161—2018 增加了生产过程特征污染物排放技术要求，减少对环境的污染，符合循环经济、绿色环保的初衷；在满足环保要求的条件下，提高胶粉改性沥青的使用性能，更有利于胶粉改性沥青在全国范围内的推广应用。